第三章简单电力网络的计算和分析.

第三章简单电力网络的计算和分析主要内容1电力线路和变压器运行状况的计算和分析2辐射型和环型网络中潮流分布3电力网络的简化方法及其应用4电力网络潮流的调整控制一、电力系统潮流分布的概念1、电力系统的潮流分布：指的是电力系统在某一稳态的正常运行方式下，电力网络各处（节点）的功率和电压的分布。2、电力系统的潮流分布计算：正常运行情况下，电力系统电压和功率分布的计算。具体为：注：二、为什么要进行潮流计算1、通过潮流计算，可以检查电力系统各元件是否过负荷，以及可能出现过负荷时应事先采取哪些预防措施。2、通过潮流计算，可以检查电力系统各节点的电压是否满足电压质量的要求。3、是其他运算的基础。即给定的条件有：系统中各电源和负荷节点的功率，枢纽点电压，平衡节点的电压和相位角。已知的是电压和功率。待求的量有：各节点的电压及相位角；流经各元件的功率、网络的功率损耗等。3.1电力线路和变压器运行状况的计算和分析3.1.1电力线路运行状况的计算电力线路的物理模型和等值电路L12电力线路的物理模型21型等值电路PZL2jBG2jBG电力线路运行状况的计算1.电力线路的功率损耗和电压降落的计算用末端的电压和功率来计算已知：（1）功率损耗的计算图3－1中，设末端电压为，末端功率为，则末端导纳支路的功率为2~S22222*222121UU2Y~jBUGUSy）（22222~~~QjPSSSy阻抗支路末端的功率为阻抗支路中损耗的功率为zZzQjPXUQPjRUQPS222222222222~2U始端导纳支路的功率为11212112121~yyyQjPjBUGUS始端功率为11111~~~jQPSSSy1121~~~QjPSSSz阻抗支路中始端的功率为未知量，怎么求呢？推导过程电力线路电压U1的计算由电路图可知：ZUSUU2221~分析推出：2222222δPRQXUUPXQRUU（公式证明见电压降落知识点）则122221UUjUUUdUU222δarctanUUU222221)(UUUU在一般的情况下，由于较小，所以可以进一步简化：U2'2'2221UXQRPUUUU这就是电压U1计算的全部内容。总结，希望大家记一下：（2）电压降落的计算所谓电压降落或线路阻抗中的电压降落是指线路始末两端电压的相量差：即.21UdUU或U电压降落也是相量，它有两个分量和，分别成为电压降落的总分量和横分量。U下面介绍如何计算，UU电压损耗：是指线路始末两端电压的数值差U1-U2，或12||||UU由相量图可知，电压损耗近似等于电压降落的纵分量。——UN为线路额定电压电压偏移：是指线路始或末端电压与线路额定电压的数值差U1-UN或U2-UN电压调整：线路末端空载与负载时电压数值差U20-U2.输电效率：指线路末端输出有功功率与线路始端输入有功功率的比值，以百分数表示：%100%12PP输电效率（输电效率1）衡量电压质量的指标：电压降落，电压损耗，电压偏移，电压调整等。3.1.2电力线路上的电能损耗1、利用电压、有功和无功功率进行计算特点：不适用，计算量大。1)最大负荷利用小时数Tmax：指一年中负荷消费的电能W除以一年中的最大负荷Pmax，即：2)年负荷率：一年中负荷消费的电能W除以一年中的最大负荷Pmax与8760h的乘积，即：3)年负荷损耗率：全年电能损耗除以最大负荷时的功率损耗与8760h的乘积，即：maxmax/PWT876087608760/maxmaxmaxmaxmaxTPTPPW年负荷率）（年负荷损耗率max8760/PWz2、另一种方法是由最大负荷利用小时数与最大负荷时的功率损耗求得，即4）最大负荷损耗时间：全年电能损耗除以最大负荷时的功率损耗，即：maxmax/PWz3、两种方法计算电能损耗1）利用年负荷损耗率来计算全年电能损耗2）利用最大负荷损耗时间计算年电能损耗其中，可以根据最大负荷利用小时数直接查取最大负荷损耗时间。maxTmax表3—1最大负荷损耗时间与最大负荷利用小时数的关系.5600570058005900595070004850500051005200525065004200435045004600465060003600375039504000410055003000320034003500360050002500270029003000315045002000220024002600275040001600180020002150235035001250140016001800200030009501100125015001700250070080010001200150020001.000.950.900.850.80)(maxhTcosmaxmaxT由表可见,不仅与有关,还与线路传输功率的功率因数有关.4、经济性能指标（1）线损率（网损率）是指线路上损耗的电能与线路始端输入电能的比值。线损率%=%100%10021（2）输电效率：指线路末端输出有功功率与线路始端输入有功功率的比值。3.1.3电力线路运行状况的分析1、输电线路的空载运行特性输电线路空载时，线路末端的功率为0，并且忽略线路电导。设线路末端电压为，则阻抗末端功率为：222'2~~~~yySSSS又由于忽略了导纳支路的电导，所以2~~222'2BUjSSy线路首端电压：所以222221RBUjXBUUU又因为RX，所以可以忽略电阻，所以：2221XBUUU且电纳是容性的，所以B值为正，因此，由上式得出一个重要结论：在空载（或轻载）情况下，线路末端电压高于首端电压，即U1U2.这一点在超高压输电线路上应予以特别注意，解决的方法是在线路两端装设补偿电抗器，防止末端电压过高。空载时末端电压高于始端电压的现象在使用电缆时尤为突出，这是因为电缆的电抗常小于架空线路，而电纳却比架空线路大很多。端；端流向，有功功率从，端；端流向，有功功率从，12002100PP即电力网环节有功功率传输方向总是从电压相位超前的点流向电压相位滞后的点。重要结论：输电线路首末两端电压相位差取决于有功功率。端；端流向，无功功率从端；端流向，无功功率从120,0210,0221221QUUQUU即无功功率的传输方向总是从电压高的点流向电压低的点。重要结论：输电线路首末两端电压数值差（电压损耗）取决于输送的无功功率。感性无功功率是从电压高的一端向电压低的一端输送；而容性无功功率是从电压低的一端向电压高的一端输送。（感性无功流向）（感性无功流向）3.1.4变压器运行状况的计算1.变压器的功率损耗、电压降落、电能损耗电力变压器的物理模型和等值电路型等值电路21ZTTTjBGT12变压器的物理模型1~S2U1UYTZ1~yS变压器的电压和功率－图232~S2~S1~S阻抗支路末端的功率为zTZTTTTzTQjPXUQPjRUQPZUSS222222222222222)'(~．变压器的功率损耗阻抗支路中始端的功率为1121~~~QjPSSSzyTyTTTTTTTyTQjPUjBUGUjBGUUYUUYS21212111*11)()(~始端导纳支路的功率为始端功率为11111~~~jQPSSSy仅希注意，变压器励磁支路的无功功率与线路支路的无功功率符号相反。．变压器阻抗支路电压降落类似电力线路的电压降落,变压器阻抗中电压降落的纵,横分量分别为:222UXQRPUTTT222URQXPUTTT2221)()(UUUU＋变压器始端的电压为:各物理量意义见222δarctanUUU．变压器的电能损耗*变压器功率损耗的另一种方法（降压变压器，向用户供电，已知负荷侧功率，从末向首计算）（升压变压器，已知为电源侧功率，从首向末计算）特点：这种计算方法在工程应用上非常简单实用，虽然有误差，但是在允许范围内的。2、节点注入功率、运算负荷和运算功率（与之对应的称为注入电流）注入功率和注入电流总是以流入网络为正，流出网络为负。)2Bj(U~L2NyS)2Bj(U~L2NyS=等值负荷+一次母线所连线路充电功率的1/2=等值功率—升压母线所连的线路充电功率的1/23.2辐射型和环型网络中潮流分布辐射形网络（开式网络）的定义：任何负荷只能从一个方向得到功率。包括单回线或双回线的放射式、干线式和链式。辐射形网络的手算潮流有三种情况：（1）已知末端功率和电压，计算网上潮流分布。（2）已知始端功率和电压，计算网上潮流分布。（3）已知末端功率和始端电压，计算网上潮流分布。（实际情况，这种情况较多）计算原理：利用已知的公式即可完成计算。一、简单辐射形网络手算潮流法的实现•（1）基于末端功率和电压的潮流计算过程方法：由末端向始端逐级计算功率损耗和电压损耗，递推计算•（2）基于首端功率和电压的潮流计算过程方法：由首端向末端逐级计算功率损耗和电压损耗，递推计算•（3）基于末端功率和首端电压的潮流计算过程第一步：功率分布计算。简化等值电路，假设全网各节点电压为额定电压（基本级？），用额定电压计算运算负荷或运算功率，从末端向始端进行全网功率分布、始端功率的计算（不计电压损耗）。第二步：电压分布计算。由已知的首端电压和第一步中求得的首端功率，从首端向末端进行电压分布计算，计算各母线电压。此时不再重新计算功率分布（不计功率损耗）。3.2.1辐射型网络潮流分布手算具体步骤：第1步:做简化的等值电路及其相应的运算负荷或运算功率用额定电压计算运算负荷或运算功率第2步:在简化的等值电路上选用两类过程之一进行潮流计算两类过程简单辐射形网络的潮流计算有两类基本过程。•过程1:已知同一端的功率和电压，求另一端功率和电压；•过程2:已知始端电压、末端功率，求始端功率、末端电压（以此居多）；或已知末端电压、始端功率，求末端功率、始端电压。过程1：总结为从已知功率、电压端，用上一节中适当的公式齐头并进逐段求解功率和电压。求功率求电压求功率求电压求功率求电压计算起点计算终点V4(已知)S4(已知)12341图：已知同一点电压和功率求辐射形网络潮流注意：这种逐级的推算都是在将所有的参数和变量归算至同一电压等级后进行的，因此，在求得各母线电压后，应按照相应的变比将其归算至原电压等级。过程2：总结为“一来、二去”共两步，一来即：设所有未知电压节点的电压为线路额定电压，用上一节中适当的公式从已知功率端开始逐段求功率，直到推得已知电压点的功率；二去即：从已知电压点开始，用推得的功率和已知电压点的电压，选用上一节中适当的公式，往回逐段向未知电压点求电压。求功率求电压求功率求电压求功率求电压计算起点计算终点S4(已知)V1(已知)3214图：已知一点电压、另一点功率求辐射形网络潮流二、手算运算过程首先做等值电路，U4，S4已知，然后再逐级推算功率损耗和电压损耗。1、基于末端功率和电压的潮流计算过程以为参考，电压归算0440UU442UUk33433UU以为参考4U223U以为参考3U22233()UU以为参考4U112U以为参考2U11122()UU以为参考4U2、基于首端功率和电压的潮流计算过程以为参考，0110UU22122UU以为参考1U111UUk332U以为参考2U33322()UU以为参考1U443U以为参考3U44433()UU以为参考1U3、基于末端功率和首端电压的功率分布计算假设全网各节点电压为额定电压UN先求功率损耗