第3章 电力系统稳态分析

第3章电力系统稳态分析3.1概述3.2电力网的功率分布和电压计算*3.3电力系统潮流计算3.4电力系统的频率调整3.5电力系统的电压调整3.6电力系统经济运行3.1概述电力系统稳态分析主要讨论的内容有:电力系统的潮流计算，含经典手算法及计算机算法；电力系统的有功功率平衡及频率调整；电力系统的无功功率平衡及电压调整；电力系统的经济运行，含电能损耗的计算、降低电能损耗的措施以及火电厂有功功率的经济分配、无功功率的最优分配；电力系统的接地方式等。3.2电力网的功率分布和电压计算3．2．1电力网的功率损耗电力网的功率分布和电压计算，也称电力网的潮流计算，是电力网基本计算中很重要的一部分。根据给定的负荷功率和电源母线电压，计算网络中各节点的电压和各支路中功率及功率损耗。3.2电力网的功率分布和电压计算电力网负荷功率的表示法pppppppIUIUIUS)(ppppppjQPIjUIUsincos3.2电力网的功率分布和电压计算三相复数功率为视在功率S为SjQPjUIUIUISsincosUIQPSS223.2电力网的功率分布和电压计算电力网的功率损耗电力网等值电路由线路和变压器等值电路所组成。电力网等值电路中通过同一个电流的阻抗支路（或单元），俗称一个电力网环节。3.2电力网的功率分布和电压计算1.电力线路功率损耗的计算在潮流计算时，线路一般采用如图所示的π型等值电路表示。线路阻抗中的功率损耗包含有功功率损耗和无功功率损耗，它们的大小随电流（或功率）的变化而变化，称为变动损耗。3.2电力网的功率分布和电压计算若已知通过线路环节的三相视在功率为S，线路运行电压为U，则据可得USI332223221010RUQPRUSPL32223221010XUQPXUSQL3.2电力网的功率分布和电压计算电力线路上除了阻抗支路中的变动功率损耗外，导纳支路中还会消耗与负荷无关的固定电容功率（也称充电功率）。——靠近线路首端的一半线路所消耗的容性无功功率——靠近线路末端的一半线路所消耗的容性无功功率21121BUQC22221BUQC1CQ2CQCNCCQBUQQ21212213.2电力网的功率分布和电压计算2.变压器功率损耗的计算在变压器等值电路中，其阻抗支路中的损耗计算与线路类似，即导纳支路中的功率损耗为TTTRUQPRUSP22222TTTXUQPXUSQ222220020)(QjPUjBGSTT3.2电力网的功率分布和电压计算①双绕组变压器功率损耗的计算0222PRUQPPTT0222QXUQPQTT02PSSPPNST100100000200NNSTSISSUQ用变压器铭牌的数据计算功率损耗的公式计算公式3.2电力网的功率分布和电压计算②三绕组变压器功率损耗的计算(略）3.2电力网的功率分布和电压计算3．2．2电力网环节首、末端的功率、电压平衡关系1.电压降落：电力系统元件首末端两点电压的相量差。图中AB为电压降落。IjXRVV)(21为已知量。和为参考轴，如果以相量22cosIV3.2电力网的功率分布和电压计算把电压降相量分解到电压同方向及垂直方向，两个方向的分量分别为AD和DB，这两个分量的绝对值表示为：已知电流及功率因数时，利用上式可以计算出电压降落。2VDBVADV22222222sincossincosRIXIVXIRIV2221)(VVIjXRVV电压降落横分量电压降落纵分量3.2电力网的功率分布和电压计算电力系统计算中，常采用功率计算表示为：22222sincosIjVIVQjPIVS用末端电压表示2222VRQXPVVXQRPV222222sincossincosRIXIVXIRIV3.2电力网的功率分布和电压计算以末端电压作为参考相量,求首端电压：12222221VVRQXPjVXQRPVVVVV222221)()(VVVV222VVVarctg3.2电力网的功率分布和电压计算以首端电压作为参考相量，可得相似结论。1111VRQXPVVXQRPV21111112VVRQXPjVXQRPVVVVV212112)()(VVVV111VVVarctg3.2电力网的功率分布和电压计算比较2121,VVVV2222VRQXPVVXQRPV1111VRQXPVVXQRPV注意：功率与电压必须为同一端的值。3.2电力网的功率分布和电压计算2电压损耗与电压偏移电压损耗：两点间电压绝对值之差，用表示。当两点电压之间的相角差不大时，AG和AD的长度相差不大，可近似的认为电压损耗就等于电压降落的纵分量。2222VRQXPVVXQRPVVAGVVV211111VRQXPVVXQRPV3.2电力网的功率分布和电压计算电压偏移：指网络中的实际电压同该处的额定电压之差。可用有名值表示，也可用百分值表示。100%%NNVVVm）电压偏移（3.2电力网的功率分布和电压计算3、对电压降落公式的分析元件两端的电压幅值差主要由电压降落的纵分量决定，电压的相角差由横分量决定。3.2电力网的功率分布和电压计算高压输电线路中，电抗要比电阻大得多，若令R＝0，则得：上式表明：电压降落的纵分量是因传送无功功率而产生，电压降落的横分量是因传送有功功率而产生。元件两端存在电压幅值差是传送无功功率的条件，相角差是传送有功功率的条件。2222VRQXPVVXQRPVVPXVVQXV,1111VRQXPVVXQRPV3.2电力网的功率分布和电压计算网络元件的功率损耗包括三部分：电阻上的损耗，电抗上的损耗，对地等值导纳上的损耗。3.2电力网的功率分布和电压计算1）电阻和电抗上的损耗2）对地支路上的线路损耗)()(22222jXRVQPjXRIQjPSLLL)(2122jXRVQjPSL22221121,21BVQBVQBB3.2电力网的功率分布和电压计算3）变压器励磁支路损耗：励磁支路损耗可直接用空载试验数据得到20)(VjBGSTTNSIjPjQPS100%000003.2电力网的功率分布和电压计算4）线路的输电效率11BQjSS22BQjSS%10012PP输电效率3.2电力网的功率分布和电压计算3．2．3电力网的功率分布和电压计算开式电力网的功率分布与电压计算简单闭式网络的功率分布与电压计算开式网络的电压和功率分布计算区域网的功率分布与电压计算地方网的功率分布与电压计算区域网的功率分布与电压计算已知供电点电压和负荷节点功率时的计算方法复习：已知供电点电压和供电电功率的计算方法已知负荷点电压和负荷点功率的计算方法2222VRQXPVVXQRPV1111VRQXPVVXQRPV)(2222jXRVQPSL)(2122jXRVQjPSL区域网的功率分布与电压计算原始网络：已知条件：各负荷点的功率（即：SLDb,SLDc,SLDd)及供电点A的电压。区域网的功率分布与电压计算（1）绘制等值电路：（2）设全网电压为额定电压VN将电纳支路用额定电压VN下的充电功率代替。)3,2,1(,212iVBQNiBi区域网的功率分布与电压计算（3）将充电功率与负荷节点功率合并bbNLDbLDbBBLDbbjQPVBBQjPQjQjSS])(21[22121ccNLDcLDcBBLDccjQPVBBQjPQjQjSS])(21[23232ddNLDdLDdBLDddjQPVBQjPQjSS)21(233习惯上称Sb,Sc和Sd为计算负荷。区域网的功率分布与电压计算（4）求功率分布（从离电源点最远的负荷节点开始）：333332232333),(,LNLdSSSjXRVQPSSS2222222222232),(,LNLcSSSjXRVQPSSSS区域网的功率分布与电压计算（5）求电压分布（利用求得的功率分布，从电源点开始，顺着功率传送方向，依次计算各段线路的电压降落，求出各节点电压）：AAbAAbVRQXPVVXQRPV)(,)(1111111122)()(AbAbAbVVVV区域网的功率分布与电压计算（6）为了提高计算精度，可以重复进行（4）～（5）计算，注意：后一轮计算时，利用前一轮的计算结果。区域网的功率分布与电压计算运算负荷和运算功率（1）通过变压器连接负荷先将负荷功率加上变压器的绕组损耗和励磁损耗，求得变压器高压侧的负荷功率，再与线路的充电功率的一半相加，便得到节点的运算负荷。LDbS区域网的功率分布与电压计算bTbLDbLDbSSSS0NbbbTbTbNLDbLDbTbSIjPSjXRVQPS100%);(000222LDbS21BBLDbbQjQjSS相加后等值电路区域网的功率分布与电压计算（2）若某节点联结为发电厂，则发电厂的运算功率等于它发出的总功率减去厂用电及地方负荷,再减去升压变压器的总功率损耗和与其相连的所有线路的充电功率，若取节点c为发电厂，则：320BBTcLDcGcQjQjSSSSS~SGSC地方网的功率分布与电压计算对于110kV以下的地方电力网，因其线路短（小于50km),电压低,输送容量小(小于10MW),故可以作如下简化:①忽略电力网的导纳支路;②忽略线路中的功率损耗;③忽略电压降落中的横分量;④设线路电压为额定电压.简单闭式网络的功率分布计算简单闭式网络：两端供电网络和简单环形网络。(1)两端供电网的功率分布简单闭式网络的功率分布计算假设上述网络中：，根据基尔霍夫电压定律和电流定律，列出如下方程：221211212212121a1IIIIIIIZIZIZVVbabbababaVV简单闭式网络的功率分布计算若已知电源电压及负荷电流,则可解出：baVV和21II和212121212121112212121212212121)()(bababaaabbabababbaZZZVVZZZIZZIZIZZZVVZZZIZIZZI简单闭式网络的功率分布计算求功率分布的近似算法：先忽略网络中的功率损耗，都用相同的电压计算功率，并令这个电压为：*00IVSVVNN，并认为简单闭式网络的功率分布计算对上式各量取共轭，然后全式乘以VNciLDbbaNbabaaabciLDabaNbababbaSSZZZVVVZZZSZZSZSSSZZZVVVZZZSZSZZS.2212121212121112.1212121212212121)()()()(简单闭式网络