《电力系统分析》PPT课件.ppt

1,华南理工大学电力学院 张勇军 2008.02,PART 10,电力系统分析 Electric Power Systems Analysis,2,第十章 电力传输的基本概念 Concepts of Power Transmission,网络元件的电压降落和功率损耗 输电系统的功率特性和功率极限 长距离输电线路的运行特性 单端供电系统的功率特性,3,10-1 网络元件的电压降落和功率损耗,4,电压降落,元件首末端两点电压的相量差。,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,10-1 网络元件的电压降落和功率损耗,Definition,5,电压降落计算,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,10-1 网络元件的电压降落和功率损耗,6,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,功率,7,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,Question,若以电压相量V1作参考轴，且已知电流 I和cos1时， 如何推导电压降落公式？,10-1 网络元件的电压降落和功率损耗,8,Voltage,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,电压损耗：两点间电压的数值差 电压偏移：任意点实际电压与其额定电压之差 电压调整：末端空载电压与负载电压的数值差,Definition,10-1 网络元件的电压降落和功率损耗,cos5 =0.9962，cos10 =0.9848,9,可见此时末端电压高于始端电压,电力线路空载运行的电压分析(I),10-1 网络元件的电压降落和功率损耗,V2,V1,10,设电压损耗近似等于电压降落的纵分量，则,可见电压损耗与线路长度的平方成正比，随着线路的延长，末端电压将高于1.1VN, 这在超高压架空线路或者电缆中经常出现。,电力线路空载运行的电压分析(II),10-1 网络元件的电压降落和功率损耗,11,负荷为纯感性无功时,可见此时末端电压低于始端电压，而且相位超前， a0,电力线路负载运行的电压分析(I),10-1 网络元件的电压降落和功率损耗,12,负荷为纯有功时,可见此时末端电压低于始端电压，而且相位滞后， a0,电力线路负载运行的电压分析(II),10-1 网络元件的电压降落和功率损耗,13,负荷S2=P2+jQ2，即为感性负荷时,电流I2滞后于电压V2 |V1|V2| 0 始端相角超前于末端相角： 1 2,电力线路负载运行的电压分析(III),10-1 网络元件的电压降落和功率损耗,14,负荷S2=P2-jQ2，即为容性负荷时,电流I2超前于电压V2 |V1|0 始端相角超前于末端相角： 1 2,电力线路负载运行的电压分析(IV),10-1 网络元件的电压降落和功率损耗,15,S2=-P2-jQ2，即实际感性负荷功率从末端向始端传送时,电流I2超前于电压V2 |V1| |V2| 0 始端相角滞后于末端相角： 1 2,电力线路负载运行的电压分析(V),10-1 网络元件的电压降落和功率损耗,16,S2=-P2+jQ2，即实际容性负荷功率从末端向始端传送时,电流I2滞后于电压V2 |V1|V2| 0 始端相角滞后于末端相角： 1 2,电力线路负载运行的电压分析(VI),10-1 网络元件的电压降落和功率损耗,17,总的来说，在高压传输线上，有功功率的传送方向总是由超前相位端指向滞后相位端；无功功率的传送方向总是由高电位端指向低电位端,10-1 网络元件的电压降落和功率损耗,Why?,Why?,Why?,18,变压器运行状况计算,类似于线路运行状况的计算不难得到变压器的电压降落,10-1 网络元件的电压降落和功率损耗,19,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,Conclusions about Voltage Difference,在纯电抗元件中，电压降落的纵分量是因传送Q而产生，电压降落的横分量因传送P产生。 元件两端存在电压幅值差是传送Q的条件，存在电压相角差则是传送P的条件。 感性无功将从电压较高的一端流向电压较低的一端，有功则从电压相位越前的一端流向电压相位落后的一端。,10-1 网络元件的电压降落和功率损耗,20,网络元件的功率损耗Power Losses,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,电流通过元件（线路、变压器）的电阻和等值电抗时产生的功率损耗和电压施加于元件的对地等值导纳时产生的损耗。,Definition,10-1 网络元件的电压降落和功率损耗,Resistance电阻,Reactance电抗,Impedance阻抗,Admittance导纳,Conductance电导,Susceptance电纳,Inductance电感,Capacitance电容,21,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,Power Losses on a line,10-1 网络元件的电压降落和功率损耗,jQB1,jQB2,22,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,Power Losses on a line,10-1 网络元件的电压降落和功率损耗,U2,U1,23,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,Power Losses on a Transformer,10-1 网络元件的电压降落和功率损耗,可见在额定条件下，变压器电抗中损耗的无功就等于短路电压标么值SN; 电纳中损耗的无功则等于空载电流标么值SN。,24,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,About Power Losses,对于110kV以下的电力网，在简化计算中常略去线路的充电功率。 对于35kV以下的电力网，在简化计算中常略去变压器的励磁功率。 线路的输电效率：线路末端输出的有功功率P2与首端输入的有功功率P1之比,10-1 网络元件的电压降落和功率损耗,25,10-2 输电线路的功率特性,26,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,输电线路的两端口网络方程,10-2 输电线路的功率特性,27,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,输入阻抗和转移阻抗,10-2 输电线路的功率特性,输入阻抗,转移阻抗,28,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,输电线路的功率方程,10-2 输电线路的功率特性,29,10-3 沿长线的功率传送,30,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,10-3 沿长线的功率传送,长线,长度超过300km的架空线路 超过l00km的电缆线路,31,V/I Distribution along a long line,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,入射波,反射波,传播常数 波阻抗,行波的衰减常数,相位常数,10-3 沿长线的功率传送,32,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,Definition,波长：行波的相位相差为2的两点间的距离 相位速度：行波的传播速度,在架空线路上相位速度接近于光速，即vw300000km/s。当f=50H时, 6000km。 行波在电缆中的传播速度较小，一般只有光速的1/4左右。,10-3 沿长线的功率传送,33,使线路工作在无反射波状态的负荷称为匹配负荷。由入射波输送到线路末端的功率将完全为负荷所吸收。这时负荷阻抗所消耗的功率便称为自然功率（波阻抗功率）。,输电线路的自然功率,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,10-3 沿长线的功率传送,Definition,34,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,波阻抗功率 Surge Impedance Loading,当线路发出无功恰好等于其消耗无功时的传输功率。 此时有V2b0= I2x0 因此波阻抗：,10-3 沿长线的功率传送,传送自然功率时： 线路本身不需要从系统吸取或提供无功功率。 沿线各点电压和电流幅值能保持不变。 沿线各点电压和电流相位一致。,！,35,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,Conclusions about Natural Loading,高压架空线的波阻抗略呈电容性，自然功率亦然。 提高输电额定电压和减小波阻抗可以提高自然功率。 采用分裂导线可减小线路电感增大线路电容，是减小波阻抗的有效办法。 缩小相间距离也可减小线路电感、增加线路电容。,10-3 沿长线的功率传送,36,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,典型参数,如果已知线路的感抗和波阻抗，可以求得线路电纳和充电功率。 对于500kV的典型参数为x0=0.32 /km， zc=250， Pn=1000MW， b0=5.12 S/km，充电功率约为1.3Mvar /km。,10-3 沿长线的功率传送,220kV和110kV的典型波阻抗和充电功率是多少？,37,10-4 单端供电系统的功率特性,38,发电机和输电线路的总阻抗记为zs=| zs|，负荷的等值阻抗记为zLD=|zLD|,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,10-4 单端供电系统的功率特性,首端接电源，受端只接负荷。,单端供电系统,39,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,10-4 单端供电系统的功率特性,Power Characteristics,I=V/|zLD|,系统进到负荷点的功率为,当|zs/zLD|=l时,受端功率达到最大,40,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,10-4 单端供电系统的功率特性,Definition,临界电压,与受端功率极限值对应的受端电压。此时输电系统的电压降落与受端电压幅值相等。,41,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,10-4 单端供电系统的功率特性,功率极限与负荷功率因数,=-,P,42,Conclusions,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,10-4 单端供电系统的功率特性,随着负荷逐渐增大，受端电压将由E单调下降到0； 受端功率P将先逐渐增大，直到系统阻抗与负荷阻抗的模相等时， P达到极大值。此后便逐渐下降。 若负荷功率因数滞后，越大，功率极限越小，相应的临界电压也越低。 当 =-时，功率极限有最大值，此时有 |zs|=|zLD|, rs=rLD, xs+xLD=0 送达负荷节点的功率只有供电点输出的功率的一半，输电效率仅为50%。,43,例10-3,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,10-4 单端供电系统的功率特性,简单输电系统如图10-17所示，不计线路电容和变压器的空载损耗，归算到110kV电压级的输电系统总阻抗zs=12+j60。若供电点电压能维持115kV不变，试计算： (1)负荷功率因数cos =0.90和0.95滞后，cos =1.0, cos =0.95和0.90超前时的功率极限和临界电压； (2)功率极限的最大值。,44,先计算系统阻抗角和功率因数角： zs=12+j60=61.1882 78.69 o, =78.69 o cos =0.9时, =25.84o；cos =0.95时， =18.19o 依据式10-46和10-47求解功率极限和临界电压 ： 功率极限的最大值为,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,10-4 单端供电系统的功率特性,求解过程,45,通过受端无功补偿可以提高输电功率极限和受端节点电压，从而提高电网输电能力和电压稳定性。,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,10-4 单端供电系统的功率特性,启示,46,版权所有者：张勇军 未经书面允许，他人不得使用,本章小结1,必须掌握用功率表示的电压降落公式的导出和应用条件。要掌握电压降落，电压损耗和电压偏移这三个常用的概念。 在元件的电抗比电阻大得多