第6次课-第3章 电气系统稳态运行分析

1、第三章第三章 电力系统稳态运行电力系统稳态运行分析分析(第第1部分部分)本章内容本章内容 1.1.电力网络潮流计算的基本原理电力网络潮流计算的基本原理 2.2.电力网络潮流计算的手算解法电力网络潮流计算的手算解法电力线路的电压降落、功率损耗及电能损耗电力线路的电压降落、功率损耗及电能损耗电力线路的载荷能力计算电力线路的载荷能力计算 辐射形电力网络的潮流计算辐射形电力网络的潮流计算远距离输电线路的潮流分布远距离输电线路的潮流分布 3.3.复杂电力系统潮流计算复杂电力系统潮流计算导纳矩阵的形成导纳矩阵的形成高斯赛德尔法高斯赛德尔法牛顿拉夫逊法牛顿拉夫逊法PQPQ分解法分解法直流法直流法 4.4.有

2、功功率与频率调整有功功率与频率调整 5.5.无功功率与电压调整无功功率与电压调整主要教学安排主讲内容电力网络潮流计算的基本原理；电力网络潮流计算的基本原理；网络计算目的；网络计算目的；教学要求掌握电力网络潮流计算的基本原理。掌握电力网络潮流计算的基本原理。重点、难点电力网络潮流计算的数学模型；电力网络潮流计算的数学模型；潮流计算的基本物理量。潮流计算的基本物理量。电力系统稳态运行应满足以下要求：电力系统稳态运行应满足以下要求：满足系统经济性运行的要求，每一台发电机的满足系统经济性运行的要求，每一台发电机的输出必须接近于预先设定值；输出必须接近于预先设定值；必须确保联络线潮流低于线路热极限和电力

3、系必须确保联络线潮流低于线路热极限和电力系统稳定极限统稳定极限；必须保持某些中枢点母线上的电压水平在容许必须保持某些中枢点母线上的电压水平在容许范围内，必要时用无功功率补偿计划来达到范围内，必要时用无功功率补偿计划来达到区域电网是互联系统的一部分，必须执行合同区域电网是互联系统的一部分，必须执行合同规定的输送至邻网的联络线功率计划；规定的输送至邻网的联络线功率计划； 用故障前的潮流控制策略使事故扰动效应最小用故障前的潮流控制策略使事故扰动效应最小化。化。电力网络潮流计算的基本原理电力网络潮流计算的基本原理电力网络潮流计算的基本原理电力网络潮流计算的基本原理母线i的功率可分为发电机发出和负载吸收

4、两部分。也就是Pi = PGi PLiQi = QGi QLi平衡节点：平衡节点：节点（节点（U、 ）给定，待求量为）给定，待求量为P P、Q Q，整个系，整个系统的功率平衡由这一节点承担。统的功率平衡由这一节点承担。一般一个系统只设一个平衡一般一个系统只设一个平衡节点，通常选择系统中担任调频调压的某一发电厂母线作为节点，通常选择系统中担任调频调压的某一发电厂母线作为平衡节点，也可选择出线数多或靠近电网中心的发电厂母线平衡节点，也可选择出线数多或靠近电网中心的发电厂母线作为平衡点。作为平衡点。PQ节点：节点：这类节点的功率（这类节点的功率（P P、Q Q）是已知，待求量为节点）是已知，待求量为

5、节点电压向量（电压向量（U U、 ）。）。通常变电所母线和固定出力的发电机母通常变电所母线和固定出力的发电机母线为线为PQPQ节点。系统中大部分节点属于节点。系统中大部分节点属于PQPQ节点。节点。 PU节点：节点：这类节点已知参数为有功功率这类节点已知参数为有功功率P P及电压模值及电压模值U U，待，待求量为节点的无功功率求量为节点的无功功率Q Q及电压向量的相角及电压向量的相角 。通常选择具有通常选择具有一定无功储备的发电机母线或者变电所有无功补偿设备的母一定无功储备的发电机母线或者变电所有无功补偿设备的母线作为线作为PUPU节点。节点。系统中节点的分类：系统中节点的分类：电力网络潮流计

6、算的基本原理电力网络潮流计算的基本原理 电力网络的数学模型电力网络的数学模型指的是将网络的有关参数指的是将网络的有关参数及变量及其相互关系归纳起来所组成的、可反及变量及其相互关系归纳起来所组成的、可反映网络性能的数学方程组。映网络性能的数学方程组。 这类方程有：这类方程有：节点电压方程节点电压方程、回路电流方程等。、回路电流方程等。nnnnnnIY UEZ I电力网络潮流计算的数学模型电力网络潮流计算的数学模型电流为正，表示注入到该节电流为正，表示注入到该节点电流点电流*1,1,2,.NkkkkkkknnnSPjQU IUY UkN对于对于k节点，有节点，有: 对于任意节点对于任意节点k功率为

7、：功率为：SK=Pk+jQk=UkIk*1NkknnnIY UnnnIY U电力网络潮流计算的数学模型电力网络潮流计算的数学模型采用导纳矩阵时，节点电流和节点电压方程：.,1,2,.knknjkkjnnjknknUU eUU eYY ekN*1,1,2,.NkkkkkkknnnSPjQU IUY UkN()111,1,2,.cos()sin()knknNjkkkkknnnNkkknnknknnNkkknnknknnSPjQUY U ekNPUY UQUY U电力网络潮流计算的数学模型电力网络潮流计算的数学模型 节点电压相量变动范围约束节点电压相量变动范围约束 发电机出力变动范围约束发电机出力变

8、动范围约束max,min,max,min,GiGiGiGiGiGiQQQPPPmaxmax,min,jijiiiiUUU潮流计算还应满足正常运行条件下的实际约束。潮流计算还应满足正常运行条件下的实际约束。 潮流计算的约束条件潮流计算的约束条件2.2.电力网络潮流计算的手算解法电力网络潮流计算的手算解法 网络计算目的网络计算目的 电压调整 线路载荷能力 电力线路的电压降落、功率损耗及电能损耗计电力线路的电压降落、功率损耗及电能损耗计算算 电力线路的载荷能力计算电力线路的载荷能力计算 简单电力网络中的潮流分布计算简单电力网络中的潮流分布计算n潮流潮流: :在发电机母线上功率被注入网络，而在变在发电

9、机母线上功率被注入网络，而在变（配）电站的母线上接入负荷，其间，功率在网（配）电站的母线上接入负荷，其间，功率在网络中流动。对于这种流动的功率，电力生产部门络中流动。对于这种流动的功率，电力生产部门称之为潮流。称之为潮流。n区域网与地方网：区域网与地方网：按电力设施分布地域的大小按电力设施分布地域的大小电力网络可区分为区域网与地方网（输电网及配电力网络可区分为区域网与地方网（输电网及配电网）。电网）。 n开式网与闭式网：开式网与闭式网：由电力网络的结构又可区分由电力网络的结构又可区分为开式网与闭式网。为开式网与闭式网。网络计算目的网络计算目的1. 1. 电力系统运行状态分析电力系统运行状态分析

10、n以电力网络潮流、电压计算为主要内容的电力以电力网络潮流、电压计算为主要内容的电力网络稳态行为特性计算的目的网络稳态行为特性计算的目的在于估计对用户电在于估计对用户电力供应的质量以及为电力网运行的安全性与经济力供应的质量以及为电力网运行的安全性与经济性评估提供基础数据。性评估提供基础数据。 n配电网潮流算法是配电网络分析的基础，配电配电网潮流算法是配电网络分析的基础，配电网的网络重构、无功功率优化、状态估计和故障网的网络重构、无功功率优化、状态估计和故障处理都需要用到配电网潮流数据。处理都需要用到配电网潮流数据。网络计算目的网络计算目的1. 1. 电力系统运行状态分析电力系统运行状态分析电压调

11、整电压调整 通常情况下，输电线路电压在轻载时会通常情况下，输电线路电压在轻载时会较高，重载时会较低。较高，重载时会较低。 电压调整是指在负载由轻载到满载变化过程中电压调整是指在负载由轻载到满载变化过程中实时调整线路电压满足运行要求。实时调整线路电压满足运行要求。 对于超高压输电线路，线路电压维持在额定电对于超高压输电线路，线路电压维持在额定电压的压的5%之内之内, , 实际运行时，通常电压调整约实际运行时，通常电压调整约为为10% 。 对于低压输电线路，电压调整数值对于低压输电线路，电压调整数值10%包含了包含了变压器本身的电压降落。变压器本身的电压降落。2.2.电力网络潮流计算的手算解法电力

12、网络潮流计算的手算解法 电压质量电压质量:12%100NUUU电压损耗率100%100%21NNNNUUUUUU末端电压偏移始端电压偏移202100NUUU电压调整空载空载满载满载2.2.电力网络潮流计算的手算解法电力网络潮流计算的手算解法电压调整 对于短电力线路，负载功率因数与始末端电压的关系用矢量图表示为：IRUR=USjXIRRIRUR容性负载UR=USIRURRIRjXIR感性负载R+jXIRU+R_ISU+S2.2.电力网络潮流计算的手算解法电力网络潮流计算的手算解法电力线路上的电压降落的计算：电力线路上的电压降落的计算： 电压是电能质量的指标之一，电压是电能质量的指标之一，电力网络

13、在运行电力网络在运行过程中必须把某些母线上的电压保持在一定范围过程中必须把某些母线上的电压保持在一定范围内，以满足用户电气设备的电压处于额定电压附内，以满足用户电气设备的电压处于额定电压附近的允许范围内。近的允许范围内。但是当电流（功率）在电力网络中的各个元件上但是当电流（功率）在电力网络中的各个元件上流过时，将产生电压降落，直接影响用户端的电流过时，将产生电压降落，直接影响用户端的电压质量。因此，电压降落的计算为分析电力网运压质量。因此，电压降落的计算为分析电力网运行状态所必需。行状态所必需。2.2.电力网络潮流计算的手算解法电力网络潮流计算的手算解法121U2U1S2SRjXIjXRIUU

14、U21*22*11USUSI电压降落电压降落: :即为该支路首末两端电压的相量差。即为该支路首末两端电压的相量差。2.2.电力网络潮流计算的手算解法电力网络潮流计算的手算解法 已知末端相电压及功率求线路电压降落已知末端相电压及功率求线路电压降落 222*22sincosjIIIUSIjXRjIIU22sincos2222sincossincosIRIXjIXIR222222cossincossinUIRIXUIXIR121U2U1S2SRjXI2.2.电力网络潮流计算的手算解法电力网络潮流计算的手算解法222222sin,cosIUQIUP22222222URQXPUUXQRPU222UjUU

15、121U2U1S2SRjXI2.2.电力网络潮流计算的手算解法电力网络潮流计算的手算解法222UjUU22221UjUUUUU11UU2221222221UUUtgUUUU121U2U1S2SRjXI2.2.电力网络潮流计算的手算解法电力网络潮流计算的手算解法 已知三相功率及线电压计算电压降落已知三相功率及线电压计算电压降落 33332222UXQRPUU222UXQRP222URQXPUUjUUUjUUU21电压降落电压降落的纵分量的纵分量电压降落电压降落横分量横分量电压降落电压降落121U2U1S2SRjXI2.2.电力网络潮流计算的手算解法电力网络潮流计算的手算解法UUUtgUUUU21

16、2221U1UU2UIUjUUU21121U2U1S2SRjXI电压降落电压降落2.2.电力网络潮流计算的手算解法电力网络潮流计算的手算解法 已知始端电压及功率，求线路电压降落已知始端电压及功率，求线路电压降落 直接从始端线电压及始端三相功率，求取末端线电直接从始端线电压及始端三相功率，求取末端线电压。压。 112111111111PjQUURjXUPRQ XPXQ RUjUU121U2U1S2SRjXI2.2.电力网络潮流计算的手算解法电力网络潮流计算的手算解法111111,URQXPUUXQRPU222111UUUUUtgUU21()UUUj U /UjUU121U2U1S2SRjXI电压降落电压降落2.2.电力网络潮流计算的手算解法电力网络潮流计算的手算解法已知始端电压及功率，求线路电压降落已知始端电压及功率，求线路电压降落已知末端电压及功率，求线路