電力系統(tǒng)分析--第三章-潮流計(jì)算概要.ppt

1、電力網(wǎng)是由輸電線路和變壓器組成的電氣網(wǎng)絡(luò)，也有支路(輸配電線路)和節(jié)點(diǎn)(母線)。其間流動(dòng)的功率叫潮流。,潮流和電壓計(jì)算是電力網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)態(tài)分析的主要內(nèi)容，其目的是評(píng)估對(duì)電力用戶電力供應(yīng)的質(zhì)量并為電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。,第三章 簡(jiǎn)單電力網(wǎng)絡(luò)潮流分析與計(jì)算,本章內(nèi)容,3.1 電力線路和變壓器的功率損耗和電壓降落,3.2 開式網(wǎng)絡(luò)的潮流分布,3.3 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的潮流分布,3.1.1 電力線路的功率損耗和電壓降落,3.1 電力線路和變壓器的功率損耗和電壓降落,1 電力線路的功率損耗,1)電力線路阻抗支路中的功率損耗,設(shè)線路阻抗支路末端功率為 ， 末端電壓為 ，則電力線路阻抗中的功率損耗為,(變動(dòng)損

2、耗),3.1 電力線路和變壓器的功率損耗和電壓降落,2) 電力線路導(dǎo)納支路中的功率損耗,(固定損耗),一般電力線路的電導(dǎo)G=0，則末端導(dǎo)納支路中的功率損耗為,而首端導(dǎo)納支路中的功率損耗為,3） 電力線路的功率平衡計(jì)算,3.1 電力線路和變壓器的功率損耗和電壓降落,線路首端功率,阻抗支路首端功率,末端負(fù)荷功率,(1)末端導(dǎo)納支路功率損耗,(2)阻抗支路末端功率,設(shè)已知線路末端運(yùn)行電壓和負(fù)荷功率，求線路首端功率。,(3)阻抗支路的功率損耗,(4)阻抗支路首端功率,(5)首端導(dǎo)納支路的功率損耗,(6)線路首端功率,3.1 電力線路和變壓器的功率損耗和電壓降落,3.1 電力線路和變壓器的功率損耗和電壓

3、降落,2 電力線路的電壓降落,電壓降落:電力網(wǎng)任意兩點(diǎn)電壓的相量差，即,電壓是電能質(zhì)量的指標(biāo)之一。電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中必須把某些母線電壓保持在一定范圍內(nèi)以滿足電力用戶的用電需要。,其中： 電壓降落的縱分量,設(shè)已知阻抗支路末端電流或三相功率，當(dāng)負(fù)荷為感性時(shí)，,因此,電壓降落的橫分量,則,3.1 電力線路和變壓器的功率損耗和電壓降落,說明：上述公式是按感性負(fù)荷下推出的，若為容性負(fù)荷，公式不變，無功功率Q前面的符號(hào)應(yīng)改變。,設(shè)U2初相為零,3.1 電力線路和變壓器的功率損耗和電壓降落,線路首端電壓有效值為：,首端電壓的相位為：,圖中，設(shè)阻抗中流過的電流為 ，作出相量圖。,相位角或稱功率角,（3-8）,由于

4、一般情況下，,相似于這種推導(dǎo)，還可以獲得從首端電壓 和功率 ，求末端電壓的計(jì)算公式：,將 按二項(xiàng)式定理展開并取前兩項(xiàng)得：,3.1 電力線路和變壓器的功率損耗和電壓降落,其它電壓質(zhì)量的指標(biāo),（3-15）,線路額定 電壓,3.1 電力線路和變壓器的功率損耗和電壓降落,1) 電壓損耗:,線路首末端電壓的代數(shù)差，即,電壓損耗常以百分?jǐn)?shù)表示，即,2) 電壓偏移:,電力網(wǎng)中任一點(diǎn)實(shí)際電壓與網(wǎng)絡(luò)額定電壓的數(shù)值差,首端電壓偏移,末端電壓偏移,3）電壓調(diào)整：,線路末端 空載電壓,（3-18）,3.1 電力線路和變壓器的功率損耗和電壓降落,線路末端空載與負(fù)載時(shí)電壓的數(shù)值差。,其百分?jǐn)?shù)為,3.1.2 變壓器的功率損

5、耗和電壓降落,阻抗支路中的功率損耗（變動(dòng)損耗）,勵(lì)磁支路功率損耗與網(wǎng)絡(luò)電壓有關(guān)（一般偏離UN不大），此部分損耗視為固定損耗,3.1 電力線路和變壓器的功率損耗和電壓降落,變壓器的功率損耗和電壓降落的計(jì)算與電力線路的不同之處在于：,變壓器以 形等值電路表示，電力線路以 形等值電路表 示；,變壓器的導(dǎo)納支路為電感性，電力線路的導(dǎo)納支路為電容性。,1. 電力線路上的電能損耗,介紹兩種方法，用于近似地計(jì)算電力線路在一年內(nèi)的電能損耗。,3.1.3 電力網(wǎng)絡(luò)的電能損耗,3.1 電力線路和變壓器的功率損耗和電壓降落,輸電線路和變壓器的電能損耗分為變動(dòng)損耗和固定損耗，討論變動(dòng)的電能損耗的計(jì)算方法。,（1）最大

6、負(fù)荷損耗時(shí)間法,假定線路向一個(gè)集中負(fù)荷供電,則時(shí)間T內(nèi),KW.h,3.1 電力線路和變壓器的功率損耗和電壓降落,S由負(fù)荷曲線決定。為簡(jiǎn)化計(jì)算，工程計(jì)算中常采用最大負(fù)荷損耗時(shí)間法來計(jì)算。,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)荷功率Smax，在(h)內(nèi)的能量損耗恰好等于線路全年實(shí)際的電能損耗，則稱為最大負(fù)荷損耗時(shí)間。其定義為,通?？筛鶕?jù)用戶負(fù)荷的最大負(fù)荷小時(shí)數(shù) 和 負(fù)荷的功率因數(shù) 從手冊(cè)中查得,式中，WZ電力線路全年電能損耗； Pmax電力線路在1年中最大負(fù)荷時(shí)的功率損耗。,線路上有幾個(gè)集中負(fù)荷時(shí),線路總的電能損耗為各段線路電能損耗之和,為各段的最大負(fù)荷功率；,為各段的最大負(fù)荷損

7、耗時(shí)間,3.1 電力線路和變壓器的功率損耗和電壓降落,為求各段的，需先求出各段線路的cos和Tmax,3.1 電力線路和變壓器的功率損耗和電壓降落,設(shè)已知各點(diǎn)負(fù)荷的最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax.a、 Tmax.b、 Tmax.c,最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax與最大負(fù)荷損耗時(shí)間的關(guān)系,用最大負(fù)荷損耗時(shí)間法計(jì)算電能損耗，由于值的確定是近似的，一般用于電網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，對(duì)于已經(jīng)運(yùn)行的電網(wǎng)的電能損耗計(jì)算，常采用等值功率法。本書不作介紹。,【例3.1】,有一電力網(wǎng)負(fù)荷曲線如圖，已知UN=10kV，R=12，平均功率因數(shù)0.9，試用最大負(fù)荷損耗時(shí)間法求一年內(nèi)的電能損耗。,解：,查表得=3100h/年,3.1

8、 電力線路和變壓器的功率損耗和電壓降落,(2)用年負(fù)荷損耗率求線路全年的電能損耗,從手冊(cè)中查最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù) ，并求年負(fù)荷率,由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算年負(fù)荷損耗率,年負(fù)荷損耗率定義為,計(jì)算步驟：,由上式求電力線路全年電能損耗為,K為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取0.1-0.4，年負(fù)荷率低時(shí)取較小值，反之取較大值,變壓器運(yùn)行小時(shí)數(shù)等于一年8760h減去因檢修而退出運(yùn)行的小時(shí)數(shù)。則變壓器中1年內(nèi)的電能損耗為,2. 變壓器中的電能損耗,鐵損部分(電導(dǎo)損耗)：變壓器空載損耗P0與變壓器運(yùn)行小時(shí)數(shù)的乘積(按全年投入的實(shí)際小時(shí)數(shù)計(jì)算),銅損部分(電阻損耗)：與輸電線路變動(dòng)損耗的計(jì)算相同,3.1 電力線路和變壓器的功率損耗和電壓

9、降落,【例3.2】,如圖，變電所低壓母線上的最大負(fù)荷40MW， ， Tmax=4500h。試求線路及變壓器中全年的電能損耗。線路和變壓器參數(shù)如下：,線路(每回)：,變壓器(每臺(tái))：,解：,1）按最大負(fù)荷損耗時(shí)間法求變壓器全年電能損耗,已知,查表,【例3.2】,2）輸電線路電能損耗,線路阻抗末端最大負(fù)荷,最大負(fù)荷時(shí)變壓器繞組中的功率損耗,【例3.2】,變壓器鐵心中的功率損耗,線路末端充電功率,等值電路中用于計(jì)算線路損失的功率,輸電線路全年電能損耗,查表,【例3.2】,3）輸電系統(tǒng)全年電能損耗,3. 電力網(wǎng)的網(wǎng)損率,供電量：指在給定的時(shí)間（日、月、季、年）內(nèi)，電力系 統(tǒng)中所有發(fā)電廠的總發(fā)電量與廠用

10、電量之差W1。,電力網(wǎng)的網(wǎng)損電量：在所有送電、變電和配電環(huán)節(jié)中所損耗的電量Wc。,電力網(wǎng)的網(wǎng)損率：在同一時(shí)間內(nèi)，電力網(wǎng)的網(wǎng)損電量占供電量的百分值W（%），其表達(dá)式為,（3-26）,電力網(wǎng)的網(wǎng)損率是國家下達(dá)給電力系統(tǒng)的一項(xiàng)重要經(jīng)濟(jì)指 標(biāo)，也是衡量供電企業(yè)管理水平的一項(xiàng)主要標(biāo)志。,3.1 電力線路和變壓器的功率損耗和電壓降落,實(shí)際電力系統(tǒng)中，負(fù)荷點(diǎn)往往不直接給出負(fù)荷功率，而是降壓變電所或固定出力的發(fā)電廠。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，常常將變電所處理為一個(gè)等值負(fù)荷，稱為變電所的運(yùn)算負(fù)荷。將固定出力的發(fā)電廠處理為一等值功率，稱為發(fā)電廠的運(yùn)算功率。如圖：,3.1.4 運(yùn)算負(fù)荷和運(yùn)算功率,3.1 電力線路和變壓器的功率

11、損耗和電壓降落,(1)負(fù)荷功率：S4，降壓變壓器低壓側(cè)末端負(fù)荷的功率。,(2)等值負(fù)荷功率：在變電所高壓母線上負(fù)荷從網(wǎng)絡(luò)中吸 取的功率,(3)運(yùn)算負(fù)荷: ，為從電力線路阻抗中流出的功率,1 變電所運(yùn)算負(fù)荷,變電所的運(yùn)算負(fù)荷等于它的低壓母線負(fù)荷加上變壓器的總功率損耗(阻抗、導(dǎo)納)，再加上高壓母線上的負(fù)荷和與其高壓母線相連的所有線路電容功率的一半。,2 發(fā)電廠運(yùn)算功率,(1)電源功率：發(fā)電機(jī)母線送至系統(tǒng)的功率,(2)等值電源功率：發(fā)電機(jī)高壓母線向系統(tǒng)送出的功率， 也稱節(jié)點(diǎn)2向系統(tǒng)里注入的功率，此時(shí)定為正值。,（3）運(yùn)算功率:為流入電力線路阻抗中的功率,發(fā)電廠的運(yùn)算功率等于它發(fā)出的總功率減去廠用電及

12、地方負(fù)荷，再減去升壓變壓器中的總功率損耗和與其高壓母線相連的所有線路電容功率的一半,例：,簡(jiǎn)化后的等值電路,變電所運(yùn)算負(fù)荷SB,發(fā)電廠運(yùn)算功率SC,電力系統(tǒng)的接線方式：,3.2 開式網(wǎng)絡(luò)的潮流分布,1. 計(jì)算網(wǎng)絡(luò)元件參數(shù),做出等值電路,2. 潮流計(jì)算,3.2.1 簡(jiǎn)單開式網(wǎng)絡(luò)的潮流計(jì)算,3.2 開式網(wǎng)絡(luò)的潮流分布,（1）已知末端電壓 和功率 ，求首端的電壓和功率。,功率平衡關(guān)系：(見前節(jié))。若不要求精確計(jì)算，可用額定電壓代替,電壓平衡關(guān)系：,（2）已知首端電壓和功率，求末端功率電壓。分析方法同上。,（3）已知末端負(fù)荷 和首端電壓 。,根據(jù)給定的 和計(jì)算到的 ，從首端向末端進(jìn)行電壓平衡計(jì)算至求出

13、末端電壓。,3.2 開式網(wǎng)絡(luò)的潮流分布,根據(jù)末端負(fù)荷 ，以額定電壓代替實(shí)際運(yùn)行電壓，由末端向首端進(jìn)行功率平衡計(jì)算直至求出,通過以上步驟完成第一輪的計(jì)算。由于第一步計(jì)算時(shí)以額定電壓代替實(shí)際電壓，結(jié)果不夠精確。可重復(fù)以上的計(jì)算。在計(jì)算功率損耗時(shí)可以利用第一輪第二步得到的末端電壓。,3.2 開式網(wǎng)絡(luò)的潮流分布,電力線路l=100km，UN=110KV，線路末端接變壓器：200MVA、110/38.5KV，變壓器低壓側(cè)負(fù)荷15+j11.25(MVA),正常運(yùn)行時(shí)要求末端電壓達(dá)到36KV。試求首端母線應(yīng)具有的電壓和功率。輸電線路采用LGJ120導(dǎo)線，其參數(shù)為：,變壓器參數(shù)折算到110KV側(cè)，為：,【例3

14、.3】已知末端電壓及功率，求潮流分布(區(qū)域網(wǎng)),解：1）計(jì)算網(wǎng)絡(luò)參數(shù),2）繪制等值電路,變壓器阻抗支路功率損耗,阻抗支路電壓降落,【例3.3】,變壓器導(dǎo)納支路,輸電線路導(dǎo)納支路,得系統(tǒng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如下：,首端電壓偏移,末端電壓偏移,輸電線路阻抗支路功率,電壓損耗,輸電效率,【例3.4】已知末端功率及首端電壓，求潮流分布,結(jié)論(1)110KV線路的電壓計(jì)算中略去電壓降落的橫分量，誤 差不大（本題0.3%） (2)變壓器的無功功率損耗是電網(wǎng)中無功損耗的主要組成。,解：先設(shè)全網(wǎng)電壓為額定電壓110KV 1）由末端,變壓器阻抗支路,2）由首端電壓及計(jì)算到的首端功率向末端計(jì)算電壓：,變壓器低壓側(cè)電壓為,

15、對(duì)地方網(wǎng),【例3.5】有一額定電壓為10kv的地方供電網(wǎng)，線路參數(shù)及負(fù)荷資料如圖所示，首端電壓為10.5KV，試進(jìn)行功率分布計(jì)算并求線路電壓最低點(diǎn)的電壓偏移。,1）忽略等值電路中的導(dǎo)納支路； 2）忽略阻抗中的功率損耗； 3）忽略電壓降落的橫分量； 4）用線路額定電壓代替各點(diǎn)實(shí)際電壓計(jì)算電壓損耗。,解：1）計(jì)算功率分布,2）線路各段的電壓損耗,所以線路最大電壓損耗,最低點(diǎn)電壓,電壓偏移為,變電所較多的開式網(wǎng)絡(luò)的潮流計(jì)算的步驟和內(nèi)容如下：,（1）按精確計(jì)算方法計(jì)算網(wǎng)絡(luò)元件參數(shù)；,（2）用電力線路額定電壓求變電所的運(yùn)算負(fù)荷和發(fā)電廠 的運(yùn)算功率；,（3）作出具有運(yùn)算負(fù)荷或運(yùn)算功率的等值網(wǎng)絡(luò)；,（4）潮

16、流計(jì)算。,3.2.2 變電所較多的開式網(wǎng)絡(luò)的潮流分布,【例3.6】 書例【3-1】,110kV電力系統(tǒng)如圖，求各變電所和發(fā)電廠低壓母線電壓。,返回步驟5,LGJ70線間幾何均距4.5m，導(dǎo)線直徑11.4mm,SF-15000/110型變壓器數(shù)據(jù),SF-10000/110型變壓器,解：1）變壓器、輸電線路參數(shù),LGJ70線路,查表,變壓器,【例3.6】 書例【3-1】,SN: MVA,T1、升壓變和T2的UN分別為,110、121、 110KV,導(dǎo)納支路的勵(lì)磁損耗分別為,【例3.6】 書例【3-1】,T1：,T2 Ta：,于是得等值電路,2）變電所運(yùn)算負(fù)荷及發(fā)電廠運(yùn)算功率,【例3.6】 書例【3

17、-1】,T1運(yùn)算負(fù)荷為,T2：,T2運(yùn)算負(fù)荷為,【例3.6】 書例【3-1】,發(fā)電廠運(yùn)算功率,得到簡(jiǎn)化后的等值電路,3）設(shè)全網(wǎng)為額定電壓，求功率分布（從后往前）,4）從前向后計(jì)算電壓降落（已知首端電壓和負(fù)荷）,A,1,3,5）計(jì)算變壓器中的電壓降落及低壓母線電壓,返回題圖,等值電路,低壓母線實(shí)際電壓為,3.3.1 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)（兩端電源電壓相等供電網(wǎng)絡(luò)）的功率分布,3.3 簡(jiǎn)單閉式網(wǎng)的潮流分布,由于在全網(wǎng)使用額定電壓且不計(jì)功率損耗，有,列電壓方程,得到流經(jīng)Za和Za支路的功率,即：負(fù)荷功率由兩端電源分擔(dān)，各電源分擔(dān)負(fù)荷的多少與該電源距離負(fù)荷點(diǎn)的電氣距離成反比。若網(wǎng)絡(luò)中含有多個(gè)負(fù)荷，如圖：,3.3.

18、1 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的功率分布,Zi為第i個(gè)負(fù)荷到電源B的阻抗； 為第i個(gè)負(fù)荷到電源A的阻抗,電源A供出功率：,電源B供出功率：,應(yīng)用疊加原理：,3.3.1 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的功率分布,此處SAa用來表示電源A向負(fù)荷a(不包括負(fù)荷b和c)供出的功率，不表示Aa段線路上的功率分布，該段線路上的功率為SA。,例：P55（圖3-9）,與負(fù)荷功率有關(guān)，稱供載功率,式中，li為第i個(gè)負(fù)荷到電源B的距離；li 為第i個(gè)負(fù)荷到電源A的距離； lAB電源之間的線路長(zhǎng)；Z0為單位長(zhǎng)度的阻抗。,3.3.1 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的功率分布,若電力線路為均一網(wǎng)，則上式簡(jiǎn)化為：,當(dāng)兩端電源電壓不相等時(shí)，供電網(wǎng)中除了供載功率外，還有由于兩個(gè)電源電壓

19、不相等所產(chǎn)生的循環(huán)電流（循環(huán)功率）。,1、 時(shí)的功率分布；,2、 , 網(wǎng)絡(luò)各負(fù)荷點(diǎn)功率為零時(shí)的循環(huán)功率。,循環(huán)功率可按下式計(jì)算：,其基本功率分布看作兩個(gè)量的疊加：,疊加時(shí)要注意供載功率與循環(huán)功率的方向。當(dāng)循環(huán)功率方向與供載功率方向一致時(shí)，循環(huán)功率為正；反之為負(fù)。,3.3.2 兩端電源電壓不相等供電網(wǎng)的功率分布,3.3 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的潮流分布,3.3.2 兩端電源電壓不相等供電網(wǎng)的功率分布,功率分點(diǎn)：從兩個(gè)方面獲得功率的節(jié)點(diǎn).有功功率分點(diǎn)以“”標(biāo)注在節(jié)點(diǎn)上方；無功功率分點(diǎn)則以“”標(biāo)注。,確定了功率分點(diǎn)之后，可在功率分點(diǎn)將閉式網(wǎng)拆開為開式網(wǎng)，應(yīng)用開式網(wǎng)的方法計(jì)算其最大電壓損耗。,圖：UA=UB的兩端供

20、電網(wǎng),3.3 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的潮流分布,1）假設(shè)全網(wǎng)電壓為額定電壓，求出變電所的運(yùn)算負(fù)荷和發(fā)電 廠的運(yùn)算功率，得到簡(jiǎn)化后的僅含串聯(lián)阻抗支路的等值電路； 2）設(shè)全網(wǎng)電壓為額定電壓，不考慮元件功率損耗，求電網(wǎng)的基本功率分布(供載功率+循環(huán)功率)； 3）在基本功率分布的功率分界點(diǎn)將閉式網(wǎng)分解為兩個(gè)開式網(wǎng)，按開式網(wǎng)的潮流和電壓計(jì)算方法從分界點(diǎn)向電源點(diǎn)遞推求電壓和功率分布。,人工計(jì)算條件下常用近似方法：,3.3.3 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的潮流計(jì)算,例：某額定電壓為10kV的兩端供電網(wǎng)如圖示，導(dǎo)線間幾何均距為Dge=1m，試計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的功率分布、最大電壓損耗和電壓最低點(diǎn)的電壓。,解：(1)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的功率分布,1)供載功率的計(jì)

21、算,2）循環(huán)功率的計(jì)算,因此：,3）網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)際功率分布,實(shí)際功率分布如圖所示?？梢娯?fù)荷點(diǎn)b既是有功功率分點(diǎn)又是無功功率分點(diǎn)。,注意：至此求出的功率分布仍然未計(jì)元件的功率損耗。由于本題為10kV地方網(wǎng)，可以忽略元件功率損耗，故此時(shí)的功率分布可視為實(shí)際功率分布。,根據(jù)給定的導(dǎo)線型號(hào)和幾何均距計(jì)算線路單位長(zhǎng)度的阻抗：,（2）網(wǎng)絡(luò)最大電壓損耗及最低點(diǎn)電壓的確定,1)計(jì)算各段線路的參數(shù),從b點(diǎn)將閉式網(wǎng)拆開成開式電力網(wǎng),注意：如果是區(qū)域網(wǎng)，則從功率分點(diǎn)將環(huán)網(wǎng)拆開為開式電力網(wǎng)，分別從兩側(cè)向電源依次計(jì)算功率損耗和實(shí)際功率分布。以上所求的Sab和SB（紅色標(biāo)注）分別為各線路的末端功率（視為已知末端功率和首端電壓的情況）。,1）設(shè)全網(wǎng)為額定電壓，從末端向首端進(jìn)行功率計(jì)算； 2）從首端電壓向末端進(jìn)行電壓計(jì)算，求各元件電壓損失,2)計(jì)算各段線路的電壓損耗,3) 網(wǎng)絡(luò)的最大電壓損耗,4)電壓最低點(diǎn)的電壓：10.5-0.05=10.45kV,對(duì)于閉式區(qū)域網(wǎng)，需在功率分點(diǎn)將閉式網(wǎng)拆開為開式網(wǎng)，在用開式區(qū)域