03简单电力系统潮流计算--20111017

电力系统基础电气与自动化工程学院刘洪2课程设置第一章——电力系统基本知识………………4学时第二章——元件的等值电路和参数计算……6学时第三章——简单电力系统的潮流计算………8学时第四章——电力系统的正常运行与控制……12学时第五章——电力系统故障与短路电流计算…12学时3潮流计算的基本概念重要性：电力系统分析中最基本的计算。不仅是其他各类复杂计算的基础，还是电力系统规划、扩建、运行方式安排的基础。任务：对给定的运行条件确定系统的运行状态。包括各母线上的电压、网络中的功率分布及功率损耗等。计算方式：拓扑方式与电路类似，计算方式也与电路类似。4潮流计算的基本概念与电路的相似之处：由节点和支路构成的，利用基尔霍夫定律等进行计算。电力系统拓扑：节点：母线、连接（T接）点等。线路：变压器、线路、电感、电容等。5潮流计算的结果直接计算结果：节点的电压、支路的始端电流与末端电流（即功率）；间接计算结果：功率损耗—支路两端的功率相减；电压降落—支路两端的节点电压相减。6潮流计算的方法分类按电力系统的复杂程度：简单电力系统潮流计算系统简单、节点一般较少、采用手工方法计算；是复杂潮流计算的基础。复杂电力系统潮流计算系统复杂、节点数十、百、千计、采用计算机进行潮流计算。按网络形式：开式网络—环网设计，辐射运行；重点在元件的计算。闭式网络—环网设计，环网运行；重点在解环的处理。7单一元件的功率损耗和电压降落线路和变压器开式网络的潮流计算一级电压和两级电压配电网络的潮流计算树的遍历顺序简单闭式网络的潮流计算两端供电和简单环网电力系统的潮流计算8简单电力系统的潮流计算3.1单一元件的功率损耗和电压降落9简单电力系统的潮流计算3.1.1电力线路的功率损耗和电压降落10电力线路的功率损耗图中的等值电路忽略了对地电导，功率为三相功率，电压为线电压。注意：阻抗两端通过的电流相同，均为I，阻抗两端的功率则不同，分别为S'和S。线路功率损耗（有功和无功）分为：电流通过等值电路中串联阻抗时产生的功率损耗电压施加于对地导纳时产生的损耗1U1S'S''S2S1jBQ2jBQj2Bj2BjXII1I2I2UR11串联支路的功率损耗电路中损耗的基本公式电流（采用末端功率和电压）在线路的电阻和电抗上产生的功率损耗为若电流用首端功率和电压计算，则222LLL22j(j)(j)PQSPQIRXRXU22L21(j)PQSRXU2LSIZ1U1S'S''S2S1jBQ2jBQj2Bj2BjXII1I2I2UR12串联支路的功率损耗合并两式，得需要注意两个问题：采用功率和电压表示电流时，由于线路存在功率损耗和电压损耗，线路两端功率和电压是不同的，因此使用公式要保证功率和电压必须是同一端的。即使元件不传输有功功率、只传输无功功率，仍将在元件上产生有功功率的损耗。因此避免大量无功功率的流动是节能降损的一项重要措施。2222L2212(j)(j)PQPQSRXRXUU13并联支路的功率损耗电路中损耗的基本公式外加电压在线路的电容上产生的功率损耗为式中，线路的对地并联支路是容性的，即在运行时发出无功功率，因此，若作为无功功率损耗应取正号，而应取负号。同样，功率和电压也必须取自同一端。1U1S'S''S2S1jBQ2jBQj2Bj2BjXII1I2I2UR2LSUY2B1112QBU2B2212QBUBQLQ14并联支路的功率损耗线路首端的输入功率为线路末端的输出功率为线路末端输出有功功率与首端输入有功功率之比称为线路输电效率。1U1S'S''S2S1jBQ2jBQj2Bj2BjXII1I2I2UR1B1jSSQ2B2jSSQ%10012PP输电效率15电力线路的电压降落设网络元件的一相等值电路如图所示，其中R和X分别为一相的电阻和等值电抗，U和I表示相电压和相电流。网络元件的电压降落是指元件首末端两点电压的相量差，由等值电路可知II'S''SjXR1U2ULDS12(j)UURXI16以U2为参考轴的电压降落相量图以为参考轴，己知和，可作出如下图所示的相量图图中，就是电压降落相量。把电压降落相量分解为与电压相量同方向和相垂直的两个分量及，绝对值分别记为和，即：及2UI2cosd2ADB2UjxIRI1UIOAB(j)RXI2UADDB2U2Ud2UAD2UDBd17以U2为参考轴的电压降落相量图于是，便有和分别称为电压降落的纵分量和横分量，由相量图可知（见图的演示）1222(j)UURXIUUd2U2Ud222222cossincossinURIXIUXIRIdd2ADB2UjxIRI1UIO18以U2为参考轴的电压降落计算在电力系统分折中，习惯用功率进行运算。与电压和电流相对应的一相功率为用功率代替电流，可将式改写为注意：与功率损耗的计算相同，上式的功率和电压也须取自同一端。*22222jcosjsinSUIPQUIUI2222PRQXUUPXQRUUd19以U2为参考轴的电压降落计算在电力系统分折中，习惯用功率进行运算。与电压和电流相对应的一相功率为用功率代替电流，可将式改写为注意：与功率损耗的计算相同，上式的功率和电压也须取自同一端。*22222jcosjsinSUIPQUIUI2222PRQXUUPXQRUUd20以U2为参考轴的首端电压计算根据上式，元件首端的相电压为于是式中，为元件首末端电压相量的相位差。12222221jUUUUPRQXPXQRUUUUdd221222()()UUUUd222UarctgUUdddd2ADB2UjxIRI1UIO21以U1为参考轴的电压降落相量图同样，若以为参考轴，己知和，可作出如下图所示的相量图也可把电压降落相量分解为与同方向和垂直的两个分量1UI2cosd1RIdI2UjxI1U1U1UOABC1211(j)UURXIUUd22以U1为参考轴的电压降落计算如果再用一相功率表示电流于是注意：上式的功率和电压也须取自同一端。11111jcosjsinSUIPQUIUI1111PRQXUUPXQRUUd2222PRQXUUPXQRUUd23以U1为参考轴的首端电压计算根据上式，元件末端的相电压为式中，为元件首末端电压相量的相位差。d21111112jUUUUPRQXPXQRUUUUdd222111()()UUUUd111UarctgUUdd12222221jUUUUPRQXPXQRUUUUdd221222()()UUUUd222UarctgUUdd24以U1和U2为参考轴计算的对比电压降落相量既可以按照作参考轴分解，也可以按照作参考轴分解。如下图所示。值得注意的是，这两种分解的纵分量和横分量分别都不相等，即，需要指出的是，上述公式同时适用于一相等值电路和三相等值电路的情况。2U1Udd1U2U12UU1U1U2U2UdO12UU12UUdd25电压降落与功率传输的关系电压降落的公式如下由上式可知交流电力系统功率传输的基本规律：元件两端的电压幅值差主要由电压降落的纵分量决定元件两端的电压相角差主要由电压降落的横分量确定在高压输电线的参数中，由于电抗比电阻大得多，若忽略电阻，便得1111PRQXUUPXQRUUd2222PRQXUUPXQRUUdUQXUUPXUd121122UUUUUUdd26电压降落与功率传输的关系重要结论：电压降落的纵分量是因传送无功功率而产生；电压降落的横分量则因传送有功功率而产生。即：元件两端存在电压幅值差是传送无功功率的条件；元件两端存在电压相角差是传送有功功率的条件。进一步引申：感性无功功率总是从电压幅值较高的一端流向电压幅值较低的一端；有功功率则从电压相位超前的一端流向电压相位滞后的一端。UQXUUPXUd27电压降落与功率传输的关系实际的网络元件都存在电阻，因此电流的有功分量流过电阻将会增加电压降落纵分量电流的无功分量流过电阻将会减少电压降落横分量UQXUUPXUd1111PRQXUUPXQRUUd2222PRQXUUPXQRUUd28电压降落、电压损耗和电压偏移在讨论电网的电压水平和电能质量时，电压损耗和电压偏移是两个常用的概念。三个概念（不能混淆）：电压降落：元件首末端两点电压的相量差。电压损耗：元件两端间电压幅值的绝对值之差。电压偏移：网络中某节点的实际电压同该节点的额定电压之差。（回忆前面讲过基准电压可选额定电压的意义）29电压降落与电压损耗的对比由相量图可知：电压降落—AB；电压损耗—AC。当两点电压间的相角差较小时，AD与AC的长度相差不大，电压损耗近似等于电压降落的纵分量电压损耗还常用该元件额定电压的百分数表示。在工程实际中，常需计算某负荷点到电源点的总电压损耗，总电压损耗等于从电源点到该负荷点所经各串联元件电压损耗的代数和。1U2U2UdADBCO30电压偏移电压偏移的作用：电力网实际电压幅值的高低对用户用电设备的工作是有密切影响的，而电压相位则对用户没有什么影响。用电设备都按工作在额定电压附近进行设计和制造，为了衡量电压质量，必须知道节点的电压偏移。电压偏移的计算公式：电压偏移是电能质量的一个重要指标，国家标准规定了不同电压等级的允许电压偏移。（+7~-3）NN()100UUU电压偏移％31简单电力系统的潮流计算3.1.2变压器的功率损耗和电压降落32变压器功率损耗计算与线路的对比变压器的等值电路与线路的区别在于只有一个对地并联支路。因此：串联支路产生功率损耗的计算方法相同；并联支路产生功率损耗的计算方法不同。–jBTGTRTjXTS01U1S1'S2SII2U1I33变压器并联支路的功率损耗计算与线路的容性不同，变压器的对地并联支路是感性的，即运行时消耗无功功率。并联支路损耗主要是变压器的励磁功率，由等值电路中励磁支路的导纳确定。由于正常运行时电压与额定电压相差不大，因此实际计算中可近似采用额定电压计算，即变压器的励磁损耗可以近似用恒定的空载损耗代替，即20TT(j)SGBU00000N%jj100ISPQPS34简单电力系统的潮流计算3.2开式网络的潮流计算35开式网络的潮流计算开式网络的概念：由单一电源点通过辐射状网络向多个负荷点供电的网络开式网络潮流计算的意义：我国配电系统正常运行时都采用辐射状运行，适合使用开式网络的潮流计算方法。开式网络潮流计算也是闭式网络潮流计算的基础。开式网络潮流计算的概念：根据给定的网络接线（辐射）和其它已知条件，计算网络中的功率分布、功率损耗和未知的节点电压。36简单电力系统的潮流计算3.2.1运算负荷37运算负荷在潮流计算前一般先要对网络等值电路作化简处理，以便将并联支路的无功电源或损耗与负荷合并，以便形成运算负荷。以下图网络为例介绍运算负荷的概念和化简方法图中电源点1通过线路向负荷节点2、3和4供电。12j2B23j2B23j2B34j2B34j2B234Z12Z23Z341SLD2SLD3SLD412j2B38含线路的运算负荷化简化简结果如下公式：原网络已