电力系统教学课件3简单电力网络潮流的分析与计算

第三章简单电力网络潮流的分析与计算,引言,潮流分布：电力系统中电压、电流、功率的分布计算潮流分布的目的：分析未来电力系统的运行状态特点：静态、稳定条件下的分析,例3-2简单环网,例3-1简单辐射网,例3-1简单辐射网（电力系统稳态分析）,更复杂的系统,通常以文本方式给出。,IEEE14节点系统图,14,13,12,6,11,10,9,5,4,7,8,3,2,1,支路数据（标幺值，SB=100MVA）,计算潮流分布的已知量,已知各母线注入或流出的功率（P,Q）已知各母线的电压和注入有功功率（P,V）已知各母线的电压和相角（V，）,如何根据已知量求系统潮流分布？,主要方式：采用计算机进行计算2.学习：手算，主要用于理解基本原理，掌握物理概念，是计算机计算的一个基础。,本章内容手算：简单系统潮流,第一节电力线路和变压器的功率损耗和电压降落；第二节开式网络的潮流分布；第三节环形网络的潮流分布。附：第零节计算基本原理,第零节潮流计算基本原理一、电力线路和变压器等值电路基本结构二、阻抗支路功率损耗和电压降落三、导纳支路功率损耗,一、电力线路和变压器等值电路结构,1,2,3,4,问题：已知末端电压和功率，求潮流分布,阻抗支路,导纳支路,结论1：潮流计算的核心：阻抗支路电压降落和功率损耗的计算导纳支路的功率损耗的计算,二、阻抗支路功率损耗和电压降落的计算,(1).已知末端电压和末端功率，求分布,1,2,其中，Z=R+jX为每相的阻抗。电压为线电压，功率为三相功率。,I.功率损耗(三相),首端注入功率(三相),1,2,II.电压降落(三相),向量表示,电压降落纵分量,电压降落横分量,有效值表示,(2).已知首端电压和首端功率，求分布,1,2,其中，Z=R+jX为每相的阻抗。电压为线电压，功率为三相功率。,I.功率损耗(三相),末端流出功率(三相),1,2,II.电压降落(三相),向量表示,电压降落纵分量,电压降落横分量,有效值表示,近似计算,(3).已知A端电压和B端功率，求分布,1,2,计算方法：假设B端电压为额定电压，则变为情况（1）或(2)的一种，计算A端功率和A端电压；,II.以计算得A端功率，和已知A端额定电压为依据，计算B端电压和B端功率；III.比较计算所得A端电压和B端功率与给定值差异，所相差较大，则以计算所得B端电压和给定B末端功率，重复步骤I.,反复迭代，直至收敛！,三、导纳支路功率损耗的计算,已知端电压，求损耗分布,其中，Y=G+jB为每相的导纳。电压为线电压，功率为三相功率。,功率损耗(三相),若Y为容性，则B0,，支路发出无功功率若Y为感性，则B0,，支路吸收无功功率,第一节电力线路和变压器的功率损耗和电压降落一、电力线路的功率损耗和电压降落二、变压器的功率损耗和电压降落三、电力网的电能损耗四、运算功率和运算负荷,一、电力线路的功率损耗和电压降落,形等值电路：,其中，Z=R+jX，Y=G+jB为每相的阻抗和导纳。电压为线电压，功率为三相功率。,I.阻抗支路,(1)功率损耗(三相),II.导纳支路,若Y为容性，支路发出无功功率,形等值电路：,其中，Z=R+jX，Y=G+jB为每相的阻抗和导纳。电压为线电压，功率为三相功率。,(2)电压降落(三相),指阻抗支路,III.电力线路中的功率和电压关系,流出线路阻抗支路功率,流入线路阻抗支路功率,流入线路的功率,线路的功率损耗为：,电压关系：,形等值电路：,其中，Z=R+jX，Y=G+jB为每相的阻抗和导纳。电压为线电压，功率为三相功率。,(3)若已知如下条件，求潮流分布,I.末端电压、功率,2.首端电压、功率,3.首端电压、末端功率,4.末端电压、首端功率,(4)衡量电压质量的指标,(其中为线路末端空载时的电压数值),电压降落:,电压损耗：,电压偏差：,电压调整,百分比：,形等值电路：,其中，Z=R+jX，Y=G+jB为每相的阻抗和导纳。电压为线电压，功率为三相功率。,(5)电力线路运行状况分析,I.空载运行,形等值电路：,其中，Z=R+jX，Y=G+jB为每相的阻抗和导纳。电压为线电压，功率为三相功率。,说明：,末端电压比首端高；若线路长度超过一定距离，则末端电压很可能超过允许值，需采取防止措施。,II.负载运行,忽略对地容性功率,（由）：,对于高压输电网（RX）,则,线路(变压器)两端电压幅值差，主要取决于输送的无功功率；线路(变压器)两端电压相角差；主要取决于输送的有功功率。,结论：,前面是负号,二、变压器的功率损耗和电压降落,形等值电路：,其中，Z=R+jX，Y=G-jB为每相的阻抗和导纳。电压为线电压，功率为三相功率。,I.阻抗支路,(1)功率损耗(三相),II.导纳支路,若Y为感性，支路吸收无功功率,形等值电路：,其中，Z=R+jX，Y=G-jB为每相的阻抗和导纳。电压为线电压，功率为三相功率。,(3)功率损耗估算(三相),I.导纳支路,有,故：通用公式,形等值电路：,其中，Z=R+jX，Y=G-jB为每相的阻抗和导纳。电压为线电压，功率为三相功率。,II.阻抗支路,有,故：通用公式,形等值电路：,其中，Z=R+jX，Y=G-jB为每相的阻抗和导纳。电压为线电压，功率为三相功率。,(3)电压降落(三相),指阻抗支路,三、电力网的电能损耗,所有线路和变压器有功功率损耗对时间的积分,(1)定义,(2)一些概念,供电量W1：给定时间（日、月、季、年）内，电力系统中所有发电厂的总发电量与厂用电量之差（即发电机注入电网的发电量。,电力网的损耗电量Wc：给定时间（日、月、季、年）内，在所有送电、变电、配电环节中损耗的电量。,电力网的网损率W（%）：,(1)运算负荷：,四运算负荷和运算功率,I.负荷功率：降压变压器低压侧末端负荷的功率。,负荷功率,II.等值负荷功率：降压变压器高压侧母线上负荷从网络中取用的功率；即“负荷功率+变压器损耗”。,等值负荷功率,在已知负荷的条件下，变压器的阻抗支路损耗和励磁支路损耗可近似计算得出！因此，等值负荷功率可近似计算得出！,III.运算负荷：,负荷功率,等值负荷功率,从电力线路阻抗支路中流出的负荷,运算负荷,由于母线电压在额定电压附近，因此，线路对地电容所消耗的功率近似固定,运算负荷的定义：从电力线路阻抗支路中流出的功率；即“负荷功率+变压器损耗+线路在变压器侧的导纳支路所消耗的功率”。,(2)运算功率：,I.电源功率：发电机低压母线送至系统的功率。,电源功率,II.等值电源功率：发电机端口升压变压器高压侧母线向网络中送出的功率；即“电源功率-变压器损耗”。,等值电源功率,III.运算功率的定义：流入电力线路阻抗支路的功率；即“电源功率-变压器损耗-线路在变压器侧的导纳支路所消耗的功率”。,电源功率,等值电源功率,注入变压器高压母线的功率,注入线路阻抗支路的功率,第三节开式网络的潮流分布一、电力线路的功率损耗和电压降落二、变压器的功率损耗和电压降落三、电力网的电能损耗四、运算功率和运算负荷,2电力系统的接线方式,（1）分类：,开式网络（也称辐射网）,两端供电网络（环形网络可以看作是特殊情况）,（2）开式网络：,无备用接线方式（a）放射式（b）干线式样（c）链式,有备用接线方式（a）放射式（b）干线式样（c）链式,优点：简单、经济、运行方便缺点：供电可靠性差适用范围：二级负荷,优点：供电可靠性和电压质量高缺点：不经济适用范围：电压等级较高或重要的负荷,（3）两端供电网络：,（d）环式（e）两端供电网络,优点：供电可靠性和电压质量高缺点：不经济适用范围：电压等级较高或重要的负荷,复杂电力系统的接线方式,一般呈：环网,一般呈：辐射网；重要负荷，双回线。,输电网的接线方式环网与多回路并存,低压配电网的接线方式辐射网,电源,3开式网络的潮流分布,3.1潮流分布的概念：,I、潮流分布给定运行方式（一定的网架结构、发电、负荷）下，电力系统在正常时各母线电压和各支路功率的分布称为电力系统的潮流分布；II、潮流计算给定运行方式下，电力系统电压和功率分布的计算称为潮流计算；II、潮流计算的目的为电网规划设计、电力系统的安全经济运行、继电保护装置的整定计算等提供依据。,3.2简单开式网络潮流分布的计算：,（1）若已知末端功率和末端电压计算方法：利用计算电力线路和变压器功率损耗和电压降落的公式，由末端逐段向首端推算。例如：下图中，已知末端电压和功率，求潮流分布。,110/10.5,已知量,计算步骤如下：,归算等值电路（既可归算到高压侧，也可归算到低压侧）,设归算到高压侧，则首先把已知条件归算到高压侧：,计算：,计算2节点电压：,计算线路阻抗支路损耗：,计算2节点导纳支路功率损耗：,计算1节点电压：,计算变压器阻抗支路损耗：,注：以2节点为末端，重复上述过程，向首端推导。,计算1节点导纳支路功率损耗：,潮流分布计算结束！,（2）若已知首端功率和首端电压计算方法：利用计算电力线路和变压器功率损耗和电压降落的公式，由首端逐段向末端推算。与情况（1）步骤完全相同！,（3）若已知首端电压和末端功率计算方法：I.假设末端电压为额定电压，则变为情况（1），依照（1）所示方法求首端注入功率；II.以计算所得首端功率和已知首端电压，求末端电压（与情况（2）相同）。III.比较计算所得首端电压和末端功率与给定值差异，所相差较大，则以计算所得末端电压和给定末端功率，重复步骤I.,反复迭代，直至收敛！,4简单环形网络的潮流分布计算,(a)网络接线图,(b)等值网络,4.1环形网络的简化环网特征：即使最简单环网的等值网络也非常复杂，难于手工计算！,(b)等值网络,解决方式：环形网络的等值网络简化,简化方法：假设全网电压为额定电压，计算各变电所的运算负荷和发电厂的运算功率这样：等值网络里就不在包括各变压器的励磁支路和母线上的并联导纳支路从而：组成了只包括运算负荷和运算功率及线路阻抗的简化等值网络。,环形网络的等值网络简化,注入阻抗支路的电流,运算负荷,运算负荷,运算功率,4.2环形网络的初步功率分布计算,I.应用回路电流法列回路方程,II.设全网电压为额定电压UN,因：,有：,III.解上述方程可得：,相似：,（3-28）,（3-29）,上述两公式可做如下理解：在节点1把网络打开，可得一等值的两端供电网，如下图所示。其两端电压大小相等，相位相同。,如，具有4个节点的环式网络，如右图，,推广,上式与力学中梁的反作用力计算公式相似，故称为力矩法公式。,同理，可推广出n=5,6,7，的计算公式。,简化条件：若系统中各线路结构相同，导线截面相同，也即单位长度的参数完全相同，则上式可简化为：,简化计算：,线路长度,IV.确定功率分点：,在求的和之后，即可求出各支路的功率分布,如：,从计算结果中会发现，网络中某些节点的功率是由两侧向其流动的，这些节点称为功率分点。又分为有功功率分点（标注）和无功功率分点（标注），如上图示例。,注意：上述公式是在假设全网电压均为网络的额定电压，且相位也相位也相同的条件下得出的，也就是假设网络中没有功率损耗，即,因此，所得的功率分布只是功率在电网中的大致分布，通常称之为初步功率分布,4.3环形网络的电压分布近似计算,I.已知环网中初步功率分布,II.根据无功功率分点解环如右图，因无功功率分点通常是系统电压最低点,1,2,3,4,III.把系统分解为两个辐射网a网:1-2-3b网：1-4-3,IV.对a网和b网，通常已知首端电压，而末端功率已知因此，可利用1.3节所述