电力系统分析 绪论PPT课件

1、1第一章 电力系统的基本概念一基本概念二电力系统的结线方式三电压等级及适用范围四电力系统中性点的运行方式第1页/共210页2一基本概念一基本概念 电力系统是由发电厂、输电线、配电系统及负荷组成的。是现代社会中最重要、最庞杂的工程系统之一。 电力网络是由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成的部分。 总装机容量指该系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计。 第2页/共210页3一基本概念一基本概念 年发电量指该系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和，以千瓦时（KWh）、兆瓦时（MWh）、吉瓦时（GWh）为单位计。 最大负荷指规定时

2、间内，电力系统总有功功率负荷的最大值，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计。 第3页/共210页4一基本概念一基本概念 额定频率按国家标准规定，我国所有交流电力系统的额定功率为50Hz。 最高电压等级是指该系统中最高的电压等级电力线路的额定电压。 第4页/共210页5按对供电可靠性的要求将负荷分为按对供电可靠性的要求将负荷分为三级三级 一级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成人身事故，经济严重损失，人民生活发生混乱。 二级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成大量减产，人民生活受影响。 三级负荷：所有不属于一、二级的负荷。第5页/共210页6二电力系统的结线方式二电力系统的结线方式 包

3、括单回路放射式、干线式和链式网络 优点：简单、经济、运行方便 无备用结线 缺点：供电可靠性差 适用范围：二级负荷 包括双回路放射式、干线式和链式网络 优点：供电可靠性和电压质量高 有备用结线 缺点：不经济 适用范围：电压等级较高或重要的负荷第6页/共210页7三电压等级及适用范围三电压等级及适用范围 额 定 电 压 等 级 变 压 器 线 电 压 用 电 设 备 额 定 线 电 压 交 流 发 电 机 线 电 压 一 次 绕 组 二 次 绕 组 3 6 10 35 110 220 330 500 3.15 6.3 10.5 3 及 3.15 6 及 6.3 10 及 10.5 35 110 2

4、20 330 500 3.15 及 3.3 6.3 及 6.6 10.5 及 11 38.5 121 242 345 及 363 525 及 550 第7页/共210页8三电压等级及适用范围三电压等级及适用范围说明：1.用电设备的容许电压偏移一般为5%；2.沿线路的电压降落一般为10%；3.在额定负荷下，变压器内部的电压降落约为5%。第8页/共210页9三电压等级及适用范围三电压等级及适用范围电力网络中电压分布采取的措施：1.取用电设备的额定电压为线路额定电压，使所有设备能在接近它们的额定电压下运行；2.取线路始端电压为额定电压的105%；3.取发电机的额定电压为线路额定电压的105%；4.变

5、压器分升压变和降压变考虑一次侧接电源，取一次侧额定电压等于用电设备额定电压；二次侧接负荷，取二次侧额定电压等于线路额定电压。 第9页/共210页10变压器的电压等级 升压变压器（例如35/121，10.5/242） 一次侧（低压侧）接电源，相当于用电设备，一次侧额定电压等于用电设备的额定电压； 直接和发电机相联的变压器一次侧额定电压等于发电机的额定电压； 二次侧（高压侧）接线路始端，向负荷供电，相当于发电机，应比线路的额定电压高5%，加上变压器内耗5%，所以二次侧额定电压等于用电设备的额定电压110%。第10页/共210页11变压器的电压等级 降压变压器（110/38.5，220/38.5）

6、一次侧（高压侧）接线路末端，相当于用电设备，一次侧额定电压等于用电设备的额定电压； 二次侧（低压侧）向负荷供电，相当于发电机，应比线路的额定电压高5%，加上变压器内耗5%，所以二次侧额定电压等于用电设备的额定电压110%。第11页/共210页12四电力系统中性点的运行方式四电力系统中性点的运行方式 特点：供电可靠性低，比较经济； 直接接地 故障时：如发生接地故障，则构成 短路回路，接地相电流很大； 适用范围：110KV以上系统。 特点：供电可靠性高，绝缘费用高； 故障时：如发生接地故障，不必切 不接地 除接地相，但非接地相对 地电压为 相电压 适用范围：60KV以下系统 3第12页/共210页

7、13bE cE bI N aI aI aE cI 四电力系统中性点的运行方式四电力系统中性点的运行方式 1. 中性点经消弧线圈接地（电抗线圈）中性点不接地方式 2. 中性点经非线性电阻接地 过补偿（总电流为感性） 欠补偿（总电流为容性） 第13页/共210页14第二章第二章 电力系统各元件的特性和数学模型电力系统各元件的特性和数学模型一电力系统中生产、变换、输送、消费电能的四大部分的特性和数学模型1.发电机组 2.变压器3.电力线路 4.负荷二电力网络的数学模型 第14页/共210页15复功率的符号说明： 取 滞后功率因数 为正，感性无功负荷 运行时，所吸取的无功功率 超前功率因数 为负，容性

8、无功 滞后功率因数 为正，感性无功发电机 运行时，所发出的无功功率 超前功率因数 为负，容性无功 iuUIjQPIUS第15页/共210页16第一节第一节 电力线路的参数和数学电力线路的参数和数学模型模型电力线路结构简述 电力线路按结构可分为 架空线：导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具等 电 缆：导线、绝缘层、保护层等1.架空线路的导线和避雷线 导 线：主要由铝、钢、铜等材料制成 避雷线：一般用钢线第16页/共210页171 1. . 架空线路的导线和避雷线架空线路的导线和避雷线v认识架空线路的标号 / 钢线部分额定截面积 主要载流部分额定截面积 J 表示加强型，Q表示轻型 J 表示多股线 表示

9、材料，其中：L表示铝、 G表示钢、T表示铜、HL表示 铝合金 例如：LGJ400/50表示载流额定截面积为400、钢线额定截面积为50的普通钢芯铝线。 第17页/共210页18v为增加架空线路的性能而采取的措施 目的：减少电晕损耗或线路电抗。 多股线 其安排的规律为：中心一股芯线，由内到外，第一层为6股，第二层为12股，第三层为18股，以此类推 扩径导线 人为扩大导线直径，但不增加载流部分截面积。不同之处在于支撑层仅有6股，起支撑作用。 分裂导线 又称复导线，其将每相导线分成若干根，相互间保持一定的距离。但会增加线路电容。第18页/共210页192. 架空线路的绝缘子 架空线路使用的绝缘子分为

10、 针式：35KV以下线路 悬式：35KV及以上线路 通常可根据绝缘子串上绝缘子的片数来判断线路电压等级，一般一个绝缘子承担1万V左右的电压。3. 架空线路的换位问题 目的在于减少三相参数不平衡 整换位循环：指一定长度内有两次换位而三相导线都分别处于三个不同位置，完成一次完整的循环。 滚式换位 换位方式 换位杆塔换位 第19页/共210页20 电力线路的阻抗电力线路的阻抗1.有色金属导线架空线路的电阻 有色金属导线指铝线、钢芯铝线和铜线 每相单位长度的电阻： 其中： 铝的电阻率为31.5 铜的电阻率为18.8 考虑温度的影响则： sr/1)20(120trrt第20页/共210页212.有色金属

11、导线三相架空线路的电抗 最常用的电抗计算公式： 其中： 41105 .0lg6 .42rmrDfx311 /cabcabmmrrDDDDcmmmDHzfcmmmrkmx），或几何均距（）交流电频率（数，对铜、铝，导线材料的相对导磁系）或导线的半径（）导线单位长度的电抗（第21页/共210页22进一步可得到：还可以进一步改写为：在近似计算中，可以取架空线路的电抗为0157. 0lg1445. 01rDxmrrrDxm779. 0,lg1455. 01km/40. 0第22页/共210页233.分裂导线三相架空线路的电抗 分裂导线采用了改变导线周围的磁场分布，等效地增加了导线半径，从而减少了导线电

12、抗。可以证明： 根导线间的距离：某根导线与其余1)(0157. 0lg1445. 011312)1(113121ndddrddddrrnrDxnnnmnneqeqm第23页/共210页244. 钢导线三相架空线路的电抗 钢导线与铝、铜导线的主要差别在于钢导线导磁。 5. 电缆线路的阻抗 电缆线路的结构和尺寸都已经系列化，这些参数可事先测得并由制造厂家提供。一般，电缆线路的电阻略大于相同截面积的架空线路，而电抗则小得多。rmrDx0157.0lg1445.01第24页/共210页25 电力线路的导纳电力线路的导纳1.三相架空线路的电纳 其电容值为： 最常用的电纳计算公式： 架空线路的电纳变化不大

13、，一般为 10lg0241.061rDCm(S/km) 10lg58.761rDbmkmS/1085. 26第25页/共210页262.分裂导线线路的电纳3.架空线路的电导 线路的电导取决于沿绝缘子串的泄漏和电晕 绝缘子串的泄漏：通常很小 电晕：强电场作用下导线周围空气的电离现象 导线周围空气电离的原因：是由于导线表面的电场强度超过了某一临界值，以致空气中原有的离子具备了足够的动能，使其他不带电分子离子化，导致空气部分导电。(S/km) 10lg58.761eqmrDb第26页/共210页27 确定由于电晕产生的电导，其步骤如下：1.确定导线表面的电场强度2.电晕起始电场强度 空气介电常数其中

14、：rDrUrQEmrln2大气压力空气的相对密度气象系数粗糙系数其中：，bmmtbmmEcr 273002996.0 4.212121第27页/共210页283. ，得电晕起始电压或临界电压4. 每相电晕损耗功率5. 求线路的电导 crrEE 为单位为相电压的有效值，以 KVUrDrmmrDrEUcrmmcrcrlg3 .49ln21521025241)()/( )(mccrccDrfkkVUkmkWUUkP线路实际运行电压）（kmSUPgg/ 10321第28页/共210页296. 对于分裂导线在第一步时做些改变 实际上，在设计线路时，已检验了所选导线的半径是否能满足晴朗天气不发生电晕的要求

15、，一般情况下可设 g=0 ndrnkrDrUnkrQkEmeqmmmrsin121ln2第29页/共210页30四四. .电力线路的数学模型电力线路的数学模型 电力线路的数学模型是以电阻、电抗、电纳和电导来表示线路的等值电路。 分两种情况讨论：1) 一般线路的等值电路 一般线路：中等及中等以下长度线路，对架空线为300km；对电缆为100km。 不考虑线路的分布参数特性，只用将线路参数简单地集中起来的电路表示。 lbBlgGlxXlrR1111 第30页/共210页312）长线路的等值电路 长线路：长度超过300km的架空线和超过100km的电缆。v 精确型 根据双端口网络理论可得： Z Y/

16、2 Y/2 /sinhsinh1cosh21sinh1111称线路传播特性称线路特性阻抗其中：yzryzZrlrlrlZYrlZZccc第31页/共210页32v简化型12161312112112111311lbxklxbrbxklbxkbxr krR+jkxX jkbB/2 jkbB/2 第32页/共210页33两个基本概念 在超高压线路中，略去电阻和电导，即相当于线路上没有有功功率损耗时1.波阻抗：特性阻抗 。2.自然功率：当负荷阻抗为波阻抗时，该负荷所消耗的功率。11/CLZc第33页/共210页34二负荷的参数和数学模型二负荷的参数和数学模型 负荷用有功功率P和无功功率Q来表示。 第3

17、4页/共210页35第二节第二节 变压器的参数和数学模变压器的参数和数学模型型 双绕组变压器的参数和数学模型 三绕组变压器的参数和数学模型 自耦变压器的参数和数学模型第35页/共210页36一一.双绕组变压器的参数和数学双绕组变压器的参数和数学模型模型阻抗1.电阻变压器的电阻是通过变压器的短路损耗，其近似等于额定总铜耗。 我们通过如下公式来求解变压器电阻： 1000 )3(332222222222NNkTNNkTTNNkTNNTNNTNCuSUPRSUPRRUSPRUSRUSRIP经过单位换算：第36页/共210页372.电抗 在电力系统计算中认为，大容量变压器的电抗和阻抗在数值上接近相等，可

18、近似如下求解： 1003%NTNkUXIUNNkkNNTSUUUIUX100%100%32第37页/共210页382.电抗 在电力系统计算中认为，大容量变压器的电抗和阻抗在数值上接近相等，可近似如下求解： 1003%NTNkUXIUNNkkNNTSUUUIUX100%100%32第38页/共210页39导纳1.电导 变压器电导对应的是变压器的铁耗，近似等于变压器的空载损耗，因此变压器的电导可如下求解：2.电纳 在变压器中，流经电纳的电流和空载电流在数值上接近相等，其求解如下： 201000NTUPG20100%NNTUSIB第39页/共210页40二二.三绕组变压器的参数和数学三绕组变压器的参

19、数和数学模型模型 按三个绕组容量比的不同有三种不同的类型： 100/100/100、100/50/100、100/100/50 按三个绕组排列方式的不同有两种不同的结构： 升压结构：中压内，低压中，高压外 降压结构：低压内，中压中，高压外第40页/共210页411. 电阻 由于容量的不同，对所提供的短路损耗要做些处理 对于100/100/100 然后按双绕组变压器相似的公式计算各绕组电阻)(21)(21)(21)21()32()31(3)31()32()21(2)32()31()21(1kkkkkkkkkkkkPPPPPPPPPPPP2233222222111000 ,1000 ,1000NN

20、kTNNkTNNkTSUPRSUPRSUPR第41页/共210页42 对于100/50/100或100/100/50 首先，将含有不同容量绕组的短路损耗数据归算为额 定电流下的值。例如：对于100/50/100 然后，按照100/100/100计算电阻的公式计算各绕组电阻。 )32(2)32()32()21(2)21()21(4)2/(4)2/(kNNkkkNNkkPIIPPPIIPP第42页/共210页43 按最大短路损耗求解（与变压器容量比无关） 指两个100%容量绕组中流过额定电流，另一个100%或50%容量绕组空载时的损耗。 根据“按同一电流密度选择各绕组导线截面积”的变压器的设计原则

21、： max.kP%)100(%)50(22max.%)100(22000TTNNkTRRSUPR第43页/共210页442. 电抗 根据变压器排列不同，对所提供的短路电压做些处理： 然后按双绕组变压器相似的公式计算各绕组电阻 一般来说，所提供的短路电压百分比都是经过归算的%)%(21%)%(21%)%(21%)21()32()31(3)31()32()21(2)32()31()21(1kkkkkkkkkkkkUUUUUUUUUUUUNNkTNNkTNNkTSUUXSUUXSUUX100% ,100% ,100%233222211第44页/共210页45三三.自耦变压器的参数和数学模型自耦变压器

22、的参数和数学模型 就端点条件而言，自耦变压器可完全等值于普通变压器，但由于三绕组自耦变压器第三绕组的容量总小于变压器的额定容量，因此需要进行归算。v对于旧标准：v对于新标准，也是按最大短路损耗和经过归算的短路电压百分比值进行计算。 3)32()32(3)31()31(23)32()32(23)31()31(%,%,SSUUSSUUSSPPSSPPNkkNkkNkkNkk第45页/共210页46第三节标幺值第三节标幺值基本概念1) 有名制：在电力系统计算时，采用有单位的阻抗、导纳、电压、电流和功率等进行计算。2) 标幺制：在电力系统计算时，采用没有单位的阻抗、导纳、电压、电流和功率等进行计算。3

23、) 基准值：对于相对值的相对基准。三者之间的关系：标幺制=有名制/基准值4）基本级：将参数和变量归算至同一个电压级。一般取网络中最高电压级为基本级。 第46页/共210页47 标幺制的优点：线电压和相电压的标幺值数值相等，三相功率和单相功率的标幺值数值相等。 选择基准值的条件：v基准值的单位应与有名值的单位相同v阻抗、导纳、电压、电流、功率的基准值之间也应符合电路的基本关系 功率的基准值=100MVA 电压的基准值=参数和变量归算的额定电压BBBBBBBBYZZIUIUS/133BBBBBBBBBUSIUSYSUZ3/22第47页/共210页482. 电压级的归算电压级的归算 有名值的电压级归

24、算 对于多电压级网络，都需将参数或变量归算至同一电压级基本级。 标幺值的电压级归算v将网络各元件阻抗、导纳以及网络中各点电压、电流的有名值都归算到基本级，然后除以与基本级相对应的阻抗、导纳、电压和电流的基准值。v将未经归算的各元件阻抗、导纳以及网络中各点电压、电流的有名值除以由基本级归算到这些量所在电压级的阻抗、导纳、电压和电流的基准值。第48页/共210页493. 等值变压器模型等值变压器模型 优点：这种模型可以体现电压变换，在多电压等级网络计算中，可以不必进行参数和变量的归算 等值变压器模型推导： Z1 U1 k:1 ZT U2 Z2 I1 U1/k I2 Z1 YT/k Z2 YT(1-

25、k)/k2 YT(k-1)/k kkYkZkykkYkZkykYkZyyZUkZUIkZUkZUIkIIZIUkUTTTTTTTTTTT11111/,/202102112212221121221根据双端口原理：第49页/共210页50电力网络中应用等值变压器模型的计算步骤：1)有名制、线路参数都未经归算，变压器参数则归在低压侧。2)有名制、线路参数和变压器参数都已按选定的变比归算到高压侧。3)标幺制、线路和变压器参数都已按选定的基准电压折算为标幺值。第50页/共210页51一些常用概念1.实际变比 k k=UI/UIIUI、UII :分别为与变压器高、低压绕组实际匝数相对应的电压。2.标准变比

26、有名制：归算参数时所取的变比标幺制：归算参数时所取各基准电压之比3.非标准变比 k* k*= UIIN UI /UII UIN第51页/共210页52制定电力网络等值电路模型的方法分两大类：1) 有名制2) 标幺制对于多电压级网络，因采用变压器模型不同分两大类： 1） 应用等值电路模型时，所有参数和变量都要作电压级归算 2） 应用等值变压器模型时，所有参数和变量可不进行归算4. 电力网络的数学模型电力网络的数学模型第52页/共210页53 第三章 简单电力网络的潮流计算和分析1.电力线路和变压器的运行状况的计算和分析2.简单电力网络的潮流分布和控制第53页/共210页54电力网络特性计算所需的

27、原始数据： 用户变电所的负荷功率及其容量 电源的供电电压和枢纽变电所的母线电压 绘制等值电路所需的各元件参数和相互之间的关联、关系等等第54页/共210页55第一节 电力线路和变压器运行状况的计算和分析 一. 电力线路运行状况的计算和分析 1.电力线路功率的计算 已知条件为：末端电压U2，末端功率S2=P2+jQ2，以及线路参数。求解的是线路中的功率损耗和始端电压和功率。解过程：从末端向始端推导。1） 1S 1 2 2S Z 1U 1YS Y/2 Y/2 2YS 2U 2222222*22 2121 2yyyQjPjBUGUUUYS第55页/共210页562)阻抗支路末端功率3)阻抗支路中损耗

28、的功率4)阻抗支路始端功率5)始端导纳支路的功率 222222222jQPQjPjQPSSSyyyZZzQjPXUUPjRUUPjXRUUPZUSS222 22 2222 22 2222 22 2222112221jQPQjPjQPSSSZZZ1121211*1121212yyyQjPjBUGUUUYS第56页/共210页576)始端功率2.电力线路电压的计算 同样的问题其幅值为： 111111111jQPQjPjQPSSSyyYUjUUURQXPjUXQRPUjXRUjQPUZUSUU222222222222*2221 2221UUUU第57页/共210页58相角为：简化为：3.从始端向末端

29、推导已知条件为：始端电压U1，始端功率S1=P1+jQ1，以及线路参数。求解的是线路中的功率损耗和末端电压和功率。UUUtg2122212UUUUU第58页/共210页59功率的求取与上相同电压的求取应注意符号4.电压质量指标1)电压降落：指线路始末两端电压的相量差。为相量。2)电压损耗：指线路始末两端电压的数值差。为数值。标量以百分值表示：111221211111111112,UUUtgUUUUURQXPUUXQRPUUjUUU100%21NUUU电压损耗第59页/共210页603)电压偏移：指线路始端或末端电压与线路额定电压的数值差。为数值。标量以百分值表示：4)电压调整：指线路末端空载与

30、负载时电压的数值差。为数值。标量以百分值表示：100%100%21NNNNUUUUUU末端电压偏移始端电压偏移100%20220UUU电压调整第60页/共210页615.电力线路上的电能损耗1)最大负荷利用小时数Tmax：指一年中负荷消费的电能W除以一年中的最大负荷Pmax，即： 2)年负荷率：一年中负荷消费的电能W除以一年中的最大负荷Pmax与8760h的乘积，即： 3)年负荷损耗率：全年电能损耗除以最大负荷时的功率损耗与8760h的乘积，即： maxmax/PWT876087608760/maxmaxmaxmaxmaxTPTPPW年负荷率）（年负荷损耗率max8760/PWz第61页/共2

31、10页624)最大负荷损耗时间：全年电能损耗除以功率损耗，即：求取线路全年电能损耗的方法有以下两个：根据最大负荷损耗率计算：根据最大负荷损耗时间计算：maxmax/PWz8760max（年负荷损耗率）PWzmaxmaxPWz第62页/共210页636.电能经济指标1)输电效率：指线路末端输出有功功率与线路始端输入有功功率的比值，以百分数表示：2)线损率或网损率：线路上损耗的电能与线路始端输入的电能的比值%100%12PP输电效率%100%100%11zzzWWWWW线损率第63页/共210页647.电力线路运行状况的分析1)空载：末端电压可能高于始端，即产生电压过高现象。2)有载：与发电机极限

32、图相类似。第64页/共210页65二. 变压器运行状况的计算和分析1.变压器中的电压降落、功率损耗和电能损耗用变压器的 型电路1)功率a.变压器阻抗支路中损耗 的功率 S1 S1 S2=S2 ZT U1 SyT YT U2 ZTZTTTTTTZTQjPXUQPjRUQPjXRUQPZUSS 222222222222222222222第65页/共210页66b.变压器励磁支路损耗的功率c.变压器始端功率 2)电压降落 （为变压器阻抗中电压降落的纵、横分量） 注意：变压器励磁支路的无功功率与线路导纳支路的 无功功率符号相反YTYTTTTTTYTQjPUjBUGUjBGUUYS2121211*1YT

33、ZTSSSS21222222,URQXPUUXQRPUTTTTTT第66页/共210页673)电能损耗a.与线路中的电能损耗相同（电阻中的损耗，即铜耗部分）b.电导中的损耗，即铁耗部分，近似取变压器空载损耗P0与变压器运行小时数的乘积，变压器运行小时数等于8760h减去因检修等而退出运行的小时数。4)根据制造厂提供的试验数据计算其功率损耗22102210222 222222 22100%,1000) 1(100%,1000NNYTNYTNNKZTNNKZTUUSIQUUPPSUSUUQSUSUPP还可对应下标为第67页/共210页68进一步简化：要注意单位间的换算。100%,1000100%,

34、1000100%,100000221221222222NYTYTNNKZTNKZTNNKZTNKZTSIQPPSSSUQSSPPSSSUQSSPP第68页/共210页69第二节 辐射形网络中的潮流计算 1. 功率的计算 电力网络的功率损耗由各元件等值电路中不接地支路阻抗损耗和接地支路导纳损耗构成。a. 阻抗损耗b. 导纳损耗 输电线 变压器 jXRUQPjXRUSQjPSZZZ22222jBGUQjPSYYY2TTYYYjBGUQjPS2第69页/共210页702.电压的计算 当功率通过元件阻抗（Z=R+jX）时，产生电压降落 注意：要分清楚从受电端计算还是从送电端计算3. 潮流的计算 已知条

35、件往往是送电端电压U1和受电端负荷功率S2以及元件参数。求解各节点电压、各元件流过的电流或功率。 计算步骤：a. 根据网络接线图以及各元件参数计算等值电路，并将等值电路简化。UQRPXjUQXPRUjUdU第70页/共210页71b. 根据已知的负荷功率和网络额定电压，从受电端推算到送电端，逐一近似计算各元件的功率损耗，求出各节点的注入和流出的功率，从而得到电力网络的功率分布。 注意：第二步只计算功率分布，第三步只计算电压分布，因此，这是一种近似计算方法，若要计算结果达到精度要求，可反复上列步骤，形成一种迭代算法，直到精度满足要求为止，只是在迭代计算中，第二步不再用额定电压，而用在上次计算中得

36、到的各点电压近似值进行计算。第71页/共210页72第三节 环形网络中的潮流计算1.介绍的是最简单的单一环网，主要由一个电源供电第一步：将单一环网等值电路简化为只有线路阻抗的简化等值电路。1)根据网络接线图以及各元件参数计算等值电路；2)以发电机端点为始端，并将发电厂变压器的励磁支路移至负荷侧；3)将同一节点下的对地支路合并，并将等值电路图重新编号；4)在全网电压为额定电压的假设下，计算各变电所的运算负荷和发电厂的运算功率，并将它们接在相应节点。第72页/共210页73第二步：用简化的回路电流法解该简化等值电路 通过近似方法，从功率中求取相应的电流，电压近似认为是额定电压：0)()(32312

37、1312IIIZIIZIZaaa的功率，为流经阻抗1231*23*12*331*231*23*3*2*312*23*12)(0)()(ZZZZSZSZZSSSSZSSZSZaaaa第73页/共210页74第三步：用相同的方法求解第四步：计算整个网络的功率分布的功率，为流经阻抗3131*23*12*221*321*23*)(ZZZZSZSZZSb Sa Sb 1 2 3 1 Z12 Z23 Z31 S2 S3 第74页/共210页75由此，扩展到相应的多节点网络的计算当中：*)(ZZSSmZZSSmmbmma的其余各节点为除所流出功率节点外第75页/共210页76重要概念 功率分点：网络中某些节

38、点的功率是由两侧向其流动的。分为有功分点和无功分点。 在环网潮流求解过程中，在功率分点处将环网解列。 当有功分点和无功分点不一致时，将在哪一个分点解列？ 在无功分点处解列，因为电网应在电压最低处解列，而电压的损耗主要为由无功功率流动引起的，无功分点的电压往往低于有功分点的电压。第76页/共210页772.两端供电网络中的功率分布 回路电压为0的单一环网等值于两端电压大小相等、相位相同的两端供电网络。同时，两端电压大小不相等、相位不相同的两端供电网络，也可等值于回路电压不为0的单一环网。 Sa Sc Sb U1 2 3 U4 1 Z12 Z23 Z34 4 S2 S3 第77页/共210页78

39、以回路电压不为0的单一环网为例，其求解过程为：1)设节点1、4的电压差为：2)用简化的回路电流法解简化等值电路3)通过近似方法，从功率中求取相应的电流，电压近似认为是额定电压：UdUU41UdIIIZIIZIZaaa)()(323421312UdUSSSZSSZSZNaaa)()(3*2*312*23*12第78页/共210页79 流经阻抗Z12功率为： 流经阻抗Z43功率为：34*23*12*34*23*12*334*234*23*)(ZZZUdUZZZSZSZZSNa34*23*12*34*23*12*221*321*32*)(ZZZUdUZZZSZSZZSNb称为循环功率,34*23*1

40、2*ZZZUdUSNc第79页/共210页804) 计算各线段的电压降落和功率损耗，过程为：求得网络功率分布后，确定其功率分点以及流向功率分点的功率，在功率分点即网络最低电压点将环网解开，将环形网络看成两个辐射形网络，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。第80页/共210页81第四节 电力网络的简化方法及其应用有三种简化方法：1. 等值电源法 两个或两个以上有源支路向同一节点供电时，可用一个等值有源支路替代。替代后，网络中其他部分的电压、电流、功率保持不变。imilmmimiilmmilmmiilmmiiYYEEZZEEYYZZ111111或等值电源电势：等值电源支

41、路导纳：等值电源支路阻抗：第81页/共210页82第四章 复杂电力系统潮流的计算机算法1.基本概念2.电力网络方程3.功率方程和节点分类4.潮流计算的迭代算法5.简化潮流的计算6.潮流计算中稀疏技术的应用第82页/共210页83基本概念 电力系统潮流计算：是对复杂电力系统正常和故障条件下稳态运行状态的计算。其目的是求取电力系统在给定运行方式下的节点电压和功率分布，用以检查系统各元件是否过负荷、各点电压是否满足要求、功率分布和分配是否合理以及功率损耗等。 潮流计算是电力系统计算分析中的一种最基本的计算。 潮流计算的计算机算法是以电网络理论为基础的，应用数值计算方法求解一组描述电力系统稳态特性的方

42、程。 第83页/共210页84潮流计算方法的要求： 计算速度快 内存需要小 计算结果有良好的可靠性和可信性 适应性好，即能处理变压器变比调整、系统元件的不同描述和与其他程序配合的能力强 简单第84页/共210页85潮流计算方法的步骤：1.建立潮流的数学模型2.确定适宜的计算方法3.制定计算流程图4.编制计算机程序5.对计算结果进行分析和确定，检查程序的正确性 1)形成节点导纳矩阵；2)给各节点电压设初值；3)将节点电压初值代入，求出修正方程式的常数项向量；4)将节点电压初值代入，求出雅可比矩阵元素；5)求解修正方程式，求出变量的修正向量；6)求出节点电压的新值；7)如有PV节点，则检查该类节点

43、的无功功率是否越限；8)检查是否收敛，如不收敛，则以各节点电压的新值作为初值自第3步重新开始下一次迭代，否则转入下一步。9)计算支路功率分布，PV节点无功功率和平衡节点注入功率，最后输出结果，并结束。第85页/共210页86 第五章 电力系统运行方式的调整与控制1.有功功率的最优分布2.频率调整3.无功功率的最优分布4.电压调整第86页/共210页87概述 电力系统是现代社会中最重要、最庞杂的工程系统之一。如何保证正常、稳态运行时的电能质量和经济性问题，是我们考虑的重点问题之一。 衡量电能质量的指标包括：频率质量、电压质量和波形质量，分别以频率偏移、电压偏移和波形畸变率表示。 衡量运行经济性的

44、主要指标为：比耗量和线损率 有功功率的最优分布包括：有功功率负荷预计、有功功率电源的最优组合、有功功率负荷在运行机组间的最优分配等。第87页/共210页88第一节 电力系统中有功功率的平衡 电力系统经济调度：是在满足安全和一定质量要求的条件下尽可能提高运行的经济性，即合理地利用现有的能源和设备，以最少的燃料消耗量（或燃料费用或运行成本），保证对用户可靠而满意地供电。 最优潮流：满足各节点正常功率平衡及各种安全性不等式约束条件下，求以发电费用（耗量）或网损为目标函数的最优的潮流分布。 最优潮流的优点：将安全性运行和最优经济运行等问题综合地用统一的数学模型来描述。 第88页/共210页89一.负荷

45、预测的简要介绍 电力系统经济调度的第一个问题就是研究用户的需求，即进行电力负荷预测，按照调度计划的周期，可分为日负荷预测，周负荷预测和年负荷预测。不同的周期的负荷有不同的变化规律：1.第一种变动幅度很小，周期又很短，这种负荷变动有很大的偶然性；2.第二种变动幅度较大，周期也较长，属于这种负荷的主要有：电炉、压延机械、电气机车等带有冲击性的负荷变动；3.第三种变动基本上可以预计，其变动幅度最大，周期也最长，是由于生产、生活、气象等变化引起的负荷变动。第89页/共210页90 负荷预测的精度直接影响经济调度的效益，提高预测的精度就可以降低备用容量，减少临时出力调整和避免计划外开停机组，以利于电网运

46、行的经济性和安全性。 负荷预测分类：1.安全监视过程中的超短期负荷预测；2.日调度计划；3.周负荷预测；4.年负荷预测；5.规划电源和网络发展时需要用120年的负荷预测值。第90页/共210页91根据负荷变化，电力系统的有功功率和频率调整大体上也可分为：1.一次调频：由发电机调速器进行；2.二次调频：由发电机调频器进行；3.三次调频：由调度部门根据负荷曲线进行最优分配。前两种是事后的，第三种是事前的。一次调频是所有运行中的发电机组都可参加的，取决于发电机组是否已经满负荷发电。这类 发电厂称为负荷监视厂。二次调频是由平衡节点来承担。 第91页/共210页92二.一些名词性解释 有功功率电源：可投

47、入发电设备的可发功率之和，不应小于包括网损和厂用电在内的系统（总）发电负荷。 系统的备用容量：系统电源容量大于发电负荷的部分，可分为热备用和冷备用或负荷备用、事故备用、检修备用和国民经济备用等。第92页/共210页93第二节 电力系统中有功功率的最优分配 经济调度的第二个问题是有功功率的最优分配，包括有功功率电源的最优组合和有功功率负荷的最优分配。一.有功功率电源的最优组合有功功率电源的最优组合：是指系统中发电设 备或发电厂的合理组合。通常所说的机组的合理开停，大体上包括三个部分：1.机组的最优组合顺序2.机组的最优组合数量3.机组的最优开停时间第93页/共210页94二.有功功率负荷的最优分

48、配 最优化：是指人们在生产过程或生活中为某个目的而选择的一个“最好”方案或一组“得力”措施以取得“最佳”效果这样一个宏观过程。 有功功率负荷的最优分配：是指系统的有功功率负荷在各个正在运行的发电设备或发电厂之间的合理分配。其核心是按等耗量微增率准则进行分配。 电力系统最优运行是电力系统分析的一个重要分支，它所研究的问题主要是在保证用户用电需求（负荷）的前提下，如何优化地调度系统中各发电机组或发电厂的运行工况，从而使系统发电所需的总费用或所消耗的总燃料耗量达到最小这样决策问题。 第94页/共210页951.数学模型 一般非线性规划问题可描述为满足非线性约束条件是非线性函数的最小值问题，其标准形式

49、为： 即在满足h(x)=0的等式约束条件下和g(x)不等式的条件下，求取目标函数f(x)值最小。gxggxhtsxf)( 0)( . .)(min第95页/共210页962. 电力系统经济调度的数学模型 1)目标函数：系统发电所需的总费用或所消耗的总燃料耗量 对于纯火电系统， 发电厂的燃料费用主要与发电机输出的有功功率有关，与输出的无功功率及电压等运行参数关系较小 。这种反映单位时间内发电设备的能量消耗与发出的有功功率之间的关系称为耗量特性。其函数关系式为： 单位：吨/小时 上述函数可用试验数据通过最小二乘法拟合而成，根据前人经验，阶数为2比较合适，即GiiiPff iGiiGiiiaPaPa

50、f0122第96页/共210页972. 电力系统经济调度的数学模型 总的目标函数为：关于目标函数的一些重要的概念：1)耗量微增率 ：单位时间内输入能量微增量与输出功率微增量的比值。为耗量特性曲线上某一点切线的斜率。2)比耗量 ：单位时间内输入能量与输出功率之比。为耗量特性曲线上某一点纵坐标和横坐标的比值。3)发电设备的效率 ：为比耗量的倒数。 GSiiGiiGiitiaPaPaFf0122cosmindPdWPWdPdFPF/ /或PWPF/ /或第97页/共210页982. 电力系统经济调度的数学模型2)等式约束条件：有功功率必须保持平衡的条件。 对于每个节点： 对于整个系统： 若不计网损：

51、0sincos1ijijijijnjjiLiGiBGUUPP011PPPniLiniGi011niLiniGiPP第98页/共210页992. 电力系统经济调度的数学模型3)不等式约束条件：为系统的 运行限制。4)变量：各发电设备输出有功功率。 maxminmaxminmaxminiiiGiGiGiGiGiGiUUUQQQPPP第99页/共210页1003. 电力系统经济调度问题的求解 一般用拉格朗日乘数法。 现用两个发电厂之间的经济调度来说明，问题略去网络损耗。1)建立数学模型。 210122cosminiiGiiGiitaPaPaFf02121iLiiGiPPmax22min2max11m

52、in1max22min2max11min1max22min2max11min1,UUUUUUQQQQQQPPPPPPGGGGGGGGGGGG第100页/共210页1013. 电力系统经济调度问题的求解2)根据给定的目标函数和等式约束条件建立一个新的、不受约束的目标函数拉格朗日函数。3)对拉格朗日函数求导，得到最小值时应有的三个条件： （1）21212211*LLGGGGPPPPPFPFC拉格朗日乘子212121222111,00LLGGGGGGGGPPPPPPfdPPdFdPPdF第101页/共210页1023. 电力系统经济调度问题的求解4)求解（1）得到： 这就是著名的等耗量微增率准则，表

53、示为使总耗量最小，应按相等的耗量微增率在发电设备或发电厂之间分配负荷。5)对不等式约束进行处理v对于有功功率限制，当计算完后发现某发电设备越限，则该发电设备取其限制，不参加最优分配计算，而其他发电设备重新进行最优分配计算。v无功功率和电压限制和有功功率负荷的分配没有直接关系，可暂时不计，当有功功率负荷的最优分配完成后计算潮流分布在考虑。21第102页/共210页103第二节 电力系统的频率调整一.概述频率是电力系统运行的一个重要的质量指标，直接影响着负荷的正常运行。负荷要求频率的偏差一般应控制在（0.2 0. 5）Hz的范围内。一般而言，系统综合负荷的有功功率与频率大致呈一次方关系。要维持频率

54、在正常的范围内，其必要的条件是系统必须具有充裕的可调有功电源。第103页/共210页104频率不稳定给运行中的电气设备带来的危害：1.对用户的影响v产品质量降低v生产率降低 2.对发电厂的影响v 汽轮机叶片谐振v辅机功能下降3. 对系统的影响v互联电力系统解列v发电机解列第104页/共210页105二. 自动调速系统及其特性 关键在于利用杠杆的作用调整汽轮机或水轮机的导向叶片，使其开度增大，增加进汽量或进水量。 P112第105页/共210页106三. 频率的一次调整1.概念介绍1)发电机的单位调节功率：发电机组原动机或电源频率特性的斜率。 标志着随频率的升降发电机组发出功率减少或增加的多寡。

55、GNNGGNNGGGGPfKfPfPKHzMwfPK/ *第106页/共210页1071. 概念介绍2)发电机是调差系数：单位调节功率的倒数。发电机的单位调节功率与调差系数的关系：一般来说发电机的单位调节功率是可以整定的：汽轮发电机组 =35或 =33.320水轮发电机组 =24或 =5025100100% 0 000NNGNNGNGNNGNNGfffPffPPffPffPf100%1*GK%*GK%*GK第107页/共210页1081. 概念介绍3)负荷的单位调节功率：综合负荷的静态频率特性的斜率。一般而言：LNNLLNNLLLLPfKfPfPKHzMwfPK/ *5 . 1*LK第108页

56、/共210页1092. 频率的一次调整1)简述：由于负荷突增，发电机组功率不能及时变动而使机组减速，系统频率下降，同时，发电机组功率由于调速器的一次调整作用而增大，负荷功率因其本身的调节效应而减少，经过一个衰减的振荡过程，达到新的平衡。2)数学表达式：KS：称为系统的单位调节功率，单位Mw/Hz。表示原动机调速器和负荷本身的调节效应共同作用下系统频率下降或上升的多少。SLGLLGLKKKfPfKKP/00第109页/共210页1102. 频率的一次调整3)注意：取功率的增大或频率的上升为正；为保证调速系统本身运行的稳定，不能采用过大的单位调节功率；对于满载机组，不再参加调整。 对于系统有若干台

57、机参加一次调频： 具有一次调频的各机组间负荷的分配，按其调差系数即下降特性自然分配。LGSKKK第110页/共210页111四. 频率的二次调整1.当负荷变动幅度较大（0.5%1.5%），周期较长（几分钟），仅靠一次调频作用不能使频率的变化保持在允许范围内，这时需要籍调速系统中的调频器动作，以使发电机组的功频特性平行移动，从而改变发电机的有功功率以保持系统频率不变或在允许范围内。2.数学表达式 如果 ，即发电机组如数增发了负荷功率的原始增量，则 ，即所谓的无差调节。 对于N台机，则：SLGGLLGGLKKKfPPfKKPP000000GLPP0fSLGGLKKKfPP00第111页/共210页

58、112四. 频率的二次调整3.当系统负荷增加时，由以下三方面提供：二次调频的发电机组增发的功率 ；发电机组执行一次调频，按有差特性的调差系数分配而增发的功率 ；由系统的负荷频率调节效应所减少的负荷功率 。GPfKGfKL第112页/共210页113四. 频率的二次调整4.频率调整图第113页/共210页114五. 调频厂的选择 调频厂须满足的条件： 调整的容量应足够大； 调整的速度应足够快； 调整范围内的经济性能应该好； 注意系统内及互联系统的协调问题。通过分析各种电厂的特点，调频厂的选择原则为： 系统中有水电厂时，选择水电厂做调频厂； 当水电厂不能做调频厂时，选择中温中压火电厂做调频厂。第1

59、14页/共210页115六. 互联系统频率的调整 由几个地区系统互联为一个大系统的情况，对某一个地区系统而言，负荷变化（增加） 时，可能伴随着与其他系统交换功率的变化 ，则有PtPfKfKKPPPSDGGt第115页/共210页116 若设A、B两系统互联，两系统负荷变化（增加）分别为 ，引起互联系统的频率变化（降低） ，及联络线交换功率的变化 ，如下图：系统A：系统B：在负荷增加 的影响下，两系统的频率和交换功率的变化量为： A B tP DBDAPP,ftPfKPPPfKPPPBGBtDBAGAtDADBDAPP, BAABBABAGADABGBDBAtBABABABAGBDBGADAKK

60、PKPKKKPPKPPKPKKPPKKPPPPf第116页/共210页117七. 自动负荷-频率控制 这是广义的自动调频，其功能有： 保持系统频率等于或十分接近额定值； 保持系统内各区域或联合系统内各子系统间的交换功率为给定值； 保持各发电设备以最经济的方式运行。第117页/共210页118第三节无功平衡与电压调整 不但要求全网平衡，更要求就地（局部）平衡，以减小Q在线路上的流动（传输）否则会增加电压损耗和功率损耗 QGC-所有无功电源发出无功的总和 QLD-所有负荷消耗的无功 QL -变压器或线路的无功损耗( )( )( )GCLDLQtQtQ t第118页/共210页119 当系统无功不足