电力系统分析--第三章-潮流计算概要.ppt

1、电力网是由输电线路和变压器组成的电气网络，也有支路(输配电线路)和节点(母线)。其间流动的功率叫潮流。,潮流和电压计算是电力网络稳态分析的主要内容，其目的是评估对电力用户电力供应的质量并为电网运行的经济性评估提供数据基础。,第三章 简单电力网络潮流分析与计算,本章内容,3.1 电力线路和变压器的功率损耗和电压降落,3.2 开式网络的潮流分布,3.3 环形网络的潮流分布,3.1.1 电力线路的功率损耗和电压降落,3.1 电力线路和变压器的功率损耗和电压降落,1 电力线路的功率损耗,1)电力线路阻抗支路中的功率损耗,设线路阻抗支路末端功率为 ， 末端电压为 ，则电力线路阻抗中的功率损耗为,(变动损

2、耗),3.1 电力线路和变压器的功率损耗和电压降落,2) 电力线路导纳支路中的功率损耗,(固定损耗),一般电力线路的电导G=0，则末端导纳支路中的功率损耗为,而首端导纳支路中的功率损耗为,3） 电力线路的功率平衡计算,3.1 电力线路和变压器的功率损耗和电压降落,线路首端功率,阻抗支路首端功率,末端负荷功率,(1)末端导纳支路功率损耗,(2)阻抗支路末端功率,设已知线路末端运行电压和负荷功率，求线路首端功率。,(3)阻抗支路的功率损耗,(4)阻抗支路首端功率,(5)首端导纳支路的功率损耗,(6)线路首端功率,3.1 电力线路和变压器的功率损耗和电压降落,3.1 电力线路和变压器的功率损耗和电压

3、降落,2 电力线路的电压降落,电压降落:电力网任意两点电压的相量差，即,电压是电能质量的指标之一。电力网络运行中必须把某些母线电压保持在一定范围内以满足电力用户的用电需要。,其中： 电压降落的纵分量,设已知阻抗支路末端电流或三相功率，当负荷为感性时，,因此,电压降落的横分量,则,3.1 电力线路和变压器的功率损耗和电压降落,说明：上述公式是按感性负荷下推出的，若为容性负荷，公式不变，无功功率Q前面的符号应改变。,设U2初相为零,3.1 电力线路和变压器的功率损耗和电压降落,线路首端电压有效值为：,首端电压的相位为：,图中，设阻抗中流过的电流为 ，作出相量图。,相位角或称功率角,（3-8）,由于

4、一般情况下，,相似于这种推导，还可以获得从首端电压 和功率 ，求末端电压的计算公式：,将 按二项式定理展开并取前两项得：,3.1 电力线路和变压器的功率损耗和电压降落,其它电压质量的指标,（3-15）,线路额定 电压,3.1 电力线路和变压器的功率损耗和电压降落,1) 电压损耗:,线路首末端电压的代数差，即,电压损耗常以百分数表示，即,2) 电压偏移:,电力网中任一点实际电压与网络额定电压的数值差,首端电压偏移,末端电压偏移,3）电压调整：,线路末端 空载电压,（3-18）,3.1 电力线路和变压器的功率损耗和电压降落,线路末端空载与负载时电压的数值差。,其百分数为,3.1.2 变压器的功率损

5、耗和电压降落,阻抗支路中的功率损耗（变动损耗）,励磁支路功率损耗与网络电压有关（一般偏离UN不大），此部分损耗视为固定损耗,3.1 电力线路和变压器的功率损耗和电压降落,变压器的功率损耗和电压降落的计算与电力线路的不同之处在于：,变压器以 形等值电路表示，电力线路以 形等值电路表 示；,变压器的导纳支路为电感性，电力线路的导纳支路为电容性。,1. 电力线路上的电能损耗,介绍两种方法，用于近似地计算电力线路在一年内的电能损耗。,3.1.3 电力网络的电能损耗,3.1 电力线路和变压器的功率损耗和电压降落,输电线路和变压器的电能损耗分为变动损耗和固定损耗，讨论变动的电能损耗的计算方法。,（1）最大

6、负荷损耗时间法,假定线路向一个集中负荷供电,则时间T内,KW.h,3.1 电力线路和变压器的功率损耗和电压降落,S由负荷曲线决定。为简化计算，工程计算中常采用最大负荷损耗时间法来计算。,最大负荷损耗时间：如果线路中输送的功率一直保持为最大负荷功率Smax，在(h)内的能量损耗恰好等于线路全年实际的电能损耗，则称为最大负荷损耗时间。其定义为,通常可根据用户负荷的最大负荷小时数 和 负荷的功率因数 从手册中查得,式中，WZ电力线路全年电能损耗； Pmax电力线路在1年中最大负荷时的功率损耗。,线路上有几个集中负荷时,线路总的电能损耗为各段线路电能损耗之和,为各段的最大负荷功率；,为各段的最大负荷损

7、耗时间,3.1 电力线路和变压器的功率损耗和电压降落,为求各段的，需先求出各段线路的cos和Tmax,3.1 电力线路和变压器的功率损耗和电压降落,设已知各点负荷的最大负荷利用小时数Tmax.a、 Tmax.b、 Tmax.c,最大负荷利用小时数Tmax与最大负荷损耗时间的关系,用最大负荷损耗时间法计算电能损耗，由于值的确定是近似的，一般用于电网的规划设计阶段，对于已经运行的电网的电能损耗计算，常采用等值功率法。本书不作介绍。,【例3.1】,有一电力网负荷曲线如图，已知UN=10kV，R=12，平均功率因数0.9，试用最大负荷损耗时间法求一年内的电能损耗。,解：,查表得=3100h/年,3.1

8、 电力线路和变压器的功率损耗和电压降落,(2)用年负荷损耗率求线路全年的电能损耗,从手册中查最大负荷利用小时数 ，并求年负荷率,由经验公式计算年负荷损耗率,年负荷损耗率定义为,计算步骤：,由上式求电力线路全年电能损耗为,K为经验系数，一般取0.1-0.4，年负荷率低时取较小值，反之取较大值,变压器运行小时数等于一年8760h减去因检修而退出运行的小时数。则变压器中1年内的电能损耗为,2. 变压器中的电能损耗,铁损部分(电导损耗)：变压器空载损耗P0与变压器运行小时数的乘积(按全年投入的实际小时数计算),铜损部分(电阻损耗)：与输电线路变动损耗的计算相同,3.1 电力线路和变压器的功率损耗和电压

9、降落,【例3.2】,如图，变电所低压母线上的最大负荷40MW， ， Tmax=4500h。试求线路及变压器中全年的电能损耗。线路和变压器参数如下：,线路(每回)：,变压器(每台)：,解：,1）按最大负荷损耗时间法求变压器全年电能损耗,已知,查表,【例3.2】,2）输电线路电能损耗,线路阻抗末端最大负荷,最大负荷时变压器绕组中的功率损耗,【例3.2】,变压器铁心中的功率损耗,线路末端充电功率,等值电路中用于计算线路损失的功率,输电线路全年电能损耗,查表,【例3.2】,3）输电系统全年电能损耗,3. 电力网的网损率,供电量：指在给定的时间（日、月、季、年）内，电力系 统中所有发电厂的总发电量与厂用

10、电量之差W1。,电力网的网损电量：在所有送电、变电和配电环节中所损耗的电量Wc。,电力网的网损率：在同一时间内，电力网的网损电量占供电量的百分值W（%），其表达式为,（3-26）,电力网的网损率是国家下达给电力系统的一项重要经济指 标，也是衡量供电企业管理水平的一项主要标志。,3.1 电力线路和变压器的功率损耗和电压降落,实际电力系统中，负荷点往往不直接给出负荷功率，而是降压变电所或固定出力的发电厂。为了简化计算，常常将变电所处理为一个等值负荷，称为变电所的运算负荷。将固定出力的发电厂处理为一等值功率，称为发电厂的运算功率。如图：,3.1.4 运算负荷和运算功率,3.1 电力线路和变压器的功率

11、损耗和电压降落,(1)负荷功率：S4，降压变压器低压侧末端负荷的功率。,(2)等值负荷功率：在变电所高压母线上负荷从网络中吸 取的功率,(3)运算负荷: ，为从电力线路阻抗中流出的功率,1 变电所运算负荷,变电所的运算负荷等于它的低压母线负荷加上变压器的总功率损耗(阻抗、导纳)，再加上高压母线上的负荷和与其高压母线相连的所有线路电容功率的一半。,2 发电厂运算功率,(1)电源功率：发电机母线送至系统的功率,(2)等值电源功率：发电机高压母线向系统送出的功率， 也称节点2向系统里注入的功率，此时定为正值。,（3）运算功率:为流入电力线路阻抗中的功率,发电厂的运算功率等于它发出的总功率减去厂用电及

12、地方负荷，再减去升压变压器中的总功率损耗和与其高压母线相连的所有线路电容功率的一半,例：,简化后的等值电路,变电所运算负荷SB,发电厂运算功率SC,电力系统的接线方式：,3.2 开式网络的潮流分布,1. 计算网络元件参数,做出等值电路,2. 潮流计算,3.2.1 简单开式网络的潮流计算,3.2 开式网络的潮流分布,（1）已知末端电压 和功率 ，求首端的电压和功率。,功率平衡关系：(见前节)。若不要求精确计算，可用额定电压代替,电压平衡关系：,（2）已知首端电压和功率，求末端功率电压。分析方法同上。,（3）已知末端负荷 和首端电压 。,根据给定的 和计算到的 ，从首端向末端进行电压平衡计算至求出

13、末端电压。,3.2 开式网络的潮流分布,根据末端负荷 ，以额定电压代替实际运行电压，由末端向首端进行功率平衡计算直至求出,通过以上步骤完成第一轮的计算。由于第一步计算时以额定电压代替实际电压，结果不够精确。可重复以上的计算。在计算功率损耗时可以利用第一轮第二步得到的末端电压。,3.2 开式网络的潮流分布,电力线路l=100km，UN=110KV，线路末端接变压器：200MVA、110/38.5KV，变压器低压侧负荷15+j11.25(MVA),正常运行时要求末端电压达到36KV。试求首端母线应具有的电压和功率。输电线路采用LGJ120导线，其参数为：,变压器参数折算到110KV侧，为：,【例3

14、.3】已知末端电压及功率，求潮流分布(区域网),解：1）计算网络参数,2）绘制等值电路,变压器阻抗支路功率损耗,阻抗支路电压降落,【例3.3】,变压器导纳支路,输电线路导纳支路,得系统技术经济指标如下：,首端电压偏移,末端电压偏移,输电线路阻抗支路功率,电压损耗,输电效率,【例3.4】已知末端功率及首端电压，求潮流分布,结论(1)110KV线路的电压计算中略去电压降落的横分量，误 差不大（本题0.3%） (2)变压器的无功功率损耗是电网中无功损耗的主要组成。,解：先设全网电压为额定电压110KV 1）由末端,变压器阻抗支路,2）由首端电压及计算到的首端功率向末端计算电压：,变压器低压侧电压为,

15、对地方网,【例3.5】有一额定电压为10kv的地方供电网，线路参数及负荷资料如图所示，首端电压为10.5KV，试进行功率分布计算并求线路电压最低点的电压偏移。,1）忽略等值电路中的导纳支路； 2）忽略阻抗中的功率损耗； 3）忽略电压降落的横分量； 4）用线路额定电压代替各点实际电压计算电压损耗。,解：1）计算功率分布,2）线路各段的电压损耗,所以线路最大电压损耗,最低点电压,电压偏移为,变电所较多的开式网络的潮流计算的步骤和内容如下：,（1）按精确计算方法计算网络元件参数；,（2）用电力线路额定电压求变电所的运算负荷和发电厂 的运算功率；,（3）作出具有运算负荷或运算功率的等值网络；,（4）潮

16、流计算。,3.2.2 变电所较多的开式网络的潮流分布,【例3.6】 书例【3-1】,110kV电力系统如图，求各变电所和发电厂低压母线电压。,返回步骤5,LGJ70线间几何均距4.5m，导线直径11.4mm,SF-15000/110型变压器数据,SF-10000/110型变压器,解：1）变压器、输电线路参数,LGJ70线路,查表,变压器,【例3.6】 书例【3-1】,SN: MVA,T1、升压变和T2的UN分别为,110、121、 110KV,导纳支路的励磁损耗分别为,【例3.6】 书例【3-1】,T1：,T2 Ta：,于是得等值电路,2）变电所运算负荷及发电厂运算功率,【例3.6】 书例【3

17、-1】,T1运算负荷为,T2：,T2运算负荷为,【例3.6】 书例【3-1】,发电厂运算功率,得到简化后的等值电路,3）设全网为额定电压，求功率分布（从后往前）,4）从前向后计算电压降落（已知首端电压和负荷）,A,1,3,5）计算变压器中的电压降落及低压母线电压,返回题图,等值电路,低压母线实际电压为,3.3.1 环形网络（两端电源电压相等供电网络）的功率分布,3.3 简单闭式网的潮流分布,由于在全网使用额定电压且不计功率损耗，有,列电压方程,得到流经Za和Za支路的功率,即：负荷功率由两端电源分担，各电源分担负荷的多少与该电源距离负荷点的电气距离成反比。若网络中含有多个负荷，如图：,3.3.

18、1 环形网络的功率分布,Zi为第i个负荷到电源B的阻抗； 为第i个负荷到电源A的阻抗,电源A供出功率：,电源B供出功率：,应用叠加原理：,3.3.1 环形网络的功率分布,此处SAa用来表示电源A向负荷a(不包括负荷b和c)供出的功率，不表示Aa段线路上的功率分布，该段线路上的功率为SA。,例：P55（图3-9）,与负荷功率有关，称供载功率,式中，li为第i个负荷到电源B的距离；li 为第i个负荷到电源A的距离； lAB电源之间的线路长；Z0为单位长度的阻抗。,3.3.1 环形网络的功率分布,若电力线路为均一网，则上式简化为：,当两端电源电压不相等时，供电网中除了供载功率外，还有由于两个电源电压

19、不相等所产生的循环电流（循环功率）。,1、 时的功率分布；,2、 , 网络各负荷点功率为零时的循环功率。,循环功率可按下式计算：,其基本功率分布看作两个量的叠加：,叠加时要注意供载功率与循环功率的方向。当循环功率方向与供载功率方向一致时，循环功率为正；反之为负。,3.3.2 两端电源电压不相等供电网的功率分布,3.3 环形网络的潮流分布,3.3.2 两端电源电压不相等供电网的功率分布,功率分点：从两个方面获得功率的节点.有功功率分点以“”标注在节点上方；无功功率分点则以“”标注。,确定了功率分点之后，可在功率分点将闭式网拆开为开式网，应用开式网的方法计算其最大电压损耗。,图：UA=UB的两端供

20、电网,3.3 环形网络的潮流分布,1）假设全网电压为额定电压，求出变电所的运算负荷和发电 厂的运算功率，得到简化后的仅含串联阻抗支路的等值电路； 2）设全网电压为额定电压，不考虑元件功率损耗，求电网的基本功率分布(供载功率+循环功率)； 3）在基本功率分布的功率分界点将闭式网分解为两个开式网，按开式网的潮流和电压计算方法从分界点向电源点递推求电压和功率分布。,人工计算条件下常用近似方法：,3.3.3 环形网络的潮流计算,例：某额定电压为10kV的两端供电网如图示，导线间几何均距为Dge=1m，试计算网络的功率分布、最大电压损耗和电压最低点的电压。,解：(1)计算网络的功率分布,1)供载功率的计

21、算,2）循环功率的计算,因此：,3）网络中的实际功率分布,实际功率分布如图所示。可见负荷点b既是有功功率分点又是无功功率分点。,注意：至此求出的功率分布仍然未计元件的功率损耗。由于本题为10kV地方网，可以忽略元件功率损耗，故此时的功率分布可视为实际功率分布。,根据给定的导线型号和几何均距计算线路单位长度的阻抗：,（2）网络最大电压损耗及最低点电压的确定,1)计算各段线路的参数,从b点将闭式网拆开成开式电力网,注意：如果是区域网，则从功率分点将环网拆开为开式电力网，分别从两侧向电源依次计算功率损耗和实际功率分布。以上所求的Sab和SB（红色标注）分别为各线路的末端功率（视为已知末端功率和首端电压的情况）。,1）设全网为额定电压，从末端向首端进行功率计算； 2）从首端电压向末端进行电压计算，求各元件电压损失,2)计算各段线路的电压损耗,3) 网络的最大电压损耗,4)电压最低点的电压：10.5-0.05=10.45kV,对于闭式区域网，需在功率分点将闭式网拆开为开式网，在用开式区域