合工大-电力系统稳态分析3

电力系统稳态分析合肥工业大学杨向真[e-mail]电力系统稳态分析2016/1/1112016/1/112第三章简单电力网络的计算和分析1.电力线路和变压器运行状况的计算和分析2.辐射形和环形网络中的潮流分布3.配电网潮流计算的特点4.简单电力网络的潮流分布和控制PS基本概念元件和电力网络等值电路和参数计算PF手算方法PF计算机算法有功和频率调整无功和电压调整2016/1/113前言•潮流(PowerFlow,PF)计算的目标针对系统正常稳态运行状态的计算：给定运行方式下的负荷和某些发电机功率及某些节点电压，求整个系统的电压和功率分布。•潮流计算的用途检查系统各元件是否过负荷各节点电压是否满足要求、计算功率损耗功率的分布和分配是否合理•潮流计算的重要性-PS最基本的计算现有系统的运行和扩建新系统的规划设计系统的安全估计、静态和暂态稳定分析2016/1/114022UU12=-=()dUUUIRjX电力线路上电压降落的计算*'2122222222=-=()==SdUUURjXUPRQXPXQRjUUUjU电压降落的横分量电压降落的纵分量已知：末端电压和功率，且末端负荷以滞后功率因数运行1~S12'S22~SZ1U1~YSY/2Y/22~YS2U3.1电力线路和T运行状况计算和分析1221214121ZYZUUYZYZYII涉及复数运算，不利于手算第二章'1S2016/1/115电力线路上电压降落的计算12122122()()+()UUUjUUUUUUUarctgUU电压近似计算时，可忽略电压降横分量221222=+PRQXUUUUU注意：（1）上述计算是在线路末端负荷为滞后功率因数运行的假设下导得的，如负荷以超前功率因数运行，则无功功率应变号，即222222=PRQXPXQRdUjUU（2）上述公式应用场合：①标幺制、有名制②三相电路（线电压、三相功率）单相电路（相电压、单相功率）2016/1/116电力线路上电压降落的计算已知：首端电压和功率，计算末端电压和功率'111'111''211'2'221''1=()()+()PRQXUUPXQRUUUUUjUUUUUUUarctgUU对比结果：''||||UUUUdU相等，相等1~S12'S22~SZ1U1~YSY/2Y/22~YS2U'1S2016/1/117电力线路上功率损耗的计算~~~~~1221~222222222222222212222~2222222212222()2()()2=[()+()+()]22yzySSSSSBSjUPQPQRjXUUBjUPQPQBBSRjXjUjUUU　　　　　　　　说明：（1）并联支路中消耗的是容性无功，起抵消串联支路所消耗的感性无功的作用，至于整个线路是消耗无功功率还是发出无功功率，决定于二者的差；（2）线路轻载时，线路对地电纳发出的感性无功功率可能大于电抗消耗的感性无功功率，从而导致线路末端输出的无功功率Q2线路始端输入的无功功率Q1。1~S122~SZ1U1~YSY/2Y/22~YS2U'2S***22222221()(GjB)U222yYYSUUUU''22222()zSSIZZU2016/1/118电压质量指标电压降落：指线路始末两端电压的相量差。为相量。电压损耗：指线路始末两端电压的数值差。为数值，以百分值表示：12%100%NUUU电压损耗电压偏移：线路始端或末端电压与线路额定电压的数值差12%100%;%100%NNNNUUUUUU始端电压偏移末端电压偏移电压调整：指线路末端空载与负载时电压的数值差。20220%100%UUU电压调整输电效率：指线路末端输出有功功率与线路始端输入有功功率的比值。21%100%PP输电效率线路Q1Q2?电力线路运行状况的分析2016/1/119(1)空载：22UBXU22UBRU22212yQBU2212yIBU222PRQXUU222PXQRUU220;0;PQ1UUUd2yI2UU2ySjXR2Y2U2Y22jQP11jQP2~SZS1~S1ySI1U2yI21211%=1001002NUUbxlU电压损耗结论：（1）末端电压可能高于始端，即产生末端电压超出（1.1~1.15）UN现象；（2）电缆空载过电压现象较架空线路更为突出（电抗小，电纳大的多）；（3）电压损耗与线路长度的平方呈正比。约掉横分量δU电力线路运行状况的分析2016/1/1110(2)负载为无功功率：末端有功为P2=0、无功变动时结论：（1）始端电压相量沿由线路电阻与电抗的比值确定的直线来移动。（2）纯感性无功时，始端电压总高于末端，但相位滞后，即功角δ0，反之亦然。2I2UQQUU1U2ySjXR2Y2U2Y22jQP11jQP2~SZS1~S1ySI1U2yI222PRQXUU222PXQRUU2222QXQRUUUURUtgXU假设条件：始末端电纳功率已并入负荷无功功率或可以略去感性负荷容性负荷2016/1/1111结论：（1）始端电压相量沿由线路电阻与电抗的比值确定的直线来移动；（2）纯有功时，始端电压总高于并超前于末端。2I2UPPUU(3)负载为有功功率：末端无功为Q2=0、有功变动时电力线路运行状况的分析222PRQXUU222PXQRUU2222PRPXUUUURUtgXU假设条件：始末端电纳功率已并入负荷无功功率或可以略去2ySjXR2Y2U2Y22jQP11jQP2~SZS1~S1ySI1U2yI1U2016/1/1112结论：电压降落为纯有功电压降落和纯无功电压降落的相量和。2USSPPQQ2I1U22(4)负载：末端视在功率变动、而功率因数不变时电力线路运行状况的分析220P0Q222QtgP为定值222PRQXUU222PXQRUU2222PRQXUUU2222PXQRUUUdU假设条件：始末端电纳功率已并入负荷无功功率或可以略去2016/1/1113P2Q2P2Q2P2max负荷有功为定值、无功变化时，始端电压的运动轨迹。负荷无功为定值、有功变化时，始端电压的运动轨迹。负荷功率因数为定值、视在功率变化时，始端电压的运动轨迹。负荷视在功率为定值、功率因数变化时，始端电压的运动轨迹。始端、末端电压都为定值时，末端负荷的功率圆图。USS222U2I电力线路运行状况的分析(5)电力线路的功率圆图条件：使逆时针旋转，使PP、QQ分别与纵、横轴重合2UQ21U2线路功率极限dU滞后功率因数超前功率因数-Q2P2-P2纵坐标代表：负荷无功为零、有功变化时，始端电压的运动轨迹。负荷有功为零、无功变化时，始端电压的运动轨迹。'O1S~1S~22S~S~TZTY1U2UyTS~变压器阻抗中电压降落的计算-T运行状况计算和分析2016/1/111422222212122122=()()+()TTTTTTTTTTTTPRQXUUPXQRUUUUUjUUUUUUUarctgUU变电所变压器的电压降落（已知负荷侧功率和电压）发电厂变压器的电压降落（已知电源侧功率和电压）'111'111''212'2'221''1=()()+()TTTTTTTTTTTTTTPRQXUUPXQRUUUUUjUUUUUUUarctgUU~~z2222222222112222~~12~2+=+)()++(TTTTTTSSPQPQRGUjBUXUUSSSy　　1S~1S~22S~S~TZTY1U2UyTS~22222~22222z222222=TTTTSPQPQSZRjXUUU~21()TTTSGjBUy注意：变压器串联支路消耗感性无功，并联支路对应于激磁无功功率，也要消耗感性无功功率。整个T，不论轻载或重载，都是PS的无功负荷。方法一：方法同线路功率分布计算变压器支路功率分布计算2016/1/1115变压器励磁支路的无功功率与线路导纳支路的无功功率符号相反，为什么？2016/1/111622222222112200%,1001000%,1001000%,1000100KNKZTZTNNKNKZTZTNNNYTYTUSPSSPQSSUSPSSPQSSPISPQ方法二：根据制造厂提供的试验数据计算其功率损耗（若不必求变压器的电压降落）22222222222%,1001000KNKNZTZTNNPUUUSSPQSSUU00,%PI,%kkPU短路试验数据空载试验数据22010122%,1000100NYTYTNNPUISUPQUU进一步简化'11SS12NUUU简化条件变压器支路功率分布计算1S~1S~22S~S~TZTY1U'2UyTS~22'2'21122211%,1001000KNKNZTZTNNPUUUSSPQSSUU变电所T：发电厂T：分析额定运行条件下的结果2016/1/111722222222112200%,1001000%,1001000%,1000100KNKZTZTNNKNKZTZTNNNYTYTUSPSSPQSSUSPSSPQSSPISPQ方法二：根据制造厂提供的试验数据计算其功率损耗（若不必求变压器的电压降落）变压器支路功率分布计算额定运行条件下功率损耗的特点：（1）电阻损耗（铜耗）=短路损耗（2）电导损耗（铁耗）=开路损耗（3）电抗损耗的无功功率=短路电压（标幺值）*额定功率（4）电纳损耗的无功功率=空载电流（标幺值）*额定功率（5）有功损耗计算要注意制造厂提供的单位（kW）与电力系统计算中常取的单位（MW）之间的换算？ANI额定电压P88例3-3有应用2016/1/1118①有功损耗伴随着电能损耗，从而使电力系统一次能源消耗量增加。②对于无功损耗它并不直接引起电能损耗，但无功损耗需要由发电机和无功补偿设备供给,从而也增大了它们的容量和所需要的费用。③当无功功率流过线路和变压器时，使总电流增大，因而增大了电阻中的有功功率损耗。④显然系统中不希望无功功率远距离输送，希望用户提高功率因数，无功功率分层控制，就地平衡。功率损耗分析2222~~22222212212222=[()+()+()]22PQPQBBSSRjXjUjUUU2016/1/1119⑤线路等值电抗消耗的无功：与负荷平方成正比。⑥对地等值电纳发出的无功：即充电功率，与所加电压平方成正比，与通过负荷无直接关系。⑦轻载时，线路消耗很少的无功，甚至发出无功。对于超高压线路，可能引起线路末端电压升高，导致设备绝缘损坏，故线路末端常设并联电抗器，在线路工作或轻载时抵消充电功率，避免线路上出现过电压。功率损耗分析2222~~22222212212222=[()+()+()]22PQPQBBSSRjXjUjUUU2016/1/1120最大负荷利用小时数Tmax：一年中负荷消耗的电能/一年中的最大负荷年负荷损耗率：年负荷率：876087608760/maxmaxmaxmaxmaxTPTPPW年负荷率maxmax/PWT电力线路上的电能损耗查各行业手册获得工程实践中，往往根据统计资料制定的经验公式或曲