电气工程 第6章 电力网稳态计算.ppt

1、第六章 电力网稳态计算华中科技大学电力工程系罗 毅 87544274(o第六章 电力网的稳态计算本章教学要求,本章是本课程的重点内容之一。教学要求： 电力线路分类、结构、型号、换位、分裂导线简介； 电力线路等值参数的基本概念和物理意义，各参数的计算方法；电力线路各种等值电路及其适用场合； 各类变压器的各种等值电路及其适用场合，简介变压器参数计算； 电力网等值电路； 元件电压和功率分布计算；（本章重点） 开式电力网（同一电压级、不同电压级）潮流计算； （本章重点） 学习提示： 1、注意仔细体会基本概念 2、注意元件等值电路的工程应用条件,本章习题,P160-161：63

2、、4、5、8、9 10月11日（星期四）交,电力系统计算的基本步骤,1、根据计算条件和要求，作出电力系统的等值电路，并计算等值电路的参数 2、根据等值电路列写方程并求解（手工求解和计算机求解） 3、对求解结果进行分析或评价或作出对策,电力系统的等值电路,电力系统由各个元件（发电机、变压器、输电线路、用电设备）级联而成，因此，等值电路由各个元件的等值电路级联而成。,电力系统的等值电路,1、作出各个元件的多端口等值电路（注意根据应用条件选择元件等值电路的形式） 2、将各个元件的多端口等值电路按照电力系统的接线方式级联起来。,电力系统等值电路中的参数计算,1、选择是使用实名制还是标么值 2、对实名制

3、选择单位，并将给定参数转换为选择单位下的参数 3、对标么值选择计算基准 4、为了计算方便，通常选择线电压、线电流、三相功率和一相等值阻抗作为已知参数和基准参数（缺省）,架空输电线路的等值参数,基本电气参数：电阻、电抗、电导和电纳 单位长度导线的电阻 ： rt=r201+(t-20) 铜18.8mm2/km 铝31.5mm2/km,导线型号,拼音字母表示导线材料和结构特征；数字表示载流部分的标称截面积 LJ-50 TJ-25 GJ-35 LGJ-185 LGJ-300/50 普通钢芯铝绞线LGJ 轻型钢芯铝绞线LGJQ 加强型钢芯铝绞线LGJJ,架空输电线路的等值参数,在三相导线排列对称，或虽排

4、列不对称但经完全换位后，单位长度的一相等值电抗为： r导线半径（m）； 导体的相对磁导率，对铝绞线等有色金属，=1； 角频率，当频率f=50Hz时，=314rad/s； Djp三相导线间的几何均距 m 当三相导线水平排列时，则 DjpD；当三相导线水平排列时，则 Djp1.26D,架空输电线路的等值参数,分裂导线：,一般单导线每公里的电抗约为0.4左右，而分裂根数为2、3、4根时，每公里的电抗分别降低到0.33、0.30、0.28左右,架空输电线路的等值参数,电导：,架空输电线路的等值参数,电纳：,输电线路等值电路,有一条长100km，额定电压为110kV的输电线路，采用钢芯铝绞线LGJ-18

5、5型导线，导线水平排列，线间距离为4m，导线表面系数m1=0.85，气象状况系数m2=1。空气相对密度=1，求线路参数。 解 ： 查附录I附表I-1得LGJ-185型导线的计算直径为19.02 mm，则,计算电晕临界电压,所以 g0=0,R=r0l=0.17100=17 X=x0l=0.409100=40.9 B=b0l=2.7810-6100S=2.7810-4S,例6-2 有一条长280km，额定电压为330kV的输电线路，采用双分裂导线，水平排列，导线采用LGJQ-300型，相间距离为8m，分裂导线间距为0.4m，求线路单位长度的参数。（假设线路电晕现象不出现，即g0=0。） 解：查附录

6、I附表I-2得LGJQ-300导线的半径为11.85mm,双绕组变压器等值电路,T型等值电路 型等值电路 激磁支路用其对应的功率损耗P0+jQ0表示,双绕组变压器等值参数,电阻RT、电抗XT、电导GT、电纳BT 、变比KT 前四个参数是根据变压器铭牌上给出的短路试验和空载试验结果的四个特性数据来计算的，这些数据是：短路损耗Pk，短路电压Uk%，空载损耗P0，空载电流百分值I0%,双绕组变压器等值参数,双绕组变压器等值参数,双绕组变压器等值参数,例6-3 某降压变电所有一台SFL1-20000/110型双绕组变压器，变比为110/11，试验数据为P0=22kW, I0(%)=0.8, Pk=13

7、5kW, Uk(%)=10.5，试求变压器归算至高压和低压侧的参数。,三绕组变压器等值参数,三绕组变压器等值参数,三绕组变压器等值参数,例6-4 有一台SFSL1-8000/110型三相三绕组变压器，其铭牌数据为：容量比100/50/100,电压比110kV/38.5kV/11kV，P0=14.2kW，I0(%) = 1.26， ， ， ，Uk(1-2)%=14.2，Uk(1-3)%=17.5，Uk(2-3)%=10.5，试计算以变压器高压侧电压为基准的变压器参数值。,自耦变压器等值参数,要对短路试验数据以额定值为基准进行折算 ，且要对短路电压值进行折算,分裂绕组变压器等值参数,广泛应用于大型

8、电厂作为联系两台发电机组的主变压器，或用作启动变压器和高压厂用变压器 分裂运行 ： 并联运行 ： 单独运行 ：,网络元件的电压和功率分布计算,何谓潮流计算？ 计算电力系统在各种运行方式下各节点的电压和通过网络各元件的功率。 潮流计算的目的： 在电力系统规划、设计中用于选择系统接线方式，选择电气设备及导线截面； 在电力系统运行中，用于确定运行方式，制定电力系统经济运行计划，确定调压措施，研究电力系统的稳定性； 提供继电保护、自动装置的设计与整定要求的数据。 潮流计算的基础： 网络元件的电压和功率分布计算。,网络元件的电压和功率分布计算,潮流计算的特点： 潮流计算关心节点线电压U和通过元件的功率S

9、，两者之间是非线性关系，因此潮流计算方程是非线性方程 潮流计算不同于电路理论上三相电路计算，电路理论上关心电压和电流，两者之间是线性关系,网络元件的电压和功率分布计算,一、输电线的电压和功率分布计算 1给定同一节点的功率和电压的潮流计算 （如：已知S2、U2求S1、U1） 线路末端导纳支路上的功率：,流出线路末端阻抗支路的功率：,阻抗支路中的功率损耗：,取末端电压为电压参考相量，这时首端电压为,网络元件的电压和功率分布计算,线路首端导纳支路的功率,线路首端功率,若已知S1、U1，则可推出,注意： U1U2、U1U2 计算功率损耗时，必须取用同一点的功率和电压值。 等值电路及各公式中，功率和电压

10、分别为三相功率和线电压。 单位：功率用MVA，电压用kV，阻抗用。,网络元件的电压和功率分布计算,2给定不同节点的功率(S2)和电压(U1)的潮流计算 问题：上述电压和功率分布计算的基本条件是 采用同一节点的功率和电压 解决方法 数值迭代法： 通过反复迭代计算，求得同时满足两个给定条件在一定精度要求下的结果。 给定不同节点的功率(S2)和电压(U1)的潮流计算的步骤： 先用假设的末端电压U2(0)和给定的末端功率S2由末端向首端推算，求得首端电压U1(1)和功率S1(1) ，比较计算得出的U1(1)和给定的U1，如其误差在允许范围内，则计算结束。 否则，再用给定的首端电压U1和计算得出首端功率

11、S1(1)由首端向末端推算，求得末端电压U2(1)和功率S2(1)，比较计算得出的S2(1)和给定的S2，如不满足允许误差，则再用求得的末端电压U2(1)和给定的末端功率S2，再一次由末端向首端推算； 依此类推，直至获得满足精度要求的解。,网络元件的电压和功率分布计算,工程近似计算步骤： 首先，用额定电压UN代替末端实际电压，即,计算得出首端功率S1。 然后，利用给定的首端电压U1和计算所得的阻抗支路始端功率S1 ，计算阻抗支路的电压降落，从而确定末端电压U2。,3工程上常用的几个计算量 电压降落：网络元件首、末端电压的相量差（ ）。,电压偏移：网络中某点的实际电压值与网络额定电压的数值差（U

12、-UN）。,电压损耗：网络元件首、末端电压的数值差（U1-U2）。,输电效率：线路末端输出的有功功率P2与线路首端输入的有功功率P1的比值。,网络元件的电压和功率分布计算,二、变压器的电压和功率分布计算 变压器用型等值电路表示。 变压器激磁支路可用恒定功率来表示。在简化计算中常略去。 变压器阻抗中的电压降落和功率损耗的计算与输电线路的计算方法相似。 由于变压器两侧电压的相角差一般很小，常可将电压降落的横分量略去。 变压器阻抗中的功率损耗也可直接根据变压器短路试验数据和变压器的负荷S2计算：,电力网络的潮流计算,电力网络的潮流计算,三、同一电压等级开式电力网的潮流计算 开式电力网：负荷只能从一个

13、方向获得电能的电力网。,计算步骤： 1. 参数计算，作等值电路，计算各节点的运算负荷。 运算负荷：工程计算上为了简化网络，常把处于某一节点的所有功率（含线路电容支路的充电功率）合成一个负荷功率。 此时，线路充电功率,2. 令网络中各节点电压等于网络的额定电压，从末端往首端进行功率分布计算（各阻抗支路的功率损耗和流入阻抗支路的功率）。 3. 根据给定的首端电压和上面计算的功率分布，从首端往末端进行电压分布计算（各阻抗支路的电压降落和各节点的电压）。,例6-5 开式电力网如图所示，线路参数标于图中，线路额定电压为110kV，如电力网首端电压为118kV，试求运行中全电网的功率和电压分布。各点负荷为

14、：SLDb=(20.4+j15.8)MVA, SLDc=(8.6+j7.5)MVA, SLDd=(12.2+j8.8)MVA。,解：1计算运算负荷,2计算线路的功率分布,3计算各节点的电压 通过线路1首端的功率为：,电力网络的潮流计算,四、多级电压开式电力网的潮流计算 含有变压器的开式电力网的潮流计算方法有： 1. 将变压器表示为理想变压器与变压器阻抗相串联。 理想变压器，就是无损耗、无漏磁、无需激磁的变压器，在电路中只以K反映变压器的变压比，而变压器的损耗通过变压器阻抗和导纳体现。,在计算中遇到理想变压器时，要改变各算式中使用的电压值，即要作电压的归算，而通过理想变压器的功率是不变的。 2.

15、 将变压器二次侧的所有元件参数全部归算到一次侧。 等值电路中不含理想变压器，但变压器二次侧元件的参数均为已归算到变压器一次侧的值。 但这时算出的网络各节点电压除一次侧外，均不是各点的实际电压值，而是各节点归算到一次侧的电压值。,例6-6 两级电压开式网如图所示。变压器参数：SN=16000kVA, Po=21kW, I0(%)=0.85, Pk=85kW, Uk(%)=10.5，变比K=110kV/11kV; 110kV线路参数：r0=0.33/km, x0=0.417/km, b0=2.7510-6s/km；10kV线路参数：r0=0.65/km，x0=0.33/km；110kV线路首端供电电压为117kV；负荷：SLDc=（11+j4.8）MVA, SLDd=（0.7+j0.5）MVA。求网络的电压和功率分布。 解：