3电力系统潮流分布解读课件

第三章电力系统的潮流分布电力系统潮流分布：是描述电力系统运行状态的技术术语，表明电力系统在某一确定的运行方式和接线方式下，系统中从电源到负荷各处的电压、电流的大小和方向以及功率的分布情况。电力网潮流分布计算：是针对具体的电力系统，根据给定的有功、无功负荷；发电机发出的有功功率以及发电机母线电压有效值，求解电力网中其它各母线的电压、各条线路中的功率以及功率损耗等。有助于全面准确地掌握电力系统中各元件的运行状态，确定合理的供电方案，实施合理的调压措施，经济合理的调整负荷。第三章电力系统的潮流分布电力系统潮流分布：是描述电力系统1相关基本概念电力系统的负荷常用功率形式表示:有功功率单位：kW或MW无功功率单位：kvar或Mvar视在功率（单位：kVA或MVA）相关基本概念电力系统的负荷常用功率形式表示:2相关基本概念单相负荷（复功率）感性负荷时电流滞后电压，容性负荷时电流超前电压，三相负荷：相关基本概念单相负荷（复功率）3第一节电力线路运行状况的分析与计算1.电力线路上的功率损耗和电压降落电力系统中由于电力线路、变压器等设备具有阻抗和导纳，造成了有功功率及无功功率损耗。功率损耗的存在对电力系统运行不利。一方面迫使投入运行的发电设备容量要大于用户的实际负荷，从而需要多装设发电机组，多消耗大量的一次能源；另一方面它产生的热量会加速电气绝缘的老化。这一损耗过大时，还可能因过热烧毁绝缘和熔化导体，致使设备损坏，影响系统的安全运行。所以运行中要设法降低电力系统中的功率损耗。第一节电力线路运行状况的分析与计算1.电力线路上的功率损耗4求电力线路功率损耗：线路末端导纳中的功率损耗线路首端导纳中的功率损耗阻抗中的功率损耗求电力线路功率损耗：线路末端导纳中的功率损耗5末端导纳支路功率损耗：阻抗支路末端的功率：*末端导纳支路功率损耗：*6阻抗支路损耗的功率：阻抗支路始端的功率：阻抗支路损耗的功率：7始端导纳支路损耗的功率：始端功率：始端导纳支路损耗的功率：8要求△Sy1和S1,必须先求始端电压U1：线路阻抗上的电压降落为：令要求△Sy1和S1,必须先求始端电压U1：令9始端电压的模值和始末两端电压夹角：对于110KV及以下电力网，δU对电压降落影响可忽略，则始端电压的模值和始末两端电压夹角：10同理可由始端电压和功率求取末端电压和功率：同理可由始端电压和功率求取末端电压和功率：11实际工程计算：线路的电压损耗百分值：线路的电压偏移：实际工程计算：122.电力线路的电能损耗由于电力负荷随时变化，功率损耗也是时间t的函数。全年电能损耗可用折线法求。即设每一时段内的功率损耗是个常数：另外还有最大功率损耗时间法（书P62）2.电力线路的电能损耗13工程计算中常采用经验公式求电能损耗按负荷特性（功率因素）从手册中查得最大负荷利用小时数Tmax；求年负荷率f；按经验公式求年负荷损耗率F；求全年的电能损耗。

线损率（经济性能指标）：始端输入电能W1，末端输出电能W2工程计算中常采用经验公式求电能损耗14第二节变压器中的功率损耗计算

变压器中的功率损耗包括阻抗中的功率损耗与导纳中（励磁支路）的功率损耗两部分。若已求出变压器等值电路的阻抗ZT＝RT+jXT及导纳YT＝GT-jBT，阻抗上的功率损耗计算可以采用求线路阻抗中功率损耗的计算公式第二节变压器中的功率损耗计算变压器中的功率损耗包括阻抗中15第三节辐射形网络中的潮流分布电力系统的潮流分布计算，是通过已知的网络参数（指系统各元件的R、X、G、B）和某些运行参数（指系统中的U、I、P、Q）来求系统中未知的运行参数，以便全面地掌握系统中各元件的运行状态，从而保证科学、安全、经济地进行系统规划设计和运行调度。第三节辐射形网络中的潮流分布电力系统的潮流分布计算，是通16辐射形（不构成闭环）电力网络：辐射形（不构成闭环）电力网络：17简单电力系统辐射网络等值图简单电力系统辐射网络等值图18常用公式：

①②③④注：式①和式③中P、Q、U一定用同一点的值。常用公式：①②③④注：式①和式③中P、Q、U一定用同一点的19辐射网络潮流分布的计算步骤：由已知电气接线图作等值电路作出简化的等值图用逐段推算法推算潮流分布1）已知末端功率S4和电压U4时，计算过程如下：辐射网络潮流分布的计算步骤：202）已知末端功率S4和始端电压U1时，须要通过两端来回反复推算，逐渐逼进：近似计算，分两步，先设U4、U3、U1为各自UN即全网为额定电压，计算S1，然后逐级计算U准确计算，利用方法1）来回反复推算2）已知末端功率S4和始端电压U1时，须要通过两端来回反复推21对多端网络的处理多端网络：网络中不只一个负荷一个电源。可先进行网络等值功率等效变换，化简为辐射形网络的形式然后计算对多端网络的处理多端网络：网络中不只一个负荷一个电源。可先进22（变电所）运算负荷功率处理（负荷侧功率为已知）（发电厂）运算电源功率处理（电源侧功率为已知）（变电所）运算负荷功率处理（负荷侧功率为已知）23第四节闭环网中的潮流分布闭环网：能从两个或两个以上方向给负荷供电的电力网。具有可靠性、灵活性、经济性。闭环网潮流分布更复杂。首先要画出网络简化的等值电路网路图（通过变电所运算负荷功率处理和发电厂运算电源功率处理将变压器阻抗支路和母线的导纳支路并入等效运算功率当中简化电路）第四节闭环网中的潮流分布闭环网：能从两个或两个以上方向给负24计算步骤：复杂的多环网→化简成单环网→

在环中某电源点拉开等效成两端供电网→找出功率分点→进一步分解成两个辐射网络进行推算一.闭环网的初步潮流分布在假设全网电压为额定电压的条件下，不考虑电压损耗和功率损耗，求得网络中的流动功率分布，称初步潮流分布。闭环网可以等效成两端供电网，可先求出两侧注入功率，然后求各之路的流动功率计算步骤：复杂的多环网→化简成单环网→在环中某电源点拉开等251.两端电压相等时的功率分布1.两端电压相等时的功率分布26由于假设条件是网络中无功率损耗，则结果应满足（校验式）：由于假设条件是网络中无功率损耗，则结果应满足（校验式）：27对于n个节点的闭环网，推广有：对于均一网（各段导线型号、几何均距完全相同，具有相同的r1+jx1）对于n个节点的闭环网，推广有：282.两端电压不等时（环路中含变压器时）的功率分布2.两端电压不等时（环路中含变压器时）的功率分布29可解得两侧注入功率分别为：可解得两侧注入功率分别为：30这样，各支路中流动的功率可看着两个功率分量叠加。供载功率：与负荷有关、两端电压相等时的功率循环功率：和负荷无关、仅取决于两端电压与环网阻抗。其方向和两端电压差方向相同这样，各支路中流动的功率可看着两个功率分量叠加。31二.闭环网的分解及潮流计算初步潮流计算的目的：只是为了找出功率分点（该点从两侧都获取功率），以便在功率分点处将闭环网分解成两个或两个以上辐射网。然后以功率分点为末端，考虑网络功率损耗，按前法分别对每个辐射网进行逐段推算潮流分布。无功功率分点有功功率分点功率分点二.闭环网的分解及潮流计算初步潮流计算的目的：只是为了找出功32第五节电力网络的简化辐射形网络分析＋环形网络分析＋网络简化手段→可分析较复杂的网络一.等值电源法当两个或两个以上电源支路同时向同一点供电时，而各支路上没有中间负荷时，可简化成一个等值电源供电。第五节电力网络的简化辐射形网络分析＋环形网络分析＋网络简化33等值条件：任意情况下，节点i以外的电压、电流和功率都保持不变，有（3－41）（3－41）343电力系统潮流分布解读课件353.利用简化电路求得单电源总功率后，仍可将功率还原分配到各原始分支路3.利用简化电路求得单电源总功率后，仍可将功率还原分配到各原36二.负荷移置法(a)二.负荷移置法(a)37移置前后网络其他部分的电压、电流、功率仍保持不变：在图a中有移置前后网络其他部分的电压、电流、功率仍保持不变：38对于图b有：以上推导采用两端电压相等的关系式，对于两端电压不等时，由于负荷移置对循环功率（由电压差决定，和负荷无关）没有影响，因此导出的结论也同样适用。对于图b有：39三.星－三角变换法根据KVL和KCL定律可导出：三.星－三角变换法40△→YY→△△→Y41第六节电力系统潮流分布的计算机算法对于现实中复杂的大规模电力网络，手算远不能满足精度和速度的要求，必须采用计算机计算潮流分布建立数学模型（节点电压方程、潮流方程）确定解算方法（高斯-塞德尔法、牛顿-拉夫逊法）编写计算机程序用计算机运算求解第六节电力系统潮流分布的计算机算法对于现实中复杂的大规模电42节点电压方程将接在同一节点的所有对地导纳支路合并成一个接地支路;节点电压方程将接在同一节点的所有对地导纳支路合并成一个接地支43n个节点：矩阵表示：简化形式：n个节点：44电力系统中许多节点之间有导线连接，也有许多节点之间无线路连接，因而y很多为零，故导纳矩阵中有很多元素的值为零，这样的矩阵称为稀疏矩阵。导纳矩阵又是一个对称矩阵。3电力系统潮流分布解读课件45若电力系统中任意两节点间的线路中接有变压器，在制定系统等值网络时要把变压器用相应的等值电路替换。变压器等值电路的确定可根据选定的变压器两侧的额定电压求出变压器的额定变比KN，再利用已知的变压器实际变比K，求出变压器的非标准变比K*，然后用具有非标准变比K*(理想变比）的理想变压器及变压器阻抗ZT的串联电路代替实际变压器。若电力系统中任意两节点间的线路中接有变压器，在制定系统等值网463电力系统潮流分布解读课件47节点分类：1.PQ节点此类节点注入的有功功率P和无功功率Q是已知的，而节点的电压相量U及相位角δ是待求量。2．PV节点这类节点的特点是注入的有功功率P已经给定，同时又规定了母线电压的数值，而无功功率和电压的相位角，则根据系统运行情况确定。3．平衡节点平衡节点是根据潮流计算的需要人为确定的一个节点。这个节点最后要担负调节全网功率平衡的任务，故称为平衡节点。潮流计算中一般只设一个平衡节点，该点电压和相位角是已知的，待求的是注入功率P和Q节点分类：48计算节点注入功率。电力系统中的电源有发电机、调相机、静电电容器等，它们向系统送出有功及无功功率。用户则从系统吸取功率。电力系统中的一个节点可能接有一个或几个电源；一个或几个负荷；也可能既接有电源也接有负荷。不论何种情况，应将接在同一节点的所有电源功率和所有负荷功率按复数求和，并以此和功率代替所有其他功率。该和功率称为节点注入功率。规定流入节点为其正方向，流出节点为负。计算节点注入功率。49迭代法计算潮流一、功率方程的非线性性质功率方程含有变量电压的平方项及电压相位角的三角函数项，所以功率方程是非线性方程组，计算电力系统潮流就是求解这一组非线性方程组。求解非线性方程组数学上现存两种途径：采用迭代法或将方程线性化后求解；而迭代法是基础。无论哪一种算法都只能求方程组的近似解。主要有高斯一塞德尔法、牛顿—拉夫逊法、P－Q分解法等迭代法计算潮流一、功率方程的非线性性质50高斯一塞德尔法高斯一塞德尔法51设有n个非线性方程联立的方程组将其改变形式写成：设有n个非线性方程联立的方程组52首先设定变量的初始值(x1(0)，x2(0)，x3(0)……xn(0))，然后将这些初始值代人第一式,得x1(1)；第二步用x1(1)代替初始值中的x1(0)，以(x1(1)，x2(0)，x3(0)……xn(0))作初始值代入方程组中的第二式，得x2(1)，依此类推，到第一次迭代完成。首先设定变量的初始值(x1(0)，x2(0)，x3(0)……53

第二次迭代用(x1(1)，x2(1)，x3(1)……xn(1))为初始值重复第一次迭代的每一步，直至求出各变量的第二次近似值(x1(2)，x2(2)，x3(2)……xn(2))，第二次迭代即结束。依此类推，第k十1次迭代时的方程为：第二次迭代用(x1(1)，x2(1)，x3(1)……xn(54迭代开式时首先给定一个收敛指标——一个很小的正数ε，每次迭代结束后用下面的不等式做检查其中i＝1，2，……n；k＝0，1,2，……。判断变量的前后相邻的两次迭代值的差的绝对值是否小于预先给的小数，若小于，说明迭代收敛。停止继续迭代，xi(k+1)即是方程的解。迭代开式时首先给定一个收敛指标——一个很小的正数ε，每次迭代55第三章电力系统的潮流分布电力系统潮流分布：是描述电力系统运行状态的技术术语，表明电力系统在某一确定的运行方式和接线方式下，系统中从电源到负荷各处的电压、电流的大小和方向以及功率的分布情况。电力网潮流分布计算：是针对具体的电力系统，根据给定的有功、无功负荷；发电机发出的有功功率以及发电机母线电压有效值，求解电力网中其它各母线的电压、各条线路中的功率以及功率损耗等。有助于全面准确地掌握电力系统中各元件的运行状态，确定合理的供电方案，实施合理的调压措施，经济合理的调整负荷。第三章电力系统的潮流分布电力系统潮流分布：是描述电力系统56相关基本概念电力系统的负荷常用功率形式表示:有功功率单位：kW或MW无功功率单位：kvar或Mvar视在功率（单位：kVA或MVA）相关基本概念电力系统的负荷常用功率形式表示:57相关基本概念单相负荷（复功率）感性负荷时电流滞后电压，容性负荷时电流超前电压，三相负荷：相关基本概念单相负荷（复功率）58第一节电力线路运行状况的分析与计算1.电力线路上的功率损耗和电压降落电力系统中由于电力线路、变压器等设备具有阻抗和导纳，造成了有功功率及无功功率损耗。功率损耗的存在对电力系统运行不利。一方面迫使投入运行的发电设备容量要大于用户的实际负荷，从而需要多装设发电机组，多消耗大量的一次能源；另一方面它产生的热量会加速电气绝缘的老化。这一损耗过大时，还可能因过热烧毁绝缘和熔化导体，致使设备损坏，影响系统的安全运行。所以运行中要设法降低电力系统中的功率损耗。第一节电力线路运行状况的分析与计算1.电力线路上的功率损耗59求电力线路功率损耗：线路末端导纳中的功率损耗线路首端导纳中的功率损耗阻抗中的功率损耗求电力线路功率损耗：线路末端导纳中的功率损耗60末端导纳支路功率损耗：阻抗支路末端的功率：*末端导纳支路功率损耗：*61阻抗支路损耗的功率：阻抗支路始端的功率：阻抗支路损耗的功率：62始端导纳支路损耗的功率：始端功率：始端导纳支路损耗的功率：63要求△Sy1和S1,必须先求始端电压U1：线路阻抗上的电压降落为：令要求△Sy1和S1,必须先求始端电压U1：令64始端电压的模值和始末两端电压夹角：对于110KV及以下电力网，δU对电压降落影响可忽略，则始端电压的模值和始末两端电压夹角：65同理可由始端电压和功率求取末端电压和功率：同理可由始端电压和功率求取末端电压和功率：66实际工程计算：线路的电压损耗百分值：线路的电压偏移：实际工程计算：672.电力线路的电能损耗由于电力负荷随时变化，功率损耗也是时间t的函数。全年电能损耗可用折线法求。即设每一时段内的功率损耗是个常数：另外还有最大功率损耗时间法（书P62）2.电力线路的电能损耗68工程计算中常采用经验公式求电能损耗按负荷特性（功率因素）从手册中查得最大负荷利用小时数Tmax；求年负荷率f；按经验公式求年负荷损耗率F；求全年的电能损耗。

线损率（经济性能指标）：始端输入电能W1，末端输出电能W2工程计算中常采用经验公式求电能损耗69第二节变压器中的功率损耗计算

变压器中的功率损耗包括阻抗中的功率损耗与导纳中（励磁支路）的功率损耗两部分。若已求出变压器等值电路的阻抗ZT＝RT+jXT及导纳YT＝GT-jBT，阻抗上的功率损耗计算可以采用求线路阻抗中功率损耗的计算公式第二节变压器中的功率损耗计算变压器中的功率损耗包括阻抗中70第三节辐射形网络中的潮流分布电力系统的潮流分布计算，是通过已知的网络参数（指系统各元件的R、X、G、B）和某些运行参数（指系统中的U、I、P、Q）来求系统中未知的运行参数，以便全面地掌握系统中各元件的运行状态，从而保证科学、安全、经济地进行系统规划设计和运行调度。第三节辐射形网络中的潮流分布电力系统的潮流分布计算，是通71辐射形（不构成闭环）电力网络：辐射形（不构成闭环）电力网络：72简单电力系统辐射网络等值图简单电力系统辐射网络等值图73常用公式：

①②③④注：式①和式③中P、Q、U一定用同一点的值。常用公式：①②③④注：式①和式③中P、Q、U一定用同一点的74辐射网络潮流分布的计算步骤：由已知电气接线图作等值电路作出简化的等值图用逐段推算法推算潮流分布1）已知末端功率S4和电压U4时，计算过程如下：辐射网络潮流分布的计算步骤：752）已知末端功率S4和始端电压U1时，须要通过两端来回反复推算，逐渐逼进：近似计算，分两步，先设U4、U3、U1为各自UN即全网为额定电压，计算S1，然后逐级计算U准确计算，利用方法1）来回反复推算2）已知末端功率S4和始端电压U1时，须要通过两端来回反复推76对多端网络的处理多端网络：网络中不只一个负荷一个电源。可先进行网络等值功率等效变换，化简为辐射形网络的形式然后计算对多端网络的处理多端网络：网络中不只一个负荷一个电源。可先进77（变电所）运算负荷功率处理（负荷侧功率为已知）（发电厂）运算电源功率处理（电源侧功率为已知）（变电所）运算负荷功率处理（负荷侧功率为已知）78第四节闭环网中的潮流分布闭环网：能从两个或两个以上方向给负荷供电的电力网。具有可靠性、灵活性、经济性。闭环网潮流分布更复杂。首先要画出网络简化的等值电路网路图（通过变电所运算负荷功率处理和发电厂运算电源功率处理将变压器阻抗支路和母线的导纳支路并入等效运算功率当中简化电路）第四节闭环网中的潮流分布闭环网：能从两个或两个以上方向给负79计算步骤：复杂的多环网→化简成单环网→

在环中某电源点拉开等效成两端供电网→找出功率分点→进一步分解成两个辐射网络进行推算一.闭环网的初步潮流分布在假设全网电压为额定电压的条件下，不考虑电压损耗和功率损耗，求得网络中的流动功率分布，称初步潮流分布。闭环网可以等效成两端供电网，可先求出两侧注入功率，然后求各之路的流动功率计算步骤：复杂的多环网→化简成单环网→在环中某电源点拉开等801.两端电压相等时的功率分布1.两端电压相等时的功率分布81由于假设条件是网络中无功率损耗，则结果应满足（校验式）：由于假设条件是网络中无功率损耗，则结果应满足（校验式）：82对于n个节点的闭环网，推广有：对于均一网（各段导线型号、几何均距完全相同，具有相同的r1+jx1）对于n个节点的闭环网，推广有：832.两端电压不等时（环路中含变压器时）的功率分布2.两端电压不等时（环路中含变压器时）的功率分布84可解得两侧注入功率分别为：可解得两侧注入功率分别为：85这样，各支路中流动的功率可看着两个功率分量叠加。供载功率：与负荷有关、两端电压相等时的功率循环功率：和负荷无关、仅取决于两端电压与环网阻抗。其方向和两端电压差方向相同这样，各支路中流动的功率可看着两个功率分量叠加。86二.闭环网的分解及潮流计算初步潮流计算的目的：只是为了找出功率分点（该点从两侧都获取功率），以便在功率分点处将闭环网分解成两个或两个以上辐射网。然后以功率分点为末端，考虑网络功率损耗，按前法分别对每个辐射网进行逐段推算潮流分布。无功功率分点有功功率分点功率分点二.闭环网的分解及潮流计算初步潮流计算的目的：只是为了找出功87第五节电力网络的简化辐射形网络分析＋环形网络分析＋网络简化手段→可分析较复杂的网络一.等值电源法当两个或两个以上电源支路同时向同一点供电时，而各支路上没有中间负荷时，可简化成一个等值电源供电。第五节电力网络的简化辐射形网络分析＋环形网络分析＋网络简化88等值条件：任意情况下，节点i以外的电压、电流和功率都保持不变，有（3－41）（3－41）893电力系统潮流分布解读课件903.利用简化电路求得单电源总功率后，仍可将功率还原分配到各原始分支路3.利用简化电路求得单电源总功率后，仍可将功率还原分配到各原91二.负荷移置法(a)二.负荷移置法(a)92移置前后网络其他部分的电压、电流、功率仍保持不变：在图a中有移置前后网络其他部分的电压、电流、功率仍保持不变：93对于图b有：以上推导采用两端电压相等的关系式，对于两端电压不等时，由于负荷移置对循环功率（由电压差决定，和负荷无关）没有影响，因此导出的结论也同样适用。对于图b有：94三.星－三角变换法根据KVL和KCL定律可导出：三.星－三角变换法95△→YY→△△→Y96第六节电力系统潮流分布的计算机算法对于现实中复杂的大规模电力网络，手算远不能满足精度和速度的要求，必须采用计算机计算潮流分布建立数学模型（节点电压方程、潮流方程）确定解算方法（高斯-塞德尔法、牛顿-拉夫逊法）编写计算机程序用计算机运算求解第六节电力系统潮流分布的计算机算法对于现实中复杂的大规模电97节点电压方程将接在同一节点的所有对地导纳支路合并成一个接地支路;节点电压方程将接在同一节点的所有对地导纳支路合并成一个接地支98n个节点：矩阵表示：简化形式：n个节点：99电力系统中许多节点之间有导线连接，也有许多节点之间无线路连接，因而y很多为零，故导纳矩阵中有很多元素的值为零，这样的矩阵称为稀疏矩阵。导纳矩阵又是一个对称矩阵。3电力系统潮流分布解读课件100若电力系统中任意两节点间的线路中接有变压器，在制定系统等值网络时要把变压器用相应的等值电路替换。变压器等值电路的确定可根据选定的变压器两侧的额定电压求出变压器的额定变比KN，再利用已知的变压器实际变比K，求出变压器的非标准变比K*，然后用具有非标准变比K*(理想变比）的理想变压器及变压器阻抗ZT的串联电路代替实际变压器。若电力系统中任意两节点间的线路中接有变压器，在制定系统等值网1013电力系统潮流分布解读课件102节点分类：1.PQ节点此类节点注入的有功功率P和无功功率Q是已知的，而节点的电压相量U及相位角δ是待求量。2．PV节点这类节点的特点是注入的有功功率P已经给定，同时又规定了母线电压的数值，而无功功率和电压的相位角，则根据系统运行情况确定。3．平衡节点平衡节点是根据潮流计算的需要人为确定的一个节点。这个节点最后要担负调节全