电力系统分析完整版课件

1、第三章 简单电力网络 的计算和分析 引言n介绍简单电力网络潮流计算的目的；n掌握各种简单电力网络潮流计算的手算方法。潮流计算的目的n电压（包括幅值和相角）和功率（包括有功功率和无功功率）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定系统中各处的电压和功率分布（实为功率流，俗称潮流）n潮流（power flow）：支路上功率的分布。n电力系统潮流计算和一般交流电路计算的根本差别在于：后者已知和待求的是电流和电压，而前者是电压和功率，正是这一差别决定了二者本质上的不同。主要内容：n1、电力线路和变压器运行状况的计算 和分析n2、辐射形和环形网络中的潮流分布n3、配电网潮流计算的特点

2、n4、电力网络潮流的调整控制概述n描述交流电路的方程，如节点电压方程是线性方程，而描述电力系统稳态运行特性的潮流方程是非线性方程。n以一条阻抗为Z的支路为例，描述其电路特性的方程 是线性方程。如果已知和待求的是电压和功率，因功率与电流之间的关系为 ，则描述其特性的方程成为 从而电压与功率之间的关系为非线性关系。 n两者求解方法根本不同，线性方程可直接用消去法求解，而非线性方程只能线性化后迭代求解。 IZUIUS)/(USZIZU概述n电力系统潮流计算的目的在于：确定电力系统的运行方式；检查系统中的各元件是否过压或过载；为继电保护的整定提供依据；为稳定计算提供初值；为系统规划和经济运行提供分析基

3、础。n本章介绍的简单电力网络的计算和分析，是在计算机使用前计算电力系统潮流时采用的方法，所以是一种基于手算的分析方法，而且采用有名制。这种方法的原理和物理概念比较重要，可应用于大型辐射网络潮流的计算机计算。 第一节 电力线路和变压器运行状况的计算和分析n电力线路的物理模型和等值电路一、电力线路的功率损耗和电压降落n1、电力线路上的功率损耗222222121jBUGUSy22222QjPSSSyzZzQjPXUQPjRUQPS2222222222222U2S1121QjPSSSz11212112121yyyQjPjBUGUS11111jQPSSSy2. 电力线路的电压降落计算n电压降落:线路始末

4、两端电压的相量差.21UdUU或ZUSUU2221)()()(222222222221UXQRPjUXQRPUjXRUQjPUUUUXQRP222UUXQRP222UjUUU)(213.衡量电压质量的指标n求得线路两端电压后，就可计算某些标志电压质量的指标，如电压降落、电压损耗、电压偏移、电压调整等。n所谓电压降落或线路阻抗中的电压降落是指线路始末两端电压的相量差。电压降落也是相量。它有两个分量 ，分别称电压降落的纵分量和横分量。n所谓电压损耗是指线路始末两端电压的数值差(U1U2)。电压损耗仅有数值。而由式(38)或图33可见，电压损耗近似等于电压降落的纵分量。电压损耗常以百分值表示UU、衡

5、量电压质量的指标n所谓电压偏移是指线路始端或末端电压与线路额定电压的(U1-UN)数值差或(U2-UN)。电压偏移也仅有数值。电压偏移也常以百分值表示。n所谓电压调整是指线路末端空载与负载时电压的数值差(U20-U2) 。电压调整也仅有数值。不计线路对地导纳时，U20=U1 ，电压调整也就等于电压损耗，即U20-U2= U1-U2 。电压调整也常以百分值表示。n求得线路两端功率，就可计算某些标志经济性能的指标、如输电效率。所谓输电效率是指线路末端输出有功功率P2与线路始端输入有功功率P1的比值，常以百分值表示，即100%12PP输电效率衡量电压质量的指标n因线路始端有功功率P1总大于末端有功功

6、率P2，输电效率总小于100。n虽然P1总大于P2 ，但线路始端输入的无功功率Q1 却未必大于末端输出的无功功率Q2。因线路对地电纳吸取容性无功功率，即发出感性无功功率线路轻载时，电纳中发出的感性无功功率可能大于电抗中消耗的感性无功功率，以致从端点条件看，线路末端输出的无功功率Q2可能大于线路始端输入的无功功率Q1 。3.衡量电压质量的指标n电压降落：n电压损耗：n电压偏移： （始端） （末端）n电压调整：n输电效率：UjUUU21221UUU%1001NNUUU%1002NNUUU%10020202UUU%100PP12电力线路上电能损耗二、电力线路运行状况分析RUQPPL222TRUQPW

7、L222LWLPT323232322222221212121)()()(tjXRUQPtjXRUQPtjXRUQPWtttttttttLmaxmaxPWLmaxTmax 表31所列就这种最大负荷损耗时间 与最大负荷利用小时数 的关系.maxTmaxcos表31 最大负荷损耗时间 与最大负荷利用小时数 的关系 )(maxhTmaxmaxT由表可见, 不仅与 有关,还与线路传输功率的功率因数有关. 求得电能损耗后，就可计算另一个标志经济性能的指标线损率或网损率%100%10021WWWWWZZZW2二、电力线路运行状况分析n空载运行时 n空载时，线路末端电纳中的功率属容性。末端电压给定时，其值也为

8、定值。它们在线路上流动时引起的电压降落纵、横分量分别为n而这时的电压相量图则如图34所示。由图可见这时的末端电压将高于始端电压。22222210jQjBUSSy2;222BRUUBXUU二、电力线路运行状况分析二、电力线路运行状况分析n设电压损耗近似等于电压降落的纵分量，则n亦即电压损耗与线路长度l的平方成正比。线路长度超过某一定值时，如不采取特殊的防止电压过高的措施，则当始端电压为额定值UN ，末端电压就将超过允许值(1.11.15)UN。n空载时末端电压高于始端的现象在使用电缆时尤为突出，这是因为电缆的电抗常小于架空线，而电纳却比架空线大得多。10021002100%21121lxbBXU

9、UUN电压损耗二、电力线路运行状况分析n带纯无功负荷运行 然后分析线路的有载运行状况。如线路末端电纳中的功率已并入负荷无功功率或可以略去，则将图34推广一步，就可得末端仅有无功功率负荷Q2时的电压相量图图35(a)。图中2222;URQUUXQU二、电力线路运行状况分析n从而可见Q2变动时，U和U也按比例变动，但它们的相对大小却保持不变，即U/URX定值。于是，随Q2的变动，始端电压相量的端点将沿图中直线QQ移动。QQ与末端电压相量之间的夹角a则取决于线路电阻与电抗的比值。n由图还可见，负荷为纯感性无功功率时，始端电压总高于末端；但它的相位却总滞后于末端，即功率角总为负值。 二、电力线路运行状

10、况分析n带纯有功负荷运行将图35(a)中的直线QQ逆时针转动90度，就是图35(b)中的直线PP。图中而直线PP则是P2变动时始端电压相量U2端点的运动轨迹。由图可见，负荷为纯有功功率时，始端电压总高于并超前于末端。而且，P2愈大，超前愈多，即功率角愈大。2222;UXPUURPU其他n带普通负荷运行 （自学）n电力线路功率圆图（自学）三三.变压器的功率损耗、电压降落变压器的功率损耗、电压降落n电力变压器的物理模型和等值电路变压器的功率损耗变压器的功率损耗zZzQjPXUQPjRUQPS2222222222221121QjPSSSz1121211yyyQjPjBUGUS11111jQPSSSy

11、n变压器阻抗中电压降落的纵、横分量为：n变压器电源端的电压为：222UXQRPUT222UXQRPUT2221)()(UUUU22UXQU22UXPU线路线路(变压器变压器)两端电压幅值差，主要取决于输送两端电压幅值差，主要取决于输送的无功功率；的无功功率；线路线路(变压器变压器)两端电压相角差；主要取决于输送两端电压相角差；主要取决于输送的有功功率。的有功功率。第二节 辐射形和环形网络中的潮流分布一一. 简单辐射形网络的潮流计算简单辐射形网络的潮流计算jBL/2jBL/2简化等值电路为：CSBLTTDSAASDCBS简单辐射形网络接线图jBL/2jBL/2ASAUDUDSASBSBUBS 0

12、SBSZLZTABDn就潮流分布而言，辐射形网络可理解为包括图1-16所示的三种无备用结线网络，也包括图1-17(a)、(b)、(c)所示的三种有备用结线网络。n最简单的辐射形网络如图3-9(a)所示，它是一个只包含升、降压变压器和一段单回路输电线的输电系统。这个输电系统的等值电路如图3-9(b)所示。作图3-9(c)时，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以简化分析。图3-9(b)可简化为图3-9(c)，在简化的同时，将各阻抗、导纳重新编号如图所示。一一. 简单辐射形网络的潮流计算简单辐射形网络的潮流计算一一. 简单辐射形网络的潮流计算简单辐射形网络的潮流计算n已知同一点

13、的电压、功率: 递推计算n已知不同点的电压、功率设全网为额定电压, 计算功率损耗(不计电压损耗), 推算全网功率分布、始端功率； 由始端电压、功率向末端推算电压损耗(不再另算功率损耗), 计算各母线电压。 一一. 简单辐射形网络的潮流计算简单辐射形网络的潮流计算n例3-3 110kV系统结线如图3-15。图中，发电厂4装有QF2-12-2型发电机两台，均满载运行，除供应发电机电压负荷10+j8MvA外，余下均通过两台SF7-10000110型变压器输入系统。变压器变比为1216.3kV。一一. 简单辐射形网络的潮流计算简单辐射形网络的潮流计算一一. 简单辐射形网络的潮流计算简单辐射形网络的潮流

14、计算一一. 简单辐射形网络的潮流计算简单辐射形网络的潮流计算一一. 简单辐射形网络的潮流计算简单辐射形网络的潮流计算一一. 简单辐射形网络的潮流计算简单辐射形网络的潮流计算一一. 简单辐射形网络的潮流计算简单辐射形网络的潮流计算一一. 简单辐射形网络的潮流计算简单辐射形网络的潮流计算一一. 简单辐射形网络的潮流计算简单辐射形网络的潮流计算一一. 简单辐射形网络的潮流计算简单辐射形网络的潮流计算一一. 简单辐射形网络的潮流计算简单辐射形网络的潮流计算一一. 简单辐射形网络的潮流计算简单辐射形网络的潮流计算一一. 简单辐射形网络的潮流计算简单辐射形网络的潮流计算一一. 简单辐射形网络的潮流计算简单

15、辐射形网络的潮流计算一一. 简单辐射形网络的潮流计算简单辐射形网络的潮流计算二、环形网络中的潮流分布例简单环式网络接线图举u闭环形网络可分为闭环形网络可分为:两端供电网和简单环式网络两端供电网和简单环式网络（1）设全网为额定电压, 不考虑功率损耗, 求网络的基本功率分布;（2）依基本功率分布, 在功率分点将闭式网打开, 分别按开式网计算.1、两端供电网的基本功率分布、两端供电网的基本功率分布两端供电网络接线图U44S1SSaZ3114?6Z23Z12SbSLD2SLD3IaU123简化等值电路34322321241)()(ZIIIZIIZIduUULDLDaLDaa34231233423423

16、)(ZZZduIZIZZILDLDaNUUUUU4321则有31231234334232)(ZZZudUZSZZSIUSNLDLDaNa31231234334232)(ZZZZSZZSLDLD 312312ZZZudUNCS2、环式网络中的功率分布简单环式网络接线图NUUUU321312312233123131)(ZZZZZSZSIUSLDLDaa31231212233122)(ZZZZZSZSSLDLDb设忽略网络中的功率损耗223LDaSSS32331LDSSS等值两端供电网络的等值电路为：Sa12Z12SLD231Z23SbSLD113 Z3、环形网络中的电压降落和功率损耗n在求得环形网

17、络中功率分布后，还必须计算网络中各线段的电压降落和功率损耗，方能获得潮流分布计算的最终结果。二、 环形网络中的潮流分布 n就潮流分布而言，环形网络可理解为包括图1-17(d)、(e)所示的环式和两端供电网络。以下，先分别讨论这两种网络中的功率分布。n环式网络中的功率分布单一环网的简化，假设全网电压都为额定电压，计算各变电所的运算负荷和各电厂的运算功率，只剩下线路阻抗。 n 最简单的环式网络如图3-17(a)。它只有一个单一的环。这单一环网的等值电路如图3-17(b)。作图317(b)时，与作图39(b)时相同，也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。图317(b)也可简化如

18、图317(c)，在简化的同时，也将各阻抗、导纳重新编导如图所示。二、环形网络中的潮流分布n由图3-17(c)可见，这种最简单单一环网的简化等值电路已相当复杂，需将其进一步简化。所谓进一步简化，即在全网电压都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，并将它们接在相应的节点。这时，等值电路中就不再包含各该变压器的阻抗支路和母线上并联的导纳支路，如图3-17(d)所示。在以下所有关于环式和两端供电网络手算方法的讨论中，设电路都已经过这种简化。而显然，如对单回路输电系统的简化等值电路图3-9(c)也作这种简化，简化后就只剩一个线路阻抗支路。二、环形网络中的潮流分布二、环形网络中的潮

19、流分布二、环形网络中的潮流分布2S3SaI2I3I二、环形网络中的潮流分布n单一环网的功率分布 对图3-17(d)所示等值电路，原则上也可运用节点电压法、回路电流法等求解。但问题仍在于已知的往往是节点功率而不是电流，由节点功率求取节点电流时，需已知节点电压，而节点电压本身待求。因而，仍无法避免迭代求解复数方程式。好在对单一环网，待解的只有一个回路方程式如果假设各节点电压为额定电压UN，复功率的共轭值 正比于电流，或 因此，可以用复功率的共轭值来列写回路电流方程。 )293 (0313223212)ZIII ()ZII (ZIaaaSNUSI/二、环形网络中的潮流分布)()(Z032a312a2

20、312aSSSZSSZS)(S+)(SS31*23*12*31*331*23*2aZZZZZZ)(S+)(SS31*23*12*21*221*32*3bZZZZZZ图中S和I反向二、环形网络中的潮流分布二、环形网络中的潮流分布n记忆方法：电源相当于支点，运算负荷相当于作用力，电厂输出功率相当于反作用力 Z1Z2Z3Z42S3S4SaS)ZZZZ(ZS)+ZZ(S)+ZZZ(SS*a4321444334322二、环形网络中的潮流分布n单一环形网功率分布的简化计算。 电力网各线段电抗与电阻的比值相等时设： kRXRXRXnn2211)1 (111*1jkRjXRZ)1 (222*2jkRjXRZ)

21、1 (*jkRjXRZnnnnRRSSmmaRRSSmmb二、环形网络中的潮流分布n当各线段单位长度电阻和电抗都相等时 llSSmmallSSmmb二、环形网络中的潮流分布n两端供电网络的功率分布 两端供电网络等值于回路电压不为0的单一环网。 二、环形网络中的潮流分布31322321241)ZIII ()ZII (ZIUdUUaaaNUSI/)()(Z32a312a2312aSSSZSSZSUdUN)()(S+)(SS31*23*12*31*23*12*31*331*23*2aZZZUdUZZZZZZN)()(S+)(SS31*23*12*31*23*12*21*221*32*3bZZZUdU

22、ZZZZZZN二、环形网络中的潮流分布n循环功率n若 ，循环功率由节点1流向节点4为正，反之，循环功率由节点4流向节点1为正。n产生循环功率的原因 两端供电网络中的两端电压不等 单一环网中的变压器变比不匹配（求开环电压差时，将所有运算负荷全部去掉，由于参数都归算到基本级，将断口取在基本级） 人为产生附加电势n循环功率的弊与利: 一般来说，循环功率不送入负荷, 会产生功率损耗。 可调整潮流分布强制分布。 ZUdUSNC41UUUd二、环形网络中的潮流分布n如果： ，则：n选择循环功率正方向如图，则n原则：去掉所有的负荷，并在基本级取一个断口。从已知电压的节点开始，经过变压器，推算断口两侧的电压

23、A11A2 1:K11:K2T1T2A22S1ScSA12A2UdEcS21KK 1AA1KUU2AA2KUU)K(KUUdE21A二、环形网络中的潮流分布二、环形网络中的潮流分布二、环形网络中的潮流分布二、环形网络中的潮流分布二、环形网络中的潮流分布n闭式网络的电压降落和功率损耗 设全网为额定电压, 不考虑功率损耗, 求网络的基本功率分布依基本功率分布, 将闭式网在电网的电压最低点分解成两个开式网, 分别按开式网计算。 功率分点：网络电压最低点 当有功、无功功率分点不一致时，这是因为高压电网中的电压损耗主要受无功功率影响。二、环形网络中的潮流分布n例：网络结线图如图3-21。图中，发电厂F母

24、线II上所联发电机发给定运算功率40-j30MvA，其余功率由母线I上所联发电机供给。设连接母线I、 II的联络变压器容量为60MVA，RT3欧， XT110欧；220kV线路末端降压变压器总容量为240 MVA， RT0.8欧， XT23欧，220kv线路， Rl5.9欧，Xl31.5欧；110kV线路，xb段, Rl65欧，Xl100欧；b II段， Rl65欧，Xl100欧。所有阻抗均已按线路额定电压的比值归算至220kv侧。二、环形网络中的潮流分布二、环形网络中的潮流分布n降压变压器电导可略去，电纳中功率与220kV线路电纳中功率合并后作为一10Mvar无功功率电源连接在降压变压器高压

25、侧。设联络变压器变比为231110kV，降压变压器变比为231121kV；发电厂母线I上电压为240kV试计算网络中的潮流分布。二、环形网络中的潮流分布二、环形网络中的潮流分布二、环形网络中的潮流分布二、环形网络中的潮流分布二、环形网络中的潮流分布1:K11:K2K1=121/231，K2=110/231，dU=242*(K1-K2)dU=24.2kV二、环形网络中的潮流分布IUIU)(242 kVUI220121231*231110*242*/12KKUUII)(22kVUUdUII二、环形网络中的潮流分布二、环形网络中的潮流分布二、环形网络中的潮流分布第三节 配电网潮流计算的特点一、辐射形配电网潮流计