电力系统分析10.ppt

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1、1华南理工大学电力学院张勇军2008.02PART 10电力系统分析电力系统分析Electric Power Systems Analysis 2第十章第十章 电力传输的基本概念电力传输的基本概念Concepts of Power Transmissionv网络元件的电压降落和功率损耗网络元件的电压降落和功率损耗v输电系统的功率特性和功率极限输电系统的功率特性和功率极限v长距离输电线路的运行特性长距离输电线路的运行特性v单端供电系统的功率特性单端供电系统的功率特性310-1 网络元件的电压降落和功率损耗网络元件的电压降落和功率损耗4电压降落元件首末端两点电压的元件首末端两点电压的相量差相量差。

2、版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用10-1 网络元件的电压降落和功率损耗DefinitionDefinitionV1 S R jX S V2SLDI.I.5电压降落计算版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用10-1 网络元件的电压降落和功率损耗以相量以相量V2为参考轴为参考轴V2 纵分量纵分量V2 横分量横分量 V1 S R jX S V2SLDI.I.6版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用功率功率以相量以相量V2为参考轴为参考轴V2 纵分量纵分量V2 横分量横分量 V1 S R jX S V2SLDI.I.7版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用Question

3、若以电压相量若以电压相量V1作参考轴，作参考轴，且已知电流且已知电流 I和和cos1时，时，如如何推导电压降何推导电压降落公式？落公式？10-1 网络元件的电压降落和功率损耗8Voltage版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用电压损耗：两点间电压的电压损耗：两点间电压的数值差数值差电压偏移：任意点实际电压与其额定电压之差电压偏移：任意点实际电压与其额定电压之差电压调整：末端空载电压与负载电压的数值差电压调整：末端空载电压与负载电压的数值差DefinitionDefinition10-1 网络元件的电压降落和功率损耗cos5=0.9962，cos10=0.98489l可可见见此此时时末末

4、端端电电压压高高于于始始端端电压电压V2V1VVdVIB2电力线路空载运行的电压分析电力线路空载运行的电压分析(I)I)10-1 网络元件的电压降落和功率损耗V2V110l设电压损耗近似等于电压降落的纵分量，则设电压损耗近似等于电压降落的纵分量，则l可可见见电电压压损损耗耗与与线线路路长长度度的的平平方方成成正正比比，随随着着线线路路的的延延长长，末末端端电电压压将将高高于于1.1VN,这这在在超超高高压架空线路或者电缆中经常出现。压架空线路或者电缆中经常出现。电力线路空载运行的电压分析电力线路空载运行的电压分析(II)II)10-1 网络元件的电压降落和功率损耗单位长度电纳 单位长度电抗11

5、负荷为纯感性无功时负荷为纯感性无功时l可可见见此此时时末末端端电电压压低低于于始始端端电电压压，而而且且相相位超前，位超前，a0电力线路负载运行的电压分析电力线路负载运行的电压分析(II)II)10-1 网络元件的电压降落和功率损耗V2V1VVI2a13负荷负荷S2=P2+jQ2，即为感性负荷时，即为感性负荷时l电流电流I2滞后于电压滞后于电压V2 l|V1|V2|l0l始端相角超前于末端相角：始端相角超前于末端相角：1 2电力线路负载运行的电压分析电力线路负载运行的电压分析(III)III)10-1 网络元件的电压降落和功率损耗14负荷负荷S2=P2-jQ2，即为容性负荷时，即为容性负荷时l

6、电流电流I2超前于电压超前于电压V2 l|V1|0l始端相角超前于末端相角：始端相角超前于末端相角：1 2电力线路负载运行的电压分析电力线路负载运行的电压分析(IV)IV)10-1 网络元件的电压降落和功率损耗15S2=-P2-jQ2，即实际感性负荷功率从末端向始端传送时，即实际感性负荷功率从末端向始端传送时l电流电流I2超前于电压超前于电压V2 l|V1|V2|l 0l始端相角滞后于末端相角：始端相角滞后于末端相角：1|V2|l 0l始端相角滞后于末端相角：始端相角滞后于末端相角：1 2电力线路负载运行的电压分析电力线路负载运行的电压分析(VI)VI)10-1 网络元件的电压降落和功率损耗1

7、7l总的来说，在高压传输线上，有功功率的传送方向总是由超前相位端指向滞后相位端；无功功率的传送方向总是由高电位端指向低电位端QPV2V1UUI210-1 网络元件的电压降落和功率损耗Why?Why?Why?Why?Why?Why?18变压器运行状况计算变压器运行状况计算l类类似似于于线线路路运运行行状状况况的的计计算算不不难难得得到到变变压器的电压降落压器的电压降落10-1 网络元件的电压降落和功率损耗19版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用Conclusions about Voltage Difference在纯电抗元件中，电压降落的纵分量是因传送在纯电抗元件中，电压降落的纵分量是

8、因传送Q而产生，而产生，电压降落的横分量因传送电压降落的横分量因传送P产生。产生。元件两端存在电压幅值差是传送元件两端存在电压幅值差是传送Q的条件，存在电压相的条件，存在电压相角差则是传送角差则是传送P的条件。的条件。感性无功将从电压较高的一端流向电压较低的一端，感性无功将从电压较高的一端流向电压较低的一端，有功则从电压相位越前的一端流向电压相位落后的一端。有功则从电压相位越前的一端流向电压相位落后的一端。10-1 网络元件的电压降落和功率损耗20网络元件的功率损耗网络元件的功率损耗Power Losses版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用电流通过元件（线路、变压器）的电电流通过元件

9、（线路、变压器）的电阻和等值电抗时产生的功率损耗和电阻和等值电抗时产生的功率损耗和电压施加于元件的对地等值导纳时产生压施加于元件的对地等值导纳时产生的损耗。的损耗。DefinitionDefinition10-1 网络元件的电压降落和功率损耗Resistance电阻电阻Reactance电抗电抗Impedance阻抗阻抗 Admittance导纳导纳Conductance电导电导Susceptance电纳电纳Inductance电感电感Capacitance电容电容21版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用Power Losses on a line10-1 网络元件的电压降落和功率损耗

10、 S1 I1 S I R jX S I S2 I2V1V2jB/2.jB/2.jQB1jQB222版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用Power Losses on a line10-1 网络元件的电压降落和功率损耗U2U123版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用Power Losses on a Transformer10-1 网络元件的电压降落和功率损耗l可可见见在在额额定定条条件件下下，变变压压器器电电抗抗中中损损耗耗的的无无功功就就等等于于短短路路电电压压标标么么值值SN;电电纳纳中中损损耗耗的的无无功功则则等等于于空空载电流标么值载电流标么值SN。S1 I1 S I

11、RT jXT S IV1V2S0GT-jBT.24版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用About Power Losses对于对于110kV以下的电力网，在简化计算中常略去以下的电力网，在简化计算中常略去线路的充电功率。线路的充电功率。对于对于35kV以下的电力网，在简化计算中常略去变以下的电力网，在简化计算中常略去变压器的励磁功率。压器的励磁功率。线路的输电效率：线路末端输出的有功功率线路的输电效率：线路末端输出的有功功率P2与与首端输入的有功功率首端输入的有功功率P1之比之比10-1 网络元件的电压降落和功率损耗2510-2 输电线路的功率特性输电线路的功率特性26版权所有者：张勇

12、军未经书面允许，他人不得使用输电线路的两端口网络方程输电线路的两端口网络方程10-2 输电线路的功率特性27版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用输入阻抗和转移阻抗输入阻抗和转移阻抗10-2 输电线路的功率特性输入阻抗输入阻抗转移阻抗转移阻抗28版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用输电线路的功率方程输电线路的功率方程10-2 输电线路的功率特性2910-3 沿长线的功率传送沿长线的功率传送30版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用10-3 沿长线的功率传送长线长线n长度超过长度超过300km的架空线路的架空线路n超过超过l00km的电缆线路的电缆线路31V/I Distri

13、bution along a long line版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用入射波入射波反射波反射波传播常数传播常数波阻抗波阻抗行波的衰减常数行波的衰减常数相位常数相位常数10-3 沿长线的功率传送32版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用Definitionn波长波长：行波的相位相差为：行波的相位相差为2的两点间的距离的两点间的距离n相位速度相位速度：行波的传播速度：行波的传播速度在架空线路上相位速度接近于光速，即在架空线路上相位速度接近于光速，即vw300000km/s。当当f=50H时时,6000km。行波在电缆中的传播速度较小，一般只有光速的行波在电缆中的传播速度

14、较小，一般只有光速的1/4左右。左右。10-3 沿长线的功率传送33使线路工作在无反射波状态的负荷称为使线路工作在无反射波状态的负荷称为匹配匹配负荷负荷。由入射波输送到线路末端的功率将完。由入射波输送到线路末端的功率将完全为负荷所吸收。这时负荷阻抗所消耗的功全为负荷所吸收。这时负荷阻抗所消耗的功率便称为率便称为自然功率（波阻抗功率）自然功率（波阻抗功率）。输电线路的自然功率输电线路的自然功率版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用10-3 沿长线的功率传送DefinitionDefinition34版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用波阻抗功率波阻抗功率 Surge Impedan

15、ce Loading当线路发出无功恰好等于其消耗无功时的传输功率。当线路发出无功恰好等于其消耗无功时的传输功率。此时有此时有V2b0=I2x0因此波阻抗：因此波阻抗：10-3 沿长线的功率传送v传送自然功率时传送自然功率时：线路本身不需要从系统吸取或提供无功功率。线路本身不需要从系统吸取或提供无功功率。沿线各点电压和电流幅值能保持不变。沿线各点电压和电流幅值能保持不变。沿线各点电压和电流相位一致。沿线各点电压和电流相位一致。！35版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用Conclusions about Natural Loading高压架空线的波阻抗略呈电容性，自然功率亦然。高压架空线的

16、波阻抗略呈电容性，自然功率亦然。提高输电额定电压和减小波阻抗可以提高自然功率。提高输电额定电压和减小波阻抗可以提高自然功率。采用分裂导线可减小线路电感增大线路电容，是减采用分裂导线可减小线路电感增大线路电容，是减小波阻抗的有效办法。小波阻抗的有效办法。缩小相间距离也可减小线路电感、增加线路电容。缩小相间距离也可减小线路电感、增加线路电容。10-3 沿长线的功率传送36版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用典型参数典型参数如果已知线路的感抗和波阻抗，可以求得如果已知线路的感抗和波阻抗，可以求得线路电纳和充电功率。线路电纳和充电功率。对于对于500kV的典型参数为的典型参数为x0=0.32/

17、km，zc=250，Pn=1000MW，b0=5.12 S/km，充电功率约为充电功率约为1.3Mvar/km。10-3 沿长线的功率传送220kV和和110kV的典的典型波阻抗和充电功型波阻抗和充电功率是多少？率是多少？3710-4 单端供电系统的功率特性单端供电系统的功率特性38n发电机和输电线路的总阻抗记发电机和输电线路的总阻抗记为为zs=|zs|，负荷的等值阻抗负荷的等值阻抗记为记为zLD=|zLD|版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用10-4 单端供电系统的功率特性首端接电源，首端接电源，受端只接负荷。受端只接负荷。单端供电系统单端供电系统39版权所有者：张勇军未经书面允许，

18、他人不得使用10-4 单端供电系统的功率特性Power CharacteristicsI=V/|zLD|系统进到负荷点的功率为系统进到负荷点的功率为 当当|zs/zLD|=l时时,受端功率达到最大受端功率达到最大 40版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用10-4 单端供电系统的功率特性DefinitionDefinition临界电压临界电压与受端功率极限值对应的与受端功率极限值对应的受端电压。此时输电系统受端电压。此时输电系统的电压降落与受端电压幅的电压降落与受端电压幅值相等。值相等。41版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用10-4 单端供电系统的功率特性功率极限与负荷功率因数

19、功率极限与负荷功率因数=-P42Conclusions版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用10-4 单端供电系统的功率特性随着负荷逐渐增大，受端电压将由随着负荷逐渐增大，受端电压将由E单调下降到单调下降到0；受端功率受端功率P将先逐渐增大，直到系统阻抗与负荷阻将先逐渐增大，直到系统阻抗与负荷阻抗的模相等时，抗的模相等时，P达到极大值。此后便逐渐下降。达到极大值。此后便逐渐下降。若负荷功率因数滞后，若负荷功率因数滞后，越大，功率极限越小，相越大，功率极限越小，相应的临界电压也越低。应的临界电压也越低。当当=-时，功率极限有最大值，此时有时，功率极限有最大值，此时有|zs|=|zLD|,r

20、s=rLD,xs+xLD=0 送达负荷节点的功率只有供电点输出的功率的一半，送达负荷节点的功率只有供电点输出的功率的一半，输电效率仅为输电效率仅为50%。43例例10-3 版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用10-4 单端供电系统的功率特性简单输电系统如图简单输电系统如图10-17所示，不计线路电容和变压所示，不计线路电容和变压器的空载损耗，归算到器的空载损耗，归算到110kV电压级的输电系统总阻电压级的输电系统总阻抗抗zs=12+j60。若供电点电压能维持若供电点电压能维持115kV不变，试不变，试计算：计算：(1)负荷功率因数负荷功率因数cos =0.90和和0.95滞后，滞后，c

21、os =1.0,cos =0.95和和0.90超前时的功率极限和临界电压；超前时的功率极限和临界电压；(2)功率极限的最大值。功率极限的最大值。44n先计算系统阻抗角和功率因数角：先计算系统阻抗角和功率因数角：nzs=12+j60=61.1882 78.69 o,=78.69 oncos=0.9时时,=25.84o；cos=0.95时，时，=18.19on依据式依据式10-46和和10-47求解求解功率极限和临界电压功率极限和临界电压：n功率极限的最大值为功率极限的最大值为 版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用10-4 单端供电系统的功率特性求解过程cos0.90滞后0.95滞后1.0

22、00.95超前0.90超前Pm/MW60.6468.7990.35116.64129.84Vcr/kV64.2166.5674.3586.6793.9545n通过受端无功补偿可以提高输电功率通过受端无功补偿可以提高输电功率极限和受端节点电压，从而提高电网极限和受端节点电压，从而提高电网输电能力和电压稳定性。输电能力和电压稳定性。版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用10-4 单端供电系统的功率特性启示46版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用本章小结1必须掌握用功率表示的电压降落公式的导出和应必须掌握用功率表示的电压降落公式的导出和应用条件。要掌握电压降落，电压损耗和电压偏移用条件

23、。要掌握电压降落，电压损耗和电压偏移这三个常用的概念。这三个常用的概念。在元件的电抗比电阻大得多的高压电网中，感性在元件的电抗比电阻大得多的高压电网中，感性无功功率从电压高的一端流向电压低的一端，有无功功率从电压高的一端流向电压低的一端，有功功率则从电压相位越前的一端流向相位落后的功功率则从电压相位越前的一端流向相位落后的一端，这是交流电网传输的基本规律。一端，这是交流电网传输的基本规律。47版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用本章小结2波阻抗决定线路传送功率的能力，传播常数说波阻抗决定线路传送功率的能力，传播常数说明行波（电压或电流）沿线衰减和相位变化的明行波（电压或电流）沿线衰减和相位变化的特性。特性。单端供电系统中，负荷节点从空载开始，随着单端供电系统中，负荷节点从空载开始，随着负荷等值阻抗的减小，受端功率先增后减，而负荷等值阻抗的减小，受端功率先增后减，而电压则始终单调下降，这是单端供电网络固有电压则始终单调下降，这是单端供电网络固有传输功率传输特性。传输功率传输特性。48版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用习题101102