配电网运行分析

1、1第四章 配电网运行分析 2主要内容w配电网的电压计算 w配电网的损耗计算与降损措施 w简单配电网的潮流计算w复杂配电网的潮流计算 w配电网的无功补偿和电压调整 w配电网的短路电流计算 w低压电网短路电流计算 3第一节第一节 配电网的电压计算配电网的电压计算w一、配电网的电压降落w二、配电网的电压损耗w三、配电网的电压偏移4一、配电网的电压降落一、配电网的电压降落w所谓电压降落是指线路首末两端电压的相量差 。1221)j()j(IXRIXRUU由上图可得5w（1）已知环节末端电压及功率 以末端电压为参考相量，负荷为感性，则)(j222222IUQPI可得221)j(IXRUU2222j)j(U

2、QPXRU2222222jURQXPUXQRPU或2221j UUUU2222XUQRPU2222RUQXPU6（a）末端电压降落的纵、横分量；7w（2）已知环节首端电压及功率 参照上述推导112)j(IXRUU1111111jURQXPUXQRPU111j UUU8（b）首端电压降落的纵、横分量 9w必须注意：当已知末端的电压及功率求首端的电压时，是取末端电压为参考相量的；而当知首端的电压及功率求末端电压时，是取首端电压为参考相量的，所以有 21UU21UU但22222121UUUU如图：10二、配电网的电压损耗二、配电网的电压损耗w所谓电压损耗是指线路首末两端电压的数值差。电压损耗的大小为

3、图中的AG。 11w如忽略其横分量，电压损耗由两部分组成的，即 UQXUPRU式中第一部分与有功功率和电阻有关，第二部分与无功功率和电抗有关，而这些因素对电压损耗值的影响程度是由电网特性所决定的。 12三、配电网的电压偏移三、配电网的电压偏移w所谓电压偏移是指线路首端或末端电压与线路额定电压的数值差 。电压偏移常用百分值表示，即 1001NNUUU首端电压偏移 1002NNUUU末端电压偏移常以电压损耗和电压偏移作为衡量电压质量的主要指标。 13第二节第二节 配电网的损耗计算与降损配电网的损耗计算与降损措施措施w一、线路的功率损耗一、线路的功率损耗w二、变压器的功率损耗二、变压器的功率损耗w三

4、、配电网的电能损耗三、配电网的电能损耗w四、配电网的降损措施四、配电网的降损措施14一、线路的功率损耗一、线路的功率损耗w如图所示的简单线路，已知末端电压和末端功率，忽略电导 。该线路的功率损耗由下述三部分组成。 151线路末端导纳的功率损耗w由于忽略了线路的电导，故只需计算线路末端电纳的功率损耗，其值与线路末端电压有关，即 2222UBQB式中的负号表示容性无功功率。162阻抗的功率损耗w线路阻抗的功率损耗包括有功功率损耗和无功功率损耗两部分。如已知条件是末端功率、末端电压，则 RUQPPR222222XUQPQX222222若已知条件为首端功率和电压，则 RUQPPR212121XUQPQ

5、X212121173线路首端导纳的功率损耗w该功率损耗与线路首端电压有关，由于略去了电导，只需计算电纳中的无功损耗，即2112UBQB首末端电压的不同，电纳中的无功损耗并不相同 。18二、变压器的功率损耗二、变压器的功率损耗w变压器的功率损耗包括阻抗的功率损耗与导纳的功率损耗两部分。 191阻抗的功率损耗w双绕组变压器阻抗的功率损耗可以套用线路阻抗功率损耗的计算公式 TTRRUQPP222222TTXXUQPQ222222TTRRUQPP212121TTXXUQPQ212121或20w对于三绕组变压器，应用这些公式同样可以求出各侧绕组的功率损耗，即12121211212121111jjTTTX

6、TRTXUQPRUQPQPS22122222212222222jjTTTXTRTXUQPRUQPQPS32123233212323333jjTTTXTRTXUQPRUQPQPS212导纳的功率损耗w变压器导纳的无功功率损耗是感性的，符号为正。21UGPTTG21UBQTTB22w在有些情况下，如不必求取变压器内部的电压降(不需要计算出变压器的阻抗、导纳)，这时功率损耗可直接由制造厂家提供的短路和空载试验数据求得，。2210221022222222222100%100%NNTBNTGNNkTXNNkTRUSUIQUUPPSUSUUQSUSUPP23实际计算时通常设 N1UU N2UU所以这些公式

7、可简化为 NTBTGNkTXNkTRSIQPPSSUQSSPP100%100%002222224三、配电网的电能损耗三、配电网的电能损耗w1配电网的电能损耗和损耗率 在同一时间内，配电网的电能损耗占供电量的百分比，称为配电网的损耗率，简称网损率或线损率。 100供电量配电网电能损耗配电网损耗率25w2电力线路电能损耗的计算 假定在一段时间内线路的负荷不变，则功率损耗也不变，相应的电能损耗为 32223210103RTUQPRTIPTA由于电力系统的实际负荷是随时都在改变的，线路的功率损耗也随时间而改变。因此，应采用积分算式，即 dtRUQPdtRIPdtATTT3022232001010326

8、w在工程实际中常采用简化的方法计算电能损耗。简化方法很多，用得最多的是电力网规划中电能损耗计算的方法最大负荷损耗时间法。 最大负荷损耗时间可以理解为：如果线路中输送的功率一直保持为最大负荷功率Smax（此时的有功损耗为Pmax），在小时内的电能损耗恰好等于线路全年的实际电能损耗，则称为最大负荷损耗时间。 27w3变压器电能损耗的计算 变压器铁芯中电能损耗按全年投入运行的实际小时数来计算。计算式为 max0PTPA当变压器两侧电压在额定电压附近时，可由下式计算变压器全年的电能损耗，即 2max0NkSSPTPA28四、配电网的降损措施四、配电网的降损措施w1、合理使用变压器w2、重视和合理进行无

9、功补偿w3、对电力线路改造，扩大导线的载流水平 w4、调整用电负荷，保持均衡用电29第三节第三节 简单配电网的潮流计算简单配电网的潮流计算w一端电源供电的网络称为开式网。开式网中的负荷只能从一个电源取得电能。所谓潮流计算即是根据已知的负荷及电源电压计算出其它节点的电压和元件上的功率分布。w实际进行配电网潮流计算时，根据已知条件的不同有两种基本算法。30w第一种情况：给定的已知条件是同一点的功率和电压。 由于是单侧电源的开式配电网，故这一类问题的计算比较简单，只需按本章第一节、第二节介绍的电压损耗、功率损耗等计算方法逐步进行计算即可。 采取的是将电压和功率由已知点向未知点交替递推计算的方法。 3

10、1w第二种情况：给定的已知条件是不同点的功率和电压。 采取如下的迭代算法：首先在已知功率点假定一个电压，按上述第一种情况进行交替递推，求得已知电压点的功率，在由此点的已知电压与求得的功率返回交替递推，求得已知功率点电压，然后再将此已知点的功率与所求得电压交替递推。如初始电压选择得好，往往经过一、二次反复递推即可求得足够精确的结果。一般，初始电压可取该级网络的额定电压。 32第四节第四节 复杂配电网的潮流计算复杂配电网的潮流计算w一、配电网潮流计算的数学模型一、配电网潮流计算的数学模型w二、配电网潮流计算方法二、配电网潮流计算方法33一、配电网潮流计算的数学模型一、配电网潮流计算的数学模型w配电

11、网具有闭环设计、开环运行的特点。在正常运行时，配电网采用单电源点，开环运行。一条馈线只有一个电源点，这个电源点在潮流计算中作为平衡节点或根节点，而且每个负荷节点只有一个父节点，馈线整体呈辐射状拓扑结构，所以大量配电网潮流计算以辐射状网络为研究模型。34w典型配电网的单线图如下：35二、配电网潮流计算方法二、配电网潮流计算方法w配电网潮流计算的方法虽然很多，但可以分为三类：牛顿类方法、母线类方法和支路类方法，下面分别讨论这些方法。w（一）牛顿类配电网潮流计算方法 牛顿类潮流计算方法主要有牛顿拉夫逊计算方法和PQ分解潮流计算方法。这两种计算方法在第三章已介绍，这里不在叙述。 36w（二）母线类配电

12、网潮流计算方法 此类算法有ZBus方法和YBus方法，这两类算法在本质上是一致的，这里给出一种ZBus方法。 ZBus方法的求解过程如下： （1）计算当根节点独立作用于整个配电网而且所有的等值注入都断开的情况下，各母线的电压 jssjZZUU，037（2）计算各母线的等值注入电流 （3）计算只有等值注入电流作用时的母线电压 jI IZU（4）应用迭加原理 UUUnew（5）检验迭代收敛条件oldnewUU38w（三）支路类配电网潮流计算方法w1、回路法 潮流计算步骤为：（1）计算节点注入电流； ibiibIUS，（2）计算支路电流； nbiLibiLIIII，)1(nini1139（3）计算支

13、路电压降；LIZE（4）计算节点新的电压；iliiiiiIZEUUEUUEUUE，1212101（5）判断是否收敛，如果不收敛则用新的电压值代替本次跌迭代值进入下一次迭代。 40w2、前推回代方法 前推回代法分两个过程：首先根据负荷功率及电压值由馈线末端向电源点推算支路潮流分布，即前推过程；再根据电源点电压和潮流分布向馈线末端推算电压分布，即回代过程；至电压和功率不匹配小于容许值时结束。 41 以上图所示的简单馈线线段为例经过推导可以得出 ：2/ 1212121212211111)(21iiiiiiiiiiQPXRUXQRPU2/ 12111121iiiiiUXQRP1111111111Nij

14、NijjjLiNijNijjjLiLQQQLPPP，222222)()(iiiiiiiiiiUQPXLQUQPRLP以上构成了前推回代的基本方程。42w3、基于支路电流的潮流计算方法 对于支路j有 ）（jjjijXRIUUj如果支路j的末点为末梢点，则该支路的电流等于流过末梢点的电流，也即等于该末梢点的负荷电流，即 该节点的负荷电流可表示为 jjLjLjLUQPI，jjLjII，43 如果支路j的末点不是末梢点，则支路电流应为该支路末点电流和其所有下接支路的电流之和，即 dkkjLjIII，由末梢点向电源点递推就可以得到各支路的电流，然后从电源点向末梢点回推就可以求得各节点电压。 44w（四）

15、配电网潮流计算方法小结 1、多电源的处理能力 2、收敛阶数 3、算法稳定性 4、计算速度双电源处理能力收敛阶数稳定性母线类算法作为PV节点无需改变计算模型一阶方法稳定支路类算法不能直接处理，需迭代联络线潮流一阶方法稳定牛顿法作为PV节点无需改变计算模型二阶方法对初值敏感PQ分解法作为PV节点无需改变计算模型一阶方法稳定45第五节第五节 配电网的无功补偿和电压配电网的无功补偿和电压调整调整w一、配电网的无功补偿一、配电网的无功补偿w二、电压调整二、电压调整46一、配电网的无功补偿一、配电网的无功补偿w1、电力系统的无功平衡 影响电力系统电压的主要因素是无功功率。（1）电力系统的无功负荷及无功损耗

16、 无功负荷是滞后功率因数运行的用电设备所吸取的无功功率。电力系统的无功负荷主要是异步电动机。 电网中无功损耗一般有两部分：一是输电线路的无功损耗；二是变压器上的无功损耗。 47（2）无功电源 电力系统的无功电源包括同步发电机、调相机、电容器及静止无功补偿器、线路充电功率等。（3）无功平衡 电力系统无功功率平衡包含两个含义。首先是对于运行的各个设备，要求系统无功电源所发出的无功功率与系统无功负荷及无功损耗相平衡，即QQQLG48w其次是对于一个实际系统或是在系统的规划设计中，要求系统无功电源设备容量与系统运行所需要的无功电源及系统的备用无功电源相平衡，以满足运行的可靠性及适应系统负荷发展的需要，

17、即 RGNQQQ49w2、无功补偿的原理加装了一部分无功补偿设备Qc后 cQQQ视在功率S比S小了，补偿后电力网的功率因数由补偿前的cos1提高到cos 2。 50w3、无功补偿的意义（1）减少系统元件的容量，换个角度看是提高电网的输送能力。 （2）降低网络功率损耗和电能损耗 。（3）改善电压质量。51w4、配电网无功补偿的配置原则（1）总体平衡与局部平衡相结合。 （2）电业部门补偿和用户补偿向结合。 （3）分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。 （4）降损与调压相结合，以降损为主。 52w5、无功补偿措施（1）利用同步发电机进行补偿。（2）利用调相机进行无功补偿。（3）利用电容器进行无功补偿

18、。（4）利用静止补偿器进行无功补偿。53二、电压调整二、电压调整w1、电力系统的电压管理w在进行电力系统规划设计时，由于各负荷点对电压质量的要求还不明确，所以难以具体确定各中枢点电压控制的范围。为此规定了所谓“逆调压”、“顺调压”、“常调压”等几种中枢点电压控制的方式。 54w2、电压调整的基本原理 以图所示的简单电力系统为例，说明常用的各种调压措施所依据的基本原理。 55由发电厂母线处电压开始推算，可求得 21121)(kUkQXPRkUkUkUUGGGb为维持用户处端电压满足要求，可以采用以下措施进行电压调整：（1）调节励磁电流以改变发电机端电压；（2）改变变压器T1、T2的变比；（3）通

19、过改变电力网无功功率分布；（4）改变输电线路的参数（降低输电线路的电抗）。 56w3、电压调整的措施（1）利用发电机调压（2）改变变压器变比调压（3）利用无功功率补偿调压（4）改变线路参数调压57w4、各种调压措施的合理应用（1）要求各类用户将负荷的功率因数提高到现行规程规定的参数。 （2）改变发电机励磁，可以改变发电机输出的无功功率和发电机的端电压 。（3）根据无功功率平衡的需要，增添必要的无功补偿容量，并按无功功率就地平衡的原则进行补偿容量的分配。 （4）当系统的无功功率供应比较充裕时，各变电所的调压问题可以通过选择变压器的分接头来解决。 58（5）在整个系统无功不足的情况下，不宜采用调整

20、变压器分接头的办法来提高电压。 （6）对于10kV及以下电压等级的电网，由于负荷分散、容量不大，按允许电压损耗来选择导线截面是解决电压质量问题的正确途径 。59第六节 配电网的短路电流计算w一、短路过程的简单分析w二、对称短路电流的标么值计算方法w三、无穷大功率电源条件下短路电流的计算w四、三相短路的实用计算60一、短路过程的简单分析一、短路过程的简单分析w配电系统内某处发生三相短路的简化等效电路如图（a）所示。假设电源和负荷都是三相对称，则可取一相来分析，电路如图（b）。6162短路前整个回路流过的电流i为 )sin()sin(tZUtIimm短路后分成两个独立回路，与电源相连接的左端回路电

21、流的变化应符合： )sin(tUdtdiLiRmkklkkl这个微分方程的解为 ffTtklzmTtklklmkcetIcetZUi)sin()sin(63当发生三相短路瞬间，电流不能突变，有 cIIklzmm)sin()sin(解出0)sin()sin(fklzmmiIIc短路电流的全电流瞬时值为 fzTtfklzmkiieitIif0)sin(64上述现象的电流波形图如图所示。65w在电源电压及短路点不变的情况下，要使短路全电流达到最大值，必须具备以下的条件：（1）短路前为空载； （2）设电路的感抗X比电阻R大得多， （3）短路发生于某相电压瞬时值过零时 。66二、对称短路电流的标么值计算

22、二、对称短路电流的标么值计算方法方法w为了求出短路电流，在计算时通常采用下面两个假设： w（1）不管短路点发生在何处，在计算短路电流时均可假定作用于短路点的电压是该电压等级线路电压的平均值。 w（2）计算短路电流时，在高压系统中忽略线路R，在低压系统中可忽略线路X。 67w（一）标么值法w基准值可以任意选定，但为了便于计算短路电流，功率基准值或者取SB100MVA，或者取要计算的供电系统中某一元件的额定值（如某一变压器）；至于基准电压，都是取短路点所在处的平均电压值。 w用标么值表示的三相系统的各物理量关系如同单相系统的关系一样，这是标么值表示法的一个重要特点。 68w（二）供电系统中各元件电

23、抗标么值的计算 1、输电线路 2av0USlXXB2、变压器NTBkBBNTNTkBTTSSUUSSUUXXX100%100%22693、电抗器NLNLBBNLLBBNLNLLBNLLIUSUUXUSSUXXXX3100%100%22224、电源 BkSSSX 70三、无穷大功率电源条件下短路三、无穷大功率电源条件下短路电流的计算电流的计算w三相短路电流对基准容量和基准电压取标么值，便有 BBklBzZXUXUIII33av3)3(*）（avUUBBklXXX令XIz13）（有或BzIXI13）（71三相短路容量为XSXIUIUSBBBZavk33)3(3）（其标么值为XSk13）（72w短路

24、电流的具体计算步骤如下：（1）取功率基准值，并取各级电压基准值等于该级的平均额定电压； （2）计算各元件的电抗标么值，并绘制出等值电路；（3）网络化简，求出从电源至短路点之间的总电抗标么值；（4）计算出短路电流周期分量有效值（也就是稳态短路电流），再还原成有名值； （5）计算出短路冲击电流和短路最大有效值电流；（6）按要求计算出其他量。 73四、三相短路的实用计算四、三相短路的实用计算w（一）运算曲线w在工程计算中，常利用运算曲线来确定短路后任意指定时刻短路电流的周期分量，也称运算曲线法。运算曲线表示了短路过程中，不同时刻的短路电流周期分量与短路回路计算电抗之间的函数关系，即)(ca)(xtfItz，74w（二）应用运算曲线计算短路电流的步骤和方法 应用运算曲线计算短路电流的具体步骤如下： （1）绘制等值网络。（2）进行网络变换，求转移电抗。 （3）求出各等值机对故障点的计算电抗。 （4）由计算电抗根据适当的运算曲线找出指定时刻各等值机提供的短路电流周期分量标么值。 （5）计算短路电流周期分量的有名值。 75第七节第七节 低压电网短路电流计算低压电网短路电流计算w一、低压电网短路电流计算的特