电力系统基础 / Fundamentals of electrical power systems

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1 电路 / Circuit

1.1 物理量 / Physical quantities

(1) 电流(current)
符号:$I$
单位:$A$(安培,ampere)

(2) 电压(voltage)
符号:$U$(或 $V$)
单位:$V$(伏特,volt)

1.2 基本参数 / Basic parameters

(1) 电阻(resistance)
符号:$R$
单位:$Ω$(欧姆,ohm)
器件:电阻器(resistor)

(2) 电感(inductance)
符号:$L$
单位:$H$(亨利,henry);常用单位:mH,μH
器件:电感器(inductor),电感线圈(inductance coil)

(3) 电容(capacitance)
符号:$C$
单位:$F$(法拉,farad);常用单位:μF,pF
器件:电容器(capacitor)

1.3 基本元件 / Basic elements

(1) 电压源(voltage source)

Voltage source

(2) 电流源(current source)

Current source
Current source (Chinese standard)

(3) 电阻(resistor)

Resistor (IEEE)
Resistor (IEC)

(4) 电感器(inductor)

Inductor

公式:
$$
u = L \frac{\mathrm{d} i}{\mathrm{d} t}
i = i_0 + \frac{1}{L} \int_{0}^{t} u \mathrm{d} \xi
$$

(5) 电容器(capacitor)

Capacitor

公式:
$$
i = C \frac{\mathrm{d} u}{\mathrm{d} t}
u = u_0 + \frac{1}{C} \int_{0}^{t} i \mathrm{d} \xi
$$

1.4 基本定律 / Basic laws

1.4.1 欧姆定律 / Ohm’s law

$$
I = \frac{V}{R}
$$

1.4.2 基尔霍夫定律 / Kirchhoff’s circuit laws

(1) 基尔霍夫电流定律(Kirchhoff’s current law,KCL)

$$
\sum_{k=1}^{n} I_k = 0
$$

Example of Kirchhoff’s current law
$i_2 + i_3 = i_1 + i_4$(来源:维基百科

(2) 基尔霍夫电压定律(Kirchhoff’s voltage law,KVL)

$$
\sum_{k=1}^{n} U_k = 0
$$

Example of Kirchhoff’s voltage law
$v_{ab} + v_{cd} + v_{da} = 0$(来源:维基百科

注:KCL / KVL 适用于集中元件组成的电路,且元件外不存在电场和磁场。

1.5 基本定理 / Common theorems

1.5.1 叠加定理 / Superposition theorem

在有多个激励(电源)的线性电路中,元件的响应(电压或电流)是各个激励单独作用时所产生的响应的代数和。

$$
f(t) = \sum_{k=1}^{n} f_k (t)
$$

1.5.2 戴维南定理 / Thévenin’s theorem

又称等效电压源定律:一个由独立电压源、独立电流源和电阻组成的线性网络的两端,可以等效成一个独立电压源和一个电阻串联。

Thévenin equivalent circuit
戴维南等值电路(来源:维基百科

1.5.3 诺顿定理 / Norton’s theorem

又称等效电流源定律:一个由独立电压源、独立电流源和电阻组成的线性网络的两端,可以等效成一个独立电流源和一个电阻并联。

Norton equivalent circuit
诺顿等值电路(来源:维基百科

2 标准与规范 / Standards and specifications

2.1 标准 / Standards

GB国家标准(强制性)
GB/T国家标准(推荐性)
GB/Z国家标准(指导性)
DL电力行业标准
Q/GDW国家电网行业标准
中国标准使用的部分标识

国际组织制定的标准:ANSI,ISO,IEC,……

等同采用IDT (identical)
修改采用MOD (modified)
非等效NEQ (not equivalent)
中国标准采用国际标准时使用的标识

例:与国际标准系列 IEC 61850《Comminication networks and systems in substations》对应的国内标准系列为 DL/T 860《变电站通信网络和系统》,其中第 4 部分的封面如下:

Cover page of Chinese standard DL/T 860.4

2.2 标准电压 / Standard voltages

(1) 三相交流系统

系统标称电压(kV)(3)(6)10(20)35(66)1102203305007501000
设备最高电压(kV)(3.6)(7.2)12(24)40.5(72.5)1262523635508001100

(2) 直流输电系统

额定电压(kV)±400±500±660±800±1100

(3) 发电机额定电压

额定电压(kV)6.310.513.818.5

2.3 标准频率 / Standard frequencies

又称电网工作频率或工频,英文术语有 utility frequency、(power) line frequency(美)、mains frequency(英)等。

三相交流系统:50Hz,60Hz

World map of mains voltages and frequencies
各地区家用电源的电压和频率(来源:维基百科
Power grid of Japan
日本电网(来源:维基百科

2.4 国际单位制 / International System of Units

符号GMkmμ/unp
因数$10^9$$10^6$$10^3$$10^0$$10^{-3}$$10^{-6}$$10^{-9}$$10^{-12}$
名称

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  1. […] 本文为 2021-01-28 所做讲座的文稿,以电力计算相关基础知识为主要内容,是对“电力系统基础”讲座的补充。(注:文稿内容仅包括知识点,多数不含详细解释。) […]