简单电力系统的潮流计算

电力系统分析基础PowerSystemAnalysisBasis 三 主讲人 朱晓荣 2 高频考点一 电压质量指标 3 高频考点二 电力线路的电压降落和功率损耗 4 高频考点二 电力线路的电压降落和功率损耗 5 高频考点二 电力线路的电压降落和功率损耗 高频考点三 变压器的电压降落和功率损耗 1 变压器中的电压降落 功率损耗和电能损耗用变压器的型电路功率损耗A 变压器阻抗支路中损耗的功率 B 变压器励磁支路损耗的功率C 变压器始端功率2 电压降落 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无功功率符号相反 3 根据制造厂提供的试验数据计算其功率损耗 进一步简化 要注意单位间的换算 二 环形网络中的潮流计算 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 第一步 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 高频考点四 简单环网和两端供电网络的潮流计算 根据网络接线图以及各元件参数计算等值电路 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 将同一节点下的对地支路合并 并将等值电路图重新编号 11 1 5 4 3 2 Z25 Z36 Z31 Z12 Z23 6 y10 y30 y20 4 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 第二步 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 电压近似认为是额定电压 为流经阻抗Z12的功率 第三步 用相同的方法求解 由此 扩展到相应的多节点网络的计算当中 校验 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 常数 第四步 计算整个网络的功率分布 初步功率分布 重要概念 功率分点 网络中某些节点的功率是由两侧向其流动的 标记 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 在无功分点处解列 因为电网应在电压最低处解列 而电压的损耗主要为由无功功率流动引起的 无功分点的电压往往低于有功分点的电压 当有功分点和无功分点不一致时 将在哪一个分点解列 2 两端供电网络中的功率分布 回路电压为0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 以回路电压不为0的单一环网为例 其求解过程为 设节点1 4的电压差为 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 且不计损耗 用简化的回路电流法解简化等值电路 流经阻抗Z12功率为 流经阻抗Z43功率为 称为循环功率 注意方向 计算各线段的电压降落和功率损耗 过程为 求得网络功率分布后 确定其功率分点 及流向功率分点的功率 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 22 闭式网络的计算过程 23 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 求功耗时 功率分点电压未知 近似以UN代 注意 24 将图中短路器1断开时其左侧电压为10 5 242 10 5 242kV 右侧电压为10 5 231 10 5 231kV 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 3 环形网络中变压器变比不匹配时的循环功率 一 调整控制潮流的必要性 若各段参数相同 3 4电力网络潮流的调整控制 若各导线各不相同 且 这时网损则为 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 按阻抗分布功率 叫功率自然分布 这种分布是不加控制的 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 28 高频考点五 电力线路中功率的流向与电压相角 幅值的关系 29 高频考点六 电力线路的空 轻 载运行特性 二 调整控制潮流的手段串联电容作用 抵偿线路的感抗 将其串联在环网中阻抗相对过大的线路上 可起转移其他重载线路上流通功率的作用 串联电抗作用 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 并对系统运行的稳定性有影响 一般不用 高频考点七 环形电力网潮流控制的手段 附加串联加压器作用 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值 32 三 具体实现方法 1 串联电抗 原理上存在缺陷 未使用 2 串联电容 高压输电系统中 提高稳定 中压配电系统中 改善电压质量 未能作为控制潮流手段 须开关频繁投切 3 借附加串联加压器控制潮流 高频考点八 电力系统等值电路的简化 电力系统潮流计算时 常用等值负荷 等值电源和运算负荷 运算电源对等值电路进行简化 1 降压变电所的等值负荷和运算负荷 1 降压变电所等值负荷 变电所低压母线负荷 变压器阻抗支路功率损耗 变压励磁支路功率损耗 2 降压变电所运算负荷 降压变电所等值负荷 与变电所高压母线相连接的输电线路导纳支路功率的一半 2 定出力发电厂的等值电源和运算电源功率 1 定出力发电厂的等值电源功率 发电厂发电机功率 发电厂厂用点负荷功率 升压变压器功率损耗 包括升压变压器阻抗支路功率损耗和励磁支路功率损耗 2 定出力发电厂的运算电源功率 发电厂的等值电源功率 与变电所高压母线相连接的输电线路导纳支路的一半 计算变压器功率损耗和输电线路导纳支路功率损耗时 电压采用额定电压 34 高频考点十五 电力网络方程 定义为 是将网络有过参数和变量及其相互关系综合起来所形成的可以反应网络性能的数学方程组 有三种类型 节点电压方程 回路电流方程 割集方程 电力系统潮流计算实质是电路计算问题 因此 用解电路问题的基本方法 就可以建立起电力系统潮流计算所需的数学模型 潮流方程 1 节点电压方程节点电压方程是以节点电压为待求量 根据基尔霍夫定律和电力元件的伏安特性所列出的描述电力系统稳态特性的电力网络方程 节点电压方程有节点导纳矩阵和节点阻抗矩阵方程 电力系统分析计算时通常采用节点导纳矩阵方程 原因是 35 利用节点电压方程分析计算电路问题时 独立方程的个数等于独立节点数 而电力系统的独立节点远远少于独立回路数 利用节点电压方程进行电力网络的计算远较回路电流方程简单 节点导纳矩阵容易形成与修改 利用节点电压方程计算时 无须事先对并联支路进行合并 节点电压方程既适用于平面网络 也适用于非平面网络 高频考点十五 电力网络方程 高频考点十七 节点导纳矩阵的修改 不同的运行状态 如不同结线方式下的运行状况 变压器的投切或变比的调整等 改变一个支路的参数或它的投切只影响该支路两端节点的自导纳和它们之间的互导纳 因此仅需对原有的矩阵作某些修改 Y矩阵的修改 不同的运行状态 如不同结线方式下的运行状况 变压器的投切或变比的调整等 三 节点导纳矩阵的修改 Y矩阵的修改 三 节点导纳矩阵的修改 电力网 Y增加一行一列 n 1 n 1 1 从原网络引出一条支路增加一个节点 Y矩阵的修改 三 节点导纳矩阵的修改 Y阶次不变 Y矩阵的修改 2 在原有网络节点i j之间增加一条支路 三 节点导纳矩阵的修改 Y阶次不变 3 在原有网络的节点i j之间切除一条支路 Y矩阵的修改 三 节点导纳矩阵的修改 Y矩阵的修改 4 在原有网络的节点i j之间的导纳由yij改变为y ij 三 节点导纳矩阵的修改 Y矩阵的修改 5 在原有网络的节点i j之间变压器的变比由k 改变为k 三 节点导纳矩阵的修改 Y矩阵的修改 5 在原有网络的节点i j之间变压器的变比由k 改变为k 三 节点导纳矩阵的修改 45 高频考点十八 电力系统节点电压方程的特点及求解方法 1 当已知节点注入电流时 节点电压方程是关于节点电压的线性方程组 2 当已知节点注入功率时 节点电压方程是关于节点电压的非线性方程组 电力系统节点电压方程的求解方法 由于电力系统的节点电压方程是关于节点电压的非线性方程组 一般采用迭代法求解 常用的迭代法有G S迭代法 N L迭代法和P Q分解迭代法等 46 高频考点十九 节点变量及其分类 47 预测练习 1 鉴于高压输电线路的电阻往往小于电抗 改变相位 主要改变网络中的 分布 A 无功功率B 有功功率C 视在功率D 总功率2 调整控制潮流手段中串联电容的作用是 A 抵偿线路的感抗B 限流C 产生一环流或强制循环功率3 调整控制潮流的手段中串联电抗的作用是 A 抵偿线路的感抗B 限流C 产生一环流或强制循环功率 变量的分类 一个电力系统有n个节点 每个节点可能有4个变量Pi Qi ei fi或Pi Qi Ui i 而上述功率方程只有2n个 所以需要事先给定2n个变量的值 根据各个节点的已知量的不同 将节点分成三类 PQ节点 PV节点 平衡节点 高频考点二十 节点的分类 变量的分类 高频考点二十 节点的分类 1 PQ节点 LoadBuses 已知Pi Qi 求 ei fi Ui i 负荷节点 或发固定功率的发电机节点 数量最多 2 PV节点 VoltageControlBuses 已知Pi Ui 求 Qi和 i 对电压有严格要求的节点 如电压中枢点 3 平衡节点 SlackBusorVoltageReferencebus 已知Ui i 求 Pi Qi 只设一个 变量的分类 设置平衡节点的目的 高频考点二十 节点的分类 在结果未出来之前 网损是未知的 至少需要一个节点的功率不能给定 用来平衡全网功率 电压计算需要参考节点 51 预测练习 1 鉴于高压输电线路的电阻往往小于电抗 改变相位 主要改变网络中的 分布 A 无功功率B 有功功率C 视在功率D 总功率2 调整控制潮流手段中串联电容的作用是 A 抵偿线路的感抗B 限流C 产生一环流或强制循环功率3 调整控制潮流的手段中串联电抗的作用是 A 抵偿线路的感抗B 限流C 产生一环流或强制循环功率 52 预测练习 4 关于电力系统的潮流调整控制 下面正确的是 A 任何电流网络的潮流都是可以调整控制的B 多电压等级环网中 改变变压器变比主要改变电力网有功潮流分布C 环形网络串联横向附加串联加压器主要改变电力网有功潮流分布5 电力系统潮流计算通常采用 A 回路电流方程B 支路电流方程C 节点电压方程D 割集方程6 电力系统通常已知的是节点注入功率 所以其节点电压方程是 A 节点电压的常系数微分方程B 节点电压的线性代数方程C 节点电压的非线性代数方程D 节点电压的时变系数微分方程 53 预测练习 7 切除节点i j之间的一条输电线路时 系统节点导纳矩阵中变化的元素是 8 电力系统的等值模型中发电机模型 A 由它的端电压和输出功功率来表示 B 由一个恒功率或负荷电压静态特性表示 C 是一个分布参数的电路 可用一个集中参数的型等值电路表示 D 通常用集中参数的型等值电路表示 预测练习 9 原网络节点增加一条接地支路 节点导纳矩阵如何变化 A 节点导纳矩阵阶数不变 只有自导纳发生变化B 节点导纳矩阵阶数不变 互导纳 自导纳发生变化C 节点导纳矩阵也增加一阶10 电力