电力系统分析稳态教案(共69页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上本学期主要内容:3 简单电力网络的计算和分析主要内容:1、网络元件(线路、变压器)电压降落、功率损耗计算;2、辐射形网络中的潮流分布;3、环形网络中的潮流分布; 4、电力网络潮流控制。问题:给定运行条件,求网络中电压、功率的分布情况。3.1 电力线路和变压器运行状况的计算与分析1、电力线路运行状况的计算与分析1.1、几个符号约定复功率;视在功率;的共轭。1.2、 P+jQ与的关系 1.3、电力线路上的电压降落已知:.求取与实轴重合,则:可得令电压降落纵分量; 电压降落横分量。将上式改写为:有: 一般情况下,则。例、10kV线路的等值电路如图所示,已知。试求始端电压并作
2、电压相量图。解:1.4、电力线路上的功率损耗图3.1 电力线路的电压和功率图3.1中,已知末端电压为,末端功率为.求:。1)末端导纳支路的功率为2)阻抗支路末端的功率为3)阻抗支路中损耗的功率为4)阻抗支路中始端的功率为5)始端导纳支路的功率为6)始端功率为注:(1)求解步骤;(2)当已知,求时,注意符号。类似于已知末端求始端,两点不同a)电压,b)功率符号;(3)当时,注意符号。1.5、几个基本概念(定义)(1)电压降落:(2)电压损耗:;电压损耗%:(3)电压偏移 始端电压偏移 或 末端电压偏移 或 (4)电压调整;电压调整%(5) 输电效率%1.6、电力线路上的电能损耗(1)分段计算求和
3、(2)实用计算(不介绍)最大负荷利用小时数:一年中负荷消耗的电能除以一年中的最大负荷。年负荷率:一年中负荷消耗的电能除以一年中的最大负荷与8760的乘积。1.7、电力线路运行状况的分析(G=0)(1)空载运行(容性) ;结论:空载时,线路长时,应采取措施防止末端电压过高。(2)仅有无功功率(线路末端导纳功率略去);结论:负荷为纯感性无功功率时,始端电压总高于末端,但其相位却总滞后于末端,即。且(3)仅有;结论:,且(4)都有;结论:时,(5)电力线路功率圆图。类似于同步电机运行极限图。2、变压器运行状况的计算2.1、变压器中的电压降落,功率损耗电压降落: 功率损耗: 注:(1)若已知,计算时注
4、意符号;(2)线路:; 变压器:3、节点注入功率、运算负荷和运算功率(化简网络)电源功率;等值电源功率;运算功率;负荷功率;等值负荷功率;运算负荷。4、本节小结(1)掌握几个基本概念 电压降落,电压损耗,电压偏移,电压调整,运算功率,运算负荷(2)掌握电力线路、变压器运行状况的计算(3)理解电力线路运行状况的分析。3.2 辐射形和环形网络中的潮流分布1 辐射形网络中的潮流分布1.1 辐射形网络辐射式、干线式、链式(双回线、单回线)特点:各线路有明确的始端和末端(相对于电源端来说)。潮流计算时逐段进行计算即可。1.2、辐射形网络潮流计算(a) 网络接线图(b) 等值电路(c)简化等值电路(1)已
5、知,(推算法)当未知,则设一个略低于额定电压值的,进行上述计算,并把计算得到的各母线电压归算至原级,检查各母线电压偏移10%?是,则重新假设,重新上述计算。(2)已知,(试算法)(常见)a、设(近似于额定电压)推算过程:始端 末端经过反复推算,即可得足够精确的结果。b、设(近似算法)一起推算功率:回来推算电压:1.3、辐射形网络潮流求解步骤(1)由已知的电气接线路做出等值电路,并简化等值电路(当变电所较多时,运用运算功率和运算负荷进行简化)(2)当已知时,用推算法。当已知时,用试算法。例:110kV网络阻抗参数及负荷如图所示,已知电源电压,求功率分布及各母线电压。(可以不计)解:设 已知2、环
6、形网络中的潮流分布2.1、环形网络环形网络、两端供电网络特点:没有明确的始端和末端,要求找出功率分点,将环网变成辐射形网络进行计算。2.2、环形网络潮流计算(1)求初始功率分布(a)网络接线图(b)简化等值电路据KVL, (1)设全网电压恒定,即将代入(1)式,得 对均一网,有: 对于上式可理解为将节点1一分为二,得一等值两端供电网络的等值电路如下图所示。其两端电压大小相等、相位相同。校验:初始功率发布: , ,(2)找功率分点功率分点:功率是两侧向其流动的且 功率分点( )且 有功分点( )且 无功分点( )(3)环形网络中的电压降落和功率损耗在功率分点处将环网解开,将环网看成两个辐射形网络
7、由功率分点开始,分别从其两侧逐段向电源端推算电压降落和功率损耗。注:无功、有功功率分点不一致,从无功分点处打开环网。(因为)2.3、有关循环功率对两端电压大小不等、相位不同的两端供电网络,或变压器变比不匹配的环形网络,等值于回路电压不为零的单一环网。两端供电网络的等值电路等值环形网的等值电路回路方程式:计及,代入上式有同理结论:两端电压不等时,各线路中流通的功率为两部分的叠加()。循环功率: 方向:与的取向一致*上式还可用来计算环网中变压器变比不匹配时的循环功率。2.4、环网潮流计算步骤(1)作网络等值电路并简化(运算功率、运算负荷);(2)初步功率分布(负荷矩法); 注:对两端电压不等的两端
8、供电网络、及变压器变比不匹配的环网,应计及。(3)找功率分点;(4)在功率分点处把环网打开,按辐射网潮流计算方法进行潮流计算。例:如图,线路每公里参数相同,;负荷参数:,;电源参数:;试求:环网上的潮流分布及C(B)点电压值(不计线路上的功率损耗)解:(1)求初始功率分布初始功率分布 (2)找功率分点有功功率分点、无功功率分点都为节点C(3)在C点把环网打开,作业:例中,求环网上的潮流分布及C(B)点电压值(不计线路上的功率损耗)3.3 电力网络的简化方法(不介绍)1、等值电源法同一节点上有源支路的合并原则:合并后,网络中其它部分的电流、电压、功率仍保持不变 从等值电源支路功率还原求各原始支路
9、功率 (m=1,2,l)其中2、负荷移置法2.1、将一个负荷移置两处 2.2、两个负荷移置一处 消去节点法(a)原网络 (b)移置负荷后(c)星网变换后负荷移置:(i=1,2,l)星网变换:(i,j=1,2,l.ij)3.4 电力网络潮流的调整控制1、潮流调整控制的必要性辐射形网络: 潮流取决于各负荷点的负荷环形网络: 按阻抗分布 不可调整两端供电网络:功率受电源容量限制; 调整幅度不大电压调整受电压质量要求限制要保证可靠、优质、经济供电,需调整潮流。2、潮流控制的措施2.1、串联电容以容抗抵消感抗,转移其它重载线路上的流通功率,操作频繁。2.2、串联电抗串联在重载线路上,避免该线路上过载,但
10、影响电压质量和系统运行稳定性。2.3、附加串联加压器产生一环流式强制循环功率,使强制循环功率与自然功率分布的叠加达到理想值。2.4、借FACTS装置控制潮流可控串联电容、可控移相器、统一潮流控制器(UPFIC)3.5 线路和变压器上电能损耗的计算1、电力线路上的电能损耗(不实用)定义:最大负荷利用小时数:年负荷率年负荷损耗率另一种方法:根据最大负荷利用小时数直接查取最大负荷损耗时间。2、变压器中的电能损耗本章小结1、基本概念(1)电力线路与变压器电压降落与功率损耗的计算(2)运算功率、运算负荷2、潮流计算(1)辐射网潮流(推算法,试算法)(2)环网潮流(单环、两端供电网络)a)、初始功率(负荷
11、矩法)b)、功率分点c)、潮流计算(3)网络变换专心-专注-专业等值变压器模型及其应用变压器形或形等值电路(1)不具有电压变换功能;(2)参数折算存在误差(变压器变比不匹配时)。1、变压器工作在不同抽头上对变压器参数的影响1.1、在额定变比时, 标准变比变压器1.2、在调压抽头上, 非标准变比变压器 非标准变比结论:从非标准变压器两端看,电抗和标幺值不同。2、等值变压器模型 由,得: (a)支路导纳表示 (b)支路阻抗表示3、等值变压器模型的应用(1)、有名制,网络参数未经归算,变压器参数在低压侧(,为变压器高低压侧实际电压)理想变压器变比为变压器实际变比(2)、有名制,网络参数按选定的变比,
12、,归算至高压侧 将已经归算到高压侧的网络参数按所选变比归算回低压侧,然后按实际变比归算至高压侧(3)、标幺制,网络参数已按基准电压,折算为标幺值 将已折算为标幺值的网络参数折算回有名值,然后按实际变比归算至高压侧,并在高压侧折算为有名制。 变压器变压变换功能参见p107,例3-2 的计算参见p145,例4-14 复杂电力系统潮流的计算机算法主要内容:1、掌握节点导纳阵及节点阻抗阵中各元素的物理意义;2、掌握节点导纳矩阵的形成与修改方法3、掌握节点阻抗矩阵的形成与修改方法(1)建立数学模型(2)确定计算方法(3)编制程序计算4.1电力网络方程(数学模型)1、节点电压方程 Y阵中各元素的物理意义:
13、自导纳:节点i施加单位电压,其它节点全部接地时,节点i注入的电流 计算方法:等于与该节点直接连接的所有支路导纳之和互导纳:在节点j施加单位电压,其它节点全部接地时,经节点i注入网络的电流 计算方法:等于连接i,j支路导纳的负值Y阵的特点:(1)对称方阵; (2)稀疏性(计算存储方便); (3)元素与网络结构关系明了。(便于形成与修改)令,则有:Z阵中各元素的物理意义:自阻抗:节点i注入单位电流,其它节点都不注入电流时,节点i的电压 互阻抗:在节点j注入单位电流,其它节点都不注入电流时,节点i的电压 Z阵的特点:(1)对称方阵; (2)满阵; (3)Z阵元素与网络结构关系复杂。2、Y阵的形成与修
14、改2.1、Y阵的形成按,物理意义直接形成 (1)一般支路 (2)接地支路(3)接非标准变比变压器 例:2.2、Y阵的修改(1)追加一支路i,j间添加一支路 (2)切除一支路 (3)支路参数由换成 (4)原有网络节点i,j间变压器变比由变为 (5)原有网络追加一支路(需增加一节点) 例:某网络Y阵如下,现将35支路切除,如何修正Y阵?解: 现网络新建一变电所,增加一节点6与节点4接,阻抗为,如何修改Y? 3、Z阵的形成与修改3.1、节点阻抗矩阵的形成追加树支增加节点而不增加回路数追加链支增加回路数而不增加节点数(1)追加树支 方法:Z阵增加一行一列 新增加行的等于第i行 新增加列的等于第i行 新
15、增加对角元例:求Z阵。1)追加 2)追加 3)追加 4)追加 (2)追加连支追加前:追加后:如何用原有矩阵元素求这个矩阵中的元素?追加后: (1)实际流入原有网络各节点的电流: (2)支路节点关联故障C中第i行。从图中虚线向左看: (3)(2)代入(3)有: (4)又因为 (5)(4)代入(5): (6) 令则解(6)式得: (7)其中将(7)代入(4)得: (8)将(7)式与(1)式对照,可见:注:(1)追加顺序不影响最后结论;(2)在条件满足(树支已搭好)情况下尽量先追加连支。3.2、Z阵的修改 相当于追加树支或连支例:求Z阵?解:(1)追加树支(2)追加树支(3)追加连支改变追加顺序,看
16、结果如何?4.2功率方程和变量、节点的分类1、功率方程 (i=1,2,n)其中:; 直角坐标; 极坐标; 2、变量的分类 不可控变量(扰动变量); 控制变量;状态变量。3、节点的分类(1)PQ节点(大量)P,Q已知,待求。变电所,发固定功率的发电厂母线,联络节点。(2)PV节点(少量)P,V已知,未知。 有无功储备发电厂,具有可调无功的变电所。(3)平衡节点(一个) 已知,P,Q未知。 调频发电厂4、潮流计算的约束条件(1)节点电压(电压质量) (i=1,2,n)(2)电源节点的有功、无功(运行极限) (3)某些节点之间电压的相位差(稳定性) 5、高斯赛德尔迭代法4.3 NR法潮流计算1、NR
17、法的基本原理 (1)设单变量非线性方程: 其近似解,与真解误差为,则 将上式在处泰勒展开 略去高次项(条件:很小) 线性方程式修正量近似解:通解:收敛判据 或NR法几何解释: (2)对多变量非线性方程组 设其变量初值及修正量,则 将上述方程组在初值附近展开,并略去高次项。将上式写成矩阵形式牛顿法修正方程式修正方程式通式:变量修正通式:其中J雅可比矩阵收敛判据 或2、节点电压用直角坐标表示时的NR法2.1、节点电压用直角坐标表示时的NR法电压: 导纳:代入功率方程(),得设为PQ节点,其中第i个节点的给定功率为,则(i=1,2,m)设为PV节点,则(i=m+1,m+2,n-1)第n个节点为平衡节
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