ch03 输电线路运行特性及简单电力系统潮流估算

2019/8/21第三章输电线路运行特性及简单电力系统潮流估算重点：1、基本元件中的电压降落、功率损耗和电能损耗的计算方法；2、用逐段推算法确定简单辐射形网络节点电压和传输功率的方法；3、环网和两端供电网初步功率分布的计算及功率分点的确定；2019/8/22第三章输电线路运行特性及简单电力系统潮流估算难点：1、对简单辐射式网，当已知不是同一节点的功率和电压时，用逐段推算法确定其他节点电压和传输功率的方法；2、环网及两端供电网的分解；2019/8/233-1电力网的电压降落和功率损耗一、网络元件的电压降落1.电压降落元件首、末端两点电压的相量差。2121)()(UUIjXRIjXR图3-1网络元件的一相等值电路1U2U2019/8/24相量图分析22221UˆSˆ)()(UUjXRIjXR1U2U2UI2RI2X22U2UIII211U,0UU022已知设UˆSˆI2019/8/25电压降落分量电压降落纵分量：电压降落横分量求首端电压2222222212U/)(sincosUXQRPXIRI2222222212U/)(URQXPRSinIXCosI22222222122211URQXPjUXQRPUUUjδδΔUUU脚标一致2UI2RI2X22U2UIII211U)UU(UU1121j2019/8/26求末端电压)UU(UU1112jI1XI1R1U1U21II2U1U21UU1,0UU011已知设22211111U)(UU)(URQXPXQRP2019/8/27I2XI2R2U2U,UU11已知设2U1III211U)UU(UˆSˆ)(I)(UU112221jjXRjXR2019/8/28计算电压降落分量注意：•公式中各物理量为同一点的•线路功率与电压的关系高压输电线路XR•无功流动方向与电压高低有关；•有功流动方向与电压相位差有关。2121UUUUU/UU/UPXQX2U1III211U2019/8/292.电压损耗(kV)3.电压偏移%100UUU%NN）电压偏移（2U1UG电压降落、电压损失和电压偏移适用于线路、变压器。U/)(UUU21QXPR2019/8/210二、功率分布和功率损耗1、输电线路的功率损耗jB/2jB/21U11,SI2I22,US图3-3线路的等值电路jXR'SS222U2BQB211U2BQBRIPL23XIQL23YˆUUˆYˆ(UIˆUQjPS~2）共轭IˆUS~UˆSˆI2019/8/211用功率表示功率损耗U3SIRQPPL222UXQPQL222UXIQRIPLL2233同一点jB/2jB/21U11,SI2I22,US图3-3线路的等值电路jXR'SS2019/8/212线路总功率损耗：)(21BBLLLQQQjPSTRUQPWL222线路的电能损耗最大负荷利用小时数Tmax、cosφmaxmaxPWL最大负荷损耗时间jB/2jB/21U11,SI2I22,US图3-3线路的等值电路jXR'SSmaxmaxPAT2019/8/2132、变压器功率损耗的计算由等值电路参数计算TRRQPP222222UTXXQPQ222222U21GUTGP21UTBBQBXTRTQQQPPPG变压器的等值电路111,,UIS222,,UIS2019/8/2142、变压器功率损耗的计算由实验技术参数2)(NKRSSPP200)(100NNKXSSSUQ0GPPNbSIQ100000变压器的电能损耗max20τP)SS(tPΔAΔAΔAkNTZTYT2019/8/215结论：1、电压损耗和功率损耗计算公式既适用于单相，也适用于三相；2、线路输电效率:%10012PPXQPQ222URUP222QP211U2BQBU/)(UUU21QXPR2019/8/216例1某220kV单回架空线路，长度为200km，导线参数为r0=0.108/km,x0=0.42/km,b0=2.66*10-6S/km。已知其始端输入功率为120+j50MVA,始端电压为240kV。求末端电压及功率、线路的传输效率。解：SjlbjBjYjljxrjXR40001066.2222846.21)(jB/2jB/21U11,SI2I22,US220kV线路的等值电路jXR'SS2019/8/217)(32.65120]21[211131''1MVAjBUQjPQjSSSSB已知端jB/2jB/21U11,SI2I22,US220kV线路的等值电路jXR'SS待求端21321BUQB2019/8/218kVjjRQXPjXQRPjo33.948.20912.3634.206)12.366.33(240)UU(U)UU(UU1'1'11'1'111112末端电压：jB/2jB/21U11,SI2I22,US220kV线路的等值电路jXR'SS流经线路kV0240U01已知2019/8/219)(1.38113)(22.270.7)'21'MVAjSSSMVAjjX(R)US(SSS'由jB/2jB/21U11,SI2I22,US220kV线路的等值电路jXR'SS)(77.4911321[2222MVAj]BUQjPQjSSSSB末端功率：%94.17%100120113%100PP12线路的传输效率2019/8/220例2有一台双绕组变压器，额定容量为SN=31.5MVA,电压比为110kV/10.5kV,短路损耗Pk=190kW,短路电压百分数Uk%=10.5,空载损耗P0=25kW，空载电流百分数I0%=0.8,通过变压器的简化持续负荷曲线如图所示，全年负荷功率及功率因数见表。求：（1）通过变压器负荷的最大负荷利用小时数；（2）求变压器全年的电能损耗（设低压母线电压保持10.5kV不变）2019/8/221P1P2P30200065008760t/hP/MWcosP10.9SN0.9P20.7SN0.85P30.5SN0.8解：最大负荷利用小时数hSSSSPATNNNN67659.022605.045007.020009.0maxmaxNNSCOSPSCOSSP1119.0,9.0NNSCOSPSCOSSP82.085.0,7.0222NNSCOSPSCOSSP63.08.0,5.03332019/8/222变压器全年电能损耗kWhPPPPPPPAkkkk60220iK2Ni01034.18760794.592263.0226082.0450020008760tP)SS(tP1P2P30200065008760t/hmax20τP)SS(tPΔWkNT2019/8/2233-2输电线路的运行特性一、输电线路的空载特性0222~0UU0，已知S已知222~~U2BjSSB221121U2U)UU(UUBXj21UU？jB/2jB/21U11,SI2I22,US图3-3线路的等值电路jXR'SSU/UU/UPXQX2019/8/224末端空载电压与线路长度的关系•对于300Km以内用集中参数表示线路等值电路时，线路末端空载电压的升高与线路长度平方成正比。•更长线路•高压输电线路空载or轻载时，产生末端电压升高的现象。•预防措施：线路末端并联电抗补偿线路电容电流。lbxl112121cosUUcoshUU221U2UUBXr1=0,g1=02019/8/225二、输电线路的传输功率极限PsinUcosUUUUUUUUU1011222222221jXPjXQjsinUUsinUU21122XPXP1、提高电压等级；2、减少线路电抗。？不计线路电阻R和并联电纳B，0220UUPmax=U1U2/X2019/8/226结论：线路传输的有功功率与电压相位差θ有关；有功功率的传输方向：由电压相位超前一端向电压相位滞后一端传送。线路传输的的无功功率随着两端电压之差而变化；无功功率传输方向：由电压高的一端向电压低的一端流动。sinUU21XPU/UU/UPXQX2019/8/227三、输电线路的自然功率xccγxccxγxcγxcxeIZU(Z)eIZU(ZI)eIZU()eIZU(U)21212121222222221IxIdI2IxI1U2Udxz1dxy1dxy1dxlxxxUdUxU1zIdxUdx1yUdxIdxγxIγxZUIγxZIγxUUcxcxcoshsinhsinhcosh2222P27长度超过300km的架空线路超过100km的电缆线路2019/8/228xccγxccxγxcγxcxeIZU(Z)eIZU(ZI)eIZU()eIZU(U)2121212122222222c2222ZIZIUγxxγxxeIIeUU22入射波反射波eec2222ejQPZˆUIˆUS~输电线路的自然功率由入射波送到线路末端的功率将完全为负荷所吸收，这时负载阻抗消耗的功率称为自然功率。2019/8/229为纯电阻。无损线路11c1C/LZ0g,0r1122c22eeLCUZUPS~eec2222ejQPZˆUIˆUS~自然功率用来衡量长距离输电线路的输电能力。一般220kV级以上架空线路的输电能力大致接近自然功率。提高额定电压和减少波阻抗都可以增大自然功率。P282019/8/230小结2、功率损耗/输电效率3、输电线路传输功率极限1、电压降落/电压损失/电压偏移2019/8/2311112222211UUUUUUUUjjUUUU21QXPR%100UUU%NN）电压偏移（UUUUQRPXjQXPR1、电压降落/电压损失/电压偏移2019/8/2322、功率损耗/输电效率211U2BQBXQPQ222U222U2BQB21GTUTGP21BTUBQTRUP222QP2019/8/2332)(NKRSSPP200)(100NNKXSSSUQ0GTPPNSIQ100000BT2、功率损耗/输电效率%10012PP2019/8/2343、输电线路传输功率的极限sinUU21XP4、输电线路的自然功率1122c22eeLCUZUPS~2019/8/235潮流计算意义电力系统分析计算中最基本的一种：规划、扩建、运行方式安排定义根据给定的运行条件求取给定运行条件下的节点电压和功率分布所需知识(1)根据系统状况得到已知元件：网络、负荷、发电机(2)电路理论：节点电流平衡方程(3)非线性方程组的列写和求解2019/8/236潮流计算