电力系统分析基础(第三章)

NorthChinaElectricPowerUniversity电力工程系DepartmentofElectricalEngineering电力系统分析基础PowerSystemAnalysisBasis（三）任建文第三章简单电力网的计算与分析本章主要内容：1.潮流计算的目的及内容2.电压降落（损耗、偏移）、功率损耗的计算3.手算潮流的原理和方法1)辐射型：2)两端型：3)环网型：同一电压等级：已知末端电压或首末端电压不同电压等级：归算电压或折算参数计算自然功率（力矩原理）、强迫功率找功率分点、打开、按辐射型计算单级：从电源点打开——无强迫功率多级：电磁环网——归算法、等值法4.潮流调整：自然分布、串联电容、串联电抗、附加串联加压器第三章简单电力网的计算与分析潮流计算的目的及内容稳态计算——不考虑发电机的参数—电力网计算（潮流计算）负荷（P，Q）潮流计算给定发电机（P，V）求解各母线电压各条线路中的功率及损耗计算目的用于电网规划—选接线方式、电气设备、导线截面用于运行指导—确定运行方式、供电方案、调压措施用于继电保护—整定、设计第一节基本概念一、负荷的表示eIIeUUIUSjj*QPIUIUeIUeIUSjsinjcosj)(jQPIUIUSSjsin3jcos33负荷一般以功率表示：单位P（kw）、Q（kvar）、S（kva）QP22S第一节基本概念二、电压降落、电压损耗、电压偏移目的：对于一条线路（变压器）有负荷流过时，首末端电压不等，造成电压损耗，可以推导已知端的S和U时求另一端的S和Uu1u2IjXRQPS222j1、已知U2及S2求U1UQPZUIZUUUUQPUSI2222221222*jUj22**UUe30j3边同乘两UQPZUUe3QPZUUQPeZUUUU2222222222230j221j)j(3)j(330j电压降落UQPZUUU22221jUUUQXPUXQRPUQPXRU''222222222jRjj)j(以U2为参考电压纵分量横分量U2U1I2U'U'U*****UQPZUUUU111112jUQPZUUU11121UUUQXPUXQRP''''211111jRj纵分量横分量2、已知U1及S1求U2UUUgUUUU''1''1'222t''''13、实际计算时的简化（按二次项式展开取前两项）UUUUUUUUUUUUUUUU''1''12''12'2'22'2122'''相量差UUU211)电压降落2)电压损耗标量差)(UUUUU'''21%100%UUUUN21电压损耗百分比：不超过10%当Q为负值即容性负载时，ΔU可能为负值，末端电压高于首端电压3)电压偏移电压偏移%%100UUUNN反映供电电压质量4)电压调整电压调整%2022100%UUUU20为线路末端空载电压三、功率损耗线路、变压器存在阻抗和导纳，消耗P和Q消耗能量，产生热量，老化设备1、线路中功率损耗的计算R+jXU1U2SLS2S1B21B211)末端导纳中的损耗UQ222B2B2)阻抗中的损耗XXXX3QRRRR3PUQPUQP)US(IUQPUQP)US(I212121222222222121212222222222223)首端导纳中的损耗UQ211B2B三、功率损耗2、线路上的电能损耗1)输电效率％2)有关负荷的系数21100%PP222211nnkkkzkkkkkQPWttIRRU最大负荷利用小时数maxmaxWTP年负荷率max8760max8760WTP年负荷损耗率＝K×(年负荷率)+(1-K)×(年负荷率)2maxmaxmax()8760ZWPP年负荷损耗率3)线损率%12100100ZZZ最大负荷损耗时间：τmax与Tmax及功率因数有关3、变压器中功率损耗的计算RTjXT-jBTGTQP22jU2U1UBQUGPUQPUSQUQPUSP21TTB21TTG2222222222TX2222222222TRXXRRSIS)UU(IUUSIUBQP)UU(PUUPUGPSSUSSUUUSUUUSUSQ)SS(P)SSUU(PSUPUSUSPN0N20212NN021TTB020212N021TTGN22kN22222NkN2Nk22222222TX2k2k2N2Nk22222222TR100%100%100%100%100%100%XRN1N1N2N22N第二节辐射型网络的潮流计算一、同一电压等级开式网计算计算时，开式网负荷一般以集中负荷表示，并且在计算中总是作为已知量SLaSLbSLcacbdGⅡⅠⅢ已知：末端电压Ua时，求Ud及Sd，或已知首末端电压Ud时，求Ua及SdSLaRⅢ+jXⅢⅢB21ⅢB21RⅡ+jXⅡⅡB21ⅡB21RⅠ+jXⅠⅠB21ⅠB21abcdSLbSLcSLaRⅢ+jXⅢⅢB21RⅡ+jXⅡRⅠ+jXⅠⅠB21acdSLbSLcB21B21bcb合并简化1、已知Ua时（精确计算）末端导纳消耗功率：UBUBˆZˆUIˆU2a2aac2aacaB2jQ注入a点的功率：UBSQSS2aILaBILaa2jⅠ段线路中功率损耗：Ⅰ段线路中电压降落：UUXRUSUIIII*IjjaaXUQPRUQPXRUSSI2a2a2aI2a2a2aII2Ijjaa第一步确定B点电压：第二步：同第一步方法相同，求第II、III段中的压降及功率损耗UUUIabB点的等值负荷：XUQPRUQPUBSSSSSSI2a2a2aI2a2a2a2aILaLbaILb'Lbj2j最终：UBSSS2dIIIIIIcd2jUaUbUcUdU'IU'IIIIIII说明：各线路电压降纵分量相位不同，不能做代数相加IIIIiidad：UU的相位差为与2、已知Ud时（简化计算）1)取各点电压为UN，计算各点对地电纳中的功率ΔQi，然后与负荷合并UBSS2NILa'a2jRⅢ+jXⅢRⅡ+jXⅡRⅠ+jXⅠacdS'CjQIIIbS'bS'aUBSS2NbLb'b2jUBSS2NCLC'C2j2)再计算各点功率，仍从第I段起算功耗及各点注入功率SSSSXRUSSI'b'abII2IjN'aI段SSSSXRUSSII'CbCIIII2IIjNbII段3)最后计算各点电压，以Ud为参考，由III段回算UBSSSXRUSS2dIIIIICdIIIIII2III2jjNCIII段UUURQXPUXQRPXRUSUIIIIIIdIIIdddIIIdIIIdIIIIII*IIIjjjIIIddUUUUUUUUd2IIIdCIIIdC2：CIII点电压其余以此类推3、35KV及以下线路的简化处理1)忽略线路电纳2)计算电压时不考虑线路中的损耗SSSSSSSSSLCLbLaIIILbLaIILaI3)各段中损耗XRUSSii2ijNi4)各段电压降落纵分量UXQRPUNiiiii5)电压损耗UXQRPUUUUNIIIIiiiiiIIIIIIda作业：电网如图所示，线路额定电压110KV，首端电压为118KV，求运行中各点电压及各断线路中功率损耗R1=6.8ΩX1=16.36ΩB1=1.1310-4SR2=6.3ΩX2=12.48ΩB3=0.8210-4SR3=13.8ΩX3=13.2ΩB3=0.7710-4SSc=20.3+j15.8MVASb=8.6+j7.5MVASa=12.2+j8.8MVAabcd二、不同电压等级开式网计算电网中有变压器时需归算：降压一次侧，升压二次侧TkL1L2abcdSLSLRⅠ+jXⅠⅠB21RT+jXTRⅡ+jXⅡB21acdQPS000TjB21bIIB21ⅠIIkSLRⅠ+jXⅠⅠB21RT+jXTR’Ⅱ+jX’Ⅱ'B21acdQPS000Tj'B21bIIB21ⅠII折算后的阻抗与具有变比为K的理想变压器串联只用折算后的参数这种方法在两侧电压经变压器时要归算开始时按一次侧（或二次侧）额定电压计算，计算结果反归算第三节两端供电网计算概念：两个电源同时从两侧向网内供电—两端供电网模型：L1L3abca’SL1L2SL2等值图：略去导纳支路ZIabI1ZIIcI2ZIIIa’I3UaU'aS1LS2L推导过程：)()(IIIZIIZIZUU2L1L131L1211'aaZUUZZIZIZZZUUZZZZIZZII'aa22L11LIIIIII'aaIIIIIIIII2LIIIII1L1两边取共扼乘3UNΦZˆUˆUˆUZˆZˆIˆUZˆIˆUIˆU'aaN22LN11LN1N3333不考虑网络中功率损耗时SIˆUSIˆUSIˆU2L2LN1L1LN11N333ZˆUˆUˆUZˆZˆSZˆUˆUˆUZˆZˆSZˆSZˆUˆUˆeUeZˆZˆSZˆSS'aaN21iiLi'aaN21L11L'aa30jN30j21L11L133同理从a’端推导：对于有n+1段，n个负荷的情况：ZˆUˆUˆUZˆ'ZˆSSa'aN21iiLi31n1ii'aaNn1iiLi1ZˆZˆZˆUˆUˆUZˆZˆSS物理解释：第一部分：ZˆZˆSSn1iiLiLD力矩原理，自然分布第二部分：ZˆUˆUˆUS'aaNCU强迫循环功率上述推导—初步功率分布（不计线路功率损耗）S1LS2LSLDZZ1Z2几点说明：XXSRRSXRXRSSn1iiLin1iiLin1iiiLiLDjj3)两端网络从功率点分开，按开式网计算功率损耗及电压降5)计算循环功率时，两端电压及额定电压已有效值带入计算（各点电压的相位差角不大）1)均一电力网络：常数rxii2)功率分点—某一节点功率，有两侧电源供给，标记有功与无功功率分点可能不在同一点上4)求功耗时，功率分点电压未知，近似以UN代如单位长度电阻相同：n1iiLiLDSS第四节环形网络中的潮流计算一、单电压等级环形网的潮流计算概念：单电压级环形网络—环路中无变压器接入模型：等值图：从母线1上将环网分开，把变压器损耗记入负载Z3113SaZ232Z121’U1U'1S'3L1123S3S2L2L3S'2