（电力系统及其自动化专业论文）武乡电网优化研究.pdf

华北电力大学 1 _ 程硕十专业学位论文 摘要 随着国民经济及人民生活对电力需求的不断增长，日前武乡县电力网络逐渐无 法满足负荷增长 的需求。为保证今后国民经济的持续发展，除了增建和扩建发电厂 外，电力网络的扩大和改造也逐步引起各级决策者的重视。 作者在多年从事电网规划研究工作的基础上，对所进行的实际电网规划_ 作进 行总结:对武乡县电网的现状、存在问题以及对其改造的目标、原则进行了阐述， 并结合本人的一些工作经验，给出武乡县电网的实际规划实例。此外，作者还对电 网规划中的一些关键技术问题进行了探讨。 关键词电力系统，电网规划，电力 市场，潮流计算 a b s t r a c t w i t h n a t i o n a l e c o n o m y a n d p e o p l e s d e m a n d f o r e l e c t r i c p o w e r i n c r e a s i n g c o n t i n u o u s l y , t h e e l e c t r i c n e t w o r k o f w u x i a n g c o u n t y c a n t f u l f i l l t h e n e e d o f t h e l o a d s g o i n g u p . f o r g u a r a n t e e i n g t h e n a t i o n a l e c o n o m y s g r o w i n g i n t h e f u t u r e , e x c e p t f o r p o w e r p l a n t s s h o u l d b e b u i l t a n d r e b u i l t , t h e s p r e a d a n d r e c o n s t r u c t i o n o f n e t w o r k h o l d t h e b a l a n c e i n f r o n t o f t h e d e c i s i o n - m a k e r s a s w e l 1 . t h e a u t h o r s u m m a r i e s t h e r e s e a r c h b a s e d o n a c t u a l u n d e r t a k i n g j o b o f n e t w o r k p r o g r a m m i n g a n d e x p l a i n s t h e a c t u a l i t y , p r o b l e m o f t h e e l e c t r i c n e t w o r k i n w u x i a n g c o u n t y . a t t h e s a m e t i m e , t h e a u t h o r d e s c r i b e s t h e g o a l a n d p r i n c i p l e o f r e c o n s t r u c t i o n . a c c o r d i n g t o t h e a u t h o r s w o r k e x p e r i e n c e , t h e a c t u a l e x a m p l e o f p r o g r a m m i n g i s g i v e n . o t h e r w i s e , t h e a u t h o r d i s c u s s e s s o m e k e y t e c h n o l o g y p r o b l e m s u s e d i n e l e c t r i c n e t w o r k p r o g r a m m i n g . s h e n q i n g b i n ( p o w e r p l a n t t h e r m a l p o w e r e n g i n e e r i n g ) d i r e c t e d b y p r o f . l i u w e n y i n g k e y w o r d s :p o w e r s y s t e m , p l a n n i n g o f p o w e r n e t w o r k , p o w e r m a r k e t , p o w e r f l o w c a l c u l a t i o n 华北电力大学 _ 程硕士专业学位论文 ， 到七.0口 尸明 本人郑重声明:此处所提交的工程硕士专业学位论文 武乡电网优化研究 ，是本 人在华北电力大学攻读工程硕士专业学位期间， 在导师指导下进行的研究 _ 作和取得的 研究成果。 据本人所知， 除了文中特别加以标注和致谢之处外， 论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 学 位 论 文 作 者 签 名 二 一彭纹式一 - 日期 : z v as . s , f3 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了 解华北电力大学有关保留、 使用学位论文的规定， 即: 学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件; 学校可以采用影印、 缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文; 学校可允许学位论文被查阅或借阅; 学校可以学术交流为 日的， 复制赠送和交换学位论文; 同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作 者 签 名 : 帜六 氏 日期: z a o v 三五 导 师 签 名 : 刘 丈 钦 日期: y v o s . s . f $ 华北电力大学_ 程硕土专业学位论文 第一章绪论 1 . 1论文选题的意义 电力_ 业是国民经济的重要部门之一。随着现代工业和农业的不断发展及人民 生活水平的日益提高，社会对电力的需求量越来越大。为了满足日 益增大的电力需 求，必须不断扩大电力系统的规模，电力系统面临着日益繁重的规划任务。山于电 力工业的发展水平不仅对国民经济的其它部门会产生巨大的影响，而且一次能源消 耗和投资的数量也相当巨大，所以，合理地进行电力系统规划不仅可以获得巨大的 社会效益，也可以获得巨大的经济效益。相反，电力系统规划的失误会给国家建设 带来不可弥补的损失，因此，对电力系统规划问题进行研究，以期最大限度地提高 规划质量，具有重大的现实意义。 电力系统规划通常包括电源规划和电网规划两部分内容。而电网规划又可进一 步分为输电网规划即主网规划和配电网规划两类。在电力系统电源，电网及用户三 个有机组成部分中，电网担负着将电源与用户联结起来的任务，此外为了得到最大 的供电可靠性和经济性，它还担负着与邻近地区电力系统联系起来的任务。电网规 划在整个电力系统规划中起着非常重要的作用，直接关系到电源发出的电能否及时 送出，以及电力系统供电的安全性及经济性能否实现。由于电网设备投资需求大， 因此，寻求最佳的电网投资决策以保证整个电力系统的长期最优发展，是电网规划 所要达到的日标。 电网规划是电力系统规划的重要组成部分，其任务是根据规划期间的负荷增长 以及电源规划方案确定相应的最佳电网结构，以满足经济、可靠的输送到负荷中心 的前提下，使电网的建设和运行费用最小。这里的可靠性要求包括: ( 1 ) 正常运行要求; 在电力系统设备完好的情况下，保证各项运行指标， 如线路输送功率、 发电机出力、 系统电压水平、 稳定储备等在给定的允许范围之内。 ( 2 ) 安全运行要求: 在某些设备故障或负荷波动的情况下，满足给定的供 电可靠性要求。 电网的费用包括输变电设备的投资和运行费用，在运行费用比较时，原则上应 计及资金的时间价值。 华北电力大学_ 程硕土专业学位论文 第一章绪论 1 . 1论文选题的意义 电力_ 业是国民经济的重要部门之一。随着现代工业和农业的不断发展及人民 生活水平的日益提高，社会对电力的需求量越来越大。为了满足日 益增大的电力需 求，必须不断扩大电力系统的规模，电力系统面临着日益繁重的规划任务。山于电 力工业的发展水平不仅对国民经济的其它部门会产生巨大的影响，而且一次能源消 耗和投资的数量也相当巨大，所以，合理地进行电力系统规划不仅可以获得巨大的 社会效益，也可以获得巨大的经济效益。相反，电力系统规划的失误会给国家建设 带来不可弥补的损失，因此，对电力系统规划问题进行研究，以期最大限度地提高 规划质量，具有重大的现实意义。 电力系统规划通常包括电源规划和电网规划两部分内容。而电网规划又可进一 步分为输电网规划即主网规划和配电网规划两类。在电力系统电源，电网及用户三 个有机组成部分中，电网担负着将电源与用户联结起来的任务，此外为了得到最大 的供电可靠性和经济性，它还担负着与邻近地区电力系统联系起来的任务。电网规 划在整个电力系统规划中起着非常重要的作用，直接关系到电源发出的电能否及时 送出，以及电力系统供电的安全性及经济性能否实现。由于电网设备投资需求大， 因此，寻求最佳的电网投资决策以保证整个电力系统的长期最优发展，是电网规划 所要达到的日标。 电网规划是电力系统规划的重要组成部分，其任务是根据规划期间的负荷增长 以及电源规划方案确定相应的最佳电网结构，以满足经济、可靠的输送到负荷中心 的前提下，使电网的建设和运行费用最小。这里的可靠性要求包括: ( 1 ) 正常运行要求; 在电力系统设备完好的情况下，保证各项运行指标， 如线路输送功率、 发电机出力、 系统电压水平、 稳定储备等在给定的允许范围之内。 ( 2 ) 安全运行要求: 在某些设备故障或负荷波动的情况下，满足给定的供 电可靠性要求。 电网的费用包括输变电设备的投资和运行费用，在运行费用比较时，原则上应 计及资金的时间价值。 华北电力大学工程硕专业学位论文 电网规划研究是一个相当复杂的问题，它需要确定的决策是大量的，而这些决 策在时间及空间上是相互影响的。日前，限于各方面条件，尚无法将其统一在 一 个 模型中考虑， 只能将其分解成相对简单的子问题， 再通过子问题间的迭代进行协调。 电网规划研究可以按照时间长短分类，也可按照问题不同划分。 按照时间划分，电网规划研究可分为: . 远景规划研究; . 短期规划研究; . 长期规划研究。 远景研究通过对未来各种发展情况的简单分析，给出根据环境参数进行技术选 择的一般原则，并作出最后的初步选择。比如，选择电压等级，输电方式等。远景 研究一般相对于一个较长水平年，如2 0- 3 0 年;短期研究用于制定网络扩展决策， 确定详细的网络方案，它一般针对一个较短的水平年，如5 年;长期研究介f 两者 之间，它用于估计实际电网的长期发展或演变，比如 1 0 -2 0年。在三个部分中， 它起着十分重要的作用， 一 方面，远景规划所作出的技术选择可通过长期网络实际 状态进行修正。另一 方面，它又可以指导短期研究，确保短期决策同长期电网发展 相 致，反过来，长期研究中所引入的一些假设可通过更精确分析或短期研究得到 验 证。 按照问题划分，电网规划研究可以分为: . 负荷预测; . 网架规划; . 无功规划; . 稳定性分析; . 短路电流分析。 负荷预测用于预测未来电网负荷的时间分布和空间分布，即作出电网各负荷点 未来年份负荷曲线。它是电网规划决策所必需的基础工作; 网架规划及短路电流分析用于制定未来线路及变电站决策，以确定网络最优网 架结构，满足有功负荷传输的要求。线路及变电站扩展大部分决策是由于有功需要 引起的，偶尔是由于旧变电站短路电流限制造成的; 无功规划及稳定性分析用于确定除线路，变压器以外的补充设备 ( 如电容器， 电抗器，静止补偿系统及电机组调节器等) 。这部分设备的决策是由于无功和稳定 华北电力大学工程硕十专业学位论文 性需求造成的。同线路， 变压器相比， 这些设备的建设费用较少， 建设时间也较短。 一 个良好的电网优化方案是构成良好电网结构的基础，而良好的电网结构能便 利地实现电量的供需平衡，优化电源结构，保证区域电网之间的互相支援，提高系 统的安全稳定性，并目 _ 在此前提下获得最良好的经济效益和社会效益。同时，做好 电网优化设计工作是电网工程建设的关键环节，它对电力工程建设的工期、质量、 投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作 用。 随着国民经济的发展，电力负荷不断增长，配电网络发展迅速，对配电网的供 电可靠性和电能质量的要求也越来越高，这使得现代电网规划遇到的问题日趋复 杂。因此，解决电网规划改造设计问题，做好电网优化是非常有意义的。 1 . 2电网规划的发展与研究现状 电网规划的任务是根据规划期间的负荷增长及电源规划方案确定相应的最佳 电网结构。从数学 卜 讲，电网规划是一个十分复杂的动态多目 标不确定性非线性整 数规划问题， 其优化模型一般包含两部分: 网络结构方案的形成和电网方案的校验。 其中前者主要依靠规划人员的经验确定扩建的线路和电网结构，并确定出满足电力 输送要求且耗费较小的一个或多个方案。后者主要是对已经形成的方案进行评估， 包括潮流计算、稳定计算、短路容量计算、可靠性计算等等，并确定最优方案。山 于电力系统潮流计算、稳定计算及短路容量计算的理论及方法都比较成熟，因此， 日前有关电网规划方面的研究一般都是针对方案形成阶段进行的。 一般来说，电网规划应回答下列问题: a :在何处投建新输电线路; b :何时投建新的输电线路; c :投建何种类型的输电线路。 传统的电网规划方法主要是数学规划方法和启发式方法，其共同特点是以确定 的未来环境为基础，建立数学模型，求得最佳规划方案。由于在电网规划中需要考 虑各种不确定性因素对规划结果的影响，而传统的规划方法都无法满足这种要求， 其数学上严格的最优方案对于未来情况而言并非最优，甚至可能导致由于未来不确 定性因素的影响而不得不进行大量的补偿投资，从而降低甚至失去了“ 最优， 规划的 华北电力大学工程硕十专业学位论文 性需求造成的。同线路， 变压器相比， 这些设备的建设费用较少， 建设时间也较短。 一 个良好的电网优化方案是构成良好电网结构的基础，而良好的电网结构能便 利地实现电量的供需平衡，优化电源结构，保证区域电网之间的互相支援，提高系 统的安全稳定性，并目 _ 在此前提下获得最良好的经济效益和社会效益。同时，做好 电网优化设计工作是电网工程建设的关键环节，它对电力工程建设的工期、质量、 投资费用和建成投产后的运行安全可靠性和生产的综合经济效益，起着决定性的作 用。 随着国民经济的发展，电力负荷不断增长，配电网络发展迅速，对配电网的供 电可靠性和电能质量的要求也越来越高，这使得现代电网规划遇到的问题日趋复 杂。因此，解决电网规划改造设计问题，做好电网优化是非常有意义的。 1 . 2电网规划的发展与研究现状 电网规划的任务是根据规划期间的负荷增长及电源规划方案确定相应的最佳 电网结构。从数学 卜 讲，电网规划是一个十分复杂的动态多目 标不确定性非线性整 数规划问题， 其优化模型一般包含两部分: 网络结构方案的形成和电网方案的校验。 其中前者主要依靠规划人员的经验确定扩建的线路和电网结构，并确定出满足电力 输送要求且耗费较小的一个或多个方案。后者主要是对已经形成的方案进行评估， 包括潮流计算、稳定计算、短路容量计算、可靠性计算等等，并确定最优方案。山 于电力系统潮流计算、稳定计算及短路容量计算的理论及方法都比较成熟，因此， 日前有关电网规划方面的研究一般都是针对方案形成阶段进行的。 一般来说，电网规划应回答下列问题: a :在何处投建新输电线路; b :何时投建新的输电线路; c :投建何种类型的输电线路。 传统的电网规划方法主要是数学规划方法和启发式方法，其共同特点是以确定 的未来环境为基础，建立数学模型，求得最佳规划方案。由于在电网规划中需要考 虑各种不确定性因素对规划结果的影响，而传统的规划方法都无法满足这种要求， 其数学上严格的最优方案对于未来情况而言并非最优，甚至可能导致由于未来不确 定性因素的影响而不得不进行大量的补偿投资，从而降低甚至失去了“ 最优， 规划的 华北电力人学丁程硕十 专业学位论文 意义，造成巨大的损失。因此，为了克服传统规划方法的不足，在规划中考虑不确 定性因素影响己经得到了国内外学术界和 厂 程界的广泛关注，而计及不确定性因素 影响的电网灵活规划方法己成为电网规划研究和发展的方向。 目前国内外对电网灵活规划方法的研究主要集中在对不确定性因素进行数学 建模和模型求解等方面。特别是 9 0年代以来，新理论和新技术对电网规划的思维 方式起着巨大的作用，各种数学工具和最新理论不断引入到电网规划领域中去。诸 如随机规划方法、 模糊规划方法、 灰色规划方法、 遗传算法、 进化规划、专家系统、 t o b u搜索方法等等。然而很多影响电网规划的不确定性因素( 经济、政治等) 无法用 准确的数学模型进行描述，针对这些不确定性因素月前比较有效的处理方法是采用 场景方法口从机理上讲，场景方法类似枚举的方法，即将所有影响电网规划的不确 定性因素进行组合分析，因此，该方法可以较好地考虑各种不确定性因素的影响。 同时由于场景方法不是直接对不确定性因素进行数学建模，从而避免了建立十分复 杂的电网规划模型，大大降低了求解方面的难度。 1 . 3本研究课题的来源 武乡县位于长治市北部，是以农业为主的贫困县，全县矿产资源较为丰富，己 探明的主要矿产有原煤、铁矿石、硅、石灰岩、白云石、石膏石等。近年来，随着 改革开放的力度不断加大，通过内引外联，积极兴建合资或独资企业。己 投运的企 业有占地面积达 1 0 0 余亩的长乐金穗种鸡场、年产近万吨的碳化硅兴武化工公司、 年产万吨的金粟海有限公司、年产近 2万吨的电力电石厂，技改后年产 3 0万吨的 八 一 电石厂和正在进行技改的马堡、王家峪、东庄等大型骨干矿井，年产 1 2万吨 的水泥技改工程，规划中的洪水年产 6 万吨的金属镁建设项目，以及西部以开发绿 色农业为主的石盘开发区等等。这些项目必将极大地促进武乡国民经济的增长，加 快经济发展步伐。全县国民生产总值以年平均9 . 8 %的速度递增，初步形成了煤炭、 冶金、 化工、 建材、农业为主的工业体系和农产品加工基地。 2 0 0 4 年工农业总产值 1 0 . 8 8 亿元，其中工业产值7 . 6 亿元，2 0 0 4 年人均收入2 6 7 3 元。 武乡县电网结构以 1 1 0 k v城关站和蟠龙站、3 5 k v白和站、长乐站、故城站和 分水岭站贯穿东西、呈辐射状向全县供电。电源主要来自于1 1 0 k v沁县站、i i o k v 西井站和武乡电厂。目前武乡县现有火电厂一座，装机容量为2 x 1 2 0 0 0 + 2 x 6 0 0 0千 华北电力人学丁程硕十 专业学位论文 意义，造成巨大的损失。因此，为了克服传统规划方法的不足，在规划中考虑不确 定性因素影响己经得到了国内外学术界和 厂 程界的广泛关注，而计及不确定性因素 影响的电网灵活规划方法己成为电网规划研究和发展的方向。 目前国内外对电网灵活规划方法的研究主要集中在对不确定性因素进行数学 建模和模型求解等方面。特别是 9 0年代以来，新理论和新技术对电网规划的思维 方式起着巨大的作用，各种数学工具和最新理论不断引入到电网规划领域中去。诸 如随机规划方法、 模糊规划方法、 灰色规划方法、 遗传算法、 进化规划、专家系统、 t o b u搜索方法等等。然而很多影响电网规划的不确定性因素( 经济、政治等) 无法用 准确的数学模型进行描述，针对这些不确定性因素月前比较有效的处理方法是采用 场景方法口从机理上讲，场景方法类似枚举的方法，即将所有影响电网规划的不确 定性因素进行组合分析，因此，该方法可以较好地考虑各种不确定性因素的影响。 同时由于场景方法不是直接对不确定性因素进行数学建模，从而避免了建立十分复 杂的电网规划模型，大大降低了求解方面的难度。 1 . 3本研究课题的来源 武乡县位于长治市北部，是以农业为主的贫困县，全县矿产资源较为丰富，己 探明的主要矿产有原煤、铁矿石、硅、石灰岩、白云石、石膏石等。近年来，随着 改革开放的力度不断加大，通过内引外联，积极兴建合资或独资企业。己 投运的企 业有占地面积达 1 0 0 余亩的长乐金穗种鸡场、年产近万吨的碳化硅兴武化工公司、 年产万吨的金粟海有限公司、年产近 2万吨的电力电石厂，技改后年产 3 0万吨的 八 一 电石厂和正在进行技改的马堡、王家峪、东庄等大型骨干矿井，年产 1 2万吨 的水泥技改工程，规划中的洪水年产 6 万吨的金属镁建设项目，以及西部以开发绿 色农业为主的石盘开发区等等。这些项目必将极大地促进武乡国民经济的增长，加 快经济发展步伐。全县国民生产总值以年平均9 . 8 %的速度递增，初步形成了煤炭、 冶金、 化工、 建材、农业为主的工业体系和农产品加工基地。 2 0 0 4 年工农业总产值 1 0 . 8 8 亿元，其中工业产值7 . 6 亿元，2 0 0 4 年人均收入2 6 7 3 元。 武乡县电网结构以 1 1 0 k v城关站和蟠龙站、3 5 k v白和站、长乐站、故城站和 分水岭站贯穿东西、呈辐射状向全县供电。电源主要来自于1 1 0 k v沁县站、i i o k v 西井站和武乡电厂。目前武乡县现有火电厂一座，装机容量为2 x 1 2 0 0 0 + 2 x 6 0 0 0千 华北电力大学工程硕十专业学位论文 瓦; 小水电站一座， 装机容量3 x 7 0 0 千瓦: 有 1 1 0 k v变电站两座， 有3 5 k v公用变 电站四座，总容量7 3 8 0 0 k v a ; 3 5 k v用户变电站两座，总容量为1 0 9 1 5 k v a 。全县 年最大负荷 6 1 0 0 0 k w, 3 5 k v网络容载比为 1 .2 ， 全县共有3 5 k v输电线路9 条， 全 长 1 0 6 . 0 7 k m,( 其中3 5 k v用户线路2 条/ 8 . 3 7 k m) , i o k v配变8 9 8 台/ 6 1 9 9 5 k v a , l o k v配电线路 1 0 3 0 . 0 6 k m 1 3 8 条。 由于武乡县一直以来网络结构不完善的原因，造成本县的供电可靠性与电能质 量不高，网络损耗增大，电能输送容量不足等，特别是蟠龙地区和白和地区作为武 乡县的负荷增长点，长期缺电，制约了当地经济的发展。历史原因造成的线路分布 不合理以及老化，使得供电可靠性下降。同时随着工业区新增负荷的日益增长，主 变容量无法满足需求，急需进行增容。而且网内某些线路由于运行时间长，已超过 折旧年限，导致电能质量下降，线路损耗增大。虽“ 农改 ， 工程在一定程度上改善了 供电的基础设施，但由于资金有限，电网结构仍存在欠缺，如供电半径大、可靠性 低等问题，严重阻碍了电力市场的发展，影响了农民生活水平的提高。 为使未来的电网结构能适应武乡县经济的发展与进步，满足日益增长的负荷需 求以及提高供电可靠性，鉴于武乡县的电网现存问题，从整体上着眼，进行武乡县 电网优化研究，提出一套合理的电网优化措施，是十分必要和及时的。 作者在攻读硕士期间，根据国家电力公司和省电力公司的安排， 作为主要管理 者参与并组织开展 武乡县农村电网2 0 0 5 年至 2 0 1 0年发展计划及 2 0 2 0年远景规 划的编制工作。此研究项目涉及到输、配电网规划的多项内容，例如:武乡县电 网需求现状分析，“ 两改一同价” 实施情况分析、农村电力市场预测等。作者将电网 规划理论与工程实践相结合，分析了影响农村电力市场的主要因素，确定了电网发 展规划的指导思想和原则，并最终制定了 武乡县农村电网2 0 0 5 年至2 0 1 0 年发展 计划及2 0 2 0 年远景规划方案。 通过对_ l 述课题的研究，作者对工作中出现的问题进行了详细探讨，并提供了 相应的解决方法，通过科学实践，较好的解决了电网电能损耗高、供电可靠性低、 电能质量差的问题， 提出建成网架坚实、布局合理、 供电能力强的电网，实现安全、 优质、经济的供电目标，为未来武乡电力市场运营提供坚实的物质基础。 华北电力人学. f 程硕 专业学位论文 第二章电网元件特性及数学模型 研究电力系统时， 常需要借助一定的工具。 这些研究工具大致分两类电力系统 的数学模型和电力系统的物理模型。 建立了电力系统中各元件的数学模型， 就可根据它 们的联结方式或拓扑关系，建立电力网络乃至电力系统的数学模型。 稳态分析时运用的电网元件模型很简单， 变压器的数学模型有两种，即r 形和t形 等值电路模型， 以及等值变压器或i i 形等值电路模型， 它们分别用于手算和计算机计算。 其中参数则都山制造厂提供的技术数据确定。采用前者时，多电压级网络中所有参数， 变量都需进行电压级归算; 采用后者时，可不归算。电力线路的数学模型中，分析架空 线路的各种参数， 根据导线标号， 在杆塔上的布置和线路长度，计算线路的阻抗，导纳 并建立等值电力模型。 稳态分析时运用的负荷模型也很简单， 只是以给定的有功功率和无功功率表示。 只 有在对精度要求较高的场合才需计及它们的静态特性。 建立电力网络的数学模型时， 可 采用有名制或标么制。 在需要进行电压级归算的场合，采用有名制时， 先求出各元件参 数的有名制， 然后逐级将它们归算到基本级。 采用标么值时，本质上也都是先求出各儿 件参数的有名值， 然后或将它们归算至基本级， 或将基本级的基本值归算至元件所在级， 最后将有名值折算为标么值。 在输送电力中， 变压器，电力线路和负荷是电网的重要组成部分。因此，其特性和 数学模型是构建电力网络数学模型的基本元素。 2 . 1功率参数 对于复功率，取 s 二 u i 二 u i l ( r一 q ; ) = u i l (p = s ( c o s (p + j s i n v ) = p + j q ( 2 - 1 ) 式中 ，s 复 功 率; u一 电 压 相 量 ， 口 二 u z (o . ; j 一毓腿麒瞰， j 一 i l 一 (p i ; 尹 功率因 数角，(p = (p u 一 (p; 华北电力人学. f 程硕 专业学位论文 第二章电网元件特性及数学模型 研究电力系统时， 常需要借助一定的工具。 这些研究工具大致分两类电力系统 的数学模型和电力系统的物理模型。 建立了电力系统中各元件的数学模型， 就可根据它 们的联结方式或拓扑关系，建立电力网络乃至电力系统的数学模型。 稳态分析时运用的电网元件模型很简单， 变压器的数学模型有两种，即r 形和t形 等值电路模型， 以及等值变压器或i i 形等值电路模型， 它们分别用于手算和计算机计算。 其中参数则都山制造厂提供的技术数据确定。采用前者时，多电压级网络中所有参数， 变量都需进行电压级归算; 采用后者时，可不归算。电力线路的数学模型中，分析架空 线路的各种参数， 根据导线标号， 在杆塔上的布置和线路长度，计算线路的阻抗，导纳 并建立等值电力模型。 稳态分析时运用的负荷模型也很简单， 只是以给定的有功功率和无功功率表示。 只 有在对精度要求较高的场合才需计及它们的静态特性。 建立电力网络的数学模型时， 可 采用有名制或标么制。 在需要进行电压级归算的场合，采用有名制时， 先求出各元件参 数的有名制， 然后逐级将它们归算到基本级。 采用标么值时，本质上也都是先求出各儿 件参数的有名值， 然后或将它们归算至基本级， 或将基本级的基本值归算至元件所在级， 最后将有名值折算为标么值。 在输送电力中， 变压器，电力线路和负荷是电网的重要组成部分。因此，其特性和 数学模型是构建电力网络数学模型的基本元素。 2 . 1功率参数 对于复功率，取 s 二 u i 二 u i l ( r一 q ; ) = u i l (p = s ( c o s (p + j s i n v ) = p + j q ( 2 - 1 ) 式中 ，s 复 功 率; u一 电 压 相 量 ， 口 二 u z (o . ; j 一毓腿麒瞰， j 一 i l 一 (p i ; 尹 功率因 数角，(p = (p u 一 (p; 华北电力大学工程硕士专业学位论文 s , p , q 分别为视在功率，有功功率，无功功率。负荷以 滞后功率因数运行时所吸 取的无功功率为正， 以超前功率因数运行时所吸取的无功功率为负: 发电机以滞后功率 因数运行时所发出的无功功率为正，以超前功率因数运行时所发出的无功功率为负。 2 . 2变压器的参数和数学模型 双绕组变压器的参数和数学模型: 2 . 2 . 1阻抗参数 由于变压器短路损耗p k近似等于额定电 流流过变压器时高低压绕组中的总铜耗 所以推导可得出变压器电阻 、 一 ， p k u 2n 1 0 0 0 嵘 ( 2 - 2 ) 式 中 ， 凡 变 压 器 高 低 压 绕 组 的 总 电 阻( 。 ) ; p 变 压 器 的 短 路 损 耗( k w ) ; s n 变 压 器 的 额 定 容 量( m v a ) ; u n 变 压 器 的 额 定电 压( k v ) a 而在电力系统计算中 ，由于大容量变压器的阻抗中以电抗为主，即 变压器的电抗 和阻 抗数 值 接 近相 等， 因 此可 近 似认 为， 变压 器的 短 路电 压百 分 值u k %与 变 压器的电 抗 有如下关系: u k %” 而n x t 叽 x1 0 0 ( 2 - 3 ) 从而 二_u n 了 工 t一 万于万一 - 1 3 1 n x u k 1 0 0 _ u k % u n l o o s , ( 2 - n ) 华北电力大学工程硕士专业学位论文 s , p , q 分别为视在功率，有功功率，无功功率。负荷以 滞后功率因数运行时所吸 取的无功功率为正， 以超前功率因数运行时所吸取的无功功率为负: 发电机以滞后功率 因数运行时所发出的无功功率为正，以超前功率因数运行时所发出的无功功率为负。 2 . 2变压器的参数和数学模型 双绕组变压器的参数和数学模型: 2 . 2 . 1阻抗参数 由于变压器短路损耗p k近似等于额定电 流流过变压器时高低压绕组中的总铜耗 所以推导可得出变压器电阻 、 一 ， p k u 2n 1 0 0 0 嵘 ( 2 - 2 ) 式 中 ， 凡 变 压 器 高 低 压 绕 组 的 总 电 阻( 。 ) ; p 变 压 器 的 短 路 损 耗( k w ) ; s n 变 压 器 的 额 定 容 量( m v a ) ; u n 变 压 器 的 额 定电 压( k v ) a 而在电力系统计算中 ，由于大容量变压器的阻抗中以电抗为主，即 变压器的电抗 和阻 抗数 值 接 近相 等， 因 此可 近 似认 为， 变压 器的 短 路电 压百 分 值u k %与 变 压器的电 抗 有如下关系: u k %” 而n x t 叽 x1 0 0 ( 2 - 3 ) 从而 二_u n 了 工 t一 万于万一 - 1 3 1 n x u k 1 0 0 _ u k % u n l o o s , ( 2 - n ) 华北电力大学工程硕士专业学位论文 s , p , q 分别为视在功率，有功功率，无功功率。负荷以 滞后功率因数运行时所吸 取的无功功率为正， 以超前功率因数运行时所吸取的无功功率为负: 发电机以滞后功率 因数运行时所发出的无功功率为正，以超前功率因数运行时所发出的无功功率为负。 2 . 2变压器的参数和数学模型 双绕组变压器的参数和数学模型: 2 . 2 . 1阻抗参数 由于变压器短路损耗p k近似等于额定电 流流过变压器时高低压绕组中的总铜耗 所以推导可得出变压器电阻 、 一 ， p k u 2n 1 0 0 0 嵘 ( 2 - 2 ) 式 中 ， 凡 变 压 器 高 低 压 绕 组 的 总 电 阻( 。 ) ; p 变 压 器 的 短 路 损 耗( k w ) ; s n 变 压 器 的 额 定 容 量( m v a ) ; u n 变 压 器 的 额 定电 压( k v ) a 而在电力系统计算中 ，由于大容量变压器的阻抗中以电抗为主，即 变压器的电抗 和阻 抗数 值 接 近相 等， 因 此可 近 似认 为， 变压 器的 短 路电 压百 分 值u k %与 变 压器的电 抗 有如下关系: u k %” 而n x t 叽 x1 0 0 ( 2 - 3 ) 从而 二_u n 了 工 t一 万于万一 - 1 3 1 n x u k 1 0 0 _ u k % u n l o o s , ( 2 - n ) 华北电力大学_ 程硕十 专业学位论文 式 中 x t 一 变 压 器 高 低 压 绕 组 的 总 电 抗( n ) : u k % 变 压 器的 短 路电 压百 分 值。 2 2 .2导纳参数 因变压器的铁耗近似与变压器的空载损耗尸 。 相等，电导也可与空载损耗相对应。 因 此电 导g , 有: _p 妹二 1 0 0 0 叽 ( 2 - a ) 式 中 g , . 一 变 压 器 的 电 导( s ) ; 几 变 压 器 的 空 载 损 耗( k w ) ; u , , 变压器的 额定电 压 ( k v ) 而电 纳b , 有 尽一 1 0 % . s , 1 0 0 u 舟 ( 2 - 6 ) 式中 b , . 变 压 器 的电 纳( s ) ; i 0 变 压 器 的 空 载 电 流 百 分 数 。 双绕组变压器的等值电路如下图2 - 1 所示: 2 1 2 厂、八尹 ，_ 1 2 一一二二卜wl r 一 一 一 r t 七i xt ( a )( b ) 弓 : + j 几 变 压 器 的 空 载 损 耗( k w ) ; u , , 变压器的 额定电 压 ( k v ) 而电 纳b , 有 尽一 1 0 % . s , 1 0 0 u 舟 ( 2 - 6 ) 式中 b , . 变 压 器 的电 纳( s ) ; i 0 变 压 器 的 空 载 电 流 百 分 数 。 双绕组变压器的等值电路如下图2 - 1 所示: 2 1 2 厂、八尹 ，_ 1 2 一一二二卜wl r 一 一 一 r t 七i xt ( a )( b ) 弓 : + j 带导纳支路的等值电路; 用功率损耗表示导纳支路的等值电路; 略去并联支路的等值电路。 、1、j廿、.产 ahc工u 了、廿r 2 0 3电力线路的参数和数学模型 一 般r , x ,g , b分别为线路正序电 阻， 电 抗， 电导， 电纳。 在计算时通常不考虑电 导。 架空线路参数的计算公式为: r = 二 i = ( 2 - 7 ) x 一 x ll 一 (0 .1 4 4 5 1g 压+ 0 .0 1 5 7 ) l e 4 n ( 2 - 8 ) b二 b ,l =x 1 0 - 6 ) 1 i g ( 2 - 9 ) 式中 r e q = y，戈八 分 别 为 线 路 每 公 里 电 阻( 0 / k m ) ， 电 抗( s 2 / k m ) ， 电 纳 s / k m ) ; 1 - - 一 线路长度，k m ; p 导 线 的 电 阻 率 ， 贝e m m 2 / k m , 铝 线 取3 1 . 5 , 铜 线 取1 8 . 8 ; 5 导 线的 截 面 积，m m 2m m 一分裂导线根数，单导线时n =1 ; d m- 三 相 导 线 几 何 均 距 ， 。 。 ， d一 3 d a b d b 一d j ; r e q分裂导线的等值半径 c m，单导线时 r , 。 # 1 时 ， r,q = 价( d 12 - d 13 .d ln ， 丸d 13, r e . 为 导 线 的 实 际 半 径 ， 即 ，二 ，试 。 为 分 裂 间 距 。 线路的长度及电线类型不同，电力线路的数学模型就得有不同的参数特性。 华北电力大学工程硕上专业学位沦文 双绕组变压器; 带导纳支路的等值电路; 用功率损耗表示导纳支路的等值电路; 略去并联支路的等值电路。 、1、j廿、.产 ahc工u 了、廿r 2 0 3电力线路的参数和数学模型 一 般r , x ,g , b分别为线路正序电 阻， 电 抗， 电导， 电纳。 在计算时通常不考虑电 导。 架空线路参数的计算公式为: r = 二 i = ( 2 - 7 ) x 一 x ll 一 (0 .1 4 4 5 1g 压+ 0 .0 1 5 7 ) l e 4 n ( 2 - 8 ) b二 b ,l =x 1 0 - 6 ) 1 i g ( 2 - 9 ) 式中 r e q = y，戈八 分 别 为 线 路 每 公 里 电 阻( 0 / k m ) ， 电 抗( s 2 / k m ) ， 电 纳 s / k m ) ; 1 - - 一 线路长度，k m ; p 导 线 的 电 阻 率 ， 贝e m m 2 / k m , 铝 线 取3 1 . 5 , 铜 线 取1 8 . 8 ; 5 导 线的 截 面 积，m m 2m m 一分裂导线根数，单导线时n =1 ; d m- 三 相 导 线 几 何 均 距 ， 。 。 ， d一 3 d a b d b 一d j ; r e q分裂导线的等值半径 c m，单导线时 r , 。 # 1 时 ， r,q = 价( d 12 - d 13 .d ln ， 丸d 13, r e . 为 导 线 的 实 际 半 径 ， 即 ，二 ，试 。 为 分 裂 间 距 。 线路的长度及电线类型不同，电力线路的数学模型就得有不同的参数特性。 华北电力大学工程硕十专业学位论文 当架空线路不超过 用集中参数表示， 3 0 0 k m，电缆线路不超过 1 0 0 k m，可不考虑分布参数特性 并且多用7c 型等值电路。如下图2 - 2 所示: r + j x 1 旦 2 图2 - 2 短线路二 型等值电路 当架空线路超过 3 0 0 k m，电缆线路超过 1 0 0 k m，对这种线路就得把分布参数特 性考虑进去。 把长线路的总电阻，电抗，电纳分别乘以适当的修正系数， 就可得 出其简化二 型等值电路。如下图2 - 3 所示: j k , b l 2j k , b l 2 图 2 - 3长线路汀型等值电路 线路的输送功率。线路的输送功率与线路电压等级，线径大小及周围自 然环境 等有薪密切的关系。 对于输电距离小于 1 2 0 公里时， 线路的输送功率主要受线路 热 稳 定 的 限 制 ， 也 即 线 路 有 一 个 允 许 输 送 的 最 大 电 流i . . ， 即 当i 输 : i .时 才 能保证导线的热稳定。随着电 压等级的提高， 线路的输送功率将与电压的水平成 正比，即尸 = u z , 所以， 在输送距离不太长时，我们可用提高线路的输送电 压的 方法来提高线路的输送功率。 2 . 4 参数标么值的计算 2 .4 1 近似计算法 取 s b 为 基 准 容 量 ， 取 各 级 电 压 的 平 均 额 定 电 压 为 基 准 电 压 u b ，并 认 为 变 压 器 的 变 比 华北电力大学工程硕十专业学位论文 当架空线路不超过 用集中参数表示， 3 0 0 k m，电缆线路不超过 1 0 0 k m，可不考虑分布参数特性 并且多用7c 型等值电路。如下图2 - 2 所示: r + j x 1 旦 2 图2 - 2 短线路二 型等值电路 当架空线路超过 3 0 0 k m，电缆线路超过 1 0 0 k m，对这种线路就得把分布参数特 性考虑进去。 把长线路的总电阻，电抗，电纳分别乘以适当的修正系数， 就可得 出其简化二 型等值电路。如下图2 - 3 所示: j k , b l 2j k , b l 2 图 2 - 3长线路汀型等值电路 线路的输送功率。线路的输送功率与线路电压等级，线径大小及周围自 然环境 等有薪密切的关系。 对于输电距离小于 1 2 0 公里时， 线路的输送功率主要受线路 热 稳 定 的 限 制 ， 也 即 线 路 有 一 个 允 许 输 送 的 最 大 电 流i . . ， 即 当i 输 : i .时 才 能保证导线的热稳定。随着电 压等级的提高， 线路的输送功率将与电压的水平成 正比，即尸 = u z , 所以， 在输送距离不太长时，我们可用提高线路的输送电 压的 方法来提高线路的输送功率。 2 . 4 参数标么值的计算 2 .4 1 近似计算法 取 s b 为 基 准 容 量 ， 取 各 级 电 压 的 平 均 额 定 电 压 为 基 准 电 压 u b ，并 认 为 变 压 器 的 变 比 华北电力大学工程硕十专业学位论文 当架空线路不超过 用集中参数表示， 3 0 0 k m，电缆线路不超过 1 0 0 k m，可不考虑分布参数特性 并且多用7c 型等值电路。如下图2 - 2 所示: r + j x 1 旦 2 图2 - 2 短线路二 型等值电路 当架空线路超过 3 0 0 k m，电缆线路超过 1 0 0 k m，对这种线路就得把分布参数特 性考虑进去。 把长线路的总电阻，电抗，电纳分别乘以适当的修正系数， 就可得 出其简化二 型等值电路。如下图2 - 3 所示: j k , b l 2j k , b l 2 图 2 - 3长线路汀型等值电路 线路的输送功率。线路的输送功率与线路电压等级，线径大小及周围自 然环境 等有薪密切的关系。 对于输电距离小于 1 2 0 公里时， 线路的输送功率主要受线路 热 稳 定 的 限 制 ， 也 即 线 路 有 一 个 允 许 输 送 的 最 大 电 流i . . ， 即 当i 输 : i .时 才 能保证导线的热稳定。