第3章-简单电力网的潮流计算

第三章简单电力网的潮流计算①潮流计算的基本概念②网络元件的电压降落和功率损耗③开式电力网的潮流计算④闭式电力网的潮流计算⑤电力网的电能损耗一、电力系统潮流计算的基本概念1）什么是潮流计算?电力系统潮流，是指电网中各节点电压和线路上功率的稳态分布。潮流计算，是针对电力系统某一稳态运行方式，确定系统的电压分布和功率分布，即计算出各节点电压幅值和相角，以及流过各元件有功和无功。2）潮流计算的目的是什么？检查电力系统各元件是否过载；检查电力系统各节点电压是否满足要求；根据不同运行方式下的系统潮流分布情况，可帮助调度人员正确合理地选择系统运行方式；根据功率分布，为电力系统规划、扩建、继电保护整定计算提供必要的依据；可为调压计算、经济运行、短路计算、稳定计算等提供必要的数据。现代大规模电力系统的潮流计算都是利用计算机编程计算实现。（商业软件很多）二、网络元件的电压降落和功率损耗1、电力线路的电压降落电压降落：线路首末端两点电压的相量差。以电压V2为参考电压，那么电压降落计算如下电力线路的等值电路纵向压降横向压降电压相位差电压降落相量图二、网络元件的电压降落和功率损耗若以电压V1为参考电压，也可类似地推导出电压降落计算式纵向压降横向压降电压相位差注意：无论是以哪一端为参考电压，计算纵向和横向压降公式结构都一样，但必须用同一端的电压和功率。1、电力线路的电压降落二、网络元件的电压降落和功率损耗一般说来，输电线路的电抗值远远大于电阻值（XR），忽略电阻R，那么电压降落的纵向和横向分量可简化为由上式可总结出两个结论：电压降落的纵向分量是因传输无功而产生，而横向分量则是因传输有功产生。换而言之，线路两端的电压幅值差是传输无功的条件，而存在相角差则是传送有功的条件。感性无功从电压较高的一端流向电压较低的一端，而有功则是从电压相位超前的一端流向电压滞后的一端。（非常重要的、常识性的结论）1、电力线路的电压降落二、网络元件的电压降落和功率损耗在电力系统中，常见的表示电压质量的指标有：1、电力线路的电压降落电压降落：始末两端电压的相量差，注意电压降落以相量表示。电压损耗：始末两端电压的数值差，常以额定电压的百分比值表示。电压偏移：始端电压或末端电压与线路额定电压的比值。或二、网络元件的电压降落和功率损耗（1）串联元件功率损耗2、网络元件的功率损耗电流流过串联阻抗的功率损耗计算为有功损耗无功损耗线路和变压器的等值电路输电效率：线路末端有功功率P2与线路首端输送功率P1的比值二、网络元件的电压降落和功率损耗（2）并联元件功率损耗2、网络元件的功率损耗在外加电压作用下，线路对地电容产生的无功功率为变压器的励磁损耗由励磁支路的导纳确定，即由上一章介绍的变压器参数计算方法，变压器的励磁损耗又表示为见课本式（2-46）线路和变压器的等值电路2112221212BBQBVQBV201TTSGjGV00000%100NISPjQPjS三、开式电力网的潮流计算开式电力网：由单一电源点向多个负荷点供电的网络，广泛应用于配电网。如图所示的开式电力网，具有较多并联支路，不好计算，计算前先对电路简化，以充电功率代替并联支路。1、运算负荷和运算功率开式电力网及其等值电路已知参数：网络参数；A点电压；b、c、d点负荷功率。1）计算出各点并联电纳充电功率211,2,32BiiNQBVi三、开式电力网的潮流计算1、运算负荷和运算功率开式电力网及其等值电路2）将充电功率与相应的节点负荷合并，得到各节点的运算负荷1221223223323121212bLDbBBLDbLDbNbbcLDcBBLDcLDcNccdLDdBLDdLDdNddSSjQjQPjQBBVPjQSSjQjQPjQBBVPjQSSjQPjQBVPjQ三、开式电力网的潮流计算1、运算负荷和运算功率开式电力网及其等值电路若负荷节点接有变压器情况，先将变压器损耗归算到负荷功率，例如节点c'0LDcLDcTccSSSS其中，2000%100LDcTcTcTcNcccNcSSRjXVISPjS那么，节点C的运算负荷为'23cLDcBBSSjQjQ其它节点的运算负荷可类似求得。三、开式电力网的潮流计算2、同级电压开式电力网潮流计算开式电力网等值电路电压降落计算公式须取同一点的电压和功率。但在实际计算中，一般是已知负荷节点功率和电源点电压。2'''''''33333333,,dLLNSSSSRjXSSSV第一步，从第3段线路开始，利用线路额定电压，依次计算出各段线路功率损耗对于第2段线路，1）电压分布和功率分布2''''''''223222222,,cLLNSSSSSRjXSSSV对于第1段线路，2''''''''112111111,,bLLNSSSSSRjXSSSV三、开式电力网的潮流计算2、同级电压开式电力网潮流计算开式电力网等值电路第二步，在算出S1’后，从电源点A开始逐段计算电压降落，求得个负荷节点的电压。先计算节点b的电压1）电压分布和功率分布11111''''12112()()AbAbbAbAAAAbXPRQXVVPQVVVVVVR在计算出节点b的电压Vb后，进一步可求得节点c的电压；而求得节点c的电压后又可求得节d点电压。最后得到所有节点的电压分布。在计算精度要求不高时可忽略纵向电压分量三、开式电力网的潮流计算2、同级电压开式电力网潮流计算最大电压损耗：各段电压损耗之和，即2）最大电压损耗AdAbbccdVVVV注意：对于多分支的开式网络，必须计算出电源节点到各分支末端的电压损耗，才能比较出电压的最低点。显然，节点d的电压最低AddAVVV三、开式电力网的潮流计算3、两级电压开式电力网潮流计算方法一：与同级开式电力网潮流计算相同，即由线路末端逐步算出各段线路的功率损耗及各节点的功率，然后再用首端电压和功率计算出节点b的电压，并依次计算出各节点电压。注意：经过理想变压器时，功率不变，而两侧电压之比等于实际变比k。'2'2'2222222,,/RkRXkXBBk方法二：利用第二章线路等值方法，将线路L2段的参数归算到L1段的电压等级，然后在进行计算。注意：第二种方法求得的L2段线路电压并非实际电压，而是归算成L1段电压等级的电压。三、开式电力网的潮流计算开式电力网潮流计算步骤：①计算参数并作出等值电路；②用额定电压计算出各节点的运算负荷，简化电路；③从末段线路开始，用额定电压和已求得的运算负荷，计算出各段线路的功率损耗；④用已知的电源节点电压和已求得的各段线路功率分布，从电源节点开始，计算出各段线路电压降落，并求出各节点电压和电压损耗。四、闭式电力网的潮流计算什么是闭式电力网：至少存在一个闭合回路或两个以上供电电源的电力网络。简单的环形网络如图所示，忽略变压器损耗、线路对地导纳，可简化得到环形网络的等值电路。1、简单环形网络的功率分布四、闭式电力网的潮流计算1、简单环形网络的功率分布根据等值电路，利用回路电流法可列出回路方程如下1223231230aaaZIZIIZIII各电流的近似表达式为，那么代入上式得*/NISV******1223231230aaaZSZSSZSSS由上式可计算出流过阻抗Z12的功率****23312313***122331aZZSZSSZZZ同样地，以Ib为未知量，可解得流过Z13的功率****32213212***133221bZZSZSSZZZ为什么变成负号了？注意：以上的简单环形网络功率分布计算方法没有考虑功率损耗和电压损耗，因此仅是一种近似的估算方法。四、闭式电力网的潮流计算2、双端供电网络的功率分布1）带两个负荷的两端供电网络根据KVL和KCL可写出回路电压方程和节点电流方程如下：1212AAIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIVVZIZIZIIIIIII若已知电源电压VA1和VA2以及负荷电流I1和I2，由上式可解得流过ZI和ZII的电流12121221IIIIIIIAAIIIIIIIIIIIIIIIIIIAAIIIIIIIIIIIIIIZZIZIVVIZZZZZZZIZZIVVIZZZZZZ在电力系统中，往往已知负荷的功率，而不是电流。为了求得功率分布式，忽略功率损耗，并用额定电压计算功率。对左式取共轭，在两边同时乘以额定电压VN得*****1212***********1221******()()IIIIIIIAANIILDICIIIIIIIIIIIIIIIIIAANIIIILDIICIIIIIIIIIIIIZZSZSVVVsSSZZZZZZZSZZSVVVsSSZZZZZZ四、闭式电力网的潮流计算2、双端供电网络的功率分布结论：①两电源点送出的功率包含两部分。第一部分由负荷功率和网络参数确定；另一部分与负荷无关，由两个供电点电压和网络参数确定，这部分通常称为循环功率。②当VA1=VA2,循环功率为0，此时双端供电网络的功率分布与前面给出的环形网络功率分布计算式相同，简单环形网络是双端供电网络的特例。*****1212***********1221******()()IIIIIIIAANIILDICIIIIIIIIIIIIIIIIIAANIIIILDIICIIIIIIIIIIIIZZSZSVVVSSSZZZZZZZSZZSVVVSSSZZZZZZ1IIIIsss四、闭式电力网的潮流计算2、双端供电网络的功率分布上述功率分布计算没有考虑线路功率损耗。那么，在上述功率分布计算的基础上，如何进一步考虑功率损耗问题呢？①在功率分点处将网络解开，使其成为两个开式网络。此时，负荷功率S2也分成SIII和SII两部分，分别挂在开式网络的终端。②利用针对开式网络的方法来计算两个开式网络的功率损耗和功率分布。（注意：在计算功率损耗时，各节点电压用额定值近似代替）③将两个开式网络的终端连在一起，得到原网络计及功率损耗的功率分布。四、闭式电力网的潮流计算2、双端供电网络的功率分布2）带k个负荷的两端供电网络***112*****121**()()kiiiAANIILDICkiiiAANIIIILDIICZSVVVSSSZZZSVVVSSSZZ整条线路的总阻抗第i个负荷点到供电端A2的总阻抗第i个负荷点到供电端A1的总阻抗如何检验计算结果是否正确呢？1kIIIILDIILDiiSSSSS由带两个负荷的两端供电网络计算原理，可以归纳出不计功率损耗时两个电源点送入线路的功率：四、闭式电力网的潮流计算3、闭式电力网的电压损耗计算方法：任一线段的电压损耗与开式网络计算方法相同。PRQXVV1iiiiiiPRQXVV在粗略计算时，不计功率损耗，电压取额定电压，则电压损耗用电压降落的纵向电压分量代替，即计及功率损耗时，如果用某一点的功率就应当取同一点的电压，此时，计算式为在两端供电网络中，如果有功功率分点和无功分点在同一个点，那么，该点的电压最低。如果在不同点，必须计算出各功率分点的电压值，才能确定电压最低点。闭式电力网潮流计算步骤：①计算参数并作出等值电路；②用额定电压VN计算出各节点的运算负荷，简化电路；③计算出不计阻抗上功率损耗的闭式网络初始功率分布；④由初始功率分布找到功率分点，在功率分点处将网络分解成两个开式网络；⑤分别从末端（功率分点）开始，用额定电压VN依次计算出各段线