電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析ppt課件

1、1,第三章 簡單電力網(wǎng)絡的計算和分析,第一節(jié) 電力線路和變壓器的運行狀況的計算和分析第二節(jié) 輻射形和環(huán)形網(wǎng)絡中的潮流分布第三節(jié) 配電網(wǎng)潮流計算的特點第四節(jié) 電力網(wǎng)絡潮流的調(diào)整控制,2,電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)：指系統(tǒng)正常的、相對靜止的運行狀態(tài)。 潮流計算是根據(jù)給定的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和運行條件，通過電壓、功率平衡方程，求出整個網(wǎng)絡的運行狀態(tài)，包括各母線的電壓、網(wǎng)絡中的功率分布以及功率損耗等等。,一、電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析的目的,概述,潮流

2、計算,3,1.確定電力系統(tǒng)的運行方式；2.檢查系統(tǒng)中的各元件是否過壓或過載；3.為電力系統(tǒng)繼電保護的整定提供依據(jù)；4.為電力系統(tǒng)的穩(wěn)定計算提供初值；5.為電力系統(tǒng)規(guī)劃和經(jīng)濟運行提供分析的基礎。 因此，電力系統(tǒng)的潮流計算是電力系統(tǒng)中一項最基本的計算，其既有一定的獨立的實際意義，又是研究其它問題的基礎。,二、電力系統(tǒng)潮流計算的目的,概述,4,電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)中的運行變量與時間無關，描述其特性的是代數(shù)方程。,概述,潮流計算

3、的數(shù)學模型：,三、潮流計算,5,電力網(wǎng)絡特性計算所需的原始數(shù)據(jù)：,用戶變電所的負荷功率及其容量電源的供電電壓和樞紐變電所的母線電壓繪制等值電路所需的各元件參數(shù)和相互之間的關聯(lián)、關系等等。,概述,6,第一節(jié) 簡單電力線路和變壓器的分析和計算,一、電力線路運行狀況的計算 已知條件為：末端電壓U2，末端功率以及線路參數(shù)。求解線路中的功率損耗和始端電壓和功率。,電壓降落電壓降落是指線路始端與末端電壓的相量差。,,,7,1）電壓降

4、落,8,始端電壓：,-----電壓降落的縱分量,-----電壓降落的橫分量,,9,以 為參考向量，已知 、 ：,10,電壓降落的計算,始端電壓幅值：始末端電壓相位差：,11,以 為參考向量，已知 、 ：,若已知條件改為：始端電壓U1，始端功率S1=P1+jQ1，以及線路參數(shù)。求解線路中的功率損耗和末端電壓和功率。,12,電壓降落的計算,13,1) 電壓降落：指線路始末兩 端電

5、壓的相量差。相量,2) 電壓損耗：指線路始末兩 端電壓的數(shù)值差。 以百分值表示：標量,電壓偏移：指線路始端或末 端電壓與線路額定電壓的數(shù) 值差。以百分值表示： 標量,4) 電壓調(diào)整：指線路末端空載與負載時電壓的數(shù)值差。以百分值表示： 標量,2. 電壓質(zhì)量指標,14,3.線路中的功率損耗計算,15,1）線路末端導納支路上的吸收的功率,,16,2）線路串聯(lián)阻抗支路末端上的功率,17,3）線路串聯(lián)阻抗支

6、路中的功率損耗,,18,4) 線路串聯(lián)阻抗支路始端的功率,19,5）線路始端導納支路上的損耗,20,6）線路始端的功率,21,7）線路總功率損耗,22,由以上計算中可知,說明串聯(lián)阻抗支路中總是消耗感性無功功率,由于B>0,說明并聯(lián)支路中消耗的是容性無功功率，或者說它們發(fā)出感性的無功功率，起抵消說消耗的感性無功功率△QZ的作用。 至于整個線路是消耗還是發(fā)出無功功率決定于△QY2 +△QY1 與△QZ之間的差。,2

7、3,,4. 電力線路上的電能損耗,1）最大負荷利用小時數(shù)Tmax：指一年中負荷消費的電能W除以一年中的最大負荷Pmax，即：,2）年負荷率：一年中負荷消費的電能W除以一年中的最大負荷Pmax與8760h的乘積，即：,3）年負荷損耗率：全年電能損耗除以最大負荷時的功率損耗與8760h的乘積，即：,24,最大負荷損耗時間：全年電能損耗除以功率損耗，即：,求取線路全年電能損耗的方法就有以下兩個： 根據(jù)最大負荷損耗率計算：

8、根據(jù)最大負荷損耗時間計算：,25,5.電能經(jīng)濟指標,1) 輸電效率：指線路末端輸出有功功率與線路始端輸入有功功率的比值，以百分數(shù)表示：,2) 線損率或網(wǎng)損率：線路上損耗的電能與線路始端輸入的電能的比值。,26,二、電力線路運行狀況的分析 1. 空載,27,假設忽略電阻RL,則有,電壓損耗與線長度平方成正比。,末端電壓可能高于始端，即產(chǎn)生電壓過高現(xiàn)象。,28,二、電力線路運行狀況的分析 2. 有載：與發(fā)電機極限圖相類似。見p79

9、,末端僅有無功負荷 時：,容性,感性,Q2變，而 不變，因此 沿直線QQ移動。,A,29,末端僅有有功負荷 時：,P2變，而 不變，因此 沿直線PP移動。,30,末端同時含有有功負荷和無功負荷時：,31,電力線路的末端功率圓圖：,虛線P2P2：虛線Q2Q2：虛線 :虛線S2S2:,32,3. 輸電線路的傳輸功率極限,一個很自然的問題是，一條輸電線路能夠傳輸?shù)挠泄?/p>

10、率到底有沒有限制，傳輸功率極限是多少。假定線路等值電路中的電阻為零，并且不計及兩端的并聯(lián)導納，在此情況下，有,令線路始端電壓為,比較上述兩式的虛部，可得出,,33,當兩端電壓一定時，P與 成正弦函數(shù)關系，最大傳輸功率在 時出現(xiàn)。 有功功率一般是由電壓相位相對超前的一端向電壓相位相對滯后的一端傳遞（相當于相位差大于零）。,在忽略電阻的情況下，線路始末端的有功功率相等，于是得到線路的傳輸

11、功率與兩端電壓的大小及其相位差 之間的關系為,34,由以上分析可知輸電線路的最大傳輸功率與兩端電壓乘積成正比，而與線路的電抗成反比。增加始末端電壓可以提高線路的傳輸功率極限，但是由于受到設備絕緣等因素的限制，其最高電壓通常不允許超過一定的允許值，除非提高線路的電壓等級，采用更高一級的額定電壓。減少線路的電抗比提高電壓等級容易和經(jīng)濟得多。其中，線路采用分裂導線便是減少的措施之一，另一個措施是在線路上串聯(lián)電容器，用電容器 的

12、容抗來補償線路的一部分感抗。,35,對于線路傳輸?shù)臒o功功率，忽略電壓降的橫分量，并忽略線路的電阻時有,4. 輸電線路功率與電壓之間的定性關系,可見，線路傳輸?shù)臒o功功率與線路兩端電壓差即電壓損耗成正比。而且無功功率一般由電壓高的一端向電壓低的一端流動。如果要增加線路始端送到末端的無功功率，需要設法提高始端電壓或降低末端電壓。那么增加線路流過的無功勢必造成兩端電壓損耗增大。,36,在輸電系統(tǒng)，特別是超高壓輸電系統(tǒng)中，由于線路和變壓器的電阻

13、遠小于電抗，其結(jié)果使得有功功率與兩端電壓相位差之間，無功功率與電壓損耗之間呈比較緊密的關系，而有功功率與電壓損耗之間、無功功率與電壓相位差之間的關系較弱。,重要結(jié)論：PQ解耦特性和潮流流向,37,在高壓輸電網(wǎng)中： 線路（變壓器）兩端電壓幅值差△U，主要是由輸送Q產(chǎn)生（或△U是傳輸Q的條件），Q從U高的節(jié)點流向U低的節(jié)點，V-Q強解耦，V-P弱解耦。 線路（變壓器）兩端電壓相位差 ，主要是由

14、輸送P產(chǎn)生（或 是傳送P的條件），P從 超前節(jié)點流向 滯后節(jié)點， －P強耦合， －Q弱耦合。,重要結(jié)論：PQ解耦特性和潮流流向,38,三、變壓器運行狀況的計算,1.電壓降落： 公式類似于電力線路的。,39,2.串聯(lián)阻抗上的功率損耗：,,40,3. 變壓器串聯(lián)阻抗支路始端的功率,第一節(jié) 簡單電力線路和變壓器的分析和計算,41,4.導納上的功率損耗 :,注意： 變壓器勵磁支路

15、與線路導納支路的無功功率的符號相反。,,第一節(jié) 簡單電力線路和變壓器的分析和計算,42,5.變壓器始端的功率,第一節(jié) 簡單電力線路和變壓器的分析和計算,43,如不必求取變壓器內(nèi)部的電壓降落，可不制定變壓器的等值電路而直接由制造廠提供的實驗數(shù)據(jù)計算其功率損耗。（給定末端的電壓和功率）,取近似U1=U2=UN,（還可對應下標為1）,,,（還可對應下標為1）,44,第一節(jié) 簡單電力線路和變壓器的分析和計算,三、變壓器運行狀況的計算,4.節(jié)點

16、注入功率、運算負荷、運算功率,節(jié)點注入功率:將發(fā)電廠負荷側(cè)母線和變電站電源側(cè)母線看作是節(jié)點時，等值電源功率和等值負荷功率成之為節(jié)點注入功率。與之對應的電流為注入電流。兩者以流入網(wǎng)絡為正。,45,第一節(jié) 簡單電力線路和變壓器的分析和計算,三、變壓器運行狀況的計算,4.節(jié)點注入功率、運算負荷、運算功率,變壓器的導納支路通常放在發(fā)電廠的低壓側(cè)。,46,第一節(jié) 簡單電力線路和變壓器的分析和計算,三、變壓器運行狀況的計算,4.節(jié)點注入功率、運算負

17、荷、運算功率,47,由以上分析計算可得到以下結(jié)論,有功功率損耗伴隨著電能損耗，從而使電力系統(tǒng) 一次能源消耗量增加。對于無功功率損耗雖然并不直接引起電能損耗， 但無功功率需要由發(fā)電機和無功補償設備提供， 從而也增大了它們的容量和所需的費用。當無功功率流過線路和變壓器時，使總電流增大，因而增大了電阻的有功功率損耗。雖然系統(tǒng)中不希望無功功率遠距離輸送，希望用 戶提高功率因數(shù)，無功功率分層控制，就地平衡。,48

18、,線路等值電抗消耗的無功：與負荷平方成正比。對地等值電納發(fā)出的無功：充電功率，與所加電壓平方成正比，與通過負荷無直接關系。輕載時，線路消耗很少的無功，甚至發(fā)出無功。對于超高壓線路，可能引起線路末端電壓升高，導致設備絕緣損壞，故線路末端常設并聯(lián)電抗器，在線路空載或輕載時抵消充電功率，避免 線路上出現(xiàn)過電壓。,,,49,第二節(jié) 輻射形和環(huán)形網(wǎng)絡中的潮流分布,1.功率的計算,電力網(wǎng)絡的功率損耗由各元件等值電路中不接地支路阻抗

19、損耗和接地支路導納損耗構(gòu)成。,a.阻抗損耗,b.導納損耗 輸電線 變壓器,50,2.電壓的計算,第二節(jié) 輻射形和環(huán)形網(wǎng)絡中的潮流分布,當功率通過元件阻抗（Z=R+jX）時，產(chǎn)生電壓降落,注意：要分清楚從受電端計算還是從送電端計算。,51,輻射形電網(wǎng)的特點：線路有明確的始端和末端。輻射形電網(wǎng)的分析計算：利用已知的負荷、節(jié)點電壓求取未知節(jié)點電壓、線路功率分布、功率損耗及始端輸出功率。按已知條件的不同，一

20、般可以分為兩種：已知末端功率、電壓：根據(jù)前述方法，從末端逐級往上推算。已知末端功率、始端電壓：迭代法計算。,第二節(jié) 輻射形和環(huán)形網(wǎng)絡中的潮流分布,一、 輻射形網(wǎng)絡中的潮流分布,52,1、已知同一端電壓和功率及元件參數(shù)。如已知U2(或U1)和S2(或S1)以及元件參數(shù)。求解各未知節(jié)點電壓、各元件流過的電流或功率。,輻射形網(wǎng)絡單端供電方式,計算步驟：根據(jù)網(wǎng)絡接線圖以及各元件參數(shù)計算等值電路，并將等 值電路簡化。一般歸算至高壓

21、側(cè)。,2) 根據(jù)已知的負荷功率和網(wǎng)絡額定電壓，從受電端推算到 送電端，逐一近似計算各元件的功率損耗，求出各節(jié)點 的注入和流出的功率，從而得到始端功率和電壓及電力 網(wǎng)絡的功率、電壓分布。,53,第二節(jié) 輻射形和環(huán)形網(wǎng)絡中的潮流分布,一、 輻射形網(wǎng)絡中的潮流分布,54,計算已知同一點電壓和功率的潮流分布,計算步驟如下：1) 變壓器串聯(lián)支路首端的功率,已知末端的功率 、末端電壓為 。,5

22、5,2) 變壓器原邊繞組電壓,設以 為參考相量，則,3) 注入變壓器的功率,4) 線路串聯(lián)支路末端的功率,56,5) 輸電線路的功率損耗以及串聯(lián)支路首端功率,輸電線路的功率損耗,串聯(lián)支路首端功率,6) 發(fā)電廠高壓母線電壓,7) 發(fā)電廠高壓母線輸入系統(tǒng)的功率 為線路串聯(lián)支路功率加線路始端的充電功率,57,計算步驟：,2、已知不同端的電壓和功率，一般情況已知末端 電壓

23、和始端功率及元件參數(shù)。求解各未知節(jié)點電 壓、個元件流過的電流或功率。,1）根據(jù)網(wǎng)絡接線圖以及各元件參數(shù)計算等值電路，并將等 值電路簡化。一般歸算至高壓側(cè)。,2）根據(jù)已知的末端負荷功率和網(wǎng)絡額定電壓，從受電端推算到送電端，逐一近似計算個元件的功率損耗，求出各節(jié)點的注入和流出功率，從而得到電力網(wǎng)絡的功率分布（不考慮電壓降）,3）根據(jù)已知的始端電壓及電力網(wǎng)絡的功率分布，計算各節(jié)點電壓。,58,一、 輻射形網(wǎng)絡中的潮流分布,已知末端負荷

24、功率 和發(fā)電廠高壓母線電壓 求 和 及發(fā)電廠高壓母線發(fā)出的功率。,1）先設末端負荷點的電壓為網(wǎng)絡額定電壓 (歸算至高壓側(cè)的額定電壓），由末端向始端推算出近似的功率分布，在推算過程中，近似認為網(wǎng)絡中 沒有電壓降，且各處電壓均等于 （除 ）。,a）變壓器串聯(lián)支路始端的功率,59,b) 注入變壓器的功率,c) 線路串聯(lián)支路末端的功率,d) 輸電線路

25、的功率損耗,e) 串聯(lián)支路首端功率,60,2) 由已知的始端電壓及求得的近似功率分布， 從始端向末端進行電壓分布計算,a）已知,f) 發(fā)電廠高壓母線輸入系統(tǒng)的功率 為線路串聯(lián)支路功率加線路始端的充電功率,b) 由,61,注意：,求出的負荷側(cè)電壓 是低壓側(cè)歸算到高壓側(cè) 的值。要得到變壓器低壓側(cè)的實際電壓，必須用變比 把其歸算到低壓側(cè)。,對于干線式和鏈式的開環(huán)網(wǎng)絡進行潮流計算時，就要用到運算負荷

26、和運算功率對網(wǎng)絡進行簡化。如書中P88例題3－3,62,第二節(jié) 輻射形和環(huán)形網(wǎng)絡中的潮流分布,一、 輻射形網(wǎng)絡中的潮流分布,注意：第二步只計算功率分布，第三步只計算電壓分布，因此，這是一種近似計算方法，若要計算結(jié)果達到精度要求，可反復上列步驟，形成一種迭代算法，直到精度滿足要求為止。只是在迭代計算中，第二步不再用額定電壓，而用在上次計算中得到的各點電壓近似值，重新按步驟2計算各阻抗、導納支路上功率損耗，以求得較準確的電源功率。,63

27、,二、 環(huán)形網(wǎng)絡中的潮流分布,第二節(jié) 輻射形和環(huán)形網(wǎng)絡中的潮流分布,1. 最簡單的單一環(huán)網(wǎng)功率分布，由一個電源供電。P92,64,第一步：將單一環(huán)網(wǎng)等值電路簡化為只有線路阻抗的簡化等值電路。步驟： 1）根據(jù)網(wǎng)絡接線圖以及各元件參數(shù)計算等值電路； 2）以發(fā)電機端點為始端，并將發(fā)電廠變壓器的勵磁支路移 至負荷側(cè)； 3）將同一節(jié)點下的對地支路合并，并將等值電路圖重新編號； 4）在全網(wǎng)電壓為額定電壓的假設下，計

28、算各變電所的運算 負荷和發(fā)電廠的運算功率，并將它們接在相應節(jié)點。,二、 環(huán)形網(wǎng)絡中的潮流分布,第二節(jié) 輻射形和環(huán)形網(wǎng)絡中的潮流分布,65,第二節(jié) 輻射形和環(huán)形網(wǎng)絡中的潮流分布,66,第二步：用簡化的回路電流法解該簡化等值電路,通過近似方法，從功率中求取相應的電流。電壓近似認為是額定電壓：,67,第三步：用相同的方法求解,,以1為支點的力矩法,68,由此，擴展到相應的多節(jié)點網(wǎng)絡的計算當中：,第四步：計算整個網(wǎng)絡的功率分布,求得

29、 和 后，即可求取環(huán)網(wǎng)各線段中流通的功率，即每條支路的功率分布。根據(jù)網(wǎng)絡的功率分布會發(fā)現(xiàn)一些特殊的節(jié)點－－功率分點,69,重要概念P93,功率分點：網(wǎng)絡中某些節(jié)點的功率是由兩側(cè)向其流動的。分為有功分點▼和無功分點▽。見P96,二、 環(huán)形網(wǎng)絡中的潮流分布,第二節(jié) 輻射形和環(huán)形網(wǎng)絡中的潮流分布,第五步：從功率分點處把網(wǎng)絡折成兩個開式網(wǎng)，即 在功率分點處將環(huán)網(wǎng)解列。再按已知不同點電 壓、功率的方法在從末

30、端到始端進行功率分布計 算，從始端到末端進行電壓分布計算。最終得到 環(huán)形網(wǎng)絡的電壓、功率分布。,70,,當有功分點和無功分點不一致時，將在哪一個分點解列？ 在無功分點處解列。因為電壓的損耗主要由無功功率流動引起的，無功分點的電壓往往低于有功分點的電壓。電網(wǎng)應在電壓最低處解列。,71,2. 兩端供電網(wǎng)絡中的功率分布,回路電壓為0的單一環(huán)網(wǎng)等值于兩端電壓大小相等、相位相同的兩端供電網(wǎng)絡。那么兩端電壓大小不

31、相等、相位不相同的兩端供電網(wǎng)絡，反過來是可以等值為回路電壓不為0的單一環(huán)網(wǎng)。,,72,以回路電壓不為0的單一環(huán)網(wǎng)為例p94，其求解過程為： 1）設節(jié)點1、4的電壓差為：,2）用簡化的回路電流法解簡化等值電路,3）通過近似方法，從功率中求取相應的電流，電 壓近似認為是額定電壓：,73,流經(jīng)阻抗Z12功率為：流經(jīng)阻抗Z43功率為：,,74,4）計算各線段的電壓降落和功率損耗，過程為：求得網(wǎng)絡功率分布后，確定其功率

32、分點以及流向功率分點的功率，在功率分點即網(wǎng)絡最低電壓點將環(huán)網(wǎng)解開，將環(huán)形網(wǎng)絡看成兩個輻射形網(wǎng)絡，由功率分點開始，分別從其兩側(cè)逐段向電源端推算電壓降落和功率損耗。,以回路電壓不為0的單一環(huán)網(wǎng)為例，其求解過程為：,注意：循環(huán)功率的正方向與 的取向有關。若 則循環(huán)功率由節(jié)點1指向節(jié)點4。,75,有三種簡化方法：1. 等值電源法 兩個或兩個以上有源支路向同一節(jié)點供電時，可用一

33、 個等值有源支路替代。替代后，網(wǎng)絡中其他部分的電壓、 電流、功率保持不變。,補充：復雜電力網(wǎng)絡的簡化方法,76,從等值電源支路功率還原求各原始支路功率：,77,2. 負荷移置法 1）將一個負荷移置兩處,方程書寫似杠桿原理,78,2）將兩個負荷移置一處,79,3. 消去節(jié)點法 消去節(jié)點法實際由兩部分組成，即負荷移置和星-網(wǎng)變換。,80,第三節(jié) 配電網(wǎng)潮流計算的特點,一、輻射形配電網(wǎng)潮流計算的特點,輻射形配電網(wǎng)分

34、類：輻射式、鏈式、干線式,潮流計算特點：（1）改配電網(wǎng)支路數(shù)一定小于節(jié)點數(shù)。網(wǎng)絡節(jié)點導納矩陣稀疏度很高。 ( 2 ) 低壓配電網(wǎng)由于線路電阻較大，一般不滿足R<<X,因此通常不能采用下章講解的潮流計算法----PQ分解法。（3） 對于末端負荷節(jié)點前的支路功率就是末端運算負荷，所以可直接求支路功率損耗和,81,第四節(jié) 電力網(wǎng)絡潮流的調(diào)整控制,調(diào)整控制潮流的手段主要有：1. 串聯(lián)電容 作用：抵償線路的感

35、抗，將其串聯(lián)在環(huán)網(wǎng)中阻抗相對過大的線路上，可起轉(zhuǎn)移其他重載線路上流通功率的作用。2. 串聯(lián)電抗作用：限流，將其串聯(lián)在重載線路上可避免該線路過載。 注：該方法對電壓質(zhì)量和系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性有影響，未曾推廣使用。,82,3. 附加串聯(lián)加壓器作用：產(chǎn)生一環(huán)流或強制循環(huán)功率，使強制循環(huán)功率與自然分布功率的疊加可達到理想值，實現(xiàn)有功功率損耗最小。,,83,小結(jié)及要求,本章主要講述了人工手算潮流的基本方法，輸電線路和變壓器的電

36、壓降落和功率損耗是本章最基本的公式。通過輻射形和環(huán)形網(wǎng)絡的計算，了解和掌握電力系統(tǒng)中的一些物理現(xiàn)象，如系統(tǒng)的有功、無功平衡，空載電路的末端電壓升高問題，高壓網(wǎng)絡中有功、無功功率的流向問題。在電阻遠小于電抗的情況下，改變電力網(wǎng)中節(jié)點電壓的大小，主要用改變系統(tǒng)無功功率的分布；改變節(jié)點電壓的相位，主要用改變系統(tǒng)有功功率的分布。掌握降低電壓降落、功率損耗的方法，提高用戶功率因數(shù)，避免無功功率遠距離輸送等電力系統(tǒng)中最基本的概念和計算方法。,84

37、,作業(yè),有一額定電壓為110KV的閉式電力網(wǎng)，如圖所示。已知發(fā)電廠A高壓母線電壓等于118KV。發(fā)電廠B裝有額定電壓為6.3kv，容量為25MW，功率因數(shù)為0.8的發(fā)電機一臺，該機滿載運行，除了廠用10%外，其余的功率經(jīng)一臺容量為31.5MVA，變比為121/6.3的升壓變壓器送入電網(wǎng)。變電所a裝有兩臺容量為31.5MVA的降壓變壓器，變比為110/11，負荷為40+j30MVA，變電所b裝有一臺容量為16MVA的降壓變壓器，變比為11