电力系统分析10

1华南理工大学电力学院张勇军2008.02PART10电力系统分析ElectricPowerSystemsAnalysis2第十章电力传输的基本概念ConceptsofPowerTransmission网络元件的电压降落和功率损耗输电系统的功率特性和功率极限长距离输电线路的运行特性单端供电系统的功率特性310-1网络元件的电压降落和功率损耗4电压降落元件首末端两点电压的相量差。版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用10-1网络元件的电压降落和功率损耗DefinitionIXRVV)j(21＝－5电压降落计算版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用10-1网络元件的电压降落和功率损耗以相量V2为参考轴ΔV2纵分量δV2横分量2221+Δ=)j+(VδVIXRVV＝－222222sincosδsincosRIXIVXIRIV6版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用功率2222δ,VRQXPVVXQRPV12222221jδVVRQXPVXQRPVVVVV2221δtgVVV222221)δ()(VVVV以相量V2为参考轴ΔV2纵分量δV2横分量22222sinjcosjIVIVQPIVS7版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用Question若以电压相量V1作参考轴，且已知电流I和cosφ1时，如何推导电压降落公式？V2V1RIIδV1ΔV1jxIδφ110-1网络元件的电压降落和功率损耗8Voltage版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用•电压损耗：两点间电压的数值差•电压偏移：任意点实际电压与其额定电压之差•电压调整：末端空载电压与负载电压的数值差100100100100%NN2NN1NN21VVVVVVVVVVV末端电压偏移％始端电压偏移％电压损耗100100%12120220VVVVVV电压调整Definition10-1网络元件的电压降落和功率损耗cos5˚=0.9962，cos10˚=0.98489可见此时末端电压高于始端电压V2V1δVΔVdVIB2电力线路空载运行的电压分析(I)10-1网络元件的电压降落和功率损耗S1U1S2RjXU2jB/2jB/2SB1SB2S/1S/225.00''δ25.00''jδ)(2222222222222221RBVVRBVVRQXPVXBVVXBVVXQRPVVVVVV2V110设电压损耗近似等于电压降落的纵分量，则可见电压损耗与线路长度的平方成正比，随着线路的延长，末端电压将高于1.1VN,这在超高压架空线路或者电缆中经常出现。10021002100%211NlxbBXVV电压损耗电力线路空载运行的电压分析(II)10-1网络元件的电压降落和功率损耗单位长度电纳单位长度电抗11负荷为纯感性无功时可见此时末端电压低于始端电压，而且相位超前，a0电力线路负载运行的电压分析(I)10-1网络元件的电压降落和功率损耗2222222222'''δ'''VRQVRQXPVVXQVXQRPVV2V1δVΔVI2a12负荷为纯有功时可见此时末端电压低于始端电压，而且相位滞后，a02222222222'''δ'''VXPVRQXPVVRPVXQRPV电力线路负载运行的电压分析(II)10-1网络元件的电压降落和功率损耗V2V1δVΔVI2a13负荷S2=P2+jQ2，即为感性负荷时电流I2滞后于电压V2|V1||V2|α0始端相角超前于末端相角：θ1θ2电力线路负载运行的电压分析(III)10-1网络元件的电压降落和功率损耗I2I1V2I2V2I0δ0222222VRQXPVVXQRPV14负荷S2=P2-jQ2，即为容性负荷时电流I2超前于电压V2|V1||V2|α0始端相角超前于末端相角：θ1θ2电力线路负载运行的电压分析(IV)10-1网络元件的电压降落和功率损耗1V2II2I2V0)(δ0)(222222VRQXPVVXQRPV15S2=-P2-jQ2，即实际感性负荷功率从末端向始端传送时电流I2超前于电压V2|V1||V2|α0始端相角滞后于末端相角：θ1θ2电力线路负载运行的电压分析(V)10-1网络元件的电压降落和功率损耗1V2I2V2II2I0)()(δ0)()(222222VRQXPVVXQRPV16S2=-P2+jQ2，即实际容性负荷功率从末端向始端传送时电流I2滞后于电压V2|V1||V2|α0始端相角滞后于末端相角：θ1θ2电力线路负载运行的电压分析(VI)10-1网络元件的电压降落和功率损耗I2I1V2I2V2I0)(δ0)(222222VRQXPVVXQRPV17总的来说，在高压传输线上，有功功率的传送方向总是由超前相位端指向滞后相位端；无功功率的传送方向总是由高电位端指向低电位端QPV2V1δUΔUI210-1网络元件的电压降落和功率损耗Why?Why?Why?18变压器运行状况计算类似于线路运行状况的计算不难得到变压器的电压降落T2T1T2T2T2T2T2T2TTT21δtg''δ''jδ)(VVVVRQXPVVXQRPVVVVV10-1网络元件的电压降落和功率损耗19版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用ConclusionsaboutVoltageDifference在纯电抗元件中，电压降落的纵分量是因传送Q而产生，电压降落的横分量因传送P产生。元件两端存在电压幅值差是传送Q的条件，存在电压相角差则是传送P的条件。感性无功将从电压较高的一端流向电压较低的一端，有功则从电压相位越前的一端流向电压相位落后的一端。2222δ,VRQXPVVXQRPVVPXVVQXVδ,0R10-1网络元件的电压降落和功率损耗20网络元件的功率损耗PowerLosses版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用电流通过元件（线路、变压器）的电阻和等值电抗时产生的功率损耗和电压施加于元件的对地等值导纳时产生的损耗。Definition10-1网络元件的电压降落和功率损耗Resistance电阻Reactance电抗Impedance阻抗Admittance导纳Conductance电导Susceptance电纳Inductance电感Capacitance电容21版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用PowerLossesonaline10-1网络元件的电压降落和功率损耗)j('')j()j(j2122L22222LLLXRVQPSXRVQPXRIQPS22版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用PowerLossesonaline10-1网络元件的电压降落和功率损耗222222*22*22'22)2(BBSSSUBjUUBjUUBjSS1U1S2RjXU2jB/2jB/2SB1SB2S/1S/2LLSSSjXRUSS21222'')()'(111211'2BBSSSUBjSV2V123版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用PowerLossesonaTransformer10-1网络元件的电压降落和功率损耗100%100%10001000100%100%10001000N02N21N0yT02N210yT2N22NS22N222NSzT2N22S222N222NSzTSIVVSIQPVVPPSSSVVSSVVQSSPVSSVPP可见在额定条件下，变压器电抗中损耗的无功就等于短路电压标么值×SN;电纳中损耗的无功则等于空载电流标么值×SN。24版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用AboutPowerLosses对于110kV以下的电力网，在简化计算中常略去线路的充电功率。对于35kV以下的电力网，在简化计算中常略去变压器的励磁功率。线路的输电效率：线路末端输出的有功功率P2与首端输入的有功功率P1之比10-1网络元件的电压降落和功率损耗%100100%12PP输电效率2510-2输电线路的功率特性26版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用输电线路的两端口网络方程10-2输电线路的功率特性DCBA,,,1V2V1I2I221221IDVCIIBVAV1CBDABVAVIBVVDI/)(/)(2122112*221*11IVSIVS27版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用输入阻抗和转移阻抗10-2输电线路的功率特性DCBA,,,1V2V1I2I221221IDVCIIBVAV02V01VBIVZ2112/DBIVZ//1111ABIVZ//2222输入阻抗转移阻抗28版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用输电线路的功率方程10-2输电线路的功率特性)cos(||cos||)sin(||sin||12122111112111212211111211aZVVaZVQaZVVaZVP)cos(||cos||)sin(||sin||12122122222221212212222222aZVVaZVQaZVVaZVP2910-3沿长线的功率传送30版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用10-3沿长线的功率传送长线VCgxIILrxV)j(dd)j(dd0000＝＝长度超过300km的架空线路超过l00km的电缆线路31CjC0000C0000||)j/()j(j)j)(j(eZCgLrZLrCgxxxxeIZVeIZVIeIZVeIZVV2/2/222C22C22C22C2V/IDistributionalongalongline版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用入射波反射波传播常数波阻抗行波的衰减常数相位常数10-3沿长线的功率传送32版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用Definition波长：行波的相位相差为2π的两点间的距离相位速度：行波的传播速度001CLfv0000122CLfCLa在架空线路上相位速度接近于光速，即vw≈300000km/s。当f=50H时,λ≈6000km。行波在电缆中的传播速度较小，一般只有光速的1/4左右。10-3沿长线的功率传送33使线路工作在无反射波状态的负荷称为匹配负荷。由入射波输送到线路末端的功率将完全为负荷所吸收。这时负荷阻抗所消耗的功率便称为自然功率（波阻抗功率）。输电线路的自然功率版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用xxeIIeVV22＝＝.2VZc.1VI20022c22nnLCVZVPS10-3沿长线的功率传送DefinitionnnjC22*C22njCQPeZVZVS34版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用波阻抗功率SurgeImpedanceLoading当线路发出无功恰好等于其消耗无功时的传输功率。此时有V2b0=I2x0因此波阻抗：10-3沿长线的功率传送0000cCLbxIVZ传送自然功率时：线路本身不需要从系统吸取或提供