电力系统分析.pptx

1 1一基本概念 电力系统是由发电厂、输电线、配电系统及负荷组成的。是现代社会中最重要、最庞杂的工程系统之一。电力网络是由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成的部分。总装机容量指该系统中实际安装的发电机组额定有功功率的总和，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享2 2一基本概念 年发电量指该系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和，以千瓦时（KWh）、兆瓦时（MWh）、吉瓦时（GWh）为单位计。最大负荷指规定时间内，电力系统总有功功率负荷的最大值，以千瓦（KW）、兆瓦（MW）、吉瓦（GW）为单位计。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享3 3一基本概念额定频率按国家标准规定，我国所有交流电力系统的额定功率为50Hz。最高电压等级是指该系统中最高的电压等级电力线路的额定电压。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享4 4按对供电可靠性的要求将负荷分为三级 一级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成人身事故，经济严重损失，人民生活发生混乱。二级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成大量减产，人民生活受影响。三级负荷：所有不属于一、二级的负荷。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享5 5二电力系统的结线方式 包括单回路放射式、干线式和链式网络包括单回路放射式、干线式和链式网络 优点：简单、经济、运行方便优点：简单、经济、运行方便 无备用结线无备用结线缺点：供电可靠性差缺点：供电可靠性差 适用范围：二级负荷适用范围：二级负荷 包括双回路放射式、干线式和链式网络包括双回路放射式、干线式和链式网络 优点：供电可靠性和电压质量高优点：供电可靠性和电压质量高 有备用结线有备用结线缺点：不经济缺点：不经济 适用范围：电压等级较高或重要的负荷适用范围：电压等级较高或重要的负荷 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享6 6三电压等级及适用范围 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享7 7三电压等级及适用范围说明：1.1.用电设备的容许电压偏移一般为5%；2.2.沿线路的电压降落一般为10%；3.3.在额定负荷下，变压器内部的电压降落约为5%。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享8 8三电压等级及适用范围电力网络中电压分布采取的措施：1.1.取取用用电电设设备备的的额额定定电电压压为为线线路路额额定定电电压压，使使所有设备能在接近它们的额定电压下运行；所有设备能在接近它们的额定电压下运行；2.2.取线路始端电压为额定电压的取线路始端电压为额定电压的105%105%；3.3.取取发发电电机机的的额额定定电电压压为为线线路路额额定定电电压压的的105%105%；4.4.变压器分升压变和降压变考虑一次侧接电源，变压器分升压变和降压变考虑一次侧接电源，取一次侧额定电压等于用电设备额定电压；取一次侧额定电压等于用电设备额定电压；二次侧接负荷，取二次侧额定电压等于线路二次侧接负荷，取二次侧额定电压等于线路额定电压额定电压。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享9 9变压器的电压等级升压变压器（例如35/121，10.5/242）一次侧（低压侧）接电源，相当于用电设备，一次侧（低压侧）接电源，相当于用电设备，一次侧额定电压等于一次侧额定电压等于用电设备的额定电压；用电设备的额定电压；直接和发电机相联的变压器直接和发电机相联的变压器一次侧额定电压一次侧额定电压等于等于发电机的额定电压；发电机的额定电压；二次侧（高压侧）接线路始端，向负荷供电，二次侧（高压侧）接线路始端，向负荷供电，相当于发电机，应比线路的额定电压高相当于发电机，应比线路的额定电压高5%5%，加上变压器内耗，加上变压器内耗5%5%，所以二次侧额定电，所以二次侧额定电压等于压等于用电设备的额定电压用电设备的额定电压110%110%。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享1010变压器的电压等级降压变压器（110/38.5，220/38.5）一次侧（高压侧）接线路末端，相当于用电一次侧（高压侧）接线路末端，相当于用电设备，一次侧额定电压等于设备，一次侧额定电压等于用电设备的额定用电设备的额定电压；电压；二次侧（低压侧）向负荷供电，相当于发电二次侧（低压侧）向负荷供电，相当于发电机，应比线路的额定电压高机，应比线路的额定电压高5%5%，加上变压，加上变压器内耗器内耗5%5%，所以二次侧额定电压等于，所以二次侧额定电压等于用电用电设备的额定电压设备的额定电压110%110%。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享1111四电力系统中性点的运行方式 特点：供电可靠性低，比较经济；特点：供电可靠性低，比较经济；直接接地直接接地 故障时：如发生接地故障，则构成故障时：如发生接地故障，则构成 短路回路，接地相电流很大；短路回路，接地相电流很大；适用范围：适用范围：110KV110KV以上系统。以上系统。特点：供电可靠性高，绝缘费用高；特点：供电可靠性高，绝缘费用高；故障时：如发生接地故障，不必切故障时：如发生接地故障，不必切 不接地不接地 除接地相，但非接地相对除接地相，但非接地相对 地电压为地电压为 相电压相电压 适用范围：适用范围：60KV60KV以下系统以下系统 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享1212四电力系统中性点的运行方式1.1.中性点经消弧线圈接地（电抗线圈）中性点经消弧线圈接地（电抗线圈）中性点不接地方式中性点不接地方式2.2.中性点经非线性电阻接地中性点经非线性电阻接地 过补偿（总电流为感性）过补偿（总电流为感性）欠补偿（总电流为容性）欠补偿（总电流为容性） 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享1313第二章 电力系统各元件的特性和数学模型一一电力系统中生产、变换、输送、消费电能的四大部电力系统中生产、变换、输送、消费电能的四大部分的特性和数学模型分的特性和数学模型1.1.发电机组发电机组 2.2.变压器变压器3.3.电力线路电力线路 4.4.负荷负荷二二电力网络的数学模型电力网络的数学模型 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享1414复功率的符号说明：取取 滞后功率因数滞后功率因数为正，感性无功为正，感性无功负荷负荷运行时，所运行时，所吸取吸取的无功功率的无功功率超前功率因数超前功率因数为负，容性无功为负，容性无功滞后功率因数滞后功率因数为正，感性无功为正，感性无功发电机发电机运行时，所运行时，所发出发出的无功功率的无功功率超前功率因数超前功率因数为负，容性无功为负，容性无功 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享1515第一节 电力线路的参数和数学模型电力线路结构简述 电力线路按结构可分为电力线路按结构可分为 架空线架空线：导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具等：导线、避雷线、杆塔、绝缘子和金具等 电电 缆缆：导线、绝缘层、保护层等：导线、绝缘层、保护层等1.1.架空线路的导线和避雷线架空线路的导线和避雷线 导导 线线：主要由铝、钢、铜等材料制成：主要由铝、钢、铜等材料制成 避雷线避雷线：一般用钢线：一般用钢线 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享16161.架空线路的导线和避雷线vv认识架空线路的标号认识架空线路的标号 /钢线部分额定截面积钢线部分额定截面积 主要载流部分额定截面积主要载流部分额定截面积 J J 表示加强型，表示加强型，QQ表示轻型表示轻型 J J 表示多股线表示多股线 表示材料，其中：表示材料，其中：L L表示铝、表示铝、GG表示钢、表示钢、T T表示铜、表示铜、HLHL表示表示 铝合金铝合金 例如：例如：LGJ400/50LGJ400/50表示载流额定截面积为表示载流额定截面积为400400、钢线额、钢线额定截面积为定截面积为5050的普通钢芯铝线。的普通钢芯铝线。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享1717vv为增加架空线路的性能而采取的措施为增加架空线路的性能而采取的措施 目的：减少电晕损耗或线路电抗。目的：减少电晕损耗或线路电抗。多股线多股线 其安排的规律为：中心一股芯线，由内到外，第一其安排的规律为：中心一股芯线，由内到外，第一层为层为6 6股，第二层为股，第二层为1212股，第三层为股，第三层为1818股，以此类推股，以此类推 扩径导线扩径导线 人为扩大导线直径，但不增加载流部分截面积。不人为扩大导线直径，但不增加载流部分截面积。不同之处在于支撑层仅有同之处在于支撑层仅有6 6股，起支撑作用。股，起支撑作用。分裂导线分裂导线 又称复导线，其将每相导线分成若干根，相互间保又称复导线，其将每相导线分成若干根，相互间保持一定的距离。但会增加线路电容。持一定的距离。但会增加线路电容。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享18182 2.架空线路的绝缘子架空线路的绝缘子 架空线路使用的绝缘子分为架空线路使用的绝缘子分为 针式：针式：35KV35KV以下线路以下线路 悬式：悬式：35KV35KV及以上线路及以上线路 通常可根据绝缘子串上绝缘子的片数来判断线路电压通常可根据绝缘子串上绝缘子的片数来判断线路电压等级，一般一个绝缘子承担等级，一般一个绝缘子承担1 1万万V V左右的电压。左右的电压。3 3.架空线路的换位问题架空线路的换位问题 目的在于减少三相参数不平衡目的在于减少三相参数不平衡 整换位循环整换位循环：指一定长度内有两次换位而三相导线：指一定长度内有两次换位而三相导线都分别处于三个不同位置，完成一次完整的循环。都分别处于三个不同位置，完成一次完整的循环。滚式换位滚式换位 换位方式换位方式 换位杆塔换位换位杆塔换位 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享1919 电力线路的阻抗1.1.有色金属导线架空线路的电阻有色金属导线架空线路的电阻 有色金属导线指铝线、钢芯铝线和铜线有色金属导线指铝线、钢芯铝线和铜线 每相单位长度的电阻：每相单位长度的电阻：其中：其中：铝的电阻率为铝的电阻率为31.531.5 铜的电阻率为铜的电阻率为18.818.8 考虑温度的影响则：考虑温度的影响则： 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享20202.有色金属导线三相架空线路的电抗有色金属导线三相架空线路的电抗 最最常用的电抗计算公式：常用的电抗计算公式：其中：其中： 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享2121进一步可得到：进一步可得到：还可以进一步改写为：还可以进一步改写为：在近似计算中，可以取架空线路的电抗为在近似计算中，可以取架空线路的电抗为 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享22223.3.分裂导线三相架空线路的电抗分裂导线三相架空线路的电抗 分裂导线采用了改变导线周围的磁场分布，等效地增分裂导线采用了改变导线周围的磁场分布，等效地增加了导线半径，从而减少了导线电抗。加了导线半径，从而减少了导线电抗。可以证明：可以证明： 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享23234 4.钢导线三相架空线路的电抗钢导线三相架空线路的电抗 钢导线与铝、铜导线的主要差别在于钢导线导磁。钢导线与铝、铜导线的主要差别在于钢导线导磁。5 5.电缆线路的阻抗电缆线路的阻抗 电缆线路的结构和尺寸都已经系列化，这些参数可事电缆线路的结构和尺寸都已经系列化，这些参数可事先测得并由制造厂家提供。一般，电缆线路的电阻略大先测得并由制造厂家提供。一般，电缆线路的电阻略大于相同截面积的架空线路，而电抗则小得多。于相同截面积的架空线路，而电抗则小得多。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享2424 电力线路的导纳1.1.三相架空线路的电纳三相架空线路的电纳 其电容值为：其电容值为：最常用的电纳计算公式：最常用的电纳计算公式：架空线路的电纳变化不大，一般为架空线路的电纳变化不大，一般为 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享25252.2.分裂导线线路的电纳分裂导线线路的电纳3.3.架空线路的电导架空线路的电导 线路的电导取决于沿绝缘子串的泄漏和电晕线路的电导取决于沿绝缘子串的泄漏和电晕 绝缘子串的泄漏：通常很小绝缘子串的泄漏：通常很小 电晕：强电场作用下导线周围空气的电离现象电晕：强电场作用下导线周围空气的电离现象 导线周围空气电离的原因导线周围空气电离的原因：是由于导线表面的电场：是由于导线表面的电场强度超过了某一临界值，以致空气中原有的离子具备了强度超过了某一临界值，以致空气中原有的离子具备了足够的动能，使其他不带电分子离子化，导致空气部分足够的动能，使其他不带电分子离子化，导致空气部分导电。导电。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享2626 确定由于电晕产生的电导，其步骤如下：确定由于电晕产生的电导，其步骤如下：1.1.确定导线表面的电场强度确定导线表面的电场强度2.2.电晕起始电场强度电晕起始电场强度 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享27273.3.，得电晕起始电压或临界电压得电晕起始电压或临界电压4.4.每相电晕损耗功率每相电晕损耗功率5.5.求线路的电导求线路的电导 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享28286.6.对于分裂导线在第一步时做些改变对于分裂导线在第一步时做些改变 实际上，在设计线路时，已检验了所选导线实际上，在设计线路时，已检验了所选导线的半径是否能满足晴朗天气不发生电晕的要求，的半径是否能满足晴朗天气不发生电晕的要求，一般情况下可设一般情况下可设 g g=0=0 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享2929四.电力线路的数学模型 电力线路的数学模型是以电阻、电抗、电纳和电导来电力线路的数学模型是以电阻、电抗、电纳和电导来表示线路的等值电路。表示线路的等值电路。分两种情况讨论：分两种情况讨论：1)1)一般线路的等值电路一般线路的等值电路 一般线路一般线路：中等及中等以下长度线路，对架空线为中等及中等以下长度线路，对架空线为300km300km；对电缆为；对电缆为100km100km。不考虑线路的分布参数特性，只用将线路参数简单地不考虑线路的分布参数特性，只用将线路参数简单地集中起来的电路表示。集中起来的电路表示。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享30302 2）长线路的等值电路长线路的等值电路 长线路长线路：长度超过：长度超过300km300km的架空线和超过的架空线和超过100km100km的电缆。的电缆。vv精确型精确型 根据双端口网络理论可得：根据双端口网络理论可得： 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享3131vv简化型简化型 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享3232两个基本概念两个基本概念 在超高压线路中，略去电阻和电导，即相当在超高压线路中，略去电阻和电导，即相当于线路上没有有功功率损耗时于线路上没有有功功率损耗时1.1.波阻抗：特性阻抗波阻抗：特性阻抗 。2.2.自然功率：当负荷阻抗为波阻抗时，该负荷所自然功率：当负荷阻抗为波阻抗时，该负荷所消耗的功率。消耗的功率。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享3333二负荷的参数和数学模型负荷用有功功率P和无功功率Q来表示。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享3434第二节 变压器的参数和数学模型双绕组变压器的参数和数学模型三绕组变压器的参数和数学模型自耦变压器的参数和数学模型 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享3535一.双绕组变压器的参数和数学模型阻抗阻抗1.1.电阻电阻变压器的电阻是通过变压器的短路损耗，其近似等变压器的电阻是通过变压器的短路损耗，其近似等于额定总铜耗。于额定总铜耗。我们通过如下公式来求解变压器电阻：我们通过如下公式来求解变压器电阻： 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享36362.2.电抗电抗 在电力系统计算中认为，大容量变压器的电抗和阻在电力系统计算中认为，大容量变压器的电抗和阻抗在数值上接近相等，可近似如下求解：抗在数值上接近相等，可近似如下求解： 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享37372.2.电抗电抗 在电力系统计算中认为，大容量变压器的电抗和阻在电力系统计算中认为，大容量变压器的电抗和阻抗在数值上接近相等，可近似如下求解：抗在数值上接近相等，可近似如下求解： 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享3838导纳导纳1.1.电导电导变压器电导对应的是变压器的铁耗，近似等变压器电导对应的是变压器的铁耗，近似等于变压器的空载损耗，因此变压器的电导可于变压器的空载损耗，因此变压器的电导可如下求解：如下求解：2.2.电纳电纳 在变压器中，流经电纳的电流和空载电流在在变压器中，流经电纳的电流和空载电流在数值上接近相等，其求解如下：数值上接近相等，其求解如下： 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享3939二.三绕组变压器的参数和数学模型按三个绕组容量比的不同有三种不同的类型：按三个绕组容量比的不同有三种不同的类型：100/100/100100/100/100、100/50/100100/50/100、100/100/50100/100/50按三个绕组排列方式的不同有两种不同的结按三个绕组排列方式的不同有两种不同的结构：构：升压结构：中压内，低压中，高压外升压结构：中压内，低压中，高压外 降压结构：低压内，中压中，高压外降压结构：低压内，中压中，高压外 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享40401.电阻 由于容量的不同，对所提供的短路损耗要做些处理由于容量的不同，对所提供的短路损耗要做些处理对于对于100/100/100100/100/100 然后按双绕组变压器相似的公式计算各绕组电阻然后按双绕组变压器相似的公式计算各绕组电阻 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享4141对于对于100/50/100100/50/100或或100/100/50100/100/50 首先，将含有不同容量绕组的短路损耗数据归算为额首先，将含有不同容量绕组的短路损耗数据归算为额 定电流下的值。定电流下的值。例如：对于例如：对于100/50/100100/50/100 然后，按照然后，按照100/100/100100/100/100计算电阻的公式计算各绕组电计算电阻的公式计算各绕组电阻。阻。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享4242按最大短路损耗求解（与变压器容量比无关）按最大短路损耗求解（与变压器容量比无关）指两个指两个100%100%容量绕组中流过额定电流，另容量绕组中流过额定电流，另一个一个100%100%或或50%50%容量绕组空载时的损耗。容量绕组空载时的损耗。根据根据“按同一电流密度选择各绕组导线截面积按同一电流密度选择各绕组导线截面积”的变的变压器的设计原则：压器的设计原则： 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享43432.电抗根据变压器排列不同，对所提供的短路电压做些处理根据变压器排列不同，对所提供的短路电压做些处理：然后按双绕组变压器相似的公式计算各绕组电阻然后按双绕组变压器相似的公式计算各绕组电阻 一般来说，所提供的短路电压百分比都是经过归算的一般来说，所提供的短路电压百分比都是经过归算的 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享4444三.自耦变压器的参数和数学模型 就端点条件而言，自耦变压器可完全等值于普通变压就端点条件而言，自耦变压器可完全等值于普通变压器，但由于三绕组自耦变压器第三绕组的容量总小于变器，但由于三绕组自耦变压器第三绕组的容量总小于变压器的额定容量，因此需要进行归算。压器的额定容量，因此需要进行归算。vv对于旧标准：对于旧标准：vv对于新标准，也是按最大短路损耗和经过归算的短路电对于新标准，也是按最大短路损耗和经过归算的短路电压百分比值进行计算。压百分比值进行计算。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享4545第三节标幺值基本概念基本概念1)1)有名制：有名制：在电力系统计算时，采用有单位的在电力系统计算时，采用有单位的阻抗、导纳、电压、电流和功率等进行计算。阻抗、导纳、电压、电流和功率等进行计算。2)2)标幺制：标幺制：在电力系统计算时，采用没有单位在电力系统计算时，采用没有单位的阻抗、导纳、电压、电流和功率等进行计的阻抗、导纳、电压、电流和功率等进行计算。算。3)3)基准值：基准值：对于相对值的相对基准。对于相对值的相对基准。三者之间的关系：三者之间的关系：标幺制标幺制=有名制有名制/基准值基准值4 4）基本级：基本级：将参数和变量归算至同一个电压级。将参数和变量归算至同一个电压级。一般取网络中最高电压级为基本级。一般取网络中最高电压级为基本级。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享4646标幺制的优点：标幺制的优点：线电压和相电压的标幺值数值相等，线电压和相电压的标幺值数值相等，三相功率和单相功率的标幺值数值相等。三相功率和单相功率的标幺值数值相等。选择基准值的条件：选择基准值的条件：vv基准值的单位应与有名值的单位相同基准值的单位应与有名值的单位相同vv阻抗、导纳、电压、电流、功率的基准值之间也应阻抗、导纳、电压、电流、功率的基准值之间也应符合电路的基本关系符合电路的基本关系 功率的基准值功率的基准值=100MVA100MVA 电压的基准值电压的基准值=参数和变量归算的额定电压参数和变量归算的额定电压 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享47472.电压级的归算有名值的电压级归算有名值的电压级归算 对于多电压级网络，都需将参数或变量归算至同一电对于多电压级网络，都需将参数或变量归算至同一电压级压级基本级。基本级。标幺值的电压级归算标幺值的电压级归算vv将网络各元件阻抗、导纳以及网络中各点电压、电将网络各元件阻抗、导纳以及网络中各点电压、电流的有名值都归算到基本级，然后除以与基本级相流的有名值都归算到基本级，然后除以与基本级相对应的阻抗、导纳、电压和电流的基准值。对应的阻抗、导纳、电压和电流的基准值。vv将未经归算的各元件阻抗、导纳以及网络中各点电将未经归算的各元件阻抗、导纳以及网络中各点电压、电流的有名值除以由基本级归算到这些量所在压、电流的有名值除以由基本级归算到这些量所在电压级的阻抗、导纳、电压和电流的基准值。电压级的阻抗、导纳、电压和电流的基准值。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享48483.等值变压器模型优点：优点：这种模型可以体现电压变换，在多电压等级网这种模型可以体现电压变换，在多电压等级网络计算中，可以不必进行参数和变量的归算络计算中，可以不必进行参数和变量的归算等值变压器模型推导：等值变压器模型推导： 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享4949电力网络中应用等值变压器模型的计算步骤：电力网络中应用等值变压器模型的计算步骤：1)1)有名制、线路参数都未经归算，变压器参数则归在有名制、线路参数都未经归算，变压器参数则归在低压侧。低压侧。2)2)有名制、线路参数和变压器参数都已按选定的变比有名制、线路参数和变压器参数都已按选定的变比归算到高压侧。归算到高压侧。3)3)标幺制、线路和变压器参数都已按选定的基准电压标幺制、线路和变压器参数都已按选定的基准电压折算为标幺值。折算为标幺值。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享5050一些常用概念1.1.实际变比实际变比 k k k=U k=UI I/U/UII IIU UI I、U UII II:分别为与变压器高、低压绕组实际匝分别为与变压器高、低压绕组实际匝数相对应的电压。数相对应的电压。2.2.标准变比标准变比 有名制：归算参数时所取的变比有名制：归算参数时所取的变比 标幺制：归算参数时所取各基准电压之比标幺制：归算参数时所取各基准电压之比3.3.非标准变比非标准变比 k*k*k*=U k*=UIINIIN U UI I/U/UII II U UININ 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享5151制定电力网络等值电路模型的方法分两大类：制定电力网络等值电路模型的方法分两大类：1)1)有名制有名制2)2)标幺制标幺制对于多电压级网络，因采用变压器模型不同对于多电压级网络，因采用变压器模型不同分两大类：分两大类：1 1）应用等值电路模型时，所有参数和变量都要作应用等值电路模型时，所有参数和变量都要作电压级归算电压级归算 2 2）应用等值变压器模型时，所有参数和变量可不进应用等值变压器模型时，所有参数和变量可不进行归算行归算4.电力网络的数学模型 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享5252 第三章 简单电力网络的潮流计算和分析1.1.电力线路和变压器的运行状况的计算和分析2.2.简单电力网络的潮流分布和控制 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享5353电力网络特性计算所需的原始数据：用户变电所的负荷功率及其容量电源的供电电压和枢纽变电所的母线电压绘制等值电路所需的各元件参数和相互之间的关联、关系等等 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享5454第一节 电力线路和变压器运行状况的计算和分析 一一.电力线路运行状况的计算和分析电力线路运行状况的计算和分析 1.1.电力线路功率的计算电力线路功率的计算 已知条件为：末端电压已知条件为：末端电压U U2 2，末端功率，末端功率S S2 2=P=P2 2+jQ+jQ2 2，以，以及线路参数。求解的是线路中的功率损耗和始端电及线路参数。求解的是线路中的功率损耗和始端电压和功率。压和功率。解过程：从末端向始端推导。解过程：从末端向始端推导。1 1） 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享55552)2)阻抗支路末端功率阻抗支路末端功率3)3)阻抗支路中损耗的功率阻抗支路中损耗的功率4)4)阻抗支路始端功率阻抗支路始端功率5)5)始端导纳支路的功率始端导纳支路的功率 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享56566)6)始端功率始端功率2.2.电力线路电压的计算电力线路电压的计算 同样的问题同样的问题其幅值为：其幅值为： 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享5757相角为：相角为：简化为：简化为：3.3.从始端向末端推导从始端向末端推导已知条件为：始端电压已知条件为：始端电压U U1 1，始端功率，始端功率S S1 1=P=P1 1+jQ+jQ1 1，以，以及线路参数。求解的是线路中的功率损耗和末端电及线路参数。求解的是线路中的功率损耗和末端电压和功率。压和功率。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享5858功率的求取与上相同功率的求取与上相同电压的求取应注意符号电压的求取应注意符号4.4.电压质量指标电压质量指标1)1)电压降落：电压降落：指线路始末两端电压的相量差。为相量。指线路始末两端电压的相量差。为相量。2)2)电压损耗：电压损耗：指线路始末两端电压的数值差。为数值。指线路始末两端电压的数值差。为数值。标量以百分值表示：标量以百分值表示： 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享59593)3)电压偏移：电压偏移：指线路始端或末端电压与线路额定电压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：的数值差。为数值。标量以百分值表示：4)4)电压调整：电压调整：指线路末端空载与负载时电压的数值差。指线路末端空载与负载时电压的数值差。为数值。标量以百分值表示：为数值。标量以百分值表示： 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享60605.5.电力线路上的电能损耗电力线路上的电能损耗1)1)最大负荷利用小时数最大负荷利用小时数T Tmaxmax：指一年中负荷消费的电能指一年中负荷消费的电能WW除以一年中的最大负荷除以一年中的最大负荷P Pmaxmax，即：，即：2)2)年负荷率：年负荷率：一年中负荷消费的电能一年中负荷消费的电能WW除以一年中的除以一年中的最大负荷最大负荷P Pmaxmax与与8760h8760h的乘积，即：的乘积，即：3)3)年负荷损耗率：年负荷损耗率：全年电能损耗除以最大负荷时的功全年电能损耗除以最大负荷时的功率损耗与率损耗与8760h8760h的乘积，即：的乘积，即： 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享61614)4)最大负荷损耗时间：最大负荷损耗时间：全年电能损耗除以功率损耗，全年电能损耗除以功率损耗，即：即：求取线路全年电能损耗的方法有以下两个：求取线路全年电能损耗的方法有以下两个：根据最大负荷损耗率计算：根据最大负荷损耗率计算：根据最大负荷损耗时间计算：根据最大负荷损耗时间计算： 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享62626.6.电能经济指标电能经济指标1)1)输电效率：输电效率：指线路末端输出有功功率与线路始端输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：入有功功率的比值，以百分数表示：2)2)线损率或网损率：线损率或网损率：线路上损耗的电能与线路始端输线路上损耗的电能与线路始端输入的电能的比值入的电能的比值 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享63637.7.电力线路运行状况的分析电力线路运行状况的分析1)1)空载：末端电压可能高于始端，即产生电压过高现空载：末端电压可能高于始端，即产生电压过高现象。象。2)2)有载：与发电机极限图相类似。有载：与发电机极限图相类似。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享6464二.变压器运行状况的计算和分析1.1.变压器中的电压降落、功率损耗和电能损耗变压器中的电压降落、功率损耗和电能损耗用变压器的用变压器的 型电路型电路1)1)功率功率a.a.变压器阻抗支路中损耗变压器阻抗支路中损耗 的功率的功率 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享6565b.b.变压器励磁支路损耗的功率变压器励磁支路损耗的功率c.c.变压器始端功率变压器始端功率 2)2)电压降落电压降落 （为变压器阻抗中电压降落的纵、横分量）（为变压器阻抗中电压降落的纵、横分量）注意：注意：变压器励磁支路的无功功率与线路导纳支路变压器励磁支路的无功功率与线路导纳支路的的 无功功率符号相反无功功率符号相反 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享66663)3)电能损耗电能损耗a.a.与线路中的电能损耗相同（电阻中的损耗，即铜耗与线路中的电能损耗相同（电阻中的损耗，即铜耗部分）部分）b.b.电导中的损耗，即铁耗部分，近似取变压器空载损电导中的损耗，即铁耗部分，近似取变压器空载损耗耗P P0 0与变压器运行小时数的乘积，变压器运行小时与变压器运行小时数的乘积，变压器运行小时数等于数等于8760h8760h减去因检修等而退出运行的小时数。减去因检修等而退出运行的小时数。4)4)根据制造厂提供的试验数据计算其功率损耗根据制造厂提供的试验数据计算其功率损耗 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享6767进一步简化：进一步简化：要注意单位间的换算。要注意单位间的换算。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享6868第二节 辐射形网络中的潮流计算 1.1.功率的计算功率的计算 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。阻抗损耗和接地支路导纳损耗构成。a.a.阻抗损耗阻抗损耗b.b.导纳损耗导纳损耗 输电线输电线 变压器变压器 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享69692.2.电压的计算电压的计算 当功率通过元件阻抗（当功率通过元件阻抗（Z=R+jXZ=R+jX）时，产生电压降落）时，产生电压降落 注意注意：要分清楚从受电端计算还是从送电端计算：要分清楚从受电端计算还是从送电端计算3.3.潮流的计算潮流的计算 已知条件往往是送电端电压已知条件往往是送电端电压U U1 1和受电端负荷功率和受电端负荷功率S S2 2以及以及元件参数。求解各节点电压、各元件流过的电流或功率。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：计算步骤：a.a.根据网络接线图以及各元件参数计算等值电路，并将等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。值电路简化。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享7070b.b.根据已知的负荷功率和网络额定电压，从受电端推算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。的注入和流出的功率，从而得到电力网络的功率分布。注意：注意：第二步只计算功率分布，第三步只计算电压分布，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，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。而用在上次计算中得到的各点电压近似值进行计算。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享7171第三节 环形网络中的潮流计算1.1.介绍的是最简单的单一环网，主要由一个电源介绍的是最简单的单一环网，主要由一个电源供电供电第一步：第一步：将单一环网等值电路简化为只有线路阻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。抗的简化等值电路。1)1)根据网络接线图以及各元件参数计算等值电路；根据网络接线图以及各元件参数计算等值电路；2)2)以发电机端点为始端，并将发电厂变压器的励磁支路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；移至负荷侧；3)3)将同一节点下的对地支路合并，并将等值电路图重新将同一节点下的对地支路合并，并将等值电路图重新编号；编号；4)4)在全网电压为额定电压的假设下，计算各变电所的运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。算负荷和发电厂的运算功率，并将它们接在相应节点。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享7272第二步：第二步：用简化的回路电流法解该简化等值电路用简化的回路电流法解该简化等值电路 通过近似方法，从功率中求取相应的电流，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：电压近似认为是额定电压： 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享7373第三步：第三步：用相同的方法求解用相同的方法求解第四步：第四步：计算整个网络的功率分布计算整个网络的功率分布 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享7474由此，扩展到相应的多节点网络的计算当中：由此，扩展到相应的多节点网络的计算当中： 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享7575重要概念功率分点：功率分点：网络中某些节点的功率是由两侧向网络中某些节点的功率是由两侧向其流动的。分为有功分点和无功分点。其流动的。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在环网潮流求解过程中，在功率分点处将环网解列。解列。当有功分点和无功分点不一致时，将在哪一个当有功分点和无功分点不一致时，将在哪一个分点解列？分点解列？在无功分点处解列，因为电网应在电压最在无功分点处解列，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动引起的，无功分点的电压往往低于有功分点的电压。的电压。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享76762.两端供电网络中的功率分布 回路电压为回路电压为0 0的单一环网等值于两端电压大小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可等值于回路电压不为0 0的单一环网。的单一环网。 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享7777 以回路电压不为以回路电压不为0 0的单一环网为例，其求解过的单一环网为例，其求解过程为：程为：1)1)设节点设节点1 1、4 4的电压差为：的电压差为：2)2)用简化的回路电流法解简化等值电路用简化的回路电流法解简化等值电路3)3)通过近似方法，从功率中求取相应的电流，电通过近似方法，从功率中求取相应的电流，电压近似认为是额定电压：压近似认为是额定电压： 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享7878流经阻抗流经阻抗Z Z1212功率为：功率为：流经阻抗流经阻抗Z Z4343功率为：功率为： 牛牛文库文档分牛牛文库文档分享享79794)4)计算各线段的电压降落和功率损耗，过程为：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，分别从其两辐射形网络，由功率分点开始，分别从其两侧逐段向电源端推算电压降落和功率损耗。