本科 电力系统课件 3 简单电力网络潮流的分析与计算

课程结构电力系统基本概念（第1章）分析稳态分析暂态分析故障分析（第7、8章）稳定性分析（第9、10、11章）潮流计算（第2、3、4章）电压调整（第6章）频率调整（第5章）电力系统运行状态电力系统运行状态稳态：所有运行参量在某一平均值附近很小变

化，接近常量，此时，称系统处于稳态。

暂态：部分或全部运行参量发生较大变化，则

称此时系统处于暂态。电力系统运行参量——表征电力系统运行状态电磁参量：功率、电流、电压

机械参量：频率、发电机组转子相对角位移电力系统分析的内容内容：

采用数学方式模拟计算电力系统稳态运行和暂态运行过程中的各种电磁参量和机械参量。目的：

提前对电力系统未来可能出现的状态进行掌握和控制。稳态分析暂态分析故障分析（电磁暂态）稳定性分析（机电暂态）潮流计算电压调整频率调整第3章简单电力网络潮流的分析与计算

第4章电力系统潮流的计算机算法掌握基本概念、分析潮流特性掌握计算机算法潮流的基本概念I、潮流分布给定运行方式（一定的网架结构、发电、负荷）下，电力系统在正常时各母线电压和各支路功率的分布称为电力系统的潮流分布；II、潮流计算给定运行方式下，电力系统电压和功率分布的计算称为潮流计算；III、潮流计算的目的为电网规划设计、电力系统的安全经济运行、继电保护装置的整定计算等提供依据。电压分布功率分布第3章简单电力网络潮流的分析与计算本章内容基本元件的功率损耗和电压降落开式网络的潮流分布环形网络的潮流分布1电力线路和变压器的功率损耗和电压降落1.1电力线路的功率损耗和电压降落（1）电力线路的功率损耗π形等值电路如下图：12其中，Z=R+jX，Y=G+jB为每相的阻抗和导纳。电压为线电压，功率为三相功率。I.电力线路阻抗支路中的功率损耗(三相)12可表示为末端电压和流出功率的函数同理，还可表示为首端电压和注入功率的函数无功功率损耗为负值，意味着发出无功功率II.电力线路导纳支路中的功率损耗(三相)12末端电压导纳支路中的功率损耗同理：首端导纳支路中的功率损耗单相电压单相电流三相功率III.电力线路中的功率损耗计算12流出线路阻抗支路功率流入线路阻抗支路功率流入线路的功率线路的功率损耗为：（2）电力线路的电压降落12I.若已知末端电压和功率

取，则则：电压降落为指阻抗支路电压降落纵分量电压降落横分量（2）电力线路的电压降落12I.若已知末端电压和功率，取则：首端电压为即：指阻抗支路电压降落纵分量电压降落横分量相量图：由于一般情况下，12同理可得：II.若已知首端电压和功率，取即：近似计算：

电压降落—线路两端的电压相量之差

电压损耗—线路两端电压有效值之差，常用百分数表示即

电压偏移—线路某一端电压与线路额定电压的差值，常用百分数表示即电压调整—线路末端空载和负载时的电压数值差，其百分数为

输电效率—线路末端输出有功功率与始端输入有功功率之比，其百分数为

（3）、几个重要的概念与电力线路计算相同点：阻抗支路的功率损耗与电压降落的计算方法与电力线路完全相同导纳支路的功率损耗计算与电力线路也完全相同1.2

变压器的功率损耗和电压降落变压器Γ形等值电路如右图。与电力线路计算不同点：变压器导纳支路为感性，而线路为容性；近似计算时，可认为导纳支路损耗为额定电压下的损耗：空载有功损耗空载无功损耗供电量W1：

给定时间（日、月、季、年）内，电力系统中所有发电厂的总发电量与厂用电量之差（即发电机注入电网的发电量），称为供电量。1.3

电力网的网损率或线损率概念电力网的损耗电量ΔWc：

给定时间（日、月、季、年）内，在所有送电、变电、配电环节中损耗的电量，称为供电量。电力网的损耗率W（%）：(1)运算负荷：1.4

运算负荷和运算功率I.负荷功率的定义：

降压变压器低压侧末端负荷的功率。负荷功率II.等值负荷功率的定义：

降压变压器高压侧母线上负荷从网络中取用的功率；即“负荷功率+变压器损耗”。等值负荷功率在已知负荷的条件下，变压器的阻抗支路损耗和励磁支路损耗可近似计算得出！因此，等值负荷功率可近似计算得出！III.运算负荷的定义：

从电力线路阻抗支路中流出的功率；

即“负荷功率+变压器损耗+线路在变压器侧的导

纳支路所消耗的功率”。负荷功率等值负荷功率励磁支路损耗：变压器在额定电压和功率下的励磁支路损耗阻抗支路损耗：近似认为电流与功率成正比从电力线路阻抗支路中流出的负荷运算负荷由于母线电压在额定电压附近，因此，线路对地电容所消耗的功率近似固定(2)运算功率：I.电源功率的定义：

发电机低压母线送至系统的功率。电源功率II.等值电源功率的定义：

发电机端口升压变压器高压侧母线向网络中送出的功率；即“电源功率-变压器损耗”。等值电源功率III.运算功率的定义：

流入电力线路阻抗支路的功率；

即“电源功率-变压器损耗-线路在变压器侧的导

纳支路所消耗的功率”。电源功率等值电源功率注入变压器高压母线的功率注入线路阻抗支路的功率(1)空载运行特性：1.5

输电线路的运行特性输电线路特别是高压线路空载或轻载运行时，！12线路电纳是容性的，B>0（2）传输功率极限：1.5

输电线路的运行特性当给定时，传输功率与之间呈正弦函数关系。线路最大传输功率与两端电压乘积成正比，与线路电抗成反比。12忽略线路电阻，不计两端并联导纳另外，比较上两式的虚部，得以末端电压为参考相量（3）线路传输功率与电压之间的定性关系：1.5

输电线路的运行特性有功功率与电压相位差之间、无功功率与电压有效值差之间呈比较紧密的关系。12以上为无功与两端电压差的关系。有功与两端电压相位差之间的关系：可得对于无功，根据2电力系统的接线方式无备用结线有备用结线a）放射式b）干线式c）链式d）环式

e）两端供电网络2电力系统的接线方式（1）分类：开式网络（也称辐射网）环形网络（包括环式网络和两端供电网络）（2）开式网络：

无备用接线方式（a）放射式（b）干线式样（c）链式

有备用接线方式（a）放射式（b）干线式样（c）链式优点：简单、经济、运行方便缺点：供电可靠性差适用范围：二级负荷优点：供电可靠性和电压质量高缺点：不经济适用范围：电压等级较高或重要的负荷（3）环形网络（包括环式网络和两端供电网络）（d）环式（e）两端供电网络优点：供电可靠性和电压质量高缺点：不经济适用范围：电压等级较高或重要的负荷复杂电力系统的接线方式一般呈：环网一般呈：辐射网；重要负荷，双回线。3开式网络的潮流分布3.1简单开式网络潮流分布的计算：（1）若已知末端功率和末端电压

计算方法：利用计算电力线路和变压器功率损耗和电压降落的公式，由末端逐段向首端推算。

例如：下图中，已知末端电压和功率，求潮流分布。110/10.5已知量计算步骤如下：①归算等值电路（既可归算到高压侧，也可归算到低压侧）②设归算到高压侧，则首先把已知条件归算到高压侧：③计算：计算2节点电压：④计算线路阻抗支路损耗：⑤计算2节点导纳支路功率损耗：计算1节点电压：⑥计算变压器阻抗支路损耗：注：以2节点为末端，重复上述过程，向首端推导。⑦计算1节点导纳支路功率损耗：潮流分布计算结束！（2）若已知首端功率和首端电压

计算方法：利用计算电力线路和变压器功率损耗和电压降落的公式，由首端逐段向末端推算。

与情况（1）步骤完全相同！

（3）若已知首端电压和末端功率

计算方法：

I.

假设末端电压为额定电压，则变为情况

（1），依照（1）所示方法求首端注入功率；

II.以计算所得首端功率和已知首端电压，求末端

电压（与情况（2）相同）。

III.比较计算所得首端电压和末端功率与给定值差异，所相差较大，则以计算所得末端电压和给定末端功率，重复步骤I.

反复迭代，直至收敛！3.2变电所较多的开式网络潮流分布计算：（1）按精确计算方法计算网络元件参数；（2）用线路额定电压求解变电所的运算负荷或发电厂的运算功率；（3）形成具有运算负荷或运算功率的等值网络；（4）潮流计算。对于已知始端电压和末端负荷的情况，通常简化计算：a）设全网电压均为网络额定电压，从末端向首端，推算元件功率损耗；b）由始端电压和计算得到的功率分布，从首端向末端推算电压降落。4简单环形网络的潮流分布计算(a)网络接线图G~GT1T2T33212’3’1’(b)等值网络4.1环形网络的简化环网特征：即使最简单环网的等值网络也非常复杂，

难于手工计算！1’122’33’1’122’33’(b)等值网络解决方式：环形网络的等值网络简化简化方法：

假设全网电压为额定电压，计算各变电所的运算

负荷和发电厂的运算功率这样：

等值网络里就不在包括各变压器的励磁支路和母

线上的并联导纳支路从而：组成了只包括运算负荷和运算功率及线路阻抗的

简化等值网络。(c)简化等值网络132Z12Z13Z23环形网络的等值网络简化1’122’33’1’122’33’注入阻抗支路的电流运算负荷运算负荷运算功率4.2环式网络的初步功率分布计算I.应用回路电流法列回路方程(c)简化等值网络132Z12Z13Z23II.设全网电压为额定电压UN因：有：III.解上述方程可得：相似：（3-28）（3-29）132Z12Z13Z231231’Z12Z13Z23Z’2Z’3Z2Z3Z∑图3-9等值两端供电网络132Z12Z13Z23上述两公式可做如下理解：

在节点1把网络打开，可得一等值的两端供电网，如下图所示。其两端电压大小相等，相位相同。

如，具有4个节点的环式网络，如右图，推广上式与力学中梁的反作用力计算公式相似，故称为力矩法公式。1234同理，可推广出n=5,6,7，…的计算公式。简化条件：若系统中各线路结构相同，导线截面相同，也即单位长度的参数完全相同，则上式可简化为：简化计算：线路长度IV.确定功率分点：在求得和之后，即可求出各支路的功率分布1234如：从计算结果中会发现，网络中某些节点的功率是由两侧向其流动的，这些节点称为功率分点。又分为有功功率分点（▼标注）和无功功率分点（▽标注），如上图示例。▼▽注意：上述公式是在假设全网电压均为网络的额定电压，且相位也相位也相同的条件下得出的，也就是假设网络中没有功率损耗，即因此，所得的功率分布只是功率在电网中的大致分布，通常称之为初步功率分布。4.3两端供电网络中的初步功率分布两端电压大小不等，相位不同。两端相电压降落为两端线电压降落为则根据基尔霍夫电压定律有设，将带入上式，可得

1234Z12Z34Z23两端供电网络4.3两端供电网络中的初步功率分布1234Z12Z13Z23两端供电网络解上述方程可得：相似：循环功率132Z12Z34Z234.3两端供电网络中的初步功率分布循环功率的正方向与电压降落的方向有关，对于外电路，

由高电位流向低点位。4.4环形网络的潮流计算I.计算环网中初步功率分布II.根据无功功率分点解环

如右图，因无功功率分点通常是

系统电压最低点1234▽III.把系统分解为两个辐射网

a网:1-2-3b网：1-4-3IV.对a网和b网，通常已知首端电压，而末端功率已知

因此，可按照开式网已知末端负荷和首端电压的情形计算出网络功率损耗和电压降落。4.5环形网络的潮流调控I.串联电容将其串联在环式网络中阻抗相对较大的线段中，以其容抗抵偿线路的感抗，起到