电力系统教学课件3简单电力网络潮流的分析与计算.ppt

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1、第第3章章 简单电力网络潮流的分析与计算简单电力网络潮流的分析与计算基本概念基本概念I、潮流分布、潮流分布 给定运行方式（一定的网架结构、发电、负荷）下，给定运行方式（一定的网架结构、发电、负荷）下，电力系统在正常时各母线电压和各支路功率的分布称电力系统在正常时各母线电压和各支路功率的分布称为电力系统的潮流分布；为电力系统的潮流分布；II、潮流计算、潮流计算 给定运行方式下，电力系统电压和功率分布的计算给定运行方式下，电力系统电压和功率分布的计算称为潮流计算；称为潮流计算；II、潮流计算的目的、潮流计算的目的 为电网规划设计、电力系统的安全经济运行、继电为电网规划设计、电力系统的安全经济运行、

2、继电 保护装置的整定计算等提供依据。保护装置的整定计算等提供依据。1 电力线路和变压器的功率损耗和电压降电力线路和变压器的功率损耗和电压降落落1.1 1.1 电力线路的功率损耗和电压降落电力线路的功率损耗和电压降落（1 1）电力线路的功率损耗）电力线路的功率损耗形等值电路如下图：形等值电路如下图：12其中，其中，Z=R+jXZ=R+jX，Y=G+jBY=G+jB为每相的阻抗和导纳。为每相的阻抗和导纳。电压为线电压，功率为电压为线电压，功率为三相功率。三相功率。设设U2的相角为的相角为0I.I.电力线路阻抗中的功率损耗电力线路阻抗中的功率损耗(三相三相)12可表示为末端电压和流出功率的函数可表示

3、为末端电压和流出功率的函数同理，还可表示为首端电压和注入功率的函数同理，还可表示为首端电压和注入功率的函数设设U1的相角为的相角为0无功功率损耗为负无功功率损耗为负值，意味着发出无值，意味着发出无功功率功功率II.II.电力线路导纳支路中的功率损耗电力线路导纳支路中的功率损耗12末端电压导纳支路中的功率损耗末端电压导纳支路中的功率损耗同理：首端导纳支路中的功率损耗同理：首端导纳支路中的功率损耗单相电压单相电压单相电流单相电流三相三相功率功率III.III.电力线路中的功率损耗计算电力线路中的功率损耗计算12流出线路阻抗支路功率流出线路阻抗支路功率流入线路阻抗支路功率流入线路阻抗支路功率流入线路

4、的功率流入线路的功率线路的功率损耗为：线路的功率损耗为：（2 2）电力线路的电压降落）电力线路的电压降落12I.I.若已知末端电压和功率若已知末端电压和功率，取，取则：首端电压为则：首端电压为即：即：指阻抗支路指阻抗支路电压降落电压降落纵分量纵分量电压降落电压降落横分量横分量12由于一般情况下，由于一般情况下，同理可得：同理可得：故：故：近似计算近似计算II.II.若已知首端电压和功率若已知首端电压和功率，取，取即：即：近似计算：近似计算：电压降落线路两端的电压相量之差 ；电压损耗电压损耗（）；电压偏移电力线路始末端实际运行电压与线路额定电压的 差值，常用百分数表示即 ；电压调整(%)线路末端

5、空载和负载时的电压差 输电效率（）；线损率（）。（3）、几个重要的概念）、几个重要的概念与电力线路计算与电力线路计算相同点相同点：I.阻抗支路的功率损耗与电压降落的计算方法与电阻抗支路的功率损耗与电压降落的计算方法与电力线路完全相同力线路完全相同II.导纳支路的功率损耗计算与电力线路也完全相同导纳支路的功率损耗计算与电力线路也完全相同1.2 变压器的功率损耗和电压降落变压器的功率损耗和电压降落变压器变压器形等值电路如右图。形等值电路如右图。与电力线路计算与电力线路计算不同点不同点：I.变压器导纳支路为感性，而线路为容性；变压器导纳支路为感性，而线路为容性；II.近似计算时，可认为导纳支路损耗为

6、额定电压下近似计算时，可认为导纳支路损耗为额定电压下的损耗：的损耗：空载有功损耗空载有功损耗空载无功损耗空载无功损耗供电量供电量W1：给定时间（日、月、季、年）内，电力系统中所给定时间（日、月、季、年）内，电力系统中所有发电厂的总发电量与厂用电量之差（即发电机注入有发电厂的总发电量与厂用电量之差（即发电机注入电网的发电量），称为供电量。电网的发电量），称为供电量。1.3 电力网的网损率或线损率概念电力网的网损率或线损率概念电力网的损耗电量电力网的损耗电量Wc：给定时间（日、月、季、年）内，在所有送电、给定时间（日、月、季、年）内，在所有送电、变电、配电环节中损耗的电量，称为供电量。变电、配电环

7、节中损耗的电量，称为供电量。电力网的损耗率电力网的损耗率W（%）：）：(1)运算负荷运算负荷：1.4 运算负荷和运算功率运算负荷和运算功率I.负荷功率负荷功率的定义的定义：降压变压器降压变压器低压侧低压侧末端负荷的功率。末端负荷的功率。负荷功率负荷功率II.等值负荷功率等值负荷功率的定义的定义：降压变压器降压变压器高压侧母线高压侧母线上负荷从网络中取用的功率；上负荷从网络中取用的功率；即即“负荷功率负荷功率+变压器损耗变压器损耗”。等值负荷功率等值负荷功率在已知负荷的条件下，在已知负荷的条件下，变压器的阻抗支路损变压器的阻抗支路损耗和励磁支路损耗可耗和励磁支路损耗可近似计算得出！近似计算得出！

8、因此，等值负荷功率因此，等值负荷功率可近似计算得出！可近似计算得出！III.运算负荷运算负荷的定义的定义：从电力线路阻抗支路中流出的功率；从电力线路阻抗支路中流出的功率；即即“负荷功率负荷功率+变压器损耗变压器损耗+线路在变压器侧的导线路在变压器侧的导 纳支路所消耗的功率纳支路所消耗的功率”。负荷功率负荷功率等值负荷功率等值负荷功率励磁支路损耗：励磁支路损耗：变压器在额定电压和功变压器在额定电压和功率下的励磁支路损耗率下的励磁支路损耗阻抗支路损耗：阻抗支路损耗：近似认为电流与功率成正比近似认为电流与功率成正比从电力线路阻抗支从电力线路阻抗支路中流出的负荷路中流出的负荷运算负荷运算负荷由于母线电

9、压在额定电由于母线电压在额定电压附近，因此，线路对压附近，因此，线路对地电容所消耗的功率近地电容所消耗的功率近似固定似固定(2)运算功率运算功率：I.电源功率电源功率的定义的定义：发电机低压母线送至系统的功率。发电机低压母线送至系统的功率。电源功率电源功率II.等值电源功率等值电源功率的定义的定义：发电机端口升压变压器发电机端口升压变压器高压侧母线向高压侧母线向网络中送出的网络中送出的功率；即功率；即“电源功率电源功率-变压器损耗变压器损耗”。等值电源功率等值电源功率III.运算功率运算功率的定义的定义：流入流入电力线路电力线路阻抗支路阻抗支路的功率；的功率；即即“电源功率电源功率-变压器损耗

10、变压器损耗-线路在变压器侧的导线路在变压器侧的导 纳支路所消耗的功率纳支路所消耗的功率”。电源功率电源功率等值电源功率等值电源功率注入变压器高注入变压器高压母线的功率压母线的功率注入线路阻抗注入线路阻抗支路的功率支路的功率2 电力系统的接线方式电力系统的接线方式（1 1）分类：）分类：开式网络开式网络（也称辐射网）（也称辐射网）两端供电网络（两端供电网络（环形网络可以看作是特殊情况环形网络可以看作是特殊情况）（2 2）开式网络：）开式网络：无备用接线方式无备用接线方式（a a）放射式）放射式 （b b）干线式样）干线式样 （c c）链式链式 有备用接线方式有备用接线方式（a a）放射式）放射式

11、 （b b）干线式样）干线式样 （c c）链式链式优点：简单、经济、运行方便优点：简单、经济、运行方便缺点：供电可靠性差缺点：供电可靠性差 适用范围：二级负荷适用范围：二级负荷优点：供电可靠性和电压质量高优点：供电可靠性和电压质量高缺点：不经济缺点：不经济 适用范围：电压等级较高或重要的负荷适用范围：电压等级较高或重要的负荷（3 3）两端供电网络：）两端供电网络：（d d）环式环式 （e e）两端供电网络两端供电网络优点：供电可靠性和电压质量高优点：供电可靠性和电压质量高缺点：不经济缺点：不经济 适用范围：电压等级较高或重要的负荷适用范围：电压等级较高或重要的负荷复杂电力系统的接线方式一般呈：

12、环网环网一般呈：辐射网；重要负荷，双回线。输电网的接线方式输电网的接线方式环网与多回路并存环网与多回路并存低压配电网的接线方式低压配电网的接线方式辐射网辐射网电电源源3 开式网络的潮流分布开式网络的潮流分布3.1 3.1 潮流分布的概念：潮流分布的概念：I、潮流分布、潮流分布 给定运行方式（一定的网架结构、发电、负荷）下，给定运行方式（一定的网架结构、发电、负荷）下，电力系统在正常时各母线电压和各支路功率的分布称电力系统在正常时各母线电压和各支路功率的分布称为电力系统的潮流分布；为电力系统的潮流分布；II、潮流计算、潮流计算 给定运行方式下，电力系统电压和功率分布的计算给定运行方式下，电力系统

13、电压和功率分布的计算称为潮流计算；称为潮流计算；II、潮流计算的目的、潮流计算的目的 为电网规划设计、电力系统的安全经济运行、继电为电网规划设计、电力系统的安全经济运行、继电 保护装置的整定计算等提供依据。保护装置的整定计算等提供依据。3.2 3.2 简单开式网络潮流分布的计算：简单开式网络潮流分布的计算：（1）若已知末端功率和末端电压）若已知末端功率和末端电压 计算方法：计算方法：利用计算电力线路和变压器功率利用计算电力线路和变压器功率损耗和电压降落的公式，由末端逐段向首端推算。损耗和电压降落的公式，由末端逐段向首端推算。例如：例如：下图中，已知末端电压和功率，求潮流分下图中，已知末端电压和

14、功率，求潮流分布。布。110/10.5已知量计算步骤如下：计算步骤如下：归算等值电路（既可归算到高压侧，也可归算归算等值电路（既可归算到高压侧，也可归算到低压侧）到低压侧）设归算到高压侧，则首先把已知条件归设归算到高压侧，则首先把已知条件归算到高压侧算到高压侧：计算：计算：计算计算2 2节点电压节点电压：计算线路阻抗支路损耗：计算线路阻抗支路损耗：计算计算2 2节点导纳支路功率损耗：节点导纳支路功率损耗：计算计算1 1节点电压节点电压：计算变压器阻抗支路损耗：计算变压器阻抗支路损耗：注：注：以以2 2节点为末端，重复节点为末端，重复上述过程，向首端推导。上述过程，向首端推导。计算计算1 1节点

15、导纳支路功率损耗：节点导纳支路功率损耗：潮流分布计算结束潮流分布计算结束！（2）若已知首端功率和首端电压）若已知首端功率和首端电压 计算方法：计算方法：利用计算电力线路和变压器功率损耗利用计算电力线路和变压器功率损耗和电压降落的公式，由首端逐段向末端推算。和电压降落的公式，由首端逐段向末端推算。与情况（与情况（1）步骤完全相同！）步骤完全相同！（3）若已知首端电压和末端功率）若已知首端电压和末端功率 计算方法：计算方法：I.假设末端电压为额定电压，则变为情况假设末端电压为额定电压，则变为情况 （1），依照（），依照（1）所示方法求首端注入功率；）所示方法求首端注入功率；II.以计算所得首端功率

16、和已知首端电压，求末端以计算所得首端功率和已知首端电压，求末端 电压（与情况（电压（与情况（2）相同）。）相同）。III.比较计算所得首端电压和末端功率与给定值差异，所相比较计算所得首端电压和末端功率与给定值差异，所相差较大，则以计算所得末端电压和给定末端功率，重复步骤差较大，则以计算所得末端电压和给定末端功率，重复步骤I.反复迭反复迭代，直代，直至收敛！至收敛！4 简单环形网络的潮流分布计算简单环形网络的潮流分布计算(a)网络接线图GGT1T2T3321231(b)等值网络4.1 4.1 环形网络的简化环形网络的简化环网特征：环网特征：即使最简单环网的等值网络也非常复杂，即使最简单环网的等值

17、网络也非常复杂，难于手工计算！难于手工计算！112233112233(b)等值网络解决方式：解决方式：环形网络的等值网络简化环形网络的等值网络简化简化方法：简化方法：假设全网电压为额定电压，计算各变电所的运算假设全网电压为额定电压，计算各变电所的运算 负荷和发电厂的运算功率负荷和发电厂的运算功率这样：这样：等值网络里就不在包括各变压器的励磁支路和母等值网络里就不在包括各变压器的励磁支路和母 线上的并联导纳支路线上的并联导纳支路从而：从而：组成了只包括运算负荷和运算功率及线路阻抗的组成了只包括运算负荷和运算功率及线路阻抗的 简化等值网络。简化等值网络。(c)简化等值网络132Z12Z13Z23环

18、形网络的等值网络简化环形网络的等值网络简化112233112233注入阻抗支路的电流注入阻抗支路的电流运算负荷运算负荷运算负荷运算负荷运算功率运算功率4.2 4.2 环形网络的环形网络的初步初步功率分布计算功率分布计算I.I.应用回路电流法列回路方程应用回路电流法列回路方程(c)简化等值网络132Z12Z13Z23II.II.设全网电压为额定电压设全网电压为额定电压U UN N因：因：有：有：III.III.解上述方程可得：解上述方程可得：相似：相似：（3-283-28）（3-293-29）132Z12Z13Z231231Z12Z13Z23Z2Z3Z2Z3Z图图3-9 3-9 等值两端供电网络

19、等值两端供电网络132Z12Z13Z23上述两公式可做如下理解：上述两公式可做如下理解：在节点1把网络打开，可得一等值的两端供电网，如下图所示。其两端电压大小相等，相位相同。如，具有4个节点的环式网络，如右图，推广推广上式与力学中梁的反作用力计算公式相似，故称为力矩法公式。1234同理，可推广出n=5,6,7，的计算公式。简化条件：若系统中各线路结构相同，导线截面相同，也即单位长度的参数完全相同，则上式可简化为：简化计算：简化计算：线路长度线路长度IV.IV.确定功率分点：确定功率分点：在求的在求的 和和 之后，即可求出各支路的功率分布之后，即可求出各支路的功率分布1234如：如：从计算结果中

20、会发现，网络中某些节点的功率是由两侧向其从计算结果中会发现，网络中某些节点的功率是由两侧向其流动的，这些节点称为流动的，这些节点称为功率分点功率分点。又分为。又分为有功功率分点有功功率分点（标注）和标注）和无功功率分点无功功率分点（标注），如上图示例。标注），如上图示例。注意：上述公式是在假设全网电压均为网络的额定电压，且相位也相位也相同的条件下得出的，也就是假设网络中没有功率损耗，即因此，所得的功率分布只是功率在电网中的大致分布，通常称之为初步功率分布4.3 4.3 环形网络的电压分布近似计算环形网络的电压分布近似计算I.I.已知环网中初步功率分布已知环网中初步功率分布II.II.根据无功功

21、率分点解环根据无功功率分点解环 如右图，因无功功率分点通常是如右图，因无功功率分点通常是 系统电压最低点系统电压最低点1234III.III.把系统分解为两个辐射网把系统分解为两个辐射网 a a网网:1-2-3:1-2-3 b b网：网：1-4-31-4-3IV.IV.对对a a网和网和b b网，通常已知首端电压，而末端功率已知网，通常已知首端电压，而末端功率已知 因此，可利用因此，可利用1.3 1.3 节所述知识求的各母线电压，进而节所述知识求的各母线电压，进而 计算出网络功率损耗和电压降落。计算出网络功率损耗和电压降落。习题习题3-1,3-2,3-3,3-4,3-5,3-6,3-7计算题1

22、）某简单电力系统，输电线路长度及单位长度参）某简单电力系统，输电线路长度及单位长度参 数、变压器铭牌参数如图中所示，已知：数、变压器铭牌参数如图中所示，已知：U3=110kV，S3=40+j10MVA。a)求出等值电路；求出等值电路；b)试求首端注入功率及首端电压。试求首端注入功率及首端电压。升压变压器一次侧(左)：10.5二次侧(右)：121计算题2）已知某环形网络如下图，其中各线路参数相同。）已知某环形网络如下图，其中各线路参数相同。求网络中的初步功率分布，并找出功率分点。求网络中的初步功率分布，并找出功率分点。思路提示：先形成运算负荷和运算功率组成的思路提示：先形成运算负荷和运算功率组成的 简化网络简化网络 100km40km20km80km60km70km70+j25(MVA)60+j10(MVA)30+j6(MVA)60+j11(MVA)30+j9(MVA)70km30+j10(MVA)