41电力系统潮流计算解析.pptx

电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章4 4 电力系统潮流计算电力系统潮流计算l潮潮流流计计算算电电力力系系统统稳稳态态分分析析中中一一种种最最基基本本的计算。的计算。l稳态分析计算稳态分析计算不不考考虑虑发发电电机机的的参参数数，将将机机端端母母线线作作为为系系统统的边界点。的边界点。l潮流的基本概念潮流的基本概念l在发电机母线上功率被注入网络；在发电机母线上功率被注入网络；l而在变（配）电站的母线上接入负荷；而在变（配）电站的母线上接入负荷；l两者之间，功率在网络中流动。两者之间，功率在网络中流动。l对对于于这这种种流流动动的的功功率率，电电力力生生产产部部门门称称之之为为潮潮流流（Power Flow）。电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章电力系统潮流计算电力系统潮流计算潮流计算的含义潮流计算的含义根根据据给给定定的的运运行行参参数数（给给定定的的有有功功、无无功功负负荷荷，发发电电机机发发出出的的有有功功功功率率以以及及机端电压）机端电压）确定系统的运行状态确定系统的运行状态：l计算网络中计算网络中各母线节点的电压各母线节点的电压（幅值和相角）（幅值和相角）l计算计算各支路中的功率分布及功率损耗各支路中的功率分布及功率损耗。电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章电力系统潮流计算电力系统潮流计算l潮流计算的用途潮流计算的用途-经常要做的计算，其经常要做的计算，其他计算（暂态计算）的基础：他计算（暂态计算）的基础：选择导线及电气设备，确定主接线方案；选择导线及电气设备，确定主接线方案；计算网络的电能损耗和运行费用；计算网络的电能损耗和运行费用；制定检修计划，校验电能质量；制定检修计划，校验电能质量；确定系统最佳运行方式；确定系统最佳运行方式；整定继电保护和自动装置；整定继电保护和自动装置；为电力网运行的安全性与经济性评估提供基为电力网运行的安全性与经济性评估提供基础数据。础数据。电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章一、基本概念一、基本概念（一）电力网的功率损耗（一）电力网的功率损耗 线路、变压器等设备具有阻抗、导纳，相应产生有线路、变压器等设备具有阻抗、导纳，相应产生有功及无功的损耗。功及无功的损耗。功率损耗既多消耗能源，又加速电气绝缘的老化。功率损耗既多消耗能源，又加速电气绝缘的老化。l为了为了后续功率损耗分析计算的后续功率损耗分析计算的方便方便，引入概念：，引入概念：电力网环节：电力网环节：电网等值电路中电网等值电路中通过同一个电流的通过同一个电流的阻抗支路阻抗支路或单元。或单元。显然显然，电网电网=多个环节的集合多个环节的集合4.1 简单电力网的分析和计算简单电力网的分析和计算电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章（一）电力网的功率损耗（一）电力网的功率损耗图中图中四个重要的功率四个重要的功率：依次分别为：依次分别为：线路首端功率线路首端功率环节首端功率环节首端功率环节末端功率环节末端功率线路末端功率，亦即（用户）负荷功率线路末端功率，亦即（用户）负荷功率1、线路中功率损耗的计算、线路中功率损耗的计算潮流计算时，潮流计算时，线路线路常采用的常采用的型等值型等值电路如图示：电路如图示：电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章（一）电力网的功率损耗（一）电力网的功率损耗线路的功率损耗的组成：线路的功率损耗的组成：变变动动损损耗耗串串联联阻阻抗抗中中产产生生的的有有功功和和无无功功功功率损耗，随电流变化；率损耗，随电流变化；固固定定电电容容功功率率亦亦称称充充电电功功率率，在在并并联联导导纳纳支路上产生支路上产生的无功损耗，与负荷无关。的无功损耗，与负荷无关。首端电容功率损耗首端电容功率损耗末端电容功率损耗末端电容功率损耗电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章（一）电力网的功率损耗（一）电力网的功率损耗说明：说明：下标小写的下标小写的s可为可为1或或2，分别表示用分别表示用线路环节首端或末端线路环节首端或末端的的功率和电压功率和电压来计算其阻抗支来计算其阻抗支路的路的有功和无功功率损耗有功和无功功率损耗。）电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章（一）电力网的功率损耗（一）电力网的功率损耗l当当s=1，即，即已知环节首端量已知环节首端量来求阻抗损耗的计算来求阻抗损耗的计算式，即为：式，即为：l当当s=2，即，即已知环节末端量已知环节末端量来求阻抗损耗的计算来求阻抗损耗的计算式，即为：式，即为：（4-24）（4-25）（4-26）（4-27）电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章（一）电力网的功率损耗（一）电力网的功率损耗 为首端一半线为首端一半线路消耗的容性无路消耗的容性无功功率。功功率。即电容功率即电容功率线路首端的无功损耗：线路首端的无功损耗：（4-28）注意！注意！)电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章（一）电力网的功率损耗（一）电力网的功率损耗 为末端一半线路消耗的容为末端一半线路消耗的容性无功功率。性无功功率。线路末端的无功损耗：线路末端的无功损耗：（4-23）电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章（一）电力网的功率损耗（一）电力网的功率损耗两点说明：两点说明：l由于差值不大，一由于差值不大，一般可取线路额定电压般可取线路额定电压UN 代代替替U1、U2作近似计算，则有：作近似计算，则有：l计算阻抗支路的功率损耗时，务必注意所用计算阻抗支路的功率损耗时，务必注意所用视视在功率和电压在功率和电压的一致性，应为线路的一致性，应为线路环节同一侧环节同一侧（点）的值（点）的值。由上述分析计算，可知：由上述分析计算，可知：全线路电容全线路电容（充电）功率（充电）功率电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章（一）电力网的功率损耗（一）电力网的功率损耗2、变压器功率损耗的计算变压器功率损耗的计算l常用常用 型等值型等值电路表示；电路表示；l同样具有串联阻抗支路（同样具有串联阻抗支路（变动损耗变动损耗）及并联导）及并联导纳支路纳支路/励磁支路（励磁支路（固定损耗固定损耗）。l其其阻抗支路的功率损耗阻抗支路的功率损耗的计算与前述线路类似。的计算与前述线路类似。电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章（一）电力网的功率损耗（一）电力网的功率损耗1）变压器阻抗支路的功率损耗）变压器阻抗支路的功率损耗利用厂家给出的利用厂家给出的短路试验数据短路试验数据，可得：，可得：（4-31）电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章（一）电力网的功率损耗（一）电力网的功率损耗2）变压器导纳支路的功率损耗）变压器导纳支路的功率损耗（空载试验数据）：（空载试验数据）：注意单位！注意单位！l双绕组变压器功率损耗计算双绕组变压器功率损耗计算总的有功损耗：总的有功损耗：总的无功损耗：总的无功损耗：（4-29）（4-31）电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章（一）电力网的功率损耗（一）电力网的功率损耗三绕组变压器的功率损耗计算三绕组变压器的功率损耗计算基本公式以及用铭牌数据的计算式，同前。基本公式以及用铭牌数据的计算式，同前。电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章 线路或变压器线路或变压器阻抗中有功率（电流）流过阻抗中有功率（电流）流过时，必时，必然带来阻抗然带来阻抗两端的电压不一致两端的电压不一致。线路首末端电压的线路首末端电压的相量差相量差。即即已知环节末端电压及功率已知环节末端电压及功率，求线路电压降落求线路电压降落的表达式。的表达式。（二）电压的降落、损耗及偏移（二）电压的降落、损耗及偏移电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章电压的降落、损耗及偏移电压的降落、损耗及偏移则有则有 ，进而有：，进而有：（4-3）三相功率和三相功率和线电压线电压电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章电压的降落、损耗及偏移电压的降落、损耗及偏移（44）展开得：展开得：令令 称为称为电压降落的纵分量电压降落的纵分量 称为称为电压降落的横分量电压降落的横分量电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章电压的降落、损耗及偏移电压的降落、损耗及偏移l首、末端电压相位差：首、末端电压相位差：据此，线路首端电压相量为：据此，线路首端电压相量为：首端电压有效值为：首端电压有效值为：电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章电压的降落、损耗及偏移电压的降落、损耗及偏移同理有：同理有：末端电压相量和有效值分别为：末端电压相量和有效值分别为：l首、末端电压相位差：首、末端电压相位差：电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章电压的降落、损耗及偏移电压的降落、损耗及偏移当具体点电压未知时，可用线路额定电压当具体点电压未知时，可用线路额定电压UN代替代替某某处的处的实际运行电压实际运行电压。u两种情况下的两种情况下的公式推导均以感性无功负荷为准公式推导均以感性无功负荷为准，若，若为为容性无功容性无功负荷，负荷，则各式中则各式中Q取负值取负值即可。即可。NOTE：电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章电压的降落、损耗及偏移电压的降落、损耗及偏移l电压损耗电压损耗任意两点电压的任意两点电压的代数差，代数差，即即有效值之差有效值之差。为了便于比较，常采为了便于比较，常采用用电压损耗百分数电压损耗百分数（正常运行一般不应大（正常运行一般不应大于于10）：）：若忽略电压降落若忽略电压降落横分量横分量（实际表（实际表明，相对较小）明，相对较小）由前有：由前有：电压降落纵分量电压降落纵分量 （4-20）电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章电压的降落、损耗及偏移电压的降落、损耗及偏移l电压偏移电压偏移电网中任意一点的实际电压同电网中任意一点的实际电压同该处网络额定电压的数值差，即该处网络额定电压的数值差，即UUN。工程实际中，一般表示为：工程实际中，一般表示为：即电压偏移百分数：即电压偏移百分数：用来反映供电电压的质量；用来反映供电电压的质量；一般电压损耗越大，各点电压偏移越大。一般电压损耗越大，各点电压偏移越大。电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章输电系统其它相关技术经济指标：输电系统其它相关技术经济指标：电压的降落、损耗及偏移电压的降落、损耗及偏移电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章二、二、开式电力网的潮流计算开式电力网的潮流计算l简称简称”开式网开式网”，可分为：，可分为：同一电压等级的开式网（无变压器）同一电压等级的开式网（无变压器）多级电压开式网（含变压器）多级电压开式网（含变压器）l开式网中，开式网中，负荷负荷一般统一一般统一用集中负荷功率表示，用集中负荷功率表示，均为已知量均为已知量。（一）同一电压等级的开式网的计算（一）同一电压等级的开式网的计算由若干条线路组成，每段线路均类似，可作为由若干条线路组成，每段线路均类似，可作为一个线路环节。一个线路环节。故，求解故，求解关键在于每一个阻抗环节的功率和电关键在于每一个阻抗环节的功率和电压关系压关系。电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章要求任意一段阻抗环节的功率、电压平衡关系，要求任意一段阻抗环节的功率、电压平衡关系，必须已知某节点电压以及功率必须已知某节点电压以及功率。根据根据已知条件的不同已知条件的不同，分，分三种情况三种情况：（1）若已知）若已知 和线路末端电压和线路末端电压 ，从末端从末端入手倒推入手倒推。开式电力网的潮流计算开式电力网的潮流计算即即电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章开式电力网的潮流计算开式电力网的潮流计算1）由求出的）由求出的S2，外加已知，外加已知U2可得可得阻抗中功率损耗阻抗中功率损耗：首先，可求得首先，可求得线路末线路末端电容功率损耗端电容功率损耗为：为：进而，可得进而，可得环节末端环节末端功率：功率：进而，可得环节首端进而，可得环节首端功率功率S1：电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章开式电力网的潮流计算开式电力网的潮流计算由由进而，可求得该段进而，可求得该段线路环节首端电压线路环节首端电压U1为：为：2）由求出的）由求出的S2，加已知，加已知的末端电压的末端电压U2，可得，可得阻阻抗中电压降落抗中电压降落：电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章开式电力网的潮流计算开式电力网的潮流计算 最后，可求得线路首端功率：最后，可求得线路首端功率：由求得的首端电压由求得的首端电压U1，进而可求得，进而可求得线路首线路首端电容功率损耗端电容功率损耗为：为：电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章开式电力网的潮流计算开式电力网的潮流计算（2）若已知）若已知 和和 ，类似（，类似（1）所述计算）所述计算方法方法（1 1、2 2两种情况均是两种情况均是已知同一侧的电已知同一侧的电量量）：）：从首端入手，往末端推从首端入手，往末端推。电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章开式电力网的潮流计算开式电力网的潮流计算（3）若已知）若已知 和和 （已知量（已知量不同侧不同侧，大大多工程实际情况多工程实际情况）思路：思路：先作功率平衡计算，从末端到首端先作功率平衡计算，从末端到首端 ；然后再作电压平衡计算，从首端到末端然后再作电压平衡计算，从首端到末端 ；逐段逐段近似计算近似计算。电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章开式电力网的潮流计算开式电力网的潮流计算1)功率计算功率计算 由由SLD和和UN开始算开始算 计算过程同情形（计算过程同情形（1），），只不过需只不过需用用UN代替各点实际代替各点实际电压电压，相当于，相当于忽略了线路中忽略了线路中的电压降的电压降，得到，得到功率损耗的近似值功率损耗的近似值。2)电压计算电压计算 显然，必须要用到显然，必须要用到1）功率计算中求出的）功率计算中求出的阻阻抗环节首端功率（近似值）抗环节首端功率（近似值）S1。电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章开式电力网的潮流计算开式电力网的潮流计算由前刚求得的由前刚求得的S1和已和已知的首端电压知的首端电压U1，可，可求得求得阻抗上压降阻抗上压降：又又电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章开式电力网的潮流计算开式电力网的潮流计算推广：推广：任何复杂电网的等值电路，均可分解成多个阻任何复杂电网的等值电路，均可分解成多个阻抗环节；抗环节；求解复杂电网的潮流，可按上述一段阻抗环节求解复杂电网的潮流，可按上述一段阻抗环节的功率、电压算法，逐个环节重复、递推计算。的功率、电压算法，逐个环节重复、递推计算。练习练习-课本例题课本例题4-14-1及补充习题及补充习题-1-1可求得该可求得该段阻抗段阻抗环环节末端电节末端电压压为：为：电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章开式电力网的潮流计算开式电力网的潮流计算l如如果果R=110kv电网常可如此近似处理。电网常可如此近似处理。电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章两端供电网的潮流计算两端供电网的潮流计算前述求出的，只是两端供电网的前述求出的，只是两端供电网的初步功率分布初步功率分布：一般情况，有功与无功功率分点一致；一般情况，有功与无功功率分点一致；功率分点多为网络电压最低点；功率分点多为网络电压最低点；当两分点不一致时，一般无功分点为电压最低点，即当两分点不一致时，一般无功分点为电压最低点，即一般可在无功分点处拆开成开式网一般可在无功分点处拆开成开式网。电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章两端供电网的潮流计算两端供电网的潮流计算两端供电网的分解与最终潮流分布：两端供电网的分解与最终潮流分布：1 21 2l计算循环功率时，由于由于电力网计算循环功率时，由于由于电力网两端电源电压两端电源电压及及额定电压额定电压的相位角未知，实际上各点电压的相的相位角未知，实际上各点电压的相位角差很小，故均位角差很小，故均以有效值带入以有效值带入进行计算。进行计算。电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章两端供电网的潮流计算两端供电网的潮流计算n 求功率损耗时求功率损耗时，功率分点及其它节点的电压通，功率分点及其它节点的电压通常都未知，故计算均常都未知，故计算均近似代以线路额定电压近似代以线路额定电压。1 2电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章两端供电网的潮流计算两端供电网的潮流计算练一练练一练-【补充补充-3】电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章四、简单环网的潮流计算四、简单环网的潮流计算如图所示：如图所示：l在环网的电源点将在环网的电源点将网络拆开；网络拆开；l看成是看成是特殊的两端特殊的两端供电网供电网；l其左右两电源其左右两电源电压大小相等、相电压大小相等、相位相同。位相同。电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章简单环网的潮流计算简单环网的潮流计算流流经经阻阻抗抗Z Z3131支支路路的功率：的功率：同同前前述述两两端端供供电电网网算算法法，只是只是无循环功率无循环功率：流流经经阻阻抗抗Z Z1212支支路路的的功率：功率：电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章简单环网的潮流计算简单环网的潮流计算l由功率平衡关系，进而可得：由功率平衡关系，进而可得：l后续计算，同两端供电网。后续计算，同两端供电网。练一练：补充练一练：补充-4-4电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章两端供电网和简单环网潮流算法小结两端供电网和简单环网潮流算法小结详细计算步骤：详细计算步骤：l计算元件参数，计算元件参数，得电网等值电路；得电网等值电路；根据实际情况和精度不同要求，电路可简化。根据实际情况和精度不同要求，电路可简化。l设全网为设全网为UN，不考虑网络的功率损耗，求网络，不考虑网络的功率损耗，求网络的的初步功率分布初步功率分布；计算循环功率时，考虑实际各点电压相位差很小，计算循环功率时，考虑实际各点电压相位差很小，故均以有效值代入公式计算。故均以有效值代入公式计算。l找出功率分点，在功率分点处将闭式网分解找出功率分点，在功率分点处将闭式网分解成成两个开式网两个开式网；若有功与无功功率分点若有功与无功功率分点不在同一点不在同一点时时 ,则以则以无功分点无功分点作为闭式电网拆开后的起始计算点。作为闭式电网拆开后的起始计算点。电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章两端供电网和简单环网潮流算法小结两端供电网和简单环网潮流算法小结l按按开式网的潮流算法，设全网为开式网的潮流算法，设全网为UN，分别对两，分别对两个开式网重新进行计算：个开式网重新进行计算：从功率分点向电源点推算功率损耗，得出从功率分点向电源点推算功率损耗，得出最最终功率分布终功率分布。再由电源点，利用已知的电源电压和刚求得再由电源点，利用已知的电源电压和刚求得的电源点最终功率，向功率分点推算各段电的电源点最终功率，向功率分点推算各段电压损耗，进而得出各节点电压。压损耗，进而得出各节点电压。电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章五、多级电压闭式网潮流计算五、多级电压闭式网潮流计算l闭式网中含有变压器，即构成包含不同电压等闭式网中含有变压器，即构成包含不同电压等级的闭式网级的闭式网-常称为，常称为，电磁环网电磁环网。l下图所示为两台变压器构成的典型电磁环网：下图所示为两台变压器构成的典型电磁环网：变比分别为变比分别为k1、k2；变比变比k可能相等，也可能不等。可能相等，也可能不等。电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章aa多级电压闭式网潮流计算多级电压闭式网潮流计算不计变压器和线路的导纳回路；不计变压器和线路的导纳回路；将变压器参数归算到二次侧且与线路阻将变压器参数归算到二次侧且与线路阻抗合并；抗合并；即得等值网络为：即得等值网络为：电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章多级电压闭式网潮流计算多级电压闭式网潮流计算l将网络从电源点将网络从电源点A拆开，把电源电压归算到变拆开，把电源电压归算到变压器二次侧，可得如下所示压器二次侧，可得如下所示两端供电网两端供电网：当变比为当变比为k:1时，有变压器二次侧电压为：时，有变压器二次侧电压为：aak:1电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章多级电压闭式网潮流计算多级电压闭式网潮流计算当变比为当变比为1:k时，有变压器二次侧电压为：时，有变压器二次侧电压为：aa1:k显然上述网络可利用显然上述网络可利用前述公式（前述公式（4-44）和）和（4-45）计算其功率）计算其功率分布分布-供载功率供载功率+循循环功率环功率。电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章aa多级电压闭式网潮流计算多级电压闭式网潮流计算l当当变比相等变比相等即即k1=k2时，两端电压相等，时，两端电压相等，循环功循环功率为零率为零。l当当变比不相等变比不相等时，两端电压不相等，会时，两端电压不相等，会产生循环产生循环功率功率：变比为变比为k:1时，产生的电压降落为：时，产生的电压降落为：变比为变比为1:k时，产生的电压降落为：时，产生的电压降落为：此电动势称为此电动势称为环路电动势，环路电动势，简称简称环路电势环路电势。电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章多级电压闭式网潮流计算多级电压闭式网潮流计算l环路电动势恰好等环路电动势恰好等于于环路空载时环路空载时，有有归算阻抗那一侧归算阻抗那一侧开开口处的电压口处的电压：环路空载网络环路空载网络等值网络等值网络电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章多级电压闭式网潮流计算多级电压闭式网潮流计算l环路电势引起的循环功率，有：环路电势引起的循环功率，有：（4-51）（4-52）循环功率的方向与环路电势一致。循环功率的方向与环路电势一致。实际计算时，电压均以有效值代入即实际计算时，电压均以有效值代入即可。可。电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章多级电压闭式网潮流计算多级电压闭式网潮流计算 例：两变压器并联运行的功率分布计算例：两变压器并联运行的功率分布计算 两变压器并联运行两变压器并联运行T1T2 归算到高压侧归算到高压侧电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章多级电压闭式网潮流计算多级电压闭式网潮流计算T1T2电电力力系系统统潮潮流流计计算算第四章第四章多级电压闭式网潮流计算多级电压闭式网潮流计算l如变压器用如变压器用型等值网络表示，可以直接利用两型等值网络表示，可以直接利用两端供电网的公式计算。端供电网的公式计算。l练一练：课本例题练一练：课本例题4-2