电力系统分析基础-第三章-课件.ppt

1、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）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

2、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

3、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、设计第一节 基本概念一、负荷的表示一、负荷的表示eIIeUUIUSjj *QPIUIUeIUeIUSjsinjcosj)(j QPIUIUSSjsin3jcos33 负荷一般以功率表示：单位负荷一般以功率

4、表示：单位 P（kw）、）、Q（kvar）、）、S（kva）QP22S 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 Uu1 u2 IjXR QPS222j 1 1、已知、已知U U2 2及及S S2 2求求U U1 1UQPZUIZUUUUQPUSI2222221222*jUj22 *UUe30j3 边同乘边同乘两UQPZUUe

5、3QPZUUQPeZUUUU2222222222230j221j)j(3)j(330j 电压降落电压降落UQPZUUU22221j UUUQXPUXQRPUQPXRU222222222jRjj)j(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U2U1I2U U U*UQPZUUUU111112j UQPZUUU11121 UUUQXPUXQRP 211111jRj 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 2 UUUgUUUU 1 1222t 1 3 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

6、两项）UUUUUUUUUUUUUUUU 1 12 122222122 相量差相量差UUU21 1)1)电压降落电压降落2)2)电压损耗电压损耗标量差标量差)(UUUUU 21%100%UUUUN21 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%100UUUNN 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%2022100%UUUU U2020为线路末端空载电压为线路末端空载电压三、功率损耗三、功率

7、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+jXU1U2SLS2S1B21B211)1)末端导纳中的损耗末端导纳中的损耗UQ222B2B 2)2)阻抗中的损耗阻抗中的损耗XXXX3QRRRR3PUQPUQP)US(IUQPUQP)US(I21212122222222212121222222222222 3)3)首端导纳中的损耗首端导纳中的损耗UQ211B2B 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

8、效率2)2)有关负荷的系数有关负荷的系数21100%PP222211nnkkkzkkkkkQPWttI RRU最大负荷利用小时数最大负荷利用小时数maxmaxWTP年负荷率年负荷率max8760max8760WTP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 2maxmaxmax()8760ZWPP年负荷损耗率3)3)线损率线损率%12100100ZZZWWWWW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-jBTGTQP22

9、j U2U1UBQUGPUQPUSQUQPUSP21TTB21TTG2222222222TX2222222222TRXXRR SIS)UU(IUUSIUBQP)UU(PUUPUGPSSUSSUUUSUUUSUSQ)SS(P)SSUU(PSUPUSUSPN0N20212NN021TTB020212N021TTGN22kN22222NkN2Nk22222222TX2k2k2N2Nk22222222TR100%100%100%100%100%100%XRN1N1N2N22N 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

10、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SLaSLbSLcacbdG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SdSLaR+jX B21 B21R+jXB21B21R+jXB21B21abcdSLbSLcSLaR+jX B21R+jXR+jXB21acdSLbSLcB21B21bcb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：UBUBZUIU2a2aac2aacaB2jQ 注入注入a点的功率：点的功率：UBSQSS2aIL

11、aBILaa2j 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：UUXRUSUIIII*Ijjaa XUQPRUQPXRUSSI2a2a2aI2a2a2aII2Ijjaa 第一步第一步确定确定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UUUIab B点的等值负荷：点的等值负荷：XUQPRUQPUBSSSSSSI2a2a2aI2a2a2a2aILaLbaILbLbj2j 最终：最终：UBSSS2dIIIIIIcd2j UaUbUcUdUI UI III I II说明：各线路电压降纵分

12、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 IIIIiidad：UU的相位差为的相位差为与与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UBSS2NILaa2j R+jX R+jXR+jXacdSCjQIII bSbSaUBSS2NbLbb2j UBSS2NCLCC2j 2)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 SSSSXRUSSIbabII2IjNa I段段 SSSSXRUSSIIC

13、bCIIII2IIjNb II段段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 UBSSSXRUSS2dIIIIICdIIIIII2III2jjNC III段段 UUURQXPUXQRPXRUSUIIIIIIdIIIdddIIIdIIIdIIIIII*IIIjjjIIIdd UUUUUUUUd2IIIdCIIIdC2：CIII点电压点电压其余以此类推其余以此类推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SSSSSSSSSLCLbLaII

14、ILbLaIILaI 3)3)各段中损耗各段中损耗 XRUSSii2ijNi 4)4)各段电压降落纵分量各段电压降落纵分量UXQRPUNiiiii 5)5)电压损耗电压损耗 UXQRPUUUUNIIIIiiiiiIIIIIIda 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

15、.3+j15.8MVA20.3+j15.8MVASb=8.6+j7.5MVA8.6+j7.5MVASa=12.2+j8.8MVA12.2+j8.8MVAabcd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 kL1L2abcdSLSLR+jX B21RT+jXTR+jXB21acdQPS000Tj B21bIIB21 II kSLR+jX B21RT+jXTR+jXB21acdQPS000Tj B21bIIB21 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

16、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ZIabI1ZIIcI2ZIIIaI3Ua Ua S1LS2L 推导过程：推导过程：)()(IIIZIIZIZUU2L1L131L1211aa ZUUZZIZIZZZUUZZZZI

17、ZZIIaa22L11LIIIIIIaaIIIIIIIII2LIIIII1L1 两边取共扼乘两边取共扼乘3U3UN NZUUUZZIUZIUIUaaN22LN11LN1N3333 不考虑网络中功率损耗时不考虑网络中功率损耗时SIUSIUSIU2L2LN1L1LN11N333 ZUUUZZSZUUUZZSZSZUUeUeZZSZSSaaN21iiLiaaN21L11Laa30jN30j21L11L133 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：ZUUUZZSSaaN21iiLi3 1n1iiaaNn1iiLi1ZZZUUUZZSS物理解

18、释：物理解释：第一部分：第一部分：ZZSSn1iiLiLD 力矩原理，自然分布力矩原理，自然分布第二部分：第二部分：ZUUUSaaNCU 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）S1LS2LSLDZ Z1Z2 几点说明：几点说明：XXSRRSXRXRSSn1iiLin1iiLin1iiiLiLDjj 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

19、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：常数常数 rxii2)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：n1iiLiLDSS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

20、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Z3113SaZ232Z121U1U1S3L1123S3S2L2L3S2Sa 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 )0(0SZZZZSZZSSCU31231212212233a )0(0SZZZZSZZSSCU31231231331232b 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)L2UAUBSbAB 推导：有

21、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)UAUBSbABZ1TZ2TUaSbABZ1TZ2TUa)()(UkkUUUkkUUA22AaA11Aa或或或或 当当k1k2时，两端有压降：时，两端有压降：)(11(Ekk(UkkUUU2121AaaA 或或有循环功率：有循环功率：)11(kkZUUZUES21TANTNCU 2、用、用 型等值网络型等值网络 k1kZ21T k1kZ1TkZ1T k1kZ21T k1kZ1TkZ1TZ1Z2SbAA)11(kkZUUZZSZUEZZSS21TANT2TbTNT2Tba )11

22、(kkZUUZZSZUEZZSS12TANT2TbTNT1Tba 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）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1E1Z1S%2E2Z2S%nEnZnS%EZS%S%U推导：推导：1()nmmmIUEZ111nnmmmmmUEZZEUZZ结论：结论：1111nnmmmmmZEEZZZ1、等值电源法、等值电源法2、负荷转移法、负荷转移法*kjikikkjZssZZ%*ikjkikkjZssZZ%*jikijijSZZSS*ikjijijSZZSS(1)二点变一点二点变一点(2)一点变二点一点变二点1i

23、kj2Z1iZikZj2ZkjiS%jS%1ikj2Z1iZikZj2ZkjkijSSS%3、消去节点法、消去节点法*1nmnmnkiniyssy%*1kijinjniniyZZ Z采用采用 负荷移置和星负荷移置和星网变换网变换Z1nZ2nZkn1nS%k2nZ12Z1kk21nkS%2nS%Z2k1nS%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

24、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，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。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。作业作业1 1、某

25、电力系统等值电路如图、某电力系统等值电路如图2 2所示，已知所示，已知ZAB=4+j24 ZAB=4+j24 欧，若始末两端电压有效值分别为欧，若始末两端电压有效值分别为240kv240kv和和220kv,220kv,末端无末端无功为功为QB=150Mvar,QB=150Mvar,末端有功未知。求：末端功率因数和始末端有功未知。求：末端功率因数和始端视在功率。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

26、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

27、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 调控原理：附加串联加压器产生强迫循环功率调控原

28、理：附加串联加压器产生强迫循环功率EEUZSEcycxNfcCj 加入附加电动势：加入附加电动势：UXRREXEUXRXEREUXREEZUEQPSN22cycxN22cycxNcycxNcfcfcfcjjjj XUEXUESNcxNcyfcj 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 举例说明：举例说明

29、：j20140MW200MW100MWj20j1060MW160MW300MW175MW200MW100MW60MW125MW-j10300MW175MW200MW100MWj1460MW125MW300MW175MW200MW100MW-j8kv60MW125MW300MW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

30、加压器控制潮流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。