电力系统分析基础_第三章-课件

电力工程系电力工程系Department of Electrical Engineering电力系统分析基础电力系统分析基础Power System Analysis Basis（三）（三）电力工程系Department of Electrical 第三章第三章 简单电力网的计算与分析简单电力网的计算与分析 本章主要内容：本章主要内容：1.1.潮流计算的目的及内容潮流计算的目的及内容 2.2.电压降落（损耗、偏移）、功率损耗的计算电压降落（损耗、偏移）、功率损耗的计算 3.3.手算潮流的原理和方法手算潮流的原理和方法 1)1)辐射型：辐射型：2)2)两端型：两端型：3)3)环网型：环网型：同一电压等级：已知末端电压或首末端电压同一电压等级：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、按辐射型计算找功率分点、打开、按辐射型计算单级：从电源点打开单级：从电源点打开无强迫功率无强迫功率多级：电磁环网多级：电磁环网归算法、等值法归算法、等值法 4.4.潮流调整：潮流调整：自然分布、串联电容、串联电抗、附加串联加压器自然分布、串联电容、串联电抗、附加串联加压器第三章 简单电力网的计算与分析 本章主要内容：1.潮流第三章第三章 简单电力网的计算与分析简单电力网的计算与分析潮流计算的目的及内容潮流计算的目的及内容稳态计算稳态计算不考虑发电机的参数不考虑发电机的参数电力网计算（潮流计算）电力网计算（潮流计算）负荷（负荷（P，Q）潮流计算潮流计算给定给定发电机（发电机（P，V）求解求解各母线电压各母线电压各条线路中的功率及损耗各条线路中的功率及损耗计算目的计算目的用于电网规划用于电网规划选接线方式、电气设备、导线截面选接线方式、电气设备、导线截面用于运行指导用于运行指导确定运行方式、供电方案、调压措施确定运行方式、供电方案、调压措施用于继电保护用于继电保护整定、设计整定、设计第三章 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第一节 基本概念一、负荷的表示一、负荷的表示*负荷一般以功率表示：单位负荷一般以功率表示：单位 P（kw）、）、Q（kvar）、）、S（kva）第一节 基本概念一、负荷的表示*负荷一般以功率表示：单位 第一节 基本概念二、电压降落、电压损耗、电压偏移二、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，造成电压成电压 损耗，可以推导已知端的损耗，可以推导已知端的S S和和U U时时 求另一端的求另一端的S S和和U U1 1、已知、已知U U2 2及及S S2 2求求U U1 1*第一节 基本概念二、电压降落、电压损耗、电压偏移目的：对于以以U U2 2为参考电压为参考电压纵分量纵分量 横分量横分量*以U2为参考电压纵分量横分量*纵分量纵分量横分量横分量2 2、已知、已知U U1 1及及S S1 1求求U U2 23 3、实际计算时的简化（按二次项式展开取前两项）、实际计算时的简化（按二次项式展开取前两项）纵分量横分量2、已知U1及S1求U23、实际计算时的简化（按1)1)电压降落电压降落2)2)电压损耗电压损耗电压损耗百分比：电压损耗百分比：不超过不超过10%10%当当Q Q为负值即容性负载时，为负值即容性负载时，UU可能为负值，末端电压高可能为负值，末端电压高于首端电压于首端电压3)3)电压偏移电压偏移电压偏移电压偏移%反映供电电压质量反映供电电压质量4)4)电压调整电压调整电压调整电压调整%U U2020为线路末端空载电压为线路末端空载电压电压降落电压损耗电压损耗百分比：不超过10%当Q为负值即容性三、功率损耗三、功率损耗线路、变压器存在阻抗和导纳，消耗线路、变压器存在阻抗和导纳，消耗P P和和Q Q 消耗能量，产消耗能量，产生热量，老化设备生热量，老化设备1 1、线路中功率损耗的计算、线路中功率损耗的计算R+jX1)1)末端导纳中的损耗末端导纳中的损耗2)2)阻抗中的损耗阻抗中的损耗3)3)首端导纳中的损耗首端导纳中的损耗三、功率损耗线路、变压器存在阻抗和导纳，消耗P和Q 消三、功率损耗三、功率损耗2 2、线路上的电能损耗、线路上的电能损耗1)1)输电效率输电效率2)2)有关负荷的系数有关负荷的系数最大负荷利用小时数最大负荷利用小时数年负荷率年负荷率年负荷损耗率年负荷损耗率K(K(年负荷率年负荷率)+(1-K)()+(1-K)(年负荷率年负荷率)2 23)3)线损率线损率%最大负荷损耗时间：最大负荷损耗时间：maxmax与与T Tmaxmax及功率因数有关及功率因数有关三、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3 3、变压器中功率损耗的计算、变压器中功率损耗的计算RTjXT-jBTGT3、变压器中功率损耗的计算RTjXT-jBTGT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acbdG已知：末端电压已知：末端电压Ua时，求时，求Ud 及及Sd，或已知首末端电压，或已知首末端电压Ud时，求时，求Ua 及及SdR+jX R+jXR+jXabcd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R+jX R+jXR+jXacdbcb合并简化合并简化1、已知、已知Ua时（精确计算）时（精确计算）末端导纳消耗功率：末端导纳消耗功率：注入注入a点的功率：点的功率：段线路中功率损耗：段线路中功率损耗：段线路中电压降落：段线路中电压降落：第一步第一步R+jX R+jXR+jXacdb确定确定B点电压：点电压：第二步：同第一步方法相同，求第第二步：同第一步方法相同，求第II、III段中的压降及功率损耗段中的压降及功率损耗B点的等值负荷：点的等值负荷：最终：最终：说明：各线路电压降纵分量相位不同，不能做代数相加说明：各线路电压降纵分量相位不同，不能做代数相加确定B点电压：第二步：同第一步方法相同，求第II、III段中2、已知、已知Ud时（简化计算）时（简化计算）1)取各点电压为取各点电压为UN，计算各点对地计算各点对地电纳中的功率电纳中的功率Qi，然后与负荷，然后与负荷合并合并R+jX R+jXR+jXacdb2)再计算各点功率再计算各点功率，仍从仍从第第I I段起段起算功耗及各点注入功率算功耗及各点注入功率I段段II段段2、已知Ud时（简化计算）取各点电压为UN，计算各点对地电纳3)最后计算各点电压，以最后计算各点电压，以Ud为参考，由为参考，由III段回算段回算III段段其余以此类推其余以此类推最后计算各点电压，以Ud为参考，由III段回算III段其余以3 3、35KV35KV及以下线路的简化处理及以下线路的简化处理1)1)忽略线路电纳忽略线路电纳2)2)计算电压时不考虑计算电压时不考虑线路中的损耗线路中的损耗3)3)各段中损耗各段中损耗4)4)各段电压降落纵分量各段电压降落纵分量5)5)电压损耗电压损耗作业：电网如图所示，线路额定电压作业：电网如图所示，线路额定电压110KV110KV，首端电压为，首端电压为118KV118KV，求运行，求运行中各点电压及各断线路中功率损耗中各点电压及各断线路中功率损耗R1=6.8X1=16.36B1=1.1310-4SR2=6.3X2=12.48B3=0.8210-4SR3=13.8X3=13.2B3=0.7710-4SSc=20.3+j15.8MVA20.3+j15.8MVASb=8.6+j7.5MVA8.6+j7.5MVASa=12.2+j8.8MVA12.2+j8.8MVAabcd3、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二、不同电压等级开式网计算二、不同电压等级开式网计算电网中有变压器时需归算：降压电网中有变压器时需归算：降压 一次侧，升压一次侧，升压 二次侧二次侧T kL1L2abcdSLR+jX RT+jXTR+jXacdbII II kR+jX RT+jXTR+jXacdbII II折算后的阻抗与具有变比为折算后的阻抗与具有变比为K K的理想变压器串联的理想变压器串联只用折算后的参数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，计算结果反归算开始时按一次侧（或二次侧）额定电压计算，计算结果反归算二、不同电压等级开式网计算电网中有变压器时需归算：降压 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概念：两个电源同时从两侧向网内供电两端供电网两端供电网模型：模型：L1L3abcaSL1L2SL2等值图：略去导纳支路等值图：略去导纳支路ZIabZIIcZIIIa推导过程：推导过程：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边取共扼乘两边取共扼乘3U3UN N不考虑网络中功率损耗时不考虑网络中功率损耗时两边取共扼乘3UN不考虑网络中功率损耗时同理从同理从a a端推导：端推导：对于有对于有n+1n+1段，段，n n个负荷的情况：个负荷的情况：物理解释：物理解释：第一部分：第一部分：力矩原理，自然分布力矩原理，自然分布第二部分：第二部分：强迫循环功率强迫循环功率上述推导上述推导初步功率分布（不计线路功率损耗）初步功率分布（不计线路功率损耗）同理从a端推导：对于有n+1段，n个负荷的情况：物理解释：几点说明：几点说明：3)3)两端网络从功率点分开，按开式网计算功率损耗及电压降两端网络从功率点分开，按开式网计算功率损耗及电压降5)5)计算循环功率时，两端电压及额定电压已有效值带入计算循环功率时，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）计算（各点电压的相位差角不大）1)1)均一电力网络：均一电力网络：2)2)功率分点功率分点某一节点功率，有两侧电源供给，标记某一节点功率，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有功与无功功率分点可能不在同一点上4)4)求功耗时，功率分点电压未知，近似以求功耗时，功率分点电压未知，近似以U UN N代代如单位长度电阻相同：如单位长度电阻相同：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一、单电压等级环形网的潮流计算概念：单电压级环形网络概念：单电压级环形网络环路中无变压器接入环路中无变压器接入模型：模型：等值图：从母线等值图：从母线1 1上将环网分开，把变压器损耗记入负载上将环网分开，把变压器损耗记入负载Z3113Z232Z121L1123S3S2L2L3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推导：按两端供电网络计算，取推导：按两端供电网络计算，取U U1 1=U=U1 1二、多级电压闭式网的潮流计算二、多级电压闭式网的潮流计算概念：电磁环网概念：电磁环网闭式电网中具有变压器接入闭式电网中具有变压器接入模型：模型：k1:1(1:k1)L1k2:1(1:k2)L2推导：按两端供电网络计算，取U1=U1二、多级电压闭式网的推导：有两种解题方法推导：有两种解题方法1、归算法，折算到线路侧、归算法，折算到线路侧k1:1(1:k1)k2:1(1:k2)当当k1k2时，两端有压降：时，两端有压降：有循环功率：有循环功率：推导：有两种解题方法1、归算法，折算到线路侧k1:1(12、用、用 型等值网络型等值网络利用两端供电的公式计算（比较麻烦）利用两端供电的公式计算（比较麻烦）2、用型等值网络利用两端供电的公式计算（比较麻烦）第五节 电力网络的简化方法及其应用一、电力网的简化方法一、电力网的简化方法推导：推导：结论：结论：1、等值电源法、等值电源法第五节 电力网络的简化方法及其应用一、电力网的简化方法推导2、负荷转移法、负荷转移法(1)二点变一点二点变一点(2)一点变二点一点变二点1ikj2Z1iZikZj2Zkj1ikj2Z1iZikZj2Zkj2、负荷转移法(1)二点变一点(2)一点变二点1ikj2Z3、消去节点法、消去节点法采用采用 负荷移置和星负荷移置和星网变换网变换Z1nZ2nZkn1k2nZ12Z1kk21Z2k3、消去节点法采用 负荷移置和星网变换Z1nZ2nZkn二、简单电力网络潮流计算的实践二、简单电力网络潮流计算的实践P123例例3-5：等效电源法及负荷转移法求解。：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结论：等效电源法可得真解，负荷转移法不能随意使用P124例例3-6：多环网系统利用负荷转移法求解。：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，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。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。不大情况下使用。P129例例3-7：计及负荷静态电压特性后的潮流计算。：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。结论：费时，费力，一般不考虑。二、简单电力网络潮流计算的实践P123例3-5：等效电源法及作业作业1 1、某某电电力力系系统统等等值值电电路路如如图图2 2所所示示，已已知知ZAB=4+j24 ZAB=4+j24 欧欧，若若始始末末两两端端电电压压有有效效值值分分别别为为240kv240kv和和220kv,220kv,末末端端无无功功为为QB=150Mvar,QB=150Mvar,末末端端有有功功未未知知。求求：末末端端功功率率因因数数和和始始端视在功率。端视在功率。2 2、一环形电力系统如图、一环形电力系统如图4 4所示，所示，电源点在电源点在D D点，负荷在点，负荷在A A，B B，C C点，点，其中从其中从A A经经D D到到C C的弧形距离为的弧形距离为400400米，弧线米，弧线ABAB和和BCBC的长度分别是的长度分别是200200米和米和100100米。图中米。图中BCBC作为环网的联作为环网的联络线，为使络线，为使BCBC之间不流过电流，之间不流过电流，试求电源试求电源D D的具体位置应在何处？的具体位置应在何处？（其中线路单位长度的阻抗相同，（其中线路单位长度的阻抗相同，各负荷功率因数也相同）各负荷功率因数也相同）。50AA40ADCB10A400m200m 100m图4作业1、某电力系统等值电路如图2所示，已知ZAB=4+j24第六节 电力网络潮流的调整控制潮流调整潮流调整开式网开式网无法调整，取决于各点负荷无法调整，取决于各点负荷环网环网变压器分接头，一般用于调整无功功率变压器分接头，一般用于调整无功功率两端供电两端供电电源电压或功率（幅度小）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一、调整控制潮流的必要性及调控原理功率功率自然自然分布分布单位长度参数相等时单位长度参数相等时按长度分布按长度分布不等时，取有功功耗最小不等时，取有功功耗最小按电阻分布按电阻分布缺点：有时不能满足安全、优质、经济的要求缺点：有时不能满足安全、优质、经济的要求 手段手段串联电容串联电容串联在阻抗相对过大的线路上串联在阻抗相对过大的线路上附加串联加压器附加串联加压器产生环流或强制循环功率产生环流或强制循环功率串联电抗串联电抗限流，避免该线段过载限流，避免该线段过载 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 调控原理：附加串联加压器产生强迫循环功率调控原理：附加串联加压器产生强迫循环功率加入附加电动势：加入附加电动势：考虑到考虑到R X，取取R=0，则：，则：串联串联电势电势纵向纵向产生强迫循环功率的无功部分产生强迫循环功率的无功部分横向横向产生强迫循环功率的有案可查功部分产生强迫循环功率的有案可查功部分改变电压大小改变电压大小改变网络中无功功率的分布改变网络中无功功率的分布改变电压相位改变电压相位改变网络中有功功率的分布改变网络中有功功率的分布 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 举例说明：举例说明：j20140MW200MW100MWj20j1060MW160MW300MW175MW200MW100MW60MW125MW-j10300MW175MW200MW100MWj1460MW125MW300MW175MW200MW100MW-j8kv60MW125MW300MW 举例说明：j20140MW200MW100MWj20二、具体实现方法二、具体实现方法1、串联电抗、串联电抗原理上存在缺陷，未使用原理上存在缺陷，未使用2、串联电容、串联电容高压输电系统中高压输电系统中提高稳定提高稳定中压配电系统中中压配电系统中改善电压质量改善电压质量未能作为控制潮流手段未能作为控制潮流手段须开关频繁投切须开关频繁投切3、借附加串联加压器控制潮流、借附加串联加压器控制潮流二、具体实现方法1、串联电抗原理上存在缺陷，未使用2、串联4、借灵活交流输电装置控制潮流、借灵活交流输电装置控制潮流概念：概念：灵活交流输电系统灵活交流输电系统是指以晶闸管（即可控硅）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所呈现的新系统1)可控串联电容可控串联电容改变改变晶闸管的触发角晶闸管的触发角可平滑地并在较大范可平滑地并在较大范围内改变围内改变其容抗其容抗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2)可控移相器可控移相器仍是串联加压器仍是串联加压器以晶闸管和电源变以晶闸管和电源变压器二次侧若干个绕压器二次侧若干个绕组替代了原用以调节组替代了原用以调节附加电动势大小的分附加电动势大小的分接头，可得接头，可得+13-13共共27级调节级调节快速有载调节，不快速有载调节，不影响供电的连续性影响供电的连续性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3)综合潮流控制器综合潮流控制器交流交流直流直流交流系统替代移相器交流系统替代移相器可改变线路电压的大小和相位，等值地串入电容或电可改变线路电压的大小和相位，等值地串入电容或电感、等值地并入电容或电感。感、等值地并入电容或电感。综合潮流控制器交流直流交流系统替代移相器可改变线路电压的