电力系统分析基础朱晓荣老师第三章.ppt

电力系统分析基础电力系统分析基础Power System Analysis Basis（三）（三）1潮流计算的目的及内容潮流计算的目的及内容稳态计算稳态计算不考虑发电机的参数不考虑发电机的参数电力网计算（潮流计算）电力网计算（潮流计算）负荷（负荷（P，Q）潮流计算潮流计算给定给定发电机（发电机（P，V）求求各母线电压各母线电压各条线路中的功率及损耗各条线路中的功率及损耗计算目的计算目的用于电网规划用于电网规划选接线方式、电气设备、导线截面选接线方式、电气设备、导线截面用于运行指导用于运行指导确定运行方式、供电方案、调压措施确定运行方式、供电方案、调压措施用于继电保护用于继电保护整定、设计整定、设计第三章第三章 简单电力网络的计算和分析简单电力网络的计算和分析21.电力线路和变压器的运行状况的计算和电力线路和变压器的运行状况的计算和分析分析2.简单电力网络的潮流分布简单电力网络的潮流分布3.电力网络潮流的调整控制电力网络潮流的调整控制第三章第三章 简单电力网络的计算和分析简单电力网络的计算和分析3负荷的表示负荷的表示*负荷一般以功率表示：单位负荷一般以功率表示：单位 P（kW）、）、Q（kVar）、）、S（kVA）预备知识预备知识43.13.1电力线路和变压器运行状况的计算和分析电力线路和变压器运行状况的计算和分析 一、电力线路运行状况的计算和分析一、电力线路运行状况的计算和分析 1 1、电力线路功率的计算、电力线路功率的计算 已知：首端电压已知：首端电压 ，首端功率，首端功率S S1 1=P=P1 1+jQ+jQ1 1，以及线路，以及线路参数。参数。求：线路中的功率损耗、末端电压和功率。求：线路中的功率损耗、末端电压和功率。解过程：从首端向末端推导。解过程：从首端向末端推导。1 1）首端导纳支路的功率）首端导纳支路的功率52)2)阻抗支路首端功率阻抗支路首端功率3)3)阻抗支路中损耗的功率阻抗支路中损耗的功率4)4)阻抗支路末端功率阻抗支路末端功率66)6)末端功率末端功率5)5)末端导纳支路的功率末端导纳支路的功率 2、电力线路电压的计算、电力线路电压的计算 令：令：电压降落电压降落7相角为：相角为：简化为：简化为：3 3、从末端向始端推导、从末端向始端推导已知：末端电压已知：末端电压U U2 2，末端功率，末端功率S S2 2=P=P2 2+jQ+jQ2 2，以及线路参数。，以及线路参数。求：线路中的功率损耗、始端电压和功率。求：线路中的功率损耗、始端电压和功率。其幅值为：其幅值为：84、电压质量指标、电压质量指标1)1)、电压降落电压降落：指线路始末两端电压的相量差。为相量。：指线路始末两端电压的相量差。为相量。2)2)、电压损耗电压损耗：指线路始末两端电压的数值差。为数值。：指线路始末两端电压的数值差。为数值。标量以百分值表示：标量以百分值表示：功率的求取与上相同，注意功率的流向。功率的求取与上相同，注意功率的流向。电压损耗电压损耗电压的求取应注意符号，令：电压的求取应注意符号，令：94 4）、）、电压调整：电压调整：指线路末端空载与负载时电压的数值差。指线路末端空载与负载时电压的数值差。为数值。标量以百分值表示：为数值。标量以百分值表示：3)3)、电压偏移电压偏移：指线路始端或末端电压与线路额定电压的指线路始端或末端电压与线路额定电压的数值差。为数值。标量以百分值表示：数值差。为数值。标量以百分值表示：始端电压偏移始端电压偏移末端电压偏移末端电压偏移电压调整电压调整105 5、电力线路上的电能损耗、电力线路上的电能损耗方法一：年负荷损耗率法方法一：年负荷损耗率法1)1)、最大负荷利用小时数、最大负荷利用小时数T Tmaxmax：指一年中负荷消费的电指一年中负荷消费的电能能W W除以一年中的最大负荷除以一年中的最大负荷PmaxPmax，即：，即：2)2)、年负荷率、年负荷率：一年中负荷消费的电能一年中负荷消费的电能W W除以一年中的最除以一年中的最大负荷大负荷PmaxPmax与与8760h8760h的乘积，即：的乘积，即：3)3)、年负荷损耗率：、年负荷损耗率：全年电能损耗除以最大负荷时的功全年电能损耗除以最大负荷时的功率损耗与率损耗与8760h8760h的乘积，即：的乘积，即：114)、线路年负荷损耗率与年负荷率的近似关系线路年负荷损耗率与年负荷率的近似关系K为经验数值。一般取为经验数值。一般取K=0.10.4，kmy较低时取较小数值。较低时取较小数值。5)5)、计算过程：、计算过程：12方法二：最大负荷损耗时间法方法二：最大负荷损耗时间法1)1)、最大负荷损耗时间：、最大负荷损耗时间：全年电能损耗除以最大功率损耗，全年电能损耗除以最大功率损耗，即：即：2)2)、计算过程：、计算过程：136、电能经济指标、电能经济指标1)1)、输电效率：、输电效率：指线路末端输出有功功率与线路始端输指线路末端输出有功功率与线路始端输入有功功率的比值，以百分数表示：入有功功率的比值，以百分数表示：2)2)、线损率或网损率：、线损率或网损率：线路上损耗的电能与线路始端输线路上损耗的电能与线路始端输入的电能的比值入的电能的比值147、电力线路运行状况的分析、电力线路运行状况的分析1)1)、空载：空载：末端电压可能高于始端，即产生电压过高现末端电压可能高于始端，即产生电压过高现象。其中电缆尤为突出。象。其中电缆尤为突出。2)、有载：、有载：与发电机极限图相类似。（如负载为纯无功负荷）与发电机极限图相类似。（如负载为纯无功负荷）15当当变化时，变化时，也按比例变化也按比例变化若负载为纯有功负荷，同理可分析。若负载为纯有功负荷，同理可分析。若负载既有有功，又有无功负荷，同理可分析。若负载既有有功，又有无功负荷，同理可分析。16 将上图逆时针旋转将上图逆时针旋转角，使角，使PPPP、QQQQ线分别与纵轴、横轴重合。由于电压线分别与纵轴、横轴重合。由于电压降落降落dUdU的长度与末端视在功率的长度与末端视在功率S S2 2成正比，图纸的成正比，图纸的P P2 2、Q Q2 2坐标就以相同的比例尺坐标就以相同的比例尺分别表示末端有功、无功功率的大小。由于这图主要用以分析线路末端的运分别表示末端有功、无功功率的大小。由于这图主要用以分析线路末端的运行特性，常称作电力线路的末端功率圆图。行特性，常称作电力线路的末端功率圆图。P2P2有功有功P2为定值，无功为定值，无功Q2变动时，始端电压端点变动时，始端电压端点的运动轨迹；的运动轨迹；Q2Q2无功无功Q2为定值，有功为定值，有功P2变动时，始端电压端点变动时，始端电压端点的运动轨迹；的运动轨迹；负荷功率因数负荷功率因数 为定值，视在功率为定值，视在功率S2变动时，变动时，始端电压端点的运动轨迹；始端电压端点的运动轨迹；S2S2视在功率视在功率S2为定值，负荷功率因数为定值，负荷功率因数 变动时，变动时，始端电压端点的运动轨迹；始端电压端点的运动轨迹；圆弧圆弧U末端功率圆。圆上各点的坐标分别对应于始末端功率圆。圆上各点的坐标分别对应于始末端电压都为定值时，末端的有功、无功功率。末端电压都为定值时，末端的有功、无功功率。17二、变压器运行状况的计算和分析二、变压器运行状况的计算和分析1 1、变压器中的电压降落、功率损耗和电能损耗、变压器中的电压降落、功率损耗和电能损耗用变压器的用变压器的 型电路型电路1)1)功率损耗功率损耗A A、变压器阻抗支路中损耗的功率、变压器阻抗支路中损耗的功率18B B、变压器励磁支路损耗的功率、变压器励磁支路损耗的功率C C、变压器始端功率、变压器始端功率 2)2)、电压降落、电压降落 （为变压器阻抗中电压降落的纵、横分量）（为变压器阻抗中电压降落的纵、横分量）注意：变压器励磁支路的无功功率与线路导纳支路的注意：变压器励磁支路的无功功率与线路导纳支路的 无功功率符号相反无功功率符号相反193)3)根据制造厂提供的试验数据计算其功率损耗根据制造厂提供的试验数据计算其功率损耗进一步简化：进一步简化：要注意单位要注意单位间的换算。间的换算。204)4)电能损耗电能损耗电阻中的损耗，即铜耗部分电阻中的损耗，即铜耗部分:与线路中的电能与线路中的电能损耗相同损耗相同.电导中的损耗，即铁耗部分电导中的损耗，即铁耗部分:近似取变压器空近似取变压器空载损耗载损耗P0与变压器运行小时数的乘积，变压器与变压器运行小时数的乘积，变压器运行小时数等于运行小时数等于8760h减去因检修等而退出运减去因检修等而退出运行的小时数。行的小时数。212 2、节点注入功率、运算负荷和运算功率、节点注入功率、运算负荷和运算功率(a)变电所变压器变电所变压器G（b）发电厂变压器）发电厂变压器22解：由题意，首先求线路参数并作等效图如图所示。解：由题意，首先求线路参数并作等效图如图所示。在节点在节点1处导纳产生的无功功率处导纳产生的无功功率23在节点在节点2处导纳产生的无功功率处导纳产生的无功功率线路阻抗上消耗的功率线路阻抗上消耗的功率24所以末端功率所以末端功率251.功率的计算功率的计算2.2.电力网络的功率损耗由各元件等值电路中不接地电力网络的功率损耗由各元件等值电路中不接地支路阻抗损耗和接地支路导纳损耗构成支路阻抗损耗和接地支路导纳损耗构成。a.a.阻抗损耗阻抗损耗b.b.b.b.导纳损耗导纳损耗 输电线输电线 变压器变压器 一、辐射形网络中的潮流分布一、辐射形网络中的潮流分布3.2 3.2 辐射形和环形网络中的潮流分布辐射形和环形网络中的潮流分布 262.2.电压的计算电压的计算 当功率通过元件阻抗（当功率通过元件阻抗（Z=Z=R+jXR+jX）时，产生电压降落时，产生电压降落 注意：要分清楚从受电端计算还是从送电端计算注意：要分清楚从受电端计算还是从送电端计算3.3.潮流的计算潮流的计算 已知条件往往是送电端电压已知条件往往是送电端电压U U1 1和受电端负荷功率和受电端负荷功率S S2 2以及以及元件参数。求解各节点电压、各元件流过的电流或功率。元件参数。求解各节点电压、各元件流过的电流或功率。计算步骤：计算步骤：a.a.根据网络接线图以及各元件参数计算等值电路，并将等值根据网络接线图以及各元件参数计算等值电路，并将等值电路简化。电路简化。27b.根据已知的根据已知的负荷功率负荷功率和和网络额定电压网络额定电压，从受电端推算到从受电端推算到送电端，逐一近似计算各元件的功率损耗，求出各节点的送电端，逐一近似计算各元件的功率损耗，求出各节点的注入和流出的功率，从而得到电力网络的注入和流出的功率，从而得到电力网络的功率分布功率分布。c.c.求得始端功率后，再运用求得始端功率后，再运用给定的始端电压给定的始端电压和和求得的始端求得的始端功率功率由始端向末端逐段推算由始端向末端逐段推算电压降落电压降落。（这里不再重新计（这里不再重新计算功率损耗）算功率损耗）注意：注意：第二步只计算功率分布，第三步只计算电压分布，第二步只计算功率分布，第三步只计算电压分布，因此，这是一种近似计算方法，若要计算结果达到精度要因此，这是一种近似计算方法，若要计算结果达到精度要求，可反复上列步骤，形成一种迭代算法，直到精度满足求，可反复上列步骤，形成一种迭代算法，直到精度满足要求为止，只是在迭代计算中，第二步不再用额定电压，要求为止，只是在迭代计算中，第二步不再用额定电压，而用在上次计算中得到的各点电压近似值进行计算。而用在上次计算中得到的各点电压近似值进行计算。28（1 1）用）用U UN N求得各点的运算负荷求得各点的运算负荷（2 2）从末段线路开始，用）从末段线路开始，用U UN N依次计算各段线路的功率损依次计算各段线路的功率损耗耗（3 3）用）用U UA A和已求得的功率分布，从和已求得的功率分布，从A A点开始逐段计算电压点开始逐段计算电压降落，求得降落，求得U Ub b U Uc c和和U Ud d（4 4）求得）求得U Ub b和和 U Uc,c,U Ud d重复（重复（1 1）（）（3 3）SLDdSLDcSLDbdcbA123例例1：同一电压的辐射式网：同一电压的辐射式网(已知已知UA和负荷和负荷)29bcdS L D dA R1+jX1R2+jX2R3+jX3j B1/2j B1/2j B2/2j B2/2j B3/2j B3/2 S L D b S L D cQB1（1 1）用）用U UN N求得各点的运算负荷求得各点的运算负荷30S d R1+jX1R2+jX2R3+jX3j B1/2bcd S b S cS3S3S1S2S1S2AS L D dA R1+jX1R2+jX2R3+jX3j B1/2j B1/2j B2/2j B2/2j B3/2j B3/2 S L D b S L D cQB131(2)(2)从末段线路开始，用从末段线路开始，用U UN N依次计算各段线路的功率损耗依次计算各段线路的功率损耗S d R1+jX1R2+jX2R3+jX3j B1/2bcd S b S cS3S3S1S2S1S2A32S d R1+jX1R2+jX2R3+jX3j B1/2bcd S b S cS3S3S1S2S1S2A(3)(3)用用U UA A和已求得的功率分布，从和已求得的功率分布，从A A点开始逐段计算电压降点开始逐段计算电压降落，求得落，求得U Ub b、U Uc c和和U Ud d33A L-1 bT c d SLD L-2例例2 2：两级电压的开式电力网：两级电压的开式电力网 A R1+jX1 ZTR2+jX2j B1/2j B1/2j B2/2bc dj B2/2cS0SLD方法一：方法一：包含理想变压器，计算时，经过理想变压包含理想变压器，计算时，经过理想变压器功率保持不变，两侧电压之比等于实际变比器功率保持不变，两侧电压之比等于实际变比k k。34 A R1+jX1 ZTR2+j X2j B1/2j B1/2j B2/2b dj B2/2cS0方法二：方法二：将线路将线路L L2 2的参数归算到的参数归算到L L1 1电压级电压级A L-1 bT c d SLD L-2开始时按开始时按L1L1侧额定电压计算，计算结果反归算侧额定电压计算，计算结果反归算35方法三：方法三：用用型等值电路处理型等值电路处理 A R1+jX1 ZTkR2+j X2jB1/2jB1/2jB2/2b djB2/2c kZT k1 k2ZT 1kSLDA L-1 bT c d SLD L-236二、二、环形网络中的潮流计算环形网络中的潮流计算1.环形网络中的功率分布。介绍的是最简单的单环形网络中的功率分布。介绍的是最简单的单一环网，主要由一个电源供电。一环网，主要由一个电源供电。165432T-1T-2T-3L-2L-1L-3G第一步：第一步：将单一环网等值电路简化为只有线路阻抗将单一环网等值电路简化为只有线路阻抗的简化等值电路。的简化等值电路。371)根据网络接线图以及各元件参数计算等值根据网络接线图以及各元件参数计算等值电路；电路；2)以发电机端点为始端，并将发电厂变压器的以发电机端点为始端，并将发电厂变压器的励磁支路移至负荷侧；励磁支路移至负荷侧；3)将同一节点下的对地支路合并，并将等值电将同一节点下的对地支路合并，并将等值电路图重新编号；路图重新编号；3815432Z25Z36Z31Z12Z23Z146y10y30y2039132Z31Z12Z234)在全网电压为额定电压的假设下，计算各变电所的运在全网电压为额定电压的假设下，计算各变电所的运算负荷和发电厂的运算功率，并将它们接在相应节点。算负荷和发电厂的运算功率，并将它们接在相应节点。40第二步：第二步：用简化的回路电流法解该简化等值电路用简化的回路电流法解该简化等值电路 通过近似方法，从功率中求取相应的电流，电压近似认为是通过近似方法，从功率中求取相应的电流，电压近似认为是额定电压：额定电压：为流经阻抗为流经阻抗Z12的功率的功率41第三步：第三步：用相同的方法求解用相同的方法求解42由此，扩展到相应的多节点网络的计算当中：由此，扩展到相应的多节点网络的计算当中：校验校验43若网络中所有线段单位长度的参数完全相等，且若网络中所有线段单位长度的参数完全相等，且注意：均一网注意：均一网常数常数第四步：第四步：计算整个网络的功率分布计算整个网络的功率分布(初步功率分布初步功率分布)44重要概念重要概念功率分点功率分点：网络中某些节点的功率是由两侧向其流动的网络中某些节点的功率是由两侧向其流动的,标标记记 。分为有功分点和无功分点。分为有功分点和无功分点。在环网潮流求解过程中，在功率分点处将环网解列。在环网潮流求解过程中，在功率分点处将环网解列。在无功分点处解列，在无功分点处解列，因为电网应在电压最低处因为电网应在电压最低处解列，而电压的损耗主要解列，而电压的损耗主要为由无功功率流动引起的，为由无功功率流动引起的，无功分点的电压往往低于无功分点的电压往往低于有功分点的电压。有功分点的电压。当有功分点当有功分点和无功分点和无功分点不一致时，不一致时，将在哪一个将在哪一个分点解列？分点解列？452.2.两端供电网络中的功率分布两端供电网络中的功率分布 回路电压为回路电压为0的单一环网等值于两端电压大小相等、的单一环网等值于两端电压大小相等、相位相同的两端供电网络。同时，两端电压大小不相等、相位相同的两端供电网络。同时，两端电压大小不相等、相位不相同的两端供电网络，也可等值于回路电压不为相位不相同的两端供电网络，也可等值于回路电压不为0的单一环网的单一环网。46 以回路电压不为以回路电压不为0的单一环网为例，其求解过的单一环网为例，其求解过程为：程为：1)1)设节点设节点1 1、4 4的电压差为：的电压差为：3)3)通过近似方法，从功率中求取相应的电流，通过近似方法，从功率中求取相应的电流，电压近似认为是额定电压电压近似认为是额定电压,且不计损耗：且不计损耗：2)用简化的回路电流法解简化等值电路用简化的回路电流法解简化等值电路47流经阻抗流经阻抗Z Z1212功率为：功率为：流经阻抗流经阻抗Z Z4343功率为：功率为：称为循环功率（称为循环功率（注注意方向意方向）484)计算各线段的电压计算各线段的电压降落和功率损耗，降落和功率损耗，过程为：求得网络过程为：求得网络功率分布后，功率分布后，确定确定其功率分点其功率分点,及及流向功率分点的功率流向功率分点的功率，在功率分点即网络，在功率分点即网络最低电压点将环网解开，将环形网络看成两最低电压点将环网解开，将环形网络看成两个辐射形网络，由功率分点开始，分别从其个辐射形网络，由功率分点开始，分别从其两侧逐段向电源端推算电压降落和功率损耗。两侧逐段向电源端推算电压降落和功率损耗。49闭闭式式网网络络的的计计算算过过程程50计算循环功率时，两端电压及额定电压已有效计算循环功率时，两端电压及额定电压已有效值带入计算（各点电压的相位差角不大）值带入计算（各点电压的相位差角不大）求功耗时，功率分点电压未知，近似以求功耗时，功率分点电压未知，近似以U UN N代代注意：注意：51将图中短路器将图中短路器1 1断开时断开时 其左侧电压为其左侧电压为10.5242/10.5=242kV；右侧电压为右侧电压为10.5231/10.5=231kV；从而，将该断路器闭合时，将有顺时针方向的循环功从而，将该断路器闭合时，将有顺时针方向的循环功率流动，其表达式仍与两端供电网络相同。率流动，其表达式仍与两端供电网络相同。10.5kV10.5/24210.5/231T2T124223113 3、环形网络中变压器变比不匹配时的循环功、环形网络中变压器变比不匹配时的循环功率率52一、调整控制潮流的必要性一、调整控制潮流的必要性若各段参数相同若各段参数相同3.4 3.4 电力网络潮流的调整控制电力网络潮流的调整控制12353若各导线各不相同，且若各导线各不相同，且这时网损则为：这时网损则为：54 即有功功率损耗最小时的功率分布应按线路电即有功功率损耗最小时的功率分布应按线路电阻分布而不是阻抗分布。阻分布而不是阻抗分布。按阻抗分布功率，叫功率自然分布，这种分布按阻抗分布功率，叫功率自然分布，这种分布是不加控制的是不加控制的。为了保证供电的安全、优质、经济的要求，因为了保证供电的安全、优质、经济的要求，因此需调整控制潮流。此需调整控制潮流。55二、调整控制潮流的手段二、调整控制潮流的手段1.串联电容串联电容 作用：抵偿线路的感抗，将其串联在环网中阻抗相对作用：抵偿线路的感抗，将其串联在环网中阻抗相对 过大的线路上，可起转移其他重载线路上流通功率过大的线路上，可起转移其他重载线路上流通功率的作用。的作用。2.串联电抗串联电抗作用：限流，将其串联在重载线路上可避免该线路作用：限流，将其串联在重载线路上可避免该线路过载。但其上的电压损耗增大，影响电压质量，并过载。但其上的电压损耗增大，影响电压质量，并对系统运行的稳定性有影响，一般不用。对系统运行的稳定性有影响，一般不用。563.附加串联加压器附加串联加压器作用：产生一环流或强制循环功率，使强制作用：产生一环流或强制循环功率，使强制循环功率与自然分布功率的叠加可达到理想循环功率与自然分布功率的叠加可达到理想值值。57Ecx纵向附加电势，其相位与线路相电压一致；纵向附加电势，其相位与线路相电压一致；Ecy横向附加电势，其相位与线路相电压相差横向附加电势，其相位与线路相电压相差90900 0；Ecx、Ecy均由附加串联加压器产生。均由附加串联加压器产生。58G1632200MW100MW60MW140MW160MWG300MW591.1.串联电容串联电容电容、电容、电感加电感加在何处在何处呢？呢？2.2.串联电感串联电感175MW25MW125MW300MW200MW100MW123电感串联在电感串联在2 23 3线路上：线路上：电感串联在电感串联在1 13 3线路上：线路上：3.3.串联加压器串联加压器60三、具体实现方法三、具体实现方法1、串联电抗、串联电抗原理上存在缺陷，未使用原理上存在缺陷，未使用2、串联电容、串联电容高压输电系统中高压输电系统中提高稳定提高稳定中压配电系统中中压配电系统中改善电压质量改善电压质量未能作为控制潮流手段未能作为控制潮流手段须开关频繁投切须开关频繁投切3、借附加串联加压器控制潮流、借附加串联加压器控制潮流614、借灵活交流输电装置控制潮流、借灵活交流输电装置控制潮流概念：概念：灵活交流输电系统灵活交流输电系统是指以晶闸管（即可控硅）是指以晶闸管（即可控硅）置换传统交流输电系统中各种机械式调节器和开关后置换传统交流输电系统中各种机械式调节器和开关后所呈现的新系统所呈现的新系统1)可控可控串联电容串联电容改变改变晶闸管的触发角晶闸管的触发角可平滑地并在较大范可平滑地并在较大范围内改变围内改变其容抗其容抗622)可控移相器可控移相器仍是横向串联加压器仍是横向串联加压器以以晶晶闸闸管管和和 电电 源源 变变压压器器二二次次侧侧若若干干个个绕绕组组替替代代了了原原用用以以调调节节附附加加电电动动势势大大小小的的分分接接头头，可可得得+13-13共共27级级 调调 节节（1:3:9）快速有载调节，不快速有载调节，不影响供电的连续性影响供电的连续性633)综合潮流控制器综合潮流控制器交流交流直流直流交流系统替代移相器交流系统替代移相器可可改变线路电压的大小和相位，等值地串入电容或电改变线路电压的大小和相位，等值地串入电容或电感、等值地并入电容或电感。感、等值地并入电容或电感。64此课件下载可自行编辑修改，供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！