环形网络功率分布

电力系统分析一教案3--1二、环式网络中的功率分布环网包括环式接线方式及两端供电方式。在进行计算之前（如图3-17（a）P113），首先需要对网络进行简化。即：假设全网电压为额定电压，计算各发电厂运算功率和各变电所的运算负荷，简化图为3-17（d）对图3-17（d）单一环网，列一回路方程式：)()(0321322312IIIZIIZIZaaa式中：aI——从节点1流向节点2的电流2I、3I——从节点2、3流出网络的电流电力系统分析一教案3--2∵NUSI**设全网电压均为额定电压，则NUSI*上式改写为：)()(03*2**132**23*12SSSZSSZSZaaa求解：23*13*12*313*213*23*~~)(~ZZZSZSZZSa如果把上述简化图中的节点1分开，可得图3-18（P114），且Z2=Z23+Z31；Z3=Z31；Z=Z12+Z23+Z31则：***33*22*~~~~ZZSZSZSZSmmam=2，3……（1）电力系统分析一教案3--3相似地：设流经阻抗Z31的功率为bS~如上图，则：***33*22*~~~~ZZSZSZSZSmmbm=2，3……（2）说明：（1）式（1）或式（2）与物理学中的力学平衡式相类似。（2）由于式（1）（2）是在NUSI*的假设下推得的，也就是沿线电压均为额定值UN，由32IIIIba得：mbaSSSSS~~~~~32m=2、3，因此可以用上式来检验aS~、bS~计算结果。电力系统分析一教案3--4（3）如果网络中所有线段单位长度的参数完全相同，则式（1）（2）可以改写为：llSSmma~~llSSmmb~~从而：llPPmmallQQmmallPPmmbllQQmmb式中：ml，ml，l分别与mZ，mZ，Z相对应的线路长度电力系统分析一教案3--5（4）在求得aS~或bS~后，在不考虑功率损耗的情况下，即可求取环网各线段中流通的功率，从而可以找到某一节点处两侧功率均流向该节点，这种节点称为功率分点；通常有功分点和无功分点不一致，则以“▼”和“▽”分别表示有功、无功功率分点。三、两端供电网络中的功率分布见图3-19（a）（b）P115两端供电网络可以等值为两端电压大小不等，相位不同的回路电压不为零的单一环网，如图3-19（b）令：UdUU41则得)()(323422312IIIZIIZIZUdaaa电力系统分析一教案3--6考虑：NUSI*上式可以改写为：)()(3*2**342**23*12SSSZSSZSZUdUaaaN则34*23*12**34*23*12*334*234*23*~~)(~ZZZUdUZZZSZSZZSNa相似地：34*23*12**34*23*12*212*323*12*~~)(~ZZZUdUZZZSZSZZSNb电力系统分析一教案3--7若令：**~ZUdUSNc则：cmmaSZZSS~~~**cmmbSZZSS~~~**说明；（1）上式可以看成是两个功率分量的迭加，其一是Ud=0,即两端电压相等时功率分量；其一是取决于Ud和环网总电抗Z的功率分量cS~，称为循环功率。循环功率的方向与Ud的取向有关。（2）上式还可以用于计算环网中变压器变比不匹配时的循环功率，见图3-20（P116）。四、环行网络中的电压降落和功率损耗电力系统分析一教案3--8在工程实际中一般采用近似计算方法。首先不考虑功率损耗，求网络功率分布，找出功率分点；将环网在功率分点解开，使之成为两个辐射形网络；然后就如同辐射形网络那样进行功率损耗和电压损耗的计算，这时运用的公式与计算辐射形网络时完全相同。两个问题：1、当有功功率分点和无功功率分点不一致时，由于高压网络中，电压损耗主要是无功流动引起的，无功分点电压往往比有功分点电压低，因此，以无功功率分点为计算的起点。2、当已知电源端电压而不是功率分点电压时，要再次设网络中各点电压均为电力系统分析一教案3--9额定电压，先计算各线段功率损耗，求得电源端功率后，再运用已知的电源端电压和电源端功率，计算线段电压降落。第四节电力网络潮流的调整控制上节已讲述，对辐射形网络，其潮流分布取决于负荷大小；环行网络，潮流是按阻抗分布；双端供电网络虽可以调整电源功率及电压适当控制，但是调整范围很小。从安全、优质、经济出发，网络潮流需要控制。本节主要就简单网络介绍几电力系统分析一教案3--10种控制手段，这些方法同样适用于复杂网络。一、调整控制潮流的必要性1如图3-17（P113），当各线段参数完全相同时：3123123312312312)(lllPlPllPPa；3123123312312312)(lllQlQllQQa3123123231221213)(lllPllPlPPb；3123123231221213)(lllQllQlQQb若1213ll；2313ll；而节点2和节点3负荷相当，则P13和Q13会很大，有可能过负荷。电力系统分析一教案3--112当各线段参数不相同时：如图3-17。网络损耗312232232232222212222)()()()(rUQQQPPPrUQQPPrUQPPNaaNaaNaa求P极小值：由0aPP,0aQP0)(2)(220)(2)(22312322322122312322322122rUQQQrUQQrUQQPrUPPPrUPPrUPPPNaNaNaaNaNaNaa电力系统分析一教案3--12求解：rPrPrrPoa33123123)(rQrQrrQoa33123123)(即：31231233123123~~)(~rrrSrSrrSoa31231232312212~)(~~rrrSrrSrSob结论：（1）有功功率损耗最小时的功率分布应按线段的电阻分布；（2）不加控制时功率的自然分布不能满足安全、优质、经济的要求。3、功率的强制分布：电力系统分析一教案3--13为了克服有功损耗最小时功率分布不同于功率自然分布的问题，可以在自然分布上迭加一强制循环功率fcS~，使结果达到有功损耗最小。fcaoaSSS~~~其中**~ZEUScNfccycxNaoaNfccjEEZUSSUZSE***式中：Ecx——纵向附加电势Ecy——横向附加电势说明：（1）附加电势Ecx，Ecy都可由附加串联加压器产生。电力系统分析一教案3--14（2）由上可知：2222**)()(~XRUREXEjXRUXEREUjXRjEEZUEjQPSNcycxNcycxNcycxNcfcfcfc∵对于高压线路有RX∴R≈0得：XUEjXUEjQPSNcxNcyfcfcfc~即XUEPNcyfcXUEQNcxfc电力系统分析一教案3--15∴改变电压的相位，主要能改变网络中的有功功率的分布；改变电压的大小，主要能改变网络中的无功功率的分布。（3）如图3-46（a）（P134）可见可以用三种手段控制潮流分布，即：串联电容，串联电抗，附加串联加压器。其中：串联电容相当于抵偿线路的感抗。由aS~计算式可见，若Z12↓则aS~↑，缺点：过于频繁投切电容器组易引发事故。串联电抗：与串联电容相反，主要是限流，即：Z12↑aS~↓，缺点：对电压质量及稳定性有影响。电力系统分析一教案3--16而附加串联加压器作用主要在于产生一强制功率，与自然功率分布迭加，从而达到理想值。二、借附加串联加压器控制潮流工作原理如图3-47（P134），是有两部分组成，即电源变压器和串联加压器，前者取线路的相电压或线电压作为串联加压器电源；后者将附加电势CE串联入线路。由于电源变压器串联加压器均为三相，可以改变两者的接线，得到30º，60º调节效果。图3-48（P135）为一种联结方式，缺点：调节过于频繁，会有困难。电力系统分析一教案3--17三、借灵活交流输电装置控制潮流（FACTS）灵活交流输电系统：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所呈现的新系统。是电力电子技术的发展而出现的新型技术。1、可控串联电容：图3-49（a）（P135）借改变晶闸管的触发角，可平滑地并在较大范围改变容抗。2、可控移相器：图3-50（P136），实际上是横向串联加压器。可以有很多级调节。优点：可快速动作，可有载调节。电力系统分析一教案3--183、综合潮流控制器：在电源变压器和串联加压器之间增加了两个换流器，其中换流器2可以改变串联加压器串入的电势CE，使其大小在0—最大值之间，相位在0—2π之间任意变动。而换流器1，可改变电源变压器输出无功，等值改变并入电感或电容。