04第四章 供配电系统电力网的潮流计算.doc

第四章 供配电系统电力网的潮流计算Power flow calculation of power supply and distribution network 1.潮流计算:给定电力系统接线方式和运行条件,确定系统各部分稳定运行状态下的参量计算. 已知:发电机有功和无功出力,负荷有功和无功需求 平衡节电电压和相位 枢纽点电压 求取:节点电压幅值和相位;支路功率和网络损耗等.2.潮流计算的用途 规划设计中,检验方案能否满足各种运行方式的要求; 运行中,进行安全分析,运行方式确定等 调度,提供初始运行方式3.潮流计算分类离线计算：主要用于系统规划设计和运行中安排系统运行方式。在线计算：主要用于对运行中系统的经常监视和实时控制。§4-1 电力网的电压计算Voltage calculation in the power network 稳态计算时不考虑发电机内部电磁过程，将发电机母线视作系统的边界点。三相复功率 式中 U-线电压； I-线电流； 则：； , -相电压幅值；; 注意:1.负荷以滞后功率因数运行时所吸收的无功功率为正(感性无功功率),以超前功率因数运行时吸收的为负(容性无功功率);2.发电机以滞后功率因数运行时所发出的无功功率为正(感性无功功率),以超前功率因数运行时发出的无功功率为负(容性无功功率);一、电压降落 voltage drop 矢量。功率传输过程中，在元件首末端产生的电压相量差。以线路为例：由等值图得：1、已知末端电压和功率 取末端电压为参考相量，则 负荷为感性时，则 则：其中：P2-三相有功，MW；Q2三相无功，MVar；U2末端线电压，KV。2、已知首端电压和功率 其中，已知线路末端功率时： ； 已知线路首端功率时： ； 公式中Q为感性无功时，符号为正；反之，为负。则： ， ； ，注意：代入同一公式的功率和电压必须是同一端的；且功率为流入或流出计算电压降落元件首端或末端的功率。二、电压损失 voltage loss 标量。元件首末端电压的绝对值之差。电压损失=U1U2 。即： 或110KV及以下电网，电压降落横分量对电压绝对值影响很小，可忽略。则：U1=U2+U2 ； U2=U1U1 ;电压损失为 。分析：超高压电网中，因X>>R,则无功功率数值Q 对电压损失影响较大；电压不太高地区电网中，R相对较大，则有功功率数值对电压损失影响较大。注：以上关于电压降落和电压损失的计算公式，只要将线路阻抗换为变压器阻抗，同样适用于变压器。三、电压偏移 voltage deviation 网络的实际电压与额定电压的数值之差，用百分数表示。首端电压偏移（%）末端电压偏移（%）§4-2 电力网的功率损耗和电能损耗Power loss and electric energy loss of power network电力网的功率损耗和电能损耗主要产生在输电线路和变压器上。其中一部分损耗与传输功率有关,主要产生在线路和变压器的串联阻抗上，称为变动损耗，这部分损耗占比重较大；另一部分损耗仅与电压有关，产生在线路和变压器的并联导纳上，称为固定损耗，如变压器的励磁损耗和线路的电晕损耗。据统计，电力系统有功功率损耗最多可达到总发电量的20%30%，这大大增加了发电和输配电设备的容量，造成了动力资源的浪费、电能成本的提高，进而影响整个国民经济。一、线路功率损耗 lines power loss等值图如图所示：1线路末端导纳中的功率损耗 （MVar）式中电压的单位为KV，电纳的单位为S。2阻抗上的功率损耗 (MW) ， (MVar) ;I单相电流，KA。1）已知流出阻抗的功率，则 (MW)； (MVar) ，U2线路末段电压，KV。2)已知流入阻抗的功率，则 (MW)； (MVar) ，U1线路首端电压，KV。注意：上式中的功率必须是流入或流出阻抗的功率，且功率和电压应是同一点的。3线路首端导纳上的功率损耗 （MVar）式中电压的单位为KV，电纳的单位为S。二、变压器的功率损耗 transformers power loss1双绕组变压器 ； 或 式中功率单位为MW、MVar，电压单位为KV。2三绕组变压器式中：U1变压器一次绕组的额定电压，KV;P1、P2、P3、Q1、Q2、Q3相应绕组的负荷，MW, MVar。RTi、XTi归算到变压器一次侧的数值。3可根据变压器短路和空载试验数据计算功率损耗 ； ； 有n台参数相同的变压器并列运行时： ； ； 三、电能损耗 electric energy loss 电力网损耗率%=1如果一段时间t内线路的负荷不变，则功率损耗不变；相应的电能损耗为： （kwh）有功、无功单位依次为kW 、kVar。实际负荷随时在变,故： （kwh）但负荷随时间变化规律很难准确表达，故只能近似计算。2按最大负荷损耗时间计算 Pmax年最大负荷 ， Tmax年最大负荷利用小时数 用户以Pmax持续运行Tmax所消耗的电能为该用户以变负荷运行全年所消耗的电能A，即：对于同类用户，Pmax有所不同，但Tmax基本接近；Tmax反映用电规律。最大负荷损耗时间 如果在小时内，线路输送的功率一直保持最大负荷Smax（对应的有功损耗为），则它损耗的电能恰好等于线路按实际负荷曲线运行全年所损耗的电能。可依据Tmax和从表2-4中查出。与有关（因为一部分有功损耗是由传输无功引起的），越低，则由于输送的无功增大，相应的值也越大。 线路全年电能损耗 (kwh) Imax装置的最大负荷电流，A。 对于电压为额定值时，变压器全年电能损耗 （kwh）式中：Smax变压器最大负荷，kVA; SN变压器额定容量，kVA;T变压器每年投入运行的小时数，h;n并列运行的变压器的台数。§4-3 开式网潮流计算Power Flow Calculation of Radial Network一、 潮流计算的目的：在给定运行条件和系统接线方式下，阐明电力网各部分的运行状态。潮流计算方法：手算（解析法）、物理模拟装置（实测各处潮流）、计算机算法。二、 简单开式电力网潮流计算 Power Flow Calculation of Radial Network第一种已知条件：已知同一点的功率和电压。如已知和，求和；或由和，求和。第二种已知条件：已知不同点的功率和电压。 如已知和，求和；或由和，求和。<一> 已知和，求和计算步骤：变压器阻抗上的功率损耗： 变压器阻抗上的电压损失（忽略）： 变压器导纳支路上的功率损耗： 线路末端导纳支路上的功率损耗： 线路阻抗上的功率损耗： 线路阻抗上的电压损失： 线路首端导纳上的功率损耗： 与上述过程类似，可由和推出和。<二> 已知首端电压和末端功率，求首端和1 迭代法 1）假定末端电压为（一般取该网络的额定电压） 2）根据、，逐级推算功率损耗和电压损耗，求得、。 3）根据和给定的，从首端向末端逐级推算，求得和 4）若和假设的相近，则计算结束；否则用求得的和给定的重复第2）、3）步，直至推算的和前一次的迭代结果很接近为止。该方法在实践中通常认为经过一次反复就可获得足够精确的结果。2 简化计算法1) 假设全网各节点电压为额定电压。2) 根据和，从末端向首端逐级推算功率分布，最终求得 。3) 根据推得的和已知的，从首端向末端逐级推算电压分布，求得。步骤：2） 3） 该方法计算结果有一定的误差，但在工程计算允许范围内。三、开式地方电力网潮流计算Power flow calculation of local power network35Kv及以下、供电距离在几十公里以内，输送功率较小，进行功率分布和电压计算时，可作以下简化：1） 等值电路中不计对地导纳以及导纳中的功率损耗；2） 不计阻抗上的功率损耗；3） 不计电压降落的横分量；4） 用UN代替实际电压进行电压损耗计算。1具有集中负荷的开式地方网 画等值电路并求参数； 计算潮流分布； 计算电压损耗。2具有均匀分布负荷的开式地方网 、线路单位长度有功（kW/km）、无功（kvar/km）r1、x1线路单位长度电阻、电抗。 ， P、Q线路上均匀分布负荷的总有功、总无功。上式表明：可以用一个集中负荷来等值代替均匀分布负荷； 等值集中负荷大小为均匀负荷的总和； 等值集中负荷位于bc段中点。