电力系统分析简单潮流计算

1、电力系统分析Power System Analysis （三）主讲人：孙醒涛2所谓电力系统的潮流：是指系统中所有运行参数的总体，包括各个母线电压的大小和相位，各个发电机和负荷功率及电流，以及各个变压器和线路等元件所通过的功率、电流和其中的损耗。电力系统潮流计算是电力系统中运行和规划中最基本和最经常的计算，其任务是要在已知（或给定）某些运行参数的情况下，计算出系统中全部的运行参数。第三章 输电系统运行特性及简单电力系统潮流估算潮流计算的概念3潮流计算的目的及内容稳态计算不考虑发电机的参数电力网计算（潮流计算）负荷（P，Q）潮流计算给定发电机（P，V）求各母线电压各条线路中的功率及损耗计算目的用于

2、电网规划选接线方式、电气设备、导线截面用于运行指导确定运行方式、供电方案、调压措施用于继电保护整定、设计第三章 输电系统运行特性及简单电力系统潮流估算4电力网的电压降落和功率损耗电力线路的运行特性简单辐射形网络和闭式网络的潮流估算方法第三章 输电系统运行特性及简单电力系统潮流估算5负荷的表示*负荷一般以功率表示：单位 P（kw）、 Q（kvar）、S（kva）预备知识3.1电力网的电压降落和功率损耗 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：首端电压 ，首端功率S1=P1+jQ1，以及线路参数。 求：线路中的功率损耗、末端电压和功率。解过程：从首端向末端推导。1）首端导纳

3、支路的功率2) 阻抗支路首端功率3) 阻抗支路中损耗的功率4) 阻抗支路末端功率6) 末端功率5) 末端导纳支路的功率 2、电力线路电压的计算 令：电压降落相角为：3、从末端向始端推导已知：末端电压U2，末端功率S2=P2+jQ2，以及线路参数。求：线路中的功率损耗、始端电压和功率。其幅值为：功率的求取与上相同，注意功率的流向。电压的求取应注意符号，令：11解：由题意，首先求线路参数并作等效图如图所示。在节点1处导纳产生的无功功率12在节点2处导纳产生的无功功率线路阻抗上消耗的功率13所以末端功率作业：线路空载运行，末端电压为205kV，求始端电压及始端功率。线路参数：4）、电压调整：指线路末

4、端空载与负载时电压的数值差。为数值。标量以百分值表示：3)、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：始端电压偏移末端电压偏移电压调整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：电压损耗5、电力线路上的电能损耗方法一：年负荷损耗率法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

5、率损耗与8760h的乘积，即： 164)、线路年负荷损耗率与年负荷率的近似关系K为经验数值。一般取K=0.10.4，kmy较低时取较小数值。 5)、计算过程：方法二：最大负荷损耗时间法1)、最大负荷损耗时间：全年电能损耗除以最大功率损耗，即：2)、计算过程：6、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7、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。其中电缆尤为突出。202) 输电线传输功率极限问题 线路首端末端有功功率相等以末端电压U2为参考向量

6、比较两个表达式的虚部，有有功功率与电压相位差关系密切； 无功功率与电压有效值之差关系密切二、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 型电路功率A、变压器阻抗支路中损耗的功率B、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2、节点注入功率、运算负荷和运算功率(a) 变电所变压器G（b）发电厂变压器 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。阻抗损耗导纳损耗 输电线 变压器 一、辐射形网络中的

7、潮流分布3.3 简单辐射形网络和闭式网络的潮流估算方法电压的计算 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潮流的计算 已知条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：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。 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。c.求得始端功率后，再运用给定的始端电压和求得的始端功率由始端向末端逐段推算电压降落。（这里不再重新计算功率损

8、耗） 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到的各点电压近似值进行计算。（1）用UN求得各点的运算负荷（2）从末段线路开始，用UN依次计算各段线路的功率损耗（3）用UA和已求得的功率分布，从A点开始逐段计算电压降落，求得Ub Uc和Ud（4）求得Ub和 Uc ,Ud重复（1）（3）SLDdSLDcSLDbdcbA123例1：同一电压的辐射式网(已知UA和负荷)bcdS L D dA R1+ jX1R2 +jX2R3+

9、 jX3j B1/2j B1/2j B2/2j B2/2j B3/2j B3/2 S L D b S L D cQB1（1）用UN求得各点的运算负荷S d R1+ jX1R2 +jX2R3+ jX3j B1/2bcd S b S cS3S3S1S2S1S2AS L D dA R1+ jX1R2 +jX2R3+ jX3j B1/2j B1/2j B2/2j B2/2j B3/2j B3/2 S L D b S L D cQB1(2)从末段线路开始，用UN依次计算各段线路的功率损耗S d R1+ jX1R2 +jX2R3+ jX3j B1/2bcd S b S cS3S3S1S2S1S2AS d

10、R1+ jX1R2 +jX2R3+ jX3j B1/2bcd S b S cS3S3S1S2S1S2A(3)用UA和已求得的功率分布，从A点开始逐段计算电压降落，求得Ub、 Uc和Ud32A L-1 bT c d SLD L-2例2：两级电压的开式电力网 A R1+jX1 ZTR2+jX2j B1/2j B1/2j B2/2bc dj B2/2cS0SLD方法一：包含理想变压器，计算时，经过理想变压器功率保持不变，两侧电压之比等于实际变比k。33 A R1+ jX1 ZTR2+ j X2j B1/2j B1/2j B2/2b dj B2/2cS0方法二：将线路L2的参数归算到L1电压级A L-

11、1 bT c d SLD L-2开始时按L1侧额定电压计算，计算结果反归算34方法三：用型等值电路处理 A R1+ jX1 ZT/kR2+ j X2jB1/2jB1/2jB2/2b djB2/2c ZT kk ZT 1kSLDA L-1 bT c d SLD L-235例3-31. 计算近似功率分布2.计算各母线电压和相位近似认为各母线电压等于额定电压，相位均为零361. 计算近似功率分布同理计算母线3和5之间的功率分布，由此推出母线2-3之间的功率分布，然后依次类推，直至计算到连接电源的母线1为止。372.计算各母线电压和相位根据已给的母线1电压U10，计算阻抗Z12上的电压降，从而得出母线

12、2的电压U2二、 环形网络中的潮流计算环形网络中的功率分布。介绍的是最简单的单一环网，主要由一个电源供电。165432T-1T-2T-3L-2L-1L-3G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。根据网络接线图以及各元件参数计算等值电路；15432Z25Z36Z31Z12Z23Z146y10y30y20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；将同一节点下的对地支路合并，并将等值电路图重新编号；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。132Z31Z12Z23第二步：用简化的回路电流法解该简化等值电路 通过

13、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：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(初步功率分布)132Z31Z12Z23由此，扩展到相应的多节点网络的计算当中：若网络中所有线段单位长度的参数完全相等，且注意：均一网常数重要概念功率分点：网络中某些节点的功率是由两侧向其流动的,标记 。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。 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。当有功分点和无功分点不一致时，将在哪一个分点解列？2.两端供电网络中的功率分布 回路电压

14、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。 以回路电压不为0的单一环网为例，其求解过程为：设节点1、4的电压差为：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,且不计损耗：用简化的回路电流法解简化等值电路流经阻抗Z12功率为：流经阻抗Z43功率为：称为循环功率（注意方向）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

15、源端推算电压降落和功率损耗。51闭式网络的计算过程52计算循环功率时，两端电压及额定电压已有效值带入计算（各点电压的相位差角不大）求功耗时，功率分点电压未知，近似以UN代注意：53例如将图中短路器1断开时 其左侧电压为10.5242/10.5=242kV； 右侧电压为10.5231/10.5=231kV；从而，将该断路器闭合时，将有顺时针方向的循环功率流动，其表达式仍与两端供电网络相同。10.5kV10.5/24210.5/231T2T124223113、环形网络中变压器变比不匹配时的循环功率一、调整控制潮流的必要性若各段参数相同3.4 电力网络潮流的调整控制若各导线各不相同，且经济指标为网损

16、最小，由上式得网损为：解得 即有功功率损耗最小时的功率分布应按线段电阻分布而不是阻抗分布。 按阻抗分布功率，叫功率自然分布，这种分布是不加控制的。 为了保证供电的安全、优质、经济的要求，因此需调整控制潮流。二、调整控制潮流的手段主要有：串联电容 作用：抵偿线路的感抗，将其串联在环网中阻抗相对 过大的线路上，可起转移其他重载线路上流通功率的作用。串联电抗作用：限流，将其串联在重载线路上可避免该线路过载。但其上的电压损耗增大，影响电压质量，并对系统运行的稳定性有影响，一般不用。附加串联加压器作用：产生一环流或强制循环功率，使强制循环功率与自然分布功率的叠加可达到理想值。Ecx纵向附加电势，其相位与

17、线路相电压一致；Ecy横向附加电势，其相位与线路相电压相差900；Ecx 、Ecy均由附加串联加压器产生。G1632200MW100MW60MW140MW160MWG300MW1.串联电容电容、电感加在何处呢？2.串联电感175MW25MW125MW300MW200MW100MW123电感串联在23线路上：电感串联在13线路上：3.串联加压器62三、具体实现方法1、串联电抗原理上存在缺陷，未使用2、串联电容高压输电系统中提高稳定中压配电系统中改善电压质量未能作为控制潮流手段须开关频繁投切3、借附加串联加压器控制潮流634、借灵活交流输电装置控制潮流概念：灵活交流输电系统是指以晶闸管（即可控硅）

18、置换传统交流输电系统中各种机械式调节器和开关后所呈现的新系统可控串联电容改变晶闸管的触发角可平滑地并在较大范围内改变其容抗64可控移相器仍是串联加压器以晶闸管和电源变压器二次侧若干个绕组替代了原用以调节附加电动势大小的分接头，可得+13-13共27级调节快速有载调节，不影响供电的连续性65综合潮流控制器交流直流交流系统替代移相器可改变线路电压的大小和相位，等值地串入电容或电感、等值地并入电容或电感。66例：两端供电网络如图所示。已知电源A点电压117KV，电源端B点电压112KV，计算网络功率分布和电压分布。 线路1线路2线路367解：一，选取100kv作为电压的基本级，计算网络参数，并画出等值电路线路1导纳上的功率损耗 线路2导纳上的功率损耗 线路3导纳上的功率损耗 变压器 并联参数： 变压器导纳支路的功率损耗68变压器 变压器