第三章简单电力系统的潮流分布计算

1、第三章第三章 简单电力系统的简单电力系统的潮流分布计算潮流分布计算潮流计算潮流计算的概念的概念v电压电压（包括幅值和相角）和（包括幅值和相角）和功率功率（包括有功（包括有功功率和无功功率）是表征电力系统稳态运行功率和无功功率）是表征电力系统稳态运行的主要物理量。这就需要采用一定的方法确的主要物理量。这就需要采用一定的方法确定系统中各处的定系统中各处的电压和功率分布电压和功率分布（实为功率（实为功率流，俗称潮流）。流，俗称潮流）。电力系统潮流计算目的电力系统潮流计算目的v（1） 为系统规划提供分析基础为系统规划提供分析基础v（2） 确定电力系统的运行方式；确定电力系统的运行方式；v（3） 检查系

2、统中的各元件是否过压或过载；检查系统中的各元件是否过压或过载；v（4） 为继电保护的整定提供依据；为继电保护的整定提供依据；v（5） 为稳定计算提供初值；为稳定计算提供初值；v（6） 事故预想分析；事故预想分析；v（7） 为经济运行提供分析基础；为经济运行提供分析基础；v（8） 电力市场下制定交易计划，阻塞管理的依据电力市场下制定交易计划，阻塞管理的依据v潮流计算的目的：分析和评价电网的安全经潮流计算的目的：分析和评价电网的安全经济和质量，服务于规划和运行。济和质量，服务于规划和运行。v如何计算？如何计算？（1）人工：简单系统）人工：简单系统（2）计算机：复杂系统）计算机：复杂系统潮流计算和一

3、般交流电路计算的根本潮流计算和一般交流电路计算的根本差别差别v潮流计算的变量是潮流计算的变量是电压电压和和功率功率v电路计算的变量是电路计算的变量是电压电压和和电流电流v因为对于庞大的交流系统，电流相位的测定因为对于庞大的交流系统，电流相位的测定十分困难，而功率的测量十分方便，可由有十分困难，而功率的测量十分方便，可由有功功率表和无功功率表得到。功功率表和无功功率表得到。u i标幺制：s3u i有名制：s333(cossin )uisu iuiuispjq s=u=i -=, ,-uiuiuuiis p q 复功率电压相量，电流相量的共轭值，功率因数角，分别为视在功率、有功功率、无功功率无功功

4、率方向的规定无功功率方向的规定v负荷负荷以以滞后滞后功率因数运行所功率因数运行所吸取吸取的无功功率为的无功功率为正正；以以超前超前功率因数运行时所功率因数运行时所吸取吸取的无功功率为的无功功率为负负。v发电机发电机以以滞后滞后功率因数运行所功率因数运行所发出发出的无功功率为的无功功率为正正；以以超前超前功率因数运行所功率因数运行所发出发出的无功功率为的无功功率为负负。什么是无功？什么是无功？v无用的功？无用的功？v学习什么知识时，接触过无功？学习什么知识时，接触过无功？v无功和有功的关系？无功和有功的关系？v无功与电力系统的关系？无功与电力系统的关系？纯电感元件电路纯电感元件电路iul+- -

5、 t ioulpl电感元件在上半个周期将电能变成磁场能储存起来电感元件在上半个周期将电能变成磁场能储存起来,在下半个周期将储存的磁场能释放出来还给电源在下半个周期将储存的磁场能释放出来还给电源.瞬时有功功率的最大值就是无功功率瞬时有功功率的最大值就是无功功率纯电容元件电路纯电容元件电路iuc+- - t icoupc电容元件在上半个周期将电能变成电场能储存起来电容元件在上半个周期将电能变成电场能储存起来,在下半个周期将储存的电场能释放出来还给电源在下半个周期将储存的电场能释放出来还给电源瞬时有功功率的最大值就是无功功率瞬时有功功率的最大值就是无功功率rlc串联电路串联电路lcruuluci+-

6、 -+- -+- - toplpc电感上和电容上的瞬时有功功率电感上和电容上的瞬时有功功率反向反向；电感上的无功叫做消耗感性无功，或发出容性无功；电感上的无功叫做消耗感性无功，或发出容性无功；电容上的无功叫消耗容性无功，或发出感性无功。电容上的无功叫消耗容性无功，或发出感性无功。v无功功率是电感或电容吞吐有功功率的最大无功功率是电感或电容吞吐有功功率的最大值值,是标量是标量,相当于容器的容量相当于容器的容量;v但是但是,由于电感与电容吞吐有功功率步调相反由于电感与电容吞吐有功功率步调相反,因此将无功功率赋予方向因此将无功功率赋予方向:电容元件吞吐有功功率的过程电容元件吞吐有功功率的过程,称为发

7、出感性无称为发出感性无功功率功功率,是感性无功功率电源是感性无功功率电源;电感元件吞吐有功功率的过程电感元件吞吐有功功率的过程,称为吸收感性无称为吸收感性无功功率功功率,是感性无功功率负荷是感性无功功率负荷.v有发出有发出,有吸收有吸收,构成无功功率平衡构成无功功率平衡.v同步电机发出感性无功同步电机发出感性无功,异步电机吸收感性无异步电机吸收感性无功功.因此电力系统中因此电力系统中,发电机是同步的发电机是同步的,电动机电动机是异步的是异步的.v如果发电机、电动机都做出异步的，或都做如果发电机、电动机都做出异步的，或都做出同步的会怎么样？出同步的会怎么样？辞海辞海对无功功率的解释对无功功率的解

8、释v具有电感和电容的交流电路中，电感的磁场具有电感和电容的交流电路中，电感的磁场或电容的电场在一个周期内的一部分时间内或电容的电场在一个周期内的一部分时间内从电源吸收能量，另一部分时间内将能量返从电源吸收能量，另一部分时间内将能量返回电源。在整个周期内平均功率为零，也就回电源。在整个周期内平均功率为零，也就是没有能量消耗。但能量是在电源和电感或是没有能量消耗。但能量是在电源和电感或电容之间来回交换的。能量交换率的最大值电容之间来回交换的。能量交换率的最大值叫做无功功率。叫做无功功率。关于无功功率的解释关于无功功率的解释v无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与无功功率比较抽象，它是用于电路内电场

9、与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。v无功和电压无功和电压关系密切（第六章的内容）关系密切（第六章的内容）:感性感性无功不足无功不足,电压降低电压降低;感性无功过剩感性无功过剩,电压升高电压升高. 3.1电力线路电力线路运行状况的计算与分析运行状况的计算与分析v电力线路上的功率损耗和电压降落电力线路上的功率损耗和电压降落有四个变量：

10、有四个变量： ，已知其中的两个，可求另外两个，已知其中的两个，可求另外两个变量。电力系统计算的最大特点：避免变量。电力系统计算的最大特点：避免 的复数计算；的复数计算；功率容易测量，电流相角很难测量。功率容易测量，电流相角很难测量。2211,iuiuiu,已知：末端电压已知：末端电压 ，末端功率，末端功率 ，求始端电压，求始端电压 ，始端功率始端功率 。取。取 为参考方向，则为参考方向，则 ，负，负荷以滞后功率因数运行。荷以滞后功率因数运行。(如何表达负荷以超前功率因数运行如何表达负荷以超前功率因数运行?)2u2u222jqps1u111jqps222uuu无论是求流过的功率还是损耗的无论是求

11、流过的功率还是损耗的功率功率,都用下列公式表达都用下列公式表达.3()()su isu i有名值标幺值。 在计算功率的过程中在计算功率的过程中,无论是用有名值还是用标幺值无论是用有名值还是用标幺值,最终的表达式是相同的最终的表达式是相同的.2u解题思路解题思路:（1）求功率：由末端向始端逐点、逐支路推算功率损耗。）求功率：由末端向始端逐点、逐支路推算功率损耗。（2）求电压：用末端数据，计算阻抗上的电压损耗，得到始端电压）求电压：用末端数据，计算阻抗上的电压损耗，得到始端电压 2222222222222yyyy3322311gjbpj q22yyusu iuuuu （）22222y22yy22(

12、2)ssspjqpj qpjq （1）支路末端导纳支路的功率损耗为：）支路末端导纳支路的功率损耗为： 222222222(3)33( 3)33()3zzzzzzzsdu iziiz ipqszrjxpj quu 122211(4)zzzssspj qpjqpjq 111221111(5)22yyysgujbupj q 111111111(6)yyyssspjqpj qpjq 2222222222233 ()()()3zspjqduzizrjxuup rq xp xq rjuj uuu 12222122221222du= u+j uudu+uuu+j uu(uu)uuarctguup r+q x

13、uuu=uu近似计算：如果已知始端电压和始端功率，如何求末端电压和末端功率？如果已知始端电压和始端功率，如何求末端电压和末端功率？相量图如何？相量图如何？几个概念几个概念v（1）电压降落是指电力线路两端电压的相量差）电压降落是指电力线路两端电压的相量差 （2）电压损耗是指电力线路两端电压的有效值之差，即）电压损耗是指电力线路两端电压的有效值之差，即u1-u2，电压损耗是一个标量，一般可近似认为，电压损耗是一个标量，一般可近似认为u1-u2u，电电压损耗常以百分数表示，即压损耗常以百分数表示，即（3）电压偏移是指电力线路两端电压与电力线路额定电压）电压偏移是指电力线路两端电压与电力线路额定电压的

14、数值差，电压偏移也常以百分数表示，电力线路两端电压的数值差，电压偏移也常以百分数表示，电力线路两端电压偏移百分数为：偏移百分数为： 12dj uuuuu 12%100%nuuuu%100%1,2ini nni代表始、末端uuuu3.1.2 电力线路上的电能损耗电力线路上的电能损耗v计算电力线路电能损耗的方法主要有两个：计算电力线路电能损耗的方法主要有两个：经验公式法经验公式法和和查表法查表法。222222223311221232222123222211()nnznnk nk nkkkkkkkkpqpqpqpqwr tr tr tr tuuuupqi rtrtu 上述方法准确上述方法准确,但是计

15、算工作量大但是计算工作量大,规划时用简化规划时用简化的方法求电力线路的电能损耗的方法求电力线路的电能损耗.（1）基本概念）基本概念1）最大负荷利用小时）最大负荷利用小时数。可以从手册中查到数。可以从手册中查到该值该值 maxmaxwtp2）负荷率）负荷率=平均负荷最大负荷w=8760平均负荷8760小时pmaxpmaxt 平均负荷w年负荷曲线年负荷曲线3）年负荷率）年负荷率 maxmaxmaxwtw8760p8760 p8760年平均负荷年负荷率=年最大负荷8760小时pmaxpmaxt 平均负荷w年负荷曲线年负荷曲线4）最大负荷损耗时间）最大负荷损耗时间maxmaxzwp8760小时pmax

16、p zwmax年负荷损耗曲线5)年负荷损耗率年负荷损耗率 maxmaxmaxww8760p8760p8760zz年平均负荷损耗年负荷损耗率=年最大负荷损耗8760小时pmaxp zwmax年负荷损耗曲线年负荷损耗曲线（1）经验公式法计算电力线路电能损耗的步骤为：）经验公式法计算电力线路电能损耗的步骤为： 210.1 0.4k 年负荷损耗率（年负荷率）（） （年负荷率）max(8760zwp 年负荷损耗率）a.计算最大负荷时的功率损耗计算最大负荷时的功率损耗b.查表得到最大负荷利用小时数查表得到最大负荷利用小时数tmaxc.求年负荷率求年负荷率d.用下面的经验公式用下面的经验公式,求年负荷损耗率

17、求年负荷损耗率，e. 求电能损耗求电能损耗wzmaxpmax8760t（2）查表法计算电力线路电能损耗的步骤为：查表法计算电力线路电能损耗的步骤为： a.查表得最大负荷利用小时数查表得最大负荷利用小时数tmaxb.查表得与最大负荷利用小时数查表得与最大负荷利用小时数tmax对应的对应的最大负荷损耗时间最大负荷损耗时间max。 c. 求电能损耗求电能损耗wzmaxmaxzwp 线损率线损率12100%100%zzzwwwww线损率线损率是供电企业重要的指标线损率是供电企业重要的指标统计线损统计线损=理论线损理论线损+管理线损管理线损潮流图演示潮流图演示v有载调压变压器有载调压变压器v线路的负载与

18、空载运行线路的负载与空载运行线路空载运行线路空载运行 20221210. 0, 0222222222222222bruubxuuxqrpubuqbujssjqpsgry末端空载，则：已知：nnukvlxbbxuuu1 . 1420500%10021002100%21121端电压将高于公里长，则空载时的末线路，例如平方成正比。电压损耗与线路长度的电压损耗线路空载运行电压相量图线路空载运行电压相量图2u2yi1u1uuu3.2 变压器运行状况的分析与计算变压器运行状况的分析与计算222222ztttt222(j)spqszrxuu22222222tt2222jpqpqrxuuztztjpq 222

19、2yt1t1tt1t1tytyt(j)jjsu yugbu gu bpq 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v发电厂中的变压器已发电厂中的变压器已知始端功率和电压，知始端功率和电压，v变电所中的变压器已变电所中的变压器已知末端功率和电压知末端功率和电压v变电所的变压器变电所的变压器v发电厂的变压器发电厂的变压器 2222kn2kn1ztzt22222n1n2222kn2kn1ztzt222n1n220101ytyt22nn220n10n1ytyt22nn10001000%10010010001000%100100pu spu sppu su suu s

20、uu sqqu su spupuppuuis uis uqquu22ss11ss12nuuu221k2ztzt22nn22kn2kn1ztzt2nn00ytyt00ytnytn10001000%10010010001000%100100kp sp sppssus sus sqqssppppiiqsqs2nss1nsskkztztkkztnztn00ytyt00ytnytn10001000%10010010001000%100100ppppuuqsqsppppiiqsqs 实际功率是实际功率是s时时22tytytztztnn2200kknnnnjj%jj1001001000100ssspqpqs

21、spipussssss 22tytytztztnn(j)jsssnpqnpqnsns 2t2tt22t2tt2p rq xuup xq ruu2212tt()()uuuutt2tarctanuuu3.2.2 变压器的电能损耗变压器的电能损耗v励磁支路的电能损耗励磁支路的电能损耗v阻抗支路的功率损耗阻抗支路的功率损耗0yt87601000pw2kztmaxn1000psws3.3 辐射形网的潮流分布计算辐射形网的潮流分布计算v有四种已知条件有四种已知条件v（1）已知末端电压和功率，求始端电压和功率）已知末端电压和功率，求始端电压和功率v（2）已知始端电压和功率，求末端电压和功率）已知始端电压和功

22、率，求末端电压和功率v（3）已知始端电压，末端功率，求始端功率和）已知始端电压，末端功率，求始端功率和末端电压。末端电压。v（4）已知始端功率，末端电压，求始端电压和）已知始端功率，末端电压，求始端电压和末端功率。末端功率。3.3 辐射形网的潮流分布计算辐射形网的潮流分布计算v1) 由已知接线图作出等效电路；由已知接线图作出等效电路；v2) 作出简化等值网络图；作出简化等值网络图；v3) 用逐段推算法推算其潮流分布。用逐段推算法推算其潮流分布。v已知末端功率已知末端功率 和末端电压和末端电压 4s4u已知：始端电压已知：始端电压 ，末端功率，末端功率 ，求末端电压，求末端电压 ，始端功率始端功

23、率 。1u222jqps2u111jqps假设末端电压额定假设末端电压额定（1）从末端向始端计算功率损耗，）从末端向始端计算功率损耗，得到始端功率；得到始端功率；（2）用已知的始端电压和计算的）用已知的始端电压和计算的始端功率，向末端计算电压降落，始端功率，向末端计算电压降落，得到末端电压；得到末端电压；。 前推回代方法，是配网潮前推回代方法，是配网潮流计算的主要方法之一流计算的主要方法之一v已知末端功率已知末端功率 和始端电压和始端电压即设全网电压均为额定电压。即设全网电压均为额定电压。 由已知的始端电压由已知的始端电压 和求得的始端功率和求得的始端功率 4s1u1u1s3.3.2 对多端网

24、络的处理对多端网络的处理合到一起v运算功率与运算负荷是针对网络中各个位置流过的运算功率与运算负荷是针对网络中各个位置流过的功率的命名。功率的命名。v这样命名，好处是在进行电网分析和计算时，网络这样命名，好处是在进行电网分析和计算时，网络结构更简单。结构更简单。运算功率运算功率电源为为等值电源功率为电源功率)(222222111yqqjpsjqpsjqps运算负荷)(11111222功率为运算负荷为等值负荷功率为负荷功率yqqjpsjqpsjqps13.4 环形网中的潮流分布计算环形网中的潮流分布计算思路思路v手算潮流必须知道潮流的手算潮流必须知道潮流的始端始端和和末端，末端，而环网潮流而环网潮

25、流方向不确定，网络中的始端是电源点，而网络的末方向不确定，网络中的始端是电源点，而网络的末端不确定。端不确定。v首先，用简化方法，首先，用简化方法，确定环网中潮流的大致方向确定环网中潮流的大致方向，由此确定网络的末端，将环网打开，形成两个辐射由此确定网络的末端，将环网打开，形成两个辐射形网络。形网络。v然后，用计算辐射形网络的方法计算功率损耗；从然后，用计算辐射形网络的方法计算功率损耗；从电源点开始沿网络循序一周计算电压降落。电源点开始沿网络循序一周计算电压降落。3.4.1 环形网中的初步功率分布环形网中的初步功率分布a12a223a2331()()0i ziiziiizn/is ua12a2

26、23a2331()()0s zss zsss z22331331a1223312233 szzs zszzzs zs zza12a223a2331()()0s zss zsss z22331zzz331zz122331zzzz21231223b1223312233 s zszzszzzs zs zz212zz32312zzz v如果电力网各段线路采用相同型号的导线、如果电力网各段线路采用相同型号的导线、相同的材料、相同的截面积，而且导线间的相同的材料、相同的截面积，而且导线间的几何均距相等，那么这种电力网单位长度的几何均距相等，那么这种电力网单位长度的参数完全相同，称为均一网。参数完全相同，称

27、为均一网。ammm ms zs lslzbmmm ms zs lslz功率分点功率分点v无功功率分点：与该点连接的所有支路的无无功功率分点：与该点连接的所有支路的无功功率都流向该点；功功率都流向该点；v有功功率分点：与该点连接的所有支路的有有功功率分点：与该点连接的所有支路的有功功率都流向改点；功功率都流向改点；v功率与电压的关系可以比喻为水流与地势的功率与电压的关系可以比喻为水流与地势的关系；关系；v一般无功功率分点电压更低。一般无功功率分点电压更低。两端电压不等时的功率分布两端电压不等时的功率分布22334334na122334122334dszzs zuuszzzzzzz2233nds

28、zs zuuzz ncduusz两端供电网络的功率分布两端供电网络的功率分布cnmmmbcnmmmaszszsszszs223.4.2 环形网的分解及潮流分布环形网的分解及潮流分布变压器变比不匹配，产生循环功率变压器变比不匹配，产生循环功率242/10.5231/10.5产生循环功率的网络产生循环功率的网络v1.两端供电网络两端供电网络v2.环网，变压器变比不匹配环网，变压器变比不匹配3.5 电力网络的简化方法电力网络的简化方法v3.5.1 等效电源法等效电源法v3.5.2 负荷移置法负荷移置法v3.5.3 星星-网变换法网变换法3.5.1 等效电源法等效电源法123iiiii123123ii

29、iieueueueuzzzz3.5.2 负荷移置法负荷移置法3.6 电力网络潮流的调整控制电力网络潮流的调整控制v为什么要控制为什么要控制v控制的范围控制的范围v控制的手段控制的手段为什么调整控制潮流？为什么调整控制潮流？v环网中自然功率按阻抗分布，有功损耗最小环网中自然功率按阻抗分布，有功损耗最小按电阻分布。按电阻分布。v为了使电网安全、优质、经济的供电要求，为了使电网安全、优质、经济的供电要求，因而有必要对网络的潮流进行调整控制。因而有必要对网络的潮流进行调整控制。v安全安全：功率不过载：功率不过载v优质优质：电压质量满足要求：电压质量满足要求v经济经济：有功损耗小：有功损耗小调整控制潮流

30、的范围调整控制潮流的范围v辐射形（开式）网中的潮流无法控制，其辐射形（开式）网中的潮流无法控制，其完全取决于各点负荷；完全取决于各点负荷；v 两端供电网络的潮流可以借调整两端电源两端供电网络的潮流可以借调整两端电源电压或功率适当控制，但调整幅度有限；电压或功率适当控制，但调整幅度有限；v若不计及环形网络中变压器分接头的作用，若不计及环形网络中变压器分接头的作用，其其潮流按阻抗分布潮流按阻抗分布，也无法控制；（潮流按，也无法控制；（潮流按阻抗分布并不最优）；阻抗分布并不最优）；v有功功率损耗最小时的功率分布应按线段的有功功率损耗最小时的功率分布应按线段的电阻分布电阻分布 限制限制2-3线路负荷为

31、线路负荷为125mw调整控制潮流的手段调整控制潮流的手段v串联电容，是在环形网络中阻抗相对过大串联电容，是在环形网络中阻抗相对过大的线段上串联电容，以容抗抵偿线路的电抗，的线段上串联电容，以容抗抵偿线路的电抗，起到转移重载线路上流通功率的作用。起到转移重载线路上流通功率的作用。串联电容串联电容v串联电抗，是在环形网络中重载线路上串串联电抗，是在环形网络中重载线路上串联电抗，起到限制线路上流通功率，避免线联电抗，起到限制线路上流通功率，避免线路过载的作用。但串联电抗对电压质量和系路过载的作用。但串联电抗对电压质量和系统运行的稳定性有不良影响，故该手段未得统运行的稳定性有不良影响，故该手段未得到推广。到推广。调整控制潮流的手段调整控制潮流的手段