简单电力网络的计算和分析.ppt

第三章简单电力网络的计算和分析,主要内容,潮流计算的内容各节点电压、各支路首末两端功率电压损耗、功率损耗、电能损耗本章重点辐射形网络的潮流计算本章难点环网的潮流计算,注意本课程讨论三相对称系统，且负荷与电源为等值的星形接线方式,相应阻抗、导纳功率、电流和电压都按星形接线给定或求解。具体分析时，则采用单相等值电路，同时采用三相功率、线电压、线电流、相阻抗/导纳进行潮流计算。,目录,主要内容简单电力网络及其基本计算公式3.1电力线路和变压器运行状况的计算Page-733.2辐射形和环形网络中的潮流分布Page-823.3配电网潮流计算的特点Page-993.4电力网络潮流的调整控制（略）3.4.1调整控制潮流的必要性多电源环网功率自然分布安全优质经济要求控制手段串联电容/电抗、附加串联加压器3.4.2借附加串联加压器控制潮流3.4.3借灵活交流输电装置控制潮流（发展方向）可控串联电容器、可控移相器、综合潮流控制器,简单电力网络的计算与分析简单电力网络,简单电力网络,纯环网,辐射电网,环形网络,双端电源网络,不含辐射阻抗导纳支路,两个辐射子网,解耦,,,节点间串联阻抗支路,,节点的对地导纳支路,节点的注入功率支路,,,简单电力网络的计算与分析潮流与电能损耗的基本计算公式,潮流,电能损耗＝功率损耗时间,节点,支路,串联阻抗支路,,,,,,对地导纳支路,电力网络,,,节点电压/注入功率,支路功率,,,,潮流,,支路功率和电压损耗,,3.1电力线路和变压器运行状况的计算思考题与公式要求,基本概念电压降落、电压损耗、电压偏移、电压调整、最大负荷利用小时数、年负荷率、最大负荷损耗时间、年负荷损耗率、线路输电效率。高压输电线路分别在空载、带纯感性负载和纯有功负载时，首末端电压的幅值与相位的关系是什么什么是变压器的铜耗与铁耗必须掌握的公式对地导纳的功率损耗公式，串联阻抗的功率损耗与电压降落（横分量和纵分量）计算公式。,,,3.1电力线路和变压器运行状况的计算,3.1.1电力线路运行状况的计算Page-733.1.1.1电力线路上的电压降落和功率损耗（1）电力线路的等值电路、功率和电压（2）电力线路的功率计算Page-73（3）电力线路的电压计算Page-74线路的潮流计算实例3.1.1.2电力线路上的电能损耗3.1.2电力线路运行状况的分析3.1.3变压器运行状况的计算,,书上损耗公式的推导没有考虑三相和单相、线和相电压的区别，仅适合标么值和单相，不适合三相有名值。但最终结果普遍适用。,补充,3.1.1.1电力线路上的电压降落和功率损耗电力线路的等值电路、功率与电压,,,,,1已知末端电压和功率求解首端电压和功率2已知首端电压和功率求解末端电压和功率,,3.1.1.1电力线路上的电压降落和功率损耗电力线路的功率计算,对地导纳支路的功率损耗计算公式（3-1）串联阻抗支路的功率损耗计算公式选择（3-2）已知末端功率与电压求串联阻抗的功率损耗已知首端功率与电压求串联阻抗的功率损耗电力线路的功率分布计算,,电力线路的功率计算对地导纳支路的功率损耗计算公式,,导纳的共轭,,,,,物理意义,电力线路的功率计算串联阻抗支路的功率损耗计算公式选择,,,正确,,,电力线路的功率计算已知末端功率与电压求串联阻抗的功率损耗,,电力线路的功率计算已知首端功率与电压求串联阻抗的功率损耗,,电力线路的功率计算电力线路的功率分布计算,支路及节点的功率平衡原则,,支路首端功率等于末端功率加功率损耗,节点的流入与流出功率相等,,3.1.1.1电力线路上的电压降落和功率损耗电力线路的电压计算,电压质量指标已知末端功率和电压计算首端电压参考末端电压的电压降落横分量与纵分量已知首端功率和电压计算末端电压参考首端电压的电压降落横分量与纵分量参考首端或末端电压的电压降落相量图,,电力线路的电压计算电压质量指标*Page-75,,电力线路的电压计算已知末端功率和电压计算首端电压,,,.,,共轭,,,电压的复数计算，复杂,电力线路的电压计算参考末端电压的电压降落横分量与纵分量,,Page-743-4,,,,电压的实数计算,电力线路的电压计算已知首端功率和电压计算末端电压,,,电力线路的电压计算参考首端电压的电压降落横分量与纵分量,,Page-743-4,电力线路的电压计算参考首端或末端电压的电压降落相量图,相角差中为什么有正负号,,,,负号,,,超前角,滞后角,,线路的潮流计算实例,线路的潮流计算例题线路的潮流计算实例-结果1线路的潮流计算实例-结果2,,线路的潮流计算例题,,已知,计算,,线路的潮流计算实例-结果1,,,,公式,,线路的潮流计算实例-结果2,,3.1.1.2电力线路的电能损耗Page-76,理论计算公式常用的基本概念基于年负荷损耗率的工程计算法基于年最大负荷损耗时间的工程计算法两个经济性指标输电效率与线损率,,3.1.1.2电力线路的电能损耗计算理论计算公式,,Page-76,3.1.1.3电力线路的电能损耗计算常用的基本概念*,,Page-77,3.1.1.3电力线路的电能损耗计算基于年负荷损耗率的工程计算法,年负荷率低时k取小值,,3.1.1.3电力线路的电能损耗计算基于年最大负荷损耗时间的工程计算法*,Page-77表3-1作业4.3,,以年最大负荷的,3.1.1.3电力线路的电能损耗计算输电效率与线损率,或网损率,,Page-76,Page-78,3.1.2电力线路运行状况的分析,空载线路的首末端电压Page-78纯无功负载线路的首末端电压Page-79纯有功负载线路的首末端电压Page-79一般负荷线路的首末端电压相量图Page-79一般负荷线路的末端功率圆图（极限图）Page-80,,3.1.2电力线路运行状况的分析空载线路的首末端电压,空载运行时，只有线路对地充电电容，其电流超前电压900，相应线路末端功率为纯容性无功。,,,,,,,,,,,,,,,电阻很小的高压线路空载运行时，末段电压高于首端电压，该现象在空载运行的高压电缆中尤为突出。,线路压降为,,,,,3.1.2电力线路运行状况的分析纯无功负荷线路的首末端电压,线路压降为,,,,,,,,纯无功负荷，电流相量与电压相量呈900；感性无功，Q2大于0，首端电压幅值始终高于末端但相位滞后于末端，且电压降落的横分量与纵分量之比为常数。,Q,Q,QQ曲线纯无功负荷首端电压相量端点的运动曲线,,感性无功,容性无功,,,感性,容性,3.1.2电力线路运行状况的分析纯有功负荷线路的首末端电压,线路压降为,,,,,,,,纯有功负荷，电流相量与电压相量方向一致，首端电压幅值始终高于末端但相位超前于末端，且电压降落的纵分量与横分量之比为常数。,PP曲线纯有功负荷首端电压相量端点的运动曲线,PP垂直与QQ,,纯电阻电流,3.1.2电力线路运行状况的分析一般负荷线路的首末端电压相量图,,,,P,P,,,,,,,,,,S,S,Q,Q,,,,,,,SS曲线负荷功率因数恒定时首端电压相量端点的运动曲线,,旋转，得功率圆图。以确定传输有功功率极限。,将首末端电压降落分解到有功无功曲线上，进一步以末端电压为参考，分别分解为横分量和纵分量,有功分量,无功分量,,3.1.2电力线路运行状况的分析一般负荷线路的末端功率圆图（极限图）,曲线功率因数恒定,P2P2曲线有功功率恒定,Q2Q2曲线无功功率恒定,S2S2曲线视在功率恒定,,3.1.3变压器运行状况的计算Page-80,3.1.3.1变压器中的电压降落、功率损耗和电能损耗变电所变压器的等值电路与功率损耗发电厂变压器的等值电路与功率损耗基于铭牌参数的变电所变压器的功率损耗基于铭牌参数的发电厂变压器的功率损耗变电所变压器的电压降落发电厂变压器的电压降落变压器的电能损耗Page-813.1.3.2节点注入功率、运算负荷和运算功率基本概念Page-81等值电源与等值负荷的等值电路Page-82变电所的运算负荷等值电路Page-82发电厂的运算负荷等值电路Page-82,,3.1.3.1变压器的电压降落、功率损耗和电能损耗变电所变压器的等值电路与功率损耗,已知末端功率和电压,,,,3.1.3.1变压器的电压降落、功率损耗和电能损耗发电厂变压器的等值电路与功率损耗,已知首段功率和电压,,3.1.3.1变压器的电压降落、功率损耗和电能损耗基于铭牌参数的变电所变压器的功率损耗,,,3.1.3.1变压器的电压降落、功率损耗和电能损耗基于铭牌参数的发电厂变压器的功率损耗,,3.1.3.1变压器的电压降落、功率损耗和电能损耗变电所变压器的电压降落计算,已知末端电压和功率，计算首端电压,,3.1.3.1变压器的电压降落、功率损耗和电能损耗发电厂变压器的电压降落,已知首端电压和功率，计算末端电压,,3.1.3.1变压器的电压降落、功率损耗和电能损耗变压器的电能损耗,铜耗变压器线圈电阻中的电能损耗,,铁耗变压器铁芯电导中的电能损耗,,T为变压器实际投运时间。当无具体数值时，可取为8000h。,,3.1.3.2节点注入功率、运算负荷和运算功率基本概念,节点注入功率电源向网络注入的功率发电厂的等值电源功率等于发电厂电源侧的功率减去变压器的功率损耗。它等于发电厂负荷侧节点的注入功率。变电所的等值负荷功率等于变电所负荷侧的功率加上变压器的功率损耗。即负荷从网络吸取的功率。运算负荷或运算功率将发电厂或变电所高压母线上所连线路对地电纳中无功功率的一半并入等值负荷或者等值电源功率，称为变电所或发电厂的运算负荷。,,3.1.3.2节点注入功率、运算负荷和运算功率等值电源与等值负荷的等值电路,2,2,,1,1,,3.1.3.2节点注入功率、运算负荷和运算功率变电所的运算负荷等值电路,2,2,,3.1.3.2节点注入功率、运算负荷和运算功率发电厂的运算负荷等值电路,,3.2辐射形和环形网络的潮流分布思考题,辐射形网络潮流计算的手算方法原理高压电网潮流分布的特点环形网络潮流计算的手算方法原理环形网络循环功率的产生原因（1）双端供电网络的两端电源电压不相等。（2）并联运行变压器的变比不匹配。只要求计算简单辐射网络、纯负荷分支的简单双端供电网络和环式网络的潮流分布，不要求掌握含变电站分支的复杂辐射网络和复杂环网的近似潮流计算方法（如例3-4）。,,,3.2辐射形和环形网络的潮流分布,3.2.1辐射形网络中的潮流分布Page-823.2.1.1辐射形网络的定义和手算潮流法原理3.2.1.2简单辐射形网络及其等值电路3.2.1.3简单辐射形网络手算潮流法的实现3.2.1.4例3-1例3-3Page-833.2.1.5基于首端电压末端功率的潮流计算算例（补充）3.2.2环形网络中的潮流分布,,掌握辐射形和环形网络的手算潮流方法，深刻理解不计功率损耗、不计电压降落的横分量等近似条件对计算的影响,3.2.1.1辐射形网络的定义和手算潮流法原理,辐射形网络（开式网络）的定义任何负荷只能从一个方向得到功率。包括单回线或双回线的放射式、干线式和链式。辐射形网络的手算潮流方法原理（1）已知末端（或首端）功率和电压，从末端（或首端）向始端逐级计算功率损耗和电压损耗。（电压功率同步计算法，适用于等值单辐射串接网络）（2）已知末端功率和首端电压，第一步假设全网各节点电压为额定电压，从末端向始端（前推）进行功率分布计算。第二步由已知的首端电压和第一步中求得的首端功率，从首端向末端（回代）进行电压分布计算，此时不再重新计算功率分布。（前推回代法，适用于任意分支辐射网络）等值网络对潮流计算的影响基于同一电压等级的归算等值电网含多电压等级的实际等值电网,,基于同一电压等级的归算等值电网,等值单辐射串接网络,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,等值负荷分支,对地导纳分支,,,含串联阻抗分支的辐射网络,电压功率同步计算法,电压功率前推回代法,,,,,同一端电压功率,特点各节点的额定电压相同,,含多电压等级的实际等值电网,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,k1,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,k1,,已知末端,已知首端,,,,归算,,归算,,,归算电网,,,,已知首端,3.2.1.2简单辐射形网络及其等值电路,参数归算至节点2侧,,简单辐射网不含多个变压器分支分支等值运算负荷,3.2.1.3简单辐射形网络手算潮流法的实现,（1）基于末端功率和电压的潮流计算过程方法由末端向始端逐级计算功率损耗和电压损耗（2）基于首端功率和电压的潮流计算过程方法由首端向末端逐级计算功率损耗和电压损耗（3）基于末端功率和首端电压的潮流计算过程第一步功率分布计算。假设全网各节点电压为额定电压（基本级），从末端向始端进行功率分布计算。第二步电压分布计算。由已知的首端电压和第一步中求得的首端功率，从首端向末端进行电压分布计算，此时不再重新计算功率分布。,,3.2.1.3简单辐射形网络手算潮流法的实现基于末端功率和电压的潮流计算过程,以为参考，电压归算,,,,3.2.1.3简单辐射形网络手算潮流法的实现基于末端功率和电压的潮流计算过程续）,,以为参考,,3.2.1.3简单辐射形网络手算潮流法的实现基于末端功率和电压的潮流计算过程续）,,3.2.1.3简单辐射形网络手算潮流法的实现基于末端功率和电压的潮流计算过程续）,,以为参考,以为参考,,3.2.1.3简单辐射形网络手算潮流法的实现基于末端功率和电压的潮流计算过程续）,,3.2.1.3简单辐射形网络手算潮流法的实现基于末端功率和电压的潮流计算过程续）,,以为参考,以为参考,,3.2.1.3简单辐射形网络手算潮流法的实现基于首端功率和电压的潮流计算过程,,以为参考，,,以为参考,,,3.2.1.3简单辐射形网络手算潮流法的实现基于首端功率和电压的潮流计算过程（续）,,3.2.1.3简单辐射形网络手算潮流法的实现基于首端功率和电压的潮流计算过程（续）,,以为参考,以为参考,,3.2.1.3简单辐射形网络手算潮流法的实现基于首端功率和电压的潮流计算过程（续）,,以为参考,以为参考,,3.2.1.3简单辐射形网络手算潮流法的实现基于末端功率和首端电压的功率分布计算,UN,,,,3.2.1.3简单辐射形网络手算潮流法的实现基于末端功率和首端电压的功率分布计算（续）,UN,,,3.2.1.3简单辐射形网络手算潮流法的实现基于末端功率和首端电压的功率分布计算（续）,UN,,,3.2.1.3简单辐射形网络手算潮流法的实现基于末端功率和首端电压的功率分布计算（续）,UN,,,3.2.1.3简单辐射形网络手算潮流法的实现基于末端功率和首端电压的电压分布计算,,,,,3.2.1.3简单辐射形网络手算潮流法的实现基于末端功率和首端电压的电压分布计算（续）,,,,,3.2.1.4例3-1例3-3Page-83,例3-1，已知变压器低压侧节点电压与负荷功率（辐射网络末端功率和电压），计算潮流分布。特点参数（功率、电压和阻抗都归算至高压侧）例3-2，采用变压器的π等值模型和标幺值进行手动计算，工作量较大，不推荐手动计算例3-3，已知辐射网络首端电压和末端功率，考虑功率损耗，计算支路功率和发电厂、变电站低压侧电压。特点计算时，发电厂和变电站采用运算负荷，变压器损耗计算采用名牌参数。在确定发电厂和变电站高压侧电压以后，考虑变压器变比，确定低压侧电压。高压电网潮流分布的特点,,3.2.1.4例3-1例3-3Page-83高压电网潮流分布的特点,如只计算电压的幅值，略去电压降落的横分量不会产生很大的误差。近似采用电压降落的纵分量来表示电压损耗有较大的适用范围。变压器中电压降落的纵分量主要取决于变压器的电抗，因为变压器的电阻远小于其电抗。超高压线路也有同样特点。变压器中无功损耗远大于有功损耗（一般在10倍以上）。轻载线路的充电无功大于线路消耗的感性无功，此时线路为感性无功电源。,,3.2.1.5基于首端电压末端功率的潮流计算算例,（1）算例已知条件（2）形成等值电路（3）负荷及线路参数计算（4）变压器参数计算（5）包含参数的等值电路（6）功率分布计算（7）电压分布计算,,3.2.1.5基于首端电压末端功率的潮流计算算例算例已知条件,,3.2.1.5基于首端电压末端功率的潮流计算算例形成等值电路,,3.2.1.5基于首端电压末端功率的潮流计算算例负荷及线路参数计算,,3.2.1.5基于首端电压末端功率的潮流计算算例变压器参数计算,,3.2.1.5基于首端电压末端功率的潮流计算算例包含参数的等值电路,,3.2.1.5基于首端电压末端功率的潮流计算算例功率分布计算,,,,3.2.1.5基于首端电压末端功率的潮流计算算例功率分布计算（续）,,,,,3.2.1.5基于首端电压末端功率的潮流计算算例功率分布计算（续）,,,,3.2.1.5基于首端电压末端功率的潮流计算算例功率分布计算（续）,,,,3.2.1.5基于首端电压末端功率的潮流计算算例电压分布计算,,,,,,,,3.2.1.5基于首端电压末端功率的潮流计算算例电压分布计算（续）,,3.2.1.5基于首端电压末端功率的潮流计算算例电压分布计算（续）,,,3.2.2环形网络中的潮流分布,简单环形网络的定义环形网络潮流计算的手算方法原理双端供电网络中的功率分布环式网络中的功率分布N个分支负荷的环形网络功率分布环形均一网络的功率初分布环形同截面网络的功率初分布并联运行变压器的不匹配变比产生的循环功率环形网络中的电压降落和功率损耗,,不计功率损耗与电压降落,考虑损耗,,,3.2.2环形网络中的潮流分布简单环形网络的定义,环形网络（闭式网络）任何负荷都能从两个或两个以上的方向得到功率，包括环网和双端（电源）供电网络。,,纯环网不含辐射阻抗导纳分支分支等值运算负荷,3.2.2环形网络中的潮流分布环形网络潮流计算的手算方法原理,（1）不计功率损耗和电压损耗，确定环形网络的功率分布，即环形网络功率初分布的计算。（2）根据初分布功率，确定环形网络的功率分点，在功率分点将环形网络分解为辐射形网络。（3）基于首端电压和末端功率，考虑功率损耗和电压降落，求解经分解的辐射形网络的潮流。1）功率分布计算2）电压分布计算,,3.2.2环形网络中的潮流分布双端供电网络的手算潮流方法,双端供电网络的等值电路双端供电网络的回路功率方程双端供电网络中的功率分布公式双端供电网络功率分布中的节点间阻抗双端供电网络中的一般功率分布与循环功率,,3.2.2环形网络中的潮流分布双端供电网络的等值电路,,3.2.2环形网络中的潮流分布双端供电网络的回路功率方程,近似条件忽略功率损耗和电压损耗，假设支路首末端功率相同，且所有节点电压等于额定值。则支路电流为,回路功率方程为,,3.2.2环形网络中的潮流分布双端供电网络中的功率分布公式,,3.2.2环形网络中的潮流分布双端供电网络功率分布中的节点间阻抗,,3.2.2环形网络中的潮流分布双端供电网络的一般功率分布与循环功率,循环功率潮流调整的关键*循环功率方向由压降方向确定,,,一般环形网络的功率分布功率按阻抗分布,注意公式中的阻抗和电压降落的共轭计算,,,,3.2.2环形网络中的潮流分布环式网络中的功率分布,环网是特殊的双端供电网络，其两端电源电压相等，无循环功率，其一般功率分配计算同双端供电网络。,,3.2.2环形网络中的潮流分布N个分支负荷的环形网络功率初分布,,循环功率，方向从电源A到电源B,,,3.2.2环形网络中的潮流分布环形均一网络的功率初分布,功率分布按电阻分布,,,3.2.2环形网络中的潮流分布环形同截面网络的功率初分布,,功率按长度分布,,3.2.2环形网络中的潮流分布并联运行变压器的变比不匹配问题,,并联运行变压器的变比不匹配，则会产生循环功率,,,3.2.2环形网络中的潮流分布并联运行变压器的不匹配变比产生的循环功率,,,变压器的电抗远大于电阻，因此循环功率主要是无功功率,,3.2.2环形网络中的潮流分布环形网络中的电压降落和功率损耗,环形网络的功率分点定义环形网络中潮流分布的手算步骤（1）不计损耗的功率分布计算（2）功率分点的确定。（3）解环与辐射网络的形成。（4）考虑损耗的潮流分布计算。,,3.2.2环形网络中的潮流分布环形网络的功率分点定义,,3.2.2环形网络中的潮流分布功率分布的计算与功率分点的确定,第一步功率的初分布计算，确定功率分点,有功和无功功率分点在哪里,,3.2.2环形网络中的潮流分布解环与考虑损耗的潮流分布计算,第三步基于首端电压和末端功率，计算网络的功率分布和电压分布。注意由节点4的电压确定节点3的电压，或者由节点1的电压确定节点3的电压，两条路径都行，但获得的节点3电压不相同，这是手算方法存在的近似误差。,第二步从（无功）功率分点将环形网络解开，分解为两个辐射形网络,,3.3配电网潮流计算的特点,3.3.1辐射形配电网潮流计算的特点（1）辐射形配电网支路数一定小于节点数。（2）低电压配电网线路的电阻相对电抗较大，一般不满足RX条件。（3）可以采用前推回代算法进行潮流计算。3.3.2配电网的前推回代潮流算法3.3.3简单网络手算潮流的常用简化条件纯环网的功率初分布计算实例纯环网的功率初分布计算结果实际简单环网的纯环网处理,,3.3.2配电网的前推回代潮流算法,（1）初始化给定平衡节点（电源点，只考虑一个电压给定的电源节点，其余都为功率给定的负荷节点）电压，并为全网其它节点赋初值（额定值，相角为0）。（2）计算节点对地导纳的功率损耗，确定各节点运算功率。（3）从网络末端开始，逐层前推，由节点电压，求全网各支路功率分布。功率分布计算（4）从始端出发，逐段回推，由电源点电压和支路功率求各节点电压。电压分布计算（5）收敛判断节点不平衡功率的偏差小于设定值。若不收敛，则基于节点的修正电压，重新返回（2），继续迭代。,,3.3.3简单网络手算潮流的常用简化条件,不计功率损耗和电压降落的简单环网功率分布计算不计功率损耗的电压分布计算不计功率损耗有电压损耗吗不计电压损耗的横分量，计算功率分布和电压分布。,,纯环网的功率初分布计算实例,,,,,,,,,,,,（1）当,时，计算,（2）当,时，计算,,纯环网的功率初分布计算结果,（1）,（2）,,实际简单环网的纯环网处理,,,,等值运算负荷,,,UN,UN,,,等值电源,等值电源,,纯环网,,,,等值电路,