华电-任建文-电分(第3章)

第三章简单电力网的计算与分析

本章主要内容：1.潮流计算的目的及内容

2.电压降落（损耗、偏移）、功率损耗的计算

3.手算潮流的原理和方法

1)辐射型：

2)两端型：

3)环网型：同一电压等级：已知末端电压或首末端电压不同电压等级：归算电压或折算参数计算自然功率（力矩原理）、强迫功率找功率分点、打开、按辐射型计算单级：从电源点打开——无强迫功率多级：电磁环网——归算法、等值法

4.潮流调整：自然分布、串联电容、串联电抗、附加串联加压器第一页，共38页。第三章简单电力网的计算与分析潮流计算的目的及内容稳态计算——不考虑发电机的参数—电力网计算（潮流计算）负荷（P，Q）潮流计算给定发电机（P，V）求解各母线电压各条线路中的功率及损耗计算目的用于电网规划—选接线方式、电气设备、导线截面用于运行指导—确定运行方式、供电方案、调压措施用于继电保护—整定、设计第二页，共38页。第一节基本概念一、负荷的表示*负荷一般以功率表示：单位P（kw）、Q（kvar）、S（kva）第三页，共38页。第一节基本概念二、电压降落、电压损耗、电压偏移目的：对于一条线路（变压器）有负荷流过时，首末端电压不等，造 成电压 损耗，可以推导已知端的S和U时 求另一端的S和U1、已知U2及S2求U1**第四页，共38页。以U2为参考电压纵分量横分量*****第五页，共38页。纵分量横分量2、已知U1及S1求U23、实际计算时的简化（按二次项式展开取前两项）第六页，共38页。电压降落电压损耗电压损耗百分比：不超过10%当Q为负值即容性负载时，ΔU可能为负值，末端电压高于首端电压电压偏移电压偏移%反映供电电压质量电压调整电压调整%U20为线路末端空载电压第七页，共38页。三、功率损耗线路、变压器存在阻抗和导纳，消耗P和Q消耗能量，产生热量，老化设备1、线路中功率损耗的计算R+jX末端导纳中的损耗阻抗中的损耗首端导纳中的损耗第八页，共38页。三、功率损耗2、线路上的电能损耗输电效率％有关负荷的系数最大负荷利用小时数年负荷率年负荷损耗率＝K×(年负荷率)+(1-K)×(年负荷率)2线损率%最大负荷损耗时间：τmax与Tmax及功率因数有关第九页，共38页。3、变压器中功率损耗的计算RTjXT-jBTGT第十页，共38页。第二节辐射型网络的潮流计算一、同一电压等级开式网计算计算时，开式网负荷一般以集中负荷表示，并且在计算中总是作为已知量acbdGⅡⅠⅢ已知：末端电压Ua时，求Ud及Sd，或已知首末端电压Ud时，求Ua及SdRⅢ+jXⅢ

Ⅲ

ⅢRⅡ+jXⅡⅡⅡRⅠ+jXⅠⅠⅠabcd第十一页，共38页。RⅢ+jXⅢ

ⅢRⅡ+jXⅡRⅠ+jXⅠⅠacdbcb合并简化1、已知Ua时（精确计算）末端导纳消耗功率：注入a点的功率：Ⅰ段线路中功率损耗：Ⅰ段线路中电压降落：第一步第十二页，共38页。确定B点电压：第二步：同第一步方法相同，求第II、III段中的压降及功率损耗B点的等值负荷：最终：说明：各线路电压降纵分量相位不同，不能做代数相加第十三页，共38页。2、已知Ud时（简化计算）取各点电压为UN，计算各点对地电纳中的功率ΔQi，然后与负荷合并RⅢ+jXⅢRⅡ+jXⅡRⅠ+jXⅠacdb再计算各点功率，仍从第I段起算功耗及各点注入功率I段II段第十四页，共38页。最后计算各点电压，以Ud为参考，由III段回算III段其余以此类推第十五页，共38页。3、35KV及以下线路的简化处理忽略线路电纳计算电压时不考虑线路中的损耗各段中损耗各段电压降落纵分量电压损耗作业：电网如图所示，线路额定电压110KV，首端电压为118KV，求运行中各点电压及各断线路中功率损耗R1=6.8ΩX1=16.36ΩB1=1.1310-4SR2=6.3ΩX2=12.48ΩB3=0.8210-4SR3=13.8ΩX3=13.2ΩB3=0.7710-4SSc=20.3+j15.8MVASb=8.6+j7.5MVASa=12.2+j8.8MVAabcd第十六页，共38页。二、不同电压等级开式网计算电网中有变压器时需归算：降压一次侧，升压二次侧TkL1L2abcdSLRⅠ+jXⅠ

ⅠRT+jXTRⅡ+jXⅡacdbII

ⅠIIkRⅠ+jXⅠ

ⅠRT+jXTR’Ⅱ+jX’ⅡacdbII

ⅠII折算后的阻抗与具有变比为K的理想变压器串联只用折算后的参数这种方法在两侧电压经变压器时要归算开始时按一次侧（或二次侧）额定电压计算，计算结果反归算第十七页，共38页。第三节两端供电网计算概念：两个电源同时从两侧向网内供电—两端供电网模型：L1L3abca’SL1L2SL2等值图：略去导纳支路ZIabZIIcZIIIa’推导过程：第十八页，共38页。两边取共扼乘3UNΦ不考虑网络中功率损耗时第十九页，共38页。同理从a’端推导：对于有n+1段，n个负荷的情况：物理解释：第一部分：力矩原理，自然分布第二部分：强迫循环功率上述推导—初步功率分布（不计线路功率损耗）第二十页，共38页。几点说明：两端网络从功率点分开，按开式网计算功率损耗及电压降计算循环功率时，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）均一电力网络：功率分点—某一节点功率，有两侧电源供给，标记有功与无功功率分点可能不在同一点上求功耗时，功率分点电压未知，近似以UN代如单位长度电阻相同：第二十一页，共38页。第四节环形网络中的潮流计算一、单电压等级环形网的潮流计算概念：单电压级环形网络—环路中无变压器接入模型：等值图：从母线1上将环网分开，把变压器损耗记入负载Z3113Z232Z121’L1123S3S2L2L3第二十二页，共38页。推导：按两端供电网络计算，取U1=U1’二、多级电压闭式网的潮流计算概念：电磁环网—闭式电网中具有变压器接入模型：k1:1(1:k1)L1k2:1(1:k2)L2第二十三页，共38页。推导：有两种解题方法1、归算法，折算到线路侧k1:1(1:k1)k2:1(1:k2)当k1≠k2时，两端有压降：有循环功率：第二十四页，共38页。2、用型等值网络利用两端供电的公式计算（比较麻烦）第二十五页，共38页。第五节电力网络的简化方法及其应用一、电力网的简化方法推导：结论：1、等值电源法第二十六页，共38页。2、负荷转移法(1)二点变一点(2)一点变二点1ikj2Z1iZikZj2Zkj1ikj2Z1iZikZj2Zkj第二十七页，共38页。3、消去节点法采用负荷移置和星—网变换Z1nZ2nZkn1k2nZ12Z1kk21Z2k第二十八页，共38页。二、简单电力网络潮流计算的实践（第二版书）P123例3-5：等效电源法及负荷转移法求解。结论：等效电源法可得真解，负荷转移法不能随意使用P124例3-6：多环网系统利用负荷转移法求解。计算过程：先消节点（负荷转移）化简网络，形成主环，算主环网潮流，再把负荷移回原处，求原网潮流，在功率分点处解开算功率损耗，最后计算电压降落。结论：负荷转移法可以在各节点电压的大小和相位相差不大情况下使用。P129例3-7：计及负荷静态电压特性后的潮流计算。结论：费时，费力，一般不考虑。第二十九页，共38页。作业1、某电力系统等值电路如图2所示，已知ZAB=4+j24欧，若始末两端电压有效值分别为240kv和220kv,末端无功为QB=150Mvar,末端有功未知。求：末端功率因数和始端视在功率。

2、一环形电力系统如图4所示，电源点在D点，负荷在A，B，C点，其中从A经D到C的弧形距离为400米，弧线AB和BC的长度分别是200米和100米。图中BC作为环网的联络线，为使BC之间不流过电流，试求电源D的具体位置应在何处？（其中线路单位长度的阻抗相同，各负荷功率因数也相同）。

50AA40ADCB10A400m200m100m图4第三十页，共38页。第六节电力网络潮流的调整控制潮流调整开式网—无法调整，取决于各点负荷环网—变压器分接头，一般用于调整无功功率两端供电—电源电压或功率（幅度小）一、调整控制潮流的必要性及调控原理功率自然分布单位长度参数相等时—按长度分布不等时，取有功功耗最小—按电阻分布缺点：有时不能满足安全、优质、经济的要求

手段串联电容—串联在阻抗相对过大的线路上附加串联加压器—产生环流或强制循环功率串联电抗—限流，避免该线段过载

第三十一页，共38页。

调控原理：附加串联加压器产生强迫循环功率加入附加电动势：考虑到R∑<<X∑

，取R∑=0，则：串联电势纵向—产生强迫循环功率的无功部分横向—产生强迫循环功率的有功部分改变电压大小—改变网络中无功功率的分布改变电压相位—改变网络中有功功率的分布第三十二页，共38页。

举例说明：j20Ω140MW200MW100MWj20Ωj10Ω60MW160MW300MW175MW200MW100MW60MW125MW-j10Ω300MW175MW200MW100MWj14Ω60MW125MW300MW175MW200MW100MW-j8kv60MW125MW300MW第三十三页，共38页。二、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第三十四页，共38页。4、借灵活交流输电装置控制潮流概念：灵活交流输电系统—是指以晶闸管（即可控硅）置换传统交流输电系统中各种机械式调节器和开关后所呈现的新系统可控串联电容改变晶闸管的触发角可平滑地并在较大范围内改变其容抗第三十五页，共38页。可控移相器仍是串联加压器以晶闸管和电源变压器二次侧若干个绕组替代了原用以调节