第三章简单电力系统的潮流分布计算(李庚银新教材).ppt

第三章第三章简单电力系统的简单电力系统的潮流分布计算潮流分布计算潮流计算潮流计算的概念的概念v电压电压（包括幅值和相角）和（包括幅值和相角）和功率功率（包括有功（包括有功功率和无功功率）是表征电力系统稳态运行功率和无功功率）是表征电力系统稳态运行的主要物理量。这就需要采用一定的方法确的主要物理量。这就需要采用一定的方法确定系统中各处的定系统中各处的电压和功率分布电压和功率分布（实为功率（实为功率流，俗称潮流）。流，俗称潮流）。电力系统潮流计算目的电力系统潮流计算目的v（1）为系统规划提供分析基础为系统规划提供分析基础v（2）确定电力系统的运行方式；确定电力系统的运行方式；v（3）检查系统中的各元件是否过压或过载；检查系统中的各元件是否过压或过载；v（4）为继电保护的整定提供依据；为继电保护的整定提供依据；v（5）为稳定计算提供初值；为稳定计算提供初值；v（6）事故预想分析；事故预想分析；v（7）为经济运行提供分析基础；为经济运行提供分析基础；v（8）电力市场下制定交易计划，阻塞管理的依据电力市场下制定交易计划，阻塞管理的依据v潮流计算的目的：分析和评价电网的安全经潮流计算的目的：分析和评价电网的安全经济和质量，服务于规划和运行。济和质量，服务于规划和运行。v如何计算？如何计算？（1）人工：简单系统）人工：简单系统（2）计算机：复杂系统）计算机：复杂系统潮流计算和一般交流电路计算的根本潮流计算和一般交流电路计算的根本差别差别v潮流计算的变量是潮流计算的变量是电压电压和和功率功率v电路计算的变量是电路计算的变量是电压电压和和电流电流v因为对于庞大的交流系统，电流相位的测定因为对于庞大的交流系统，电流相位的测定十分困难，而功率的测量十分方便，可由有十分困难，而功率的测量十分方便，可由有功功率表和无功功率表得到。功功率表和无功功率表得到。无功功率方向的规定无功功率方向的规定v负荷负荷以以滞后滞后功率因数运行所功率因数运行所吸取吸取的无功功率为的无功功率为正正；以以超前超前功率因数运行时所功率因数运行时所吸取吸取的无功功率为的无功功率为负负。v发电机发电机以以滞后滞后功率因数运行所功率因数运行所发出发出的无功功率为的无功功率为正正；以以超前超前功率因数运行所功率因数运行所发出发出的无功功率为的无功功率为负负。什么是无功？什么是无功？v无用的功？无用的功？v学习什么知识时，接触过无功？学习什么知识时，接触过无功？v无功和有功的关系？无功和有功的关系？v无功与电力系统的关系？无功与电力系统的关系？纯电感元件电路纯电感元件电路iuL+-t iOuLpL电感元件在上半个周期将电能变成磁场能储存起来电感元件在上半个周期将电能变成磁场能储存起来,在下半个周期将储存的磁场能释放出来还给电源在下半个周期将储存的磁场能释放出来还给电源.瞬时有功功率的最大值就是无功功率瞬时有功功率的最大值就是无功功率纯电容元件电路纯电容元件电路iuC+-t iCOupC电容元件在上半个周期将电能变成电场能储存起来电容元件在上半个周期将电能变成电场能储存起来,在下半个周期将储存的电场能释放出来还给电源在下半个周期将储存的电场能释放出来还给电源瞬时有功功率的最大值就是无功功率瞬时有功功率的最大值就是无功功率RLC串联电路串联电路LCRuuLuCi+-+-+-tOpLpC电感上和电容上的瞬时有功功率电感上和电容上的瞬时有功功率反向反向；电感上的无功叫做消耗感性无功，或发出容性无功；电感上的无功叫做消耗感性无功，或发出容性无功；电容上的无功叫消耗容性无功，或发出感性无功。电容上的无功叫消耗容性无功，或发出感性无功。v无功功率是电感或电容吞吐有功功率的最大无功功率是电感或电容吞吐有功功率的最大值值,是标量是标量,相当于容器的容量相当于容器的容量;v但是但是,由于电感与电容吞吐有功功率步调相反由于电感与电容吞吐有功功率步调相反,因此将无功功率赋予方向因此将无功功率赋予方向:电容元件吞吐有功功率的过程电容元件吞吐有功功率的过程,称为发出感性无称为发出感性无功功率功功率,是感性无功功率电源是感性无功功率电源;电感元件吞吐有功功率的过程电感元件吞吐有功功率的过程,称为吸收感性无称为吸收感性无功功率功功率,是感性无功功率负荷是感性无功功率负荷.v有发出有发出,有吸收有吸收,构成无功功率平衡构成无功功率平衡.v同步电机发出感性无功同步电机发出感性无功,异步电机吸收感性无异步电机吸收感性无功功.因此电力系统中因此电力系统中,发电机是同步的发电机是同步的,电动机电动机是异步的是异步的.v如果发电机、电动机都做出异步的，或都做如果发电机、电动机都做出异步的，或都做出同步的会怎么样？出同步的会怎么样？辞海辞海对无功功率的解释对无功功率的解释v具有电感和电容的交流电路中，电感的磁场具有电感和电容的交流电路中，电感的磁场或电容的电场在一个周期内的一部分时间内或电容的电场在一个周期内的一部分时间内从电源吸收能量，另一部分时间内将能量返从电源吸收能量，另一部分时间内将能量返回电源。在整个周期内平均功率为零，也就回电源。在整个周期内平均功率为零，也就是没有能量消耗。但能量是在电源和电感或是没有能量消耗。但能量是在电源和电感或电容之间来回交换的。能量交换率的最大值电容之间来回交换的。能量交换率的最大值叫做无功功率。叫做无功功率。关于无功功率的解释关于无功功率的解释v无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维磁场的交换，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气为其他形式的能量。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。v无功和电压无功和电压关系密切（第六章的内容）关系密切（第六章的内容）:感性感性无功不足无功不足,电压降低电压降低;感性无功过剩感性无功过剩,电压升高电压升高.3.1电力线路电力线路运行状况的计算与分析运行状况的计算与分析v电力线路上的功率损耗和电压降落电力线路上的功率损耗和电压降落有有四四个个变变量量：，已已知知其其中中的的两两个个，可可求求另另外外两两个个变变量量。电电力力系系统统计计算算的的最最大大特特点点：避避免免 的的复复数数计计算算；功功率容易率容易测测量，量，电电流相角很流相角很难测难测量。量。已已知知：末末端端电电压压，末末端端功功率率，求求始始端端电电压压，始始端端功功率率。取取为为参参考考方方向向，则则，负负荷以滞后功率因数运行。荷以滞后功率因数运行。(如何表达负荷以超前功率因数运行如何表达负荷以超前功率因数运行?)无无论论是求流是求流过过的功率的功率还还是是损损耗的耗的功率功率,都用下列公式表达都用下列公式表达.。在计算功率的过程中在计算功率的过程中,无论是用有名值还是用标幺值无论是用有名值还是用标幺值,最终的表达式是相同的最终的表达式是相同的.解题思路解题思路:（1）求功率：由末端向始端逐点、逐支路推算功率损耗。）求功率：由末端向始端逐点、逐支路推算功率损耗。（2）求电压：用末端数据，计算阻抗上的电压损耗，得到始端电压）求电压：用末端数据，计算阻抗上的电压损耗，得到始端电压（1）支路末端导纳支路的功率损耗为：）支路末端导纳支路的功率损耗为：如果已知始端电压和始端功率，如何求末端电压和末端功率？如果已知始端电压和始端功率，如何求末端电压和末端功率？相量图如何？相量图如何？几个概念几个概念v（1）电压降落是指电力线路两端电压的相量差）电压降落是指电力线路两端电压的相量差（2）电压损耗是指电力线路两端电压的有效值之差，即）电压损耗是指电力线路两端电压的有效值之差，即U1U2，电压损耗是一个标量，一般可近似认为，电压损耗是一个标量，一般可近似认为U1U2 U，电电压损耗常以百分数表示，即压损耗常以百分数表示，即（3）电压偏移是指电力线路两端电压与电力线路额定电压的）电压偏移是指电力线路两端电压与电力线路额定电压的数值差，电压偏移也常以百分数表示，电力线路两端电压偏数值差，电压偏移也常以百分数表示，电力线路两端电压偏移百分数为：移百分数为：3.1.2电力线路上的电能损耗电力线路上的电能损耗v计算电力线路电能损耗的方法主要有两个：计算电力线路电能损耗的方法主要有两个：经验公式法经验公式法和和查表法查表法。上述方法准确上述方法准确,但是计算工作量大但是计算工作量大,规划时用简化规划时用简化的方法求电力线路的电能损耗的方法求电力线路的电能损耗.（1）基本概念）基本概念1）最大负荷利用小时）最大负荷利用小时数。可以从手册中查到数。可以从手册中查到该值该值2）负负荷率荷率=年负荷曲线年负荷曲线3）年负荷率）年负荷率 年负荷曲线年负荷曲线4）最大负荷损耗时间）最大负荷损耗时间 年负荷损耗曲线5)年负荷损耗率年负荷损耗率 年负荷损耗曲线年负荷损耗曲线（1）经验公式法计算电力线路电能损耗的步骤为：）经验公式法计算电力线路电能损耗的步骤为：a.计计算最大算最大负负荷荷时时的功率的功率损损耗耗b.查查表得到最大表得到最大负负荷利用小荷利用小时时数数Tmaxc.求年求年负负荷率荷率d.用下面的用下面的经验经验公式公式,求年求年负负荷荷损损耗率耗率，e.求求电电能能损损耗耗WZ（2）查表法计算电力线路电能损耗的步骤为：查表法计算电力线路电能损耗的步骤为：a.查查表得最大表得最大负负荷利用小荷利用小时时数数Tmaxb.查查表得与最大表得与最大负负荷利用小荷利用小时时数数Tmax对应对应的的最大最大负负荷荷损损耗耗时间时间max。c.求求电电能能损损耗耗WZ线损率线损率线损率是供电企业重要的指标线损率是供电企业重要的指标统计线损统计线损=理论线损理论线损+管理线损管理线损潮流图演示潮流图演示v有载调压变压器有载调压变压器v线路的负载与空载运行线路的负载与空载运行线路空载运行线路空载运行线路空载运行电压相量图线路空载运行电压相量图3.2变压器运行状况的分析与计算变压器运行状况的分析与计算变压器中的电压降落、功率损耗和电能损耗变压器中的电压降落、功率损耗和电能损耗v发电厂中的变压器已发电厂中的变压器已知始端功率和电压，知始端功率和电压，v变电所中的变压器已变电所中的变压器已知末端功率和电压知末端功率和电压v变电所的变压器变电所的变压器v发电厂的变压器发电厂的变压器实际功率是实际功率是S时时3.2.2变压器的电能损耗变压器的电能损耗v励磁支路的电能损耗励磁支路的电能损耗v阻抗支路的功率损耗阻抗支路的功率损耗3.3辐射形网的潮流分布计算辐射形网的潮流分布计算v有四种已知条件有四种已知条件v（1）已知末端电压和功率，求始端电压和功率）已知末端电压和功率，求始端电压和功率v（2）已知始端电压和功率，求末端电压和功率）已知始端电压和功率，求末端电压和功率v（3）已知始端电压，末端功率，求始端功率和）已知始端电压，末端功率，求始端功率和末端电压。末端电压。v（4）已知始端功率，末端电压，求始端电压和）已知始端功率，末端电压，求始端电压和末端功率。末端功率。3.3辐射形网的潮流分布计算辐射形网的潮流分布计算v1)由已知接线图作出等效电路由已知接线图作出等效电路；v2)作出简化等值网络图作出简化等值网络图；v3)用逐段推算法推算其潮流分布。用逐段推算法推算其潮流分布。v已知末端功率已知末端功率和末端电压和末端电压已已知知：始始端端电电压压，末末端端功功率率，求求末末端端电电压压，始端功率始端功率。假假设设末端末端电压额电压额定定（1）从末端向始端）从末端向始端计计算功率算功率损损耗，耗，得到始端功率；得到始端功率；（2）用已知的始端）用已知的始端电压电压和和计计算的算的始端功率，向末端始端功率，向末端计计算算电压电压降落，降落，得到末端得到末端电压电压；。前推回代方法，是配网潮前推回代方法，是配网潮流计算的主要方法之一流计算的主要方法之一v已知末端功率已知末端功率和始端电压和始端电压即设全网电压均为额定电压。即设全网电压均为额定电压。由已知的始端电压由已知的始端电压和求得的始端功率和求得的始端功率3.3.2对多端网络的处理对多端网络的处理合到一起v运算功率与运算负荷是针对网络中各个位置流过的运算功率与运算负荷是针对网络中各个位置流过的功率的命名。功率的命名。v这样命名，好处是在进行电网分析和计算时，网络这样命名，好处是在进行电网分析和计算时，网络结构更简单。结构更简单。运算功率运算负荷3.4环形网中的潮流分布计算环形网中的潮流分布计算思路思路v手算潮流必须知道潮流的手算潮流必须知道潮流的始端始端和和末端，末端，而环网潮流而环网潮流方向不确定，网络中的始端是电源点，而网络的末方向不确定，网络中的始端是电源点，而网络的末端不确定。端不确定。v首先，用简化方法，首先，用简化方法，确定环网中潮流的大致方向确定环网中潮流的大致方向，由此确定网络的末端，将环网打开，形成两个辐射由此确定网络的末端，将环网打开，形成两个辐射形网络。形网络。v然后，用计算辐射形网络的方法计算功率损耗；从然后，用计算辐射形网络的方法计算功率损耗；从电源点开始沿网络循序一周计算电压降落。电源点开始沿网络循序一周计算电压降落。3.4.1环形网中的初步功率分布环形网中的初步功率分布v如果电力网各段线路采用相同型号的导线、如果电力网各段线路采用相同型号的导线、相同的材料、相同的截面积，而且导线间的相同的材料、相同的截面积，而且导线间的几何均距相等，那么这种电力网单位长度的几何均距相等，那么这种电力网单位长度的参数完全相同，称为均一网参数完全相同，称为均一网。功率分点功率分点v无功功率分点：与该点连接的所有支路的无无功功率分点：与该点连接的所有支路的无功功率都流向该点；功功率都流向该点；v有功功率分点：与该点连接的所有支路的有有功功率分点：与该点连接的所有支路的有功功率都流向改点；功功率都流向改点；v功率与电压的关系可以比喻为水流与地势的功率与电压的关系可以比喻为水流与地势的关系；关系；v一般无功功率分点电压更低。一般无功功率分点电压更低。两端电压不等时的功率分布两端电压不等时的功率分布 两端供电网络的功率分布两端供电网络的功率分布3.4.2环形网的分解及潮流分布环形网的分解及潮流分布变压器变比不匹配，产生循环功率变压器变比不匹配，产生循环功率242/10.5231/10.5产生循环功率的网络产生循环功率的网络v1.两端供电网络两端供电网络v2.环网，变压器变比不匹配环网，变压器变比不匹配3.5电力网络的简化方法电力网络的简化方法v3.5.1等效电源法等效电源法v3.5.2负荷移置法负荷移置法v3.5.3星星网变换法网变换法3.5.1等效电源法等效电源法3.5.2负荷移置法负荷移置法3.6电力网络潮流的调整控制电力网络潮流的调整控制v为什么要控制为什么要控制v控制的范围控制的范围v控制的手段控制的手段为什么调整控制潮流？为什么调整控制潮流？v环网中自然功率按阻抗分布，有功损耗最小环网中自然功率按阻抗分布，有功损耗最小按电阻分布。按电阻分布。v为了使电网安全、优质、经济的供电要求，为了使电网安全、优质、经济的供电要求，因而有必要对网络的潮流进行调整控制。因而有必要对网络的潮流进行调整控制。v安全安全：功率不过载：功率不过载v优质优质：电压质量满足要求：电压质量满足要求v经济经济：有功损耗小：有功损耗小调整控制潮流的范围调整控制潮流的范围v辐辐射射形形（开开式式）网网中中的的潮潮流流无无法法控控制制，其其完全取决于各点负荷；完全取决于各点负荷；v两两端端供供电电网网络络的的潮潮流流可可以以借借调调整整两两端端电电源源电压或功率适当控制，但调整幅度有限；电压或功率适当控制，但调整幅度有限；v若若不不计计及及环环形形网网络络中中变变压压器器分分接接头头的的作作用用，其其潮潮流流按按阻阻抗抗分分布布，也也无无法法控控制制；（潮潮流流按按阻抗分布并不最优）；阻抗分布并不最优）；v有有功功功功率率损损耗耗最最小小时时的的功功率率分分布布应应按按线线段段的的电阻分布电阻分布 限制限制23线路负荷为线路负荷为125MW调整控制潮流的手段调整控制潮流的手段v串联电容，是在环形网络中阻抗相对过大串联电容，是在环形网络中阻抗相对过大的线段上串联电容，以容抗抵偿线路的电抗，的线段上串联电容，以容抗抵偿线路的电抗，起到转移重载线路上流通功率的作用。起到转移重载线路上流通功率的作用。串联电容串联电容v串联电抗，是在环形网络中重载线路上串串联电抗，是在环形网络中重载线路上串联电抗，起到限制线路上流通功率，避免线联电抗，起到限制线路上流通功率，避免线路过载的作用。但串联电抗对电压质量和系路过载的作用。但串联电抗对电压质量和系统运行的稳定性有不良影响，故该手段未得统运行的稳定性有不良影响，故该手段未得到推广。到推广。调整控制潮流的手段调整控制潮流的手段串联电抗串联电抗v附加串联加压器，是在环形网络中接入串附加串联加压器，是在环形网络中接入串联加压器，使其产生一强制循环功率，起到联加压器，使其产生一强制循环功率，起到改变线路的功率分布，使环形网络的功率按改变线路的功率分布，使环形网络的功率按照或接近按电阻分布的作用。照或接近按电阻分布的作用。调整控制潮流的手段调整控制潮流的手段附加串联加压器v若使环形网络的功率按照电阻分布所需的强若使环形网络的功率按照电阻分布所需的强制循环功率为制循环功率为，则需要在环形网络中接入，则需要在环形网络中接入附加电势为附加电势为若考虑到高压线路的电阻远小于电抗，则若考虑到高压线路的电阻远小于电抗，则v纵纵向向附附加加电电势势主主要要产产生生强强制制循循环环功功率率的的无无功功部部分分，而横向附加电势主要产生强制循环功率的有功部分而横向附加电势主要产生强制循环功率的有功部分v换换言言之之，改改变变电电压压大大小小主主要要改改变变网网络络的的无无功功功功率率分分布，改变电压相位主要改变网络的有功功率分布。布，改变电压相位主要改变网络的有功功率分布。附加串联加压器灵活交流输电系统v以晶闸管置换传统交流输电系统中各种机械以晶闸管置换传统交流输电系统中各种机械式调节器和开关后所呈现的新系统。式调节器和开关后所呈现的新系统。v在这种系统中，网络的潮流更易于控制，线在这种系统中，网络的潮流更易于控制，线路的输送能力可大幅度提高，各种故障得以路的输送能力可大幅度提高，各种故障得以及早隔离，以致系统的运行更灵活、稳定、及早隔离，以致系统的运行更灵活、稳定、可靠。可靠。v这是一个将电力电子和微电子技术引入电力这是一个将电力电子和微电子技术引入电力系统后出现的新领域。系统后出现的新领域。作业作业v思考题思考题v31补充：补充：LGJJ400型号导线经查表得型号导线经查表得直径直径v33，35，38，314，320v36补充：补充：LGJ150型号导线经查表得：型号导线经查表得：直径直径