第3章-電力網(wǎng)的電壓和功率分布

第三章電力網(wǎng)的電壓和功率分布

－潮流計(jì)算（基本原理）網(wǎng)絡(luò)元件的電壓降落和功率損耗開(kāi)式網(wǎng)絡(luò)的電壓和功率分布閉式網(wǎng)絡(luò)的電壓和功率分布多級(jí)電壓環(huán)網(wǎng)的功率分布電力網(wǎng)的電能損耗3.1.1網(wǎng)絡(luò)元件的電壓降落1.電壓降落元件首末端兩點(diǎn)電壓的相量差。3.1

網(wǎng)絡(luò)元件的電壓降落和功率損耗以V2為參考相量因此,由末端電壓和功率可求得首端電壓電壓降落縱分量電壓降落橫分量由線路首端參數(shù)求末端電壓以為參考相量同樣，也可由首端電壓和功率求得末端電壓兩種分解特別注意:計(jì)算電壓降落時(shí),必須用同一端的電壓與功率.電壓降落公式的簡(jiǎn)化高壓輸電線路的特性X>>R,可令R0,則電壓降落說(shuō)明：引起電壓降落的縱分量的原因是因?yàn)閭魉蜔o(wú)功功率，引起電壓降落的橫分量的原因是因?yàn)閭魉陀泄β剩换蛘哒f(shuō)，元件兩端存在電壓幅值差是傳送感性無(wú)功功率的條件，存在電壓相位差是傳送有功功率的條件。

說(shuō)明什么？2電壓損耗和電壓偏移電壓損耗:兩點(diǎn)間電壓幅值之差或表示為百分值:電壓偏移:網(wǎng)絡(luò)中某節(jié)點(diǎn)的實(shí)際電壓與網(wǎng)絡(luò)該處額定電壓之差3.1.2.網(wǎng)絡(luò)元件的功率損耗線路RT+jXT變壓器1211

網(wǎng)絡(luò)元件的功率損耗包含電流通過(guò)元件的電阻和等值電抗時(shí)產(chǎn)生的功率損耗和電壓施加于元件的對(duì)地等值導(dǎo)納時(shí)所產(chǎn)生的損耗。1.電流流過(guò)元件串聯(lián)阻抗產(chǎn)生的功率損耗線路末端有功功率P2與線路首端輸送有功功率P1之比，為線路輸電效率。輸電效率2電壓加在并聯(lián)導(dǎo)納產(chǎn)生的功率損耗直接用變壓器空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算線路負(fù)號(hào)？變壓器3.2開(kāi)式網(wǎng)絡(luò)的電壓和功率分布任務(wù)？開(kāi)式網(wǎng)絡(luò)及其等值電路電壓和功率分布的計(jì)算降壓變的處理（1）用VN求得各點(diǎn)的運(yùn)算負(fù)荷（2）從末段線路開(kāi)始，用VN依次計(jì)算各段線路的功率損耗（3）用VA和已求得的功率分布，從A點(diǎn)開(kāi)始逐段計(jì)算電壓降落，求得VbVc和Vd（4）求得Vb和Vc、Vd代替VN重復(fù)（1）～（3）1、同級(jí)電壓的開(kāi)式電力網(wǎng)bcdSLDdAR1+jX1R2+jX2R3+jX3jB1/2jB1/2jB2/2jB2/2jB3/2jB3/2SLDbSLDcQB1（1）用VN求得各點(diǎn)的運(yùn)算負(fù)荷為節(jié)點(diǎn)b、c、d的運(yùn)算負(fù)荷對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)c的運(yùn)算負(fù)荷SLDdAR1+jX1R2+jX2R3+jX3jB1/2jB1/2jB2/2jB2/2jB3/2jB3/2SLDbSLDcQB1SdR1+jX1R2+jX2R3+jX3jB1/2bcdSbScS3S3S1S2S1S2A從末段線路開(kāi)始，用VN依次計(jì)算各段線路的功率損耗SdR1+jX1R2+jX2R3+jX3jB1/2bcdSbScS3S3S1S2S1S2ASdR1+jX1R2+jX2R3+jX3jB1/2bcdSbScS3S3S1S2S1S2A用VA和已求得的功率分布，從A點(diǎn)開(kāi)始逐段計(jì)算電壓降落，求得Vb、

Vc和Vd含負(fù)荷變壓器的計(jì)算T1T2T3AbcdSLDbSLDcSLDd’STS0SLDd首先計(jì)算出對(duì)應(yīng)高壓側(cè)的負(fù)荷功率，再求相應(yīng)的運(yùn)算功率T1T2T3AbcdSLDbSLDcSLDd如果節(jié)點(diǎn)b接發(fā)電機(jī)最大電壓損耗和電壓最低點(diǎn)的電壓bcdScSdSbjΔQB1

Z1

Z2Z3ASdSbScdbc132AL-1bT

c

d

SLDL-22、兩級(jí)電壓的開(kāi)式電力網(wǎng)AR1+jX1Z'TR2+jX2jB1/2jB1/2jB2/2bcdjB2/2c'ΔS0SLD方法一：包含理想變壓器，計(jì)算時(shí)，經(jīng)過(guò)理想變壓器功率保持不變，兩側(cè)電壓之比等于實(shí)際變比k。手算時(shí)，該方法最簡(jiǎn)便，不需要進(jìn)行折算AR1+jX1Z'TR'2+jX'2jB1/2jB1/2jB'2/2bd'jB'2/2c'ΔS0方法二：將線路L2的參數(shù)歸算到L1電壓級(jí)AL-1bT

c

d

SLDL-2注意：計(jì)算得到的c’、d’的電壓是線路1電壓等級(jí)下的，還需折算到線路2的電壓等級(jí)下方法三：用π型等值電路處理AR1+jX1Z'T/kR2+jX2jB1/2jB1/2jB2/2bdjB2/2cZ'Tk2－kZ'T1－kSLD［例3－1］［例3－2］AL-1bT

c

d

SLDL-23.3

閉式網(wǎng)絡(luò)的電壓和功率分布1、兩端供電網(wǎng)絡(luò)的功率分布(1)不計(jì)功率損耗的功率初分布忽略功率損耗，可得：由前面的方程組可解出循環(huán)功率由負(fù)荷決定的功率忽略功率損耗的功率分布計(jì)算式同一線路上電流相同，但由于存在功率損耗，線路上功率不同，假設(shè)線路上電壓均為VN，不考慮功率損耗第一部分由負(fù)荷功率和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)確定，每一個(gè)負(fù)荷的功率都以該負(fù)荷點(diǎn)到兩個(gè)電源點(diǎn)間的阻抗共軛值成反比的關(guān)系分配給兩個(gè)電源點(diǎn)，而且可以逐個(gè)地計(jì)算，第二部分與負(fù)荷無(wú)關(guān)，它可以在網(wǎng)絡(luò)中負(fù)荷切除的情況下，由兩個(gè)供電點(diǎn)的電壓差和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)確定。(2)計(jì)及功率損耗的功率分布功率分點(diǎn)：功率由兩個(gè)方向流入的節(jié)點(diǎn)。

有功分點(diǎn)和無(wú)功分點(diǎn)可能出現(xiàn)在不同節(jié)點(diǎn)。（由不考慮損耗的功率分布計(jì)算結(jié)果確定）將網(wǎng)絡(luò)在功率分點(diǎn)處解開(kāi)，形成兩個(gè)開(kāi)式網(wǎng)絡(luò)，用前述的開(kāi)式網(wǎng)絡(luò)計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。閉式網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算過(guò)程功率損耗的計(jì)算中，若電壓未知，用VN代入2.沿線有k個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的情況Zi、Z’i分別為第i個(gè)負(fù)荷點(diǎn)到供電點(diǎn)A2和A1的總阻抗簡(jiǎn)化方法(1)將實(shí)部和虛部分開(kāi),便于計(jì)算簡(jiǎn)化方法(2),且網(wǎng)絡(luò)為均一網(wǎng)(各段線路的R與X的比值相等)結(jié)論：在均一電力網(wǎng)中有功功率和無(wú)功功率的分布彼此無(wú)關(guān)。而且可以只利用各線路的電阻（或電抗）計(jì)算。(3)各段線路的單位阻抗相等結(jié)論：各段線路單位長(zhǎng)度的阻抗值相等的均一網(wǎng)的功率分布僅與各段長(zhǎng)度有關(guān)。5.閉式網(wǎng)的電壓損耗

與開(kāi)式網(wǎng)計(jì)算方法相同，一般可用電壓降落的縱分量表示。

有功和無(wú)功分點(diǎn)在同一處時(shí),功率分點(diǎn)處的電壓最低；若不在同一點(diǎn)，則需分別計(jì)算實(shí)際電壓值，確定電壓最低點(diǎn)。例3－3例3－43.4圖所示110kV閉式電網(wǎng)，A點(diǎn)為某發(fā)電廠的高壓母線，其運(yùn)行電壓為117kV。網(wǎng)絡(luò)各元件參數(shù)為：線路Ⅰ、Ⅱ（每公里）：r1=0.27Ω，x1=0.423Ω，b1=2.69×10-6S線路Ⅲ（每公里）：r1=0.45Ω，x1=0.44Ω，b1=2.58×10-6S線路Ⅰ長(zhǎng)度60km，線路Ⅱ長(zhǎng)度50km，線路Ⅲ長(zhǎng)度40km。

各變電所每臺(tái)變壓器的額定容量、勵(lì)磁功率歸算到110kV電壓等級(jí)的阻抗分別為變電所b變電所c試求電力網(wǎng)絡(luò)的功率分布及最大電壓損耗。負(fù)荷功率

解（1）計(jì)算網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及制定等值電路。線路I線路II線路III變電所b變電所c（2）計(jì)算節(jié)點(diǎn)b和c的運(yùn)算負(fù)荷（3）計(jì)算閉式網(wǎng)絡(luò)的功率分布?？梢?jiàn)，計(jì)算結(jié)果誤差很小，無(wú)需重算。由此得到功率初分布，如圖所示。（4）計(jì)算電壓損耗。由于線路Ⅰ和Ⅲ的功率均流向節(jié)點(diǎn)b，故節(jié)點(diǎn)b為功率分點(diǎn)，且有功功率分點(diǎn)和無(wú)功功率分點(diǎn)都在b點(diǎn)，因此這點(diǎn)的電壓最低。為了計(jì)算線路Ⅰ的電壓損耗，要用A點(diǎn)的電壓和功率.變電所b高壓母線的實(shí)際電壓為3.4多級(jí)電壓環(huán)網(wǎng)的功率分布一、兩臺(tái)并聯(lián)變壓器構(gòu)成的多電壓級(jí)環(huán)網(wǎng)一、兩臺(tái)并聯(lián)變壓器構(gòu)成的多電壓級(jí)環(huán)網(wǎng)

已知一次側(cè)電壓,則：變壓器變比相等且供給實(shí)際負(fù)荷的功率分布不計(jì)負(fù)荷僅因變比不等引起的循環(huán)功率一、兩臺(tái)并聯(lián)變壓器構(gòu)成的多電壓級(jí)環(huán)網(wǎng)

循環(huán)功率計(jì)算環(huán)路電勢(shì)：循環(huán)功率：空載環(huán)路電勢(shì)的確定一般情況下，選好循環(huán)功率方向后，環(huán)路電勢(shì)便可由環(huán)路的開(kāi)口電壓確定，開(kāi)口處可在高壓側(cè)，也可在低壓倒，但應(yīng)與阻抗歸算的電壓等級(jí)一致阻抗歸算到低壓側(cè)簡(jiǎn)化計(jì)算或電力網(wǎng)電壓未知例3－5二、多個(gè)電壓級(jí)的環(huán)網(wǎng)環(huán)路電勢(shì)的確定（1）作等值電路并進(jìn)行參數(shù)歸算；（2）空載時(shí)將環(huán)路斷開(kāi)，端口電壓即為環(huán)路電勢(shì)。注意：參數(shù)歸算等級(jí)與斷口所在位置一致循環(huán)功率計(jì)算三級(jí)電壓環(huán)網(wǎng)舉例ka=121/10.5kb=242/10.5kc1=220/121kc2=220/11選110kV作為參考電壓級(jí)，斷口選在110kV線路若A端電壓已知：若B端電壓已知：環(huán)路等值變比說(shuō)明在環(huán)網(wǎng)中運(yùn)行的各變壓器的變比是相匹配的。如果環(huán)路中原來(lái)的功率分布在技術(shù)上或經(jīng)濟(jì)上不太合理時(shí)，可以通過(guò)調(diào)整變壓器的變比，產(chǎn)生某指定方向的循環(huán)功率來(lái)改善功率分布。3.5

電力網(wǎng)的電能損耗一、電能損耗和損耗率年電能損耗:一年內(nèi)電力網(wǎng)的電能損耗。供電量：發(fā)電量與廠用電之差損耗率（網(wǎng)損率、線損率）：是衡量供電企業(yè)技術(shù)和管理水平的重要標(biāo)志。

損耗率＝不要求很準(zhǔn)確計(jì)算電能損耗的時(shí)候，常用經(jīng)驗(yàn)公式或曲線計(jì)算年電能損耗，通過(guò)逐個(gè)計(jì)算線路或變壓器的年電能損耗，從而計(jì)算出全網(wǎng)的年電能損耗。電力網(wǎng)損耗電量供電量1.年負(fù)荷損耗率法年負(fù)荷率線路年負(fù)荷損耗率線路年負(fù)荷損耗率與年負(fù)荷率的近似關(guān)系K為經(jīng)驗(yàn)數(shù)值。一般取K=0.1～0.4，kmy較低時(shí)取較小數(shù)值。

計(jì)算過(guò)程用于線路損耗計(jì)算1.年負(fù)荷損耗率法變壓器的年電能損耗：電阻損耗＋空載損耗tT為變壓器一年中接入運(yùn)行的小時(shí)數(shù)，缺乏具體數(shù)據(jù)時(shí)可取tT=8000h2.最大負(fù)荷損耗時(shí)間法最大負(fù)荷損耗時(shí)間：如果線路中輸送的功率一直保持為最大負(fù)荷Smax，在τ小時(shí)內(nèi)的電能損耗等于線路全年的實(shí)際電能損耗，則稱(chēng)τ為最大負(fù)荷損耗時(shí)間。其大小由視在功率表示的負(fù)荷曲線決定，在一定功率因數(shù)下，視在功率與有功功率成正比，而有功功率負(fù)荷持續(xù)曲線的形狀，在某種程度上可由最大負(fù)荷的利用小時(shí)數(shù)反映出來(lái)?？梢栽O(shè)想，對(duì)于給定的功率因數(shù)，和最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)有關(guān)V接近不變時(shí)線路變壓器在不知道負(fù)荷曲線的情況下，根據(jù)量大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)和功率因數(shù)，即可從表3-1中找出

值，用上式計(jì)算全年的電能損耗。一條線路有多個(gè)負(fù)荷的情況S1,S2,S3——分別為各段的最大負(fù)荷功率；

——分別為各段的最大負(fù)荷損耗時(shí)間R1的最大負(fù)荷損耗各段的最大損耗時(shí)間由相應(yīng)的最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)及功率因數(shù)確定例3－6計(jì)算各段的功率因數(shù)和最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)3.5.2降低網(wǎng)損的技術(shù)措施1.減少無(wú)功功率的傳輸如果將功率因數(shù)由原來(lái)的提高到，則線路中的功率損耗可降低

措施：電機(jī)選擇無(wú)功補(bǔ)償：就地?zé)o功平衡2.閉式網(wǎng)絡(luò)中功率的經(jīng)濟(jì)分布網(wǎng)絡(luò)功率損耗分別對(duì)P1和Q1求偏導(dǎo)，并令其等于零結(jié)論：功率在環(huán)網(wǎng)中與電阻成反比分布時(shí)，功率損耗最小，這樣的功率分布稱(chēng)為功率的經(jīng)濟(jì)分布。與均一網(wǎng)中功率的自然分布相同。使自然功率分布接近經(jīng)濟(jì)功率分布的措施(1)選擇適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)作開(kāi)環(huán)運(yùn)行。為了限制短路電流或滿足繼電保護(hù)動(dòng)作選擇性要求，需將閉式網(wǎng)絡(luò)開(kāi)環(huán)運(yùn)行時(shí)，開(kāi)環(huán)點(diǎn)的選擇也盡可能兼顧到使開(kāi)環(huán)后的功率分布更接近于經(jīng)濟(jì)分布。(2)對(duì)環(huán)網(wǎng)中比值R／X特別小的線段進(jìn)行串聯(lián)電容補(bǔ)償。(3)在環(huán)網(wǎng)中增設(shè)混合型加壓調(diào)壓變壓器，由它產(chǎn)生環(huán)路電勢(shì)及相應(yīng)的循環(huán)功率，以改善功率分布(見(jiàn)第5章)。3.合理確定電力網(wǎng)的運(yùn)行電壓變壓器鐵損和電壓平方成正比。線路和變壓器繞組中的功率損耗與電壓平方成反比。一般情況，鐵損<50%的電力網(wǎng)，適當(dāng)提高運(yùn)行電壓可以降低網(wǎng)損；鐵損>50％的電力網(wǎng)，適當(dāng)降低運(yùn)行電壓可以降低網(wǎng)損。4.組織變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行k臺(tái)變壓器的總損耗k-1臺(tái)變壓器的總損耗令