电力系统稳态分析_第三简单潮流

1第三章简单电力网络的计算和分析第一节电力线路和变压器的运行状况的计算和分析第二节辐射形和环形网络中的潮流分布第三节配电网潮流计算的特点第四节电力网络潮流的调整控制2电力系统稳态：指系统正常的、相对静止的运行状态。潮流计算是根据给定的网络结构和运行条件，通过电压、功率平衡方程，求出整个网络的运行状态，包括各母线的电压、网络中的功率分布以及功率损耗等等。一、电力系统稳态分析的目的概述潮流计算31.确定电力系统的运行方式；2.检查系统中的各元件是否过压或过载；3.为电力系统继电保护的整定提供依据；4.为电力系统的稳定计算提供初值；5.为电力系统规划和经济运行提供分析的基础。因此，电力系统的潮流计算是电力系统中一项最基本的计算，其既有一定的独立的实际意义，又是研究其它问题的基础。二、电力系统潮流计算的目的概述4电力系统稳态中的运行变量与时间无关，描述其特性的是代数方程。概述USIUY潮流计算的数学模型：三、潮流计算5电力网络特性计算所需的原始数据：用户变电所的负荷功率及其容量电源的供电电压和枢纽变电所的母线电压绘制等值电路所需的各元件参数和相互之间的关联、关系等等。概述6第一节简单电力线路和变压器的分析和计算一、电力线路运行状况的计算已知条件为：末端电压U2，末端功率以及线路参数。求解线路中的功率损耗和始端电压和功率。1.电压降落电压降落是指线路始端与末端电压的相量差。~222SPjQdU71）电压降落12dLUUUIZ//222dLLLPjQUIZRjXU222///22PjQSIUU2222/22YSUISSS8始端电压：2222////12222dLLLLPRQXPXQRUUUUjUU22//2LLPRQXUU2//22LLPXQRUU-----电压降落的纵分量-----电压降落的横分量222////222dLLLLPRQXPXQRUjUjUUU9以为参考向量，已知、：2U2P2Q10电压降落的计算始端电压幅值：始末端电压相位差：2221)(UUUUUUU2arctan11以为参考向量，已知、：1U1P1Q若已知条件改为：始端电压U1，始端功率S1=P1+jQ1，以及线路参数。求解线路中的功率损耗和末端电压和功率。12电压降落的计算112111d()LLPjQUUUURjXU111111dLLLLPRQXPXQRUjUU131)电压降落：指线路始末两端电压的相量差。相量100%100%21NNNNUUUUUU末端电压偏移始端电压偏移100%20220UUU电压调整0021100NUUU12dUUU2)电压损耗：指线路始末两端电压的数值差。以百分值表示：标量3)电压偏移：指线路始端或末端电压与线路额定电压的数值差。以百分值表示：标量4)电压调整：指线路末端空载与负载时电压的数值差。以百分值表示：标量2.电压质量指标143.线路中的功率损耗计算151）线路末端导纳支路上的吸收的功率2222LYGPU2222LYBQU2~22222222222222YLLLLYYGBYSUIUUUUjU22~22YLUSjB若忽略电导则162）线路串联阻抗支路末端上的功率2~~~''/22222222jQj()2YBSPSSPQU173）线路串联阻抗支路中的功率损耗2'222222222ZLLSPQPRRUU2'222222222ZLLSPQQXXUU~//222222()()(j)ZZZLLLSPjQSSZRXUU184)线路串联阻抗支路始端的功率2~'/'111~~~2'2j()jYZZSPQSSSPP/2Z（Q+Q）195）线路始端导纳支路上的损耗~111112LYYYSUIUULLLBUjGUYU222212121206）线路始端的功率~~~~~2211=+YZYSSSSS217）线路总功率损耗2~~~~~2112121=+()j()YZYYZYYZYSSSSSPPPQQQ222'2222222220ZLLSPQQXXUU2222110022LLYYBBQUQU或由以上计算中可知说明串联阻抗支路中总是消耗感性无功功率由于B0,说明并联支路中消耗的是容性无功功率，或者说它们发出感性的无功功率，起抵消说消耗的感性无功功率△QZ的作用。至于整个线路是消耗还是发出无功功率决定于△QY2+△QY1与△QZ之间的差。23maxmax/PWT876087608760/maxmaxmaxmaxmaxTPTPPW年负荷率）（年负荷损耗率max8760/PWz4.电力线路上的电能损耗1）最大负荷利用小时数Tmax：指一年中负荷消费的电能W除以一年中的最大负荷Pmax，即：2）年负荷率：一年中负荷消费的电能W除以一年中的最大负荷Pmax与8760h的乘积，即：3）年负荷损耗率：全年电能损耗除以最大负荷时的功率损耗与8760h的乘积，即：244)最大负荷损耗时间：全年电能损耗除以功率损耗，即：maxmax/PWz8760max（年负荷损耗率）PWzmaxmaxPWz求取线路全年电能损耗的方法就有以下两个：根据最大负荷损耗率计算：根据最大负荷损耗时间计算：255.电能经济指标%100%12PP输电效率%100%100%11zzzWWWWW线损率1)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，以百分数表示：2)线损率或网损率：线路上损耗的电能与线路始端输入的电能的比值。262212YLIIBU221122LLLLdUUjUBXUjBRU2~~/2222jj2YYLUSSQB二、电力线路运行状况的分析1.空载272UUU1U2YI1U21211%100%100%100%22NUUbxBXlU电压损耗＝假设忽略电阻RL,则有12212LLUUBXU＝电压损耗与线长度平方成正比。122211j22LLLLUUBUXBUR末端电压可能高于始端，即产生电压过高现象。28二、电力线路运行状况的分析2.有载：与发电机极限图相类似。见p792UUU1U2IQ1UQ22LQXUU22LQRUULLRUtgUX末端仅有无功负荷时：2Q容性感性Q2变，而不变，因此沿直线QQ移动。1UA2922LPRUU22LPXUULLRUtgUX末端仅有有功负荷时：2PP2变，而不变，因此沿直线PP移动。1U2UUU1U2IP1UP30末端同时含有有功负荷和无功负荷时：2UQUQU1U2IPPQQSSPUPU2312UQUQU1U2P2P-Q2Q2PUPU2S2S22P2PQ2Q222/2P0电力线路的末端功率圆图：虚线P2P2：虚线Q2Q2：虚线:虚线S2S2:22323.输电线路的传输功率极限221222LLQXPXUUjUU一个很自然的问题是，一条输电线路能够传输的有功功率到底有没有限制，传输功率极限是多少。假定线路等值电路中的电阻为零，并且不计及两端的并联导纳，在此情况下，有令线路始端电压为111(cossin)UUUj212sinLPXUU比较上述两式的虚部，可得出3312sinLUUPX当两端电压一定时，P与成正弦函数关系，最大传输功率在时出现。有功功率一般是由电压相位相对超前的一端向电压相位相对滞后的一端传递（相当于相位差大于零）。090在忽略电阻的情况下，线路始末端的有功功率相等，于是得到线路的传输功率与两端电压的大小及其相位差之间的关系为34由以上分析可知输电线路的最大传输功率与两端电压乘积成正比，而与线路的电抗成反比。增加始末端电压可以提高线路的传输功率极限，但是由于受到设备绝缘等因素的限制，其最高电压通常不允许超过一定的允许值，除非提高线路的电压等级，采用更高一级的额定电压。减少线路的电抗比提高电压等级容易和经济得多。其中，线路采用分裂导线便是减少的措施之一，另一个措施是在线路上串联电容器，用电容器的容抗来补偿线路的一部分感抗。35对于线路传输的无功功率，忽略电压降的横分量，并忽略线路的电阻时有4.输电线路功率与电压之间的定性关系2212211222()LLPRQXUUUUUUUUQX可见，线路传输的无功功率与线路两端电压差即电压损耗成正比。而且无功功率一般由电压高的一端向电压低的一端流动。如果要增加线路始端送到末端的无功功率，需要设法提高始端电压或降低末端电压。那么增加线路流过的无功势必造成两端电压损耗增大。36在输电系统，特别是超高压输电系统中，由于线路和变压器的电阻远小于电抗，其结果使得有功功率与两端电压相位差之间，无功功率与电压损耗之间呈比较紧密的关系，而有功功率与电压损耗之间、无功功率与电压相位差之间的关系较弱。重要结论：PQ解耦特性和潮流流向37在高压输电网中：线路（变压器）两端电压幅值差△U，主要是由输送Q产生（或△U是传输Q的条件），Q从U高的节点流向U低的节点，V-Q强解耦，V-P弱解耦。线路（变压器）两端电压相位差，主要是由输送P产生（或是传送P的条件），P从超前节点流向滞后节点，－P强耦合，－Q弱耦合。重要结论：PQ解耦特性和潮流流向38三、变压器运行状况的计算1.电压降落：公式类似于电力线路的。392.串联阻抗上的功率损耗：TTXUQPjRUQP222222222222ZTZTPjQ222~222222ZTTTTSPQSZRjXUU403.变压器串联阻抗支路始端的功率~'/'111~~22j()jZTZTSPQSSPP2ZT（Q+Q）第一节简单电力线路和变压器的分析和计算414.导纳上的功率损耗:~*2*111212211()()YTTTTTTYTYTSUUYUYUGjBGUjBUPjQ注意：变压器励磁支路与线路导纳支路的无功功率的符号相反。第一节简单电力线路和变压器的分析和计算425.变压器始端的功率~~~~21=ZTYTSSSS第一节简单电力线路和变压器的分析和计算43如不必求取变压器内部的电压降落，可不制定变压器的等值电路而直接由制造厂提供的实验数据计算其功率损耗。（给定末端的电压和功率）2222k2k22222222010122%1000100%1000100NNZTZTNNNYTYTNNPUSuUSPQSUSUPUISUPQUU22k2k2200%1000100%1000100ZTZTNNNYTYTPSuSPQSSPISPQ取近似U1=U2=UN（还可对应下标为1）（还可对应下标为1）44第一节简单电力线路和变压器的分析和计算三、变压器运行状况的计算4.节点注入功率、运算负荷、运算功率节点注入功率:将发电厂负荷侧母线和变电站电源侧母线看作是节点时，等值电源功率和等值负荷功率成之为节点注入功率。与之对应的电流为注入电流。两者以流入网络为正。45第一节简单电力线路和变压器的分析和计算三、变压器运行状况的计算4.节点注入功率、运算负荷、运算功率G12/2SSS电源功率等值电源功率运算功率/222yj(+)SPQQ111jSPQ222jSPQyy-jSQ----发电厂负荷侧母线变压器的导纳支路通常放在发电厂的低压侧。46第一节简单电力线路和变压器的分析和计算三、变压器运行状况的计算4.节点注入功率、