电力系统分析第三章剖析.ppt

42－1 第三章 输电线路运行特性及简单系统潮流估算 电力系统潮流：指系统中所有运行参数的总体，包括各母线电 压的大小和相位、各发动机和负荷的功率及电流，以及各变压 器和线路等元件所通过的功率、电流和其中的损耗 电力系统潮流计算的任务：在已知某些运行参数的情况下，计 算出系统中全部的运行参数一般母线负荷功率已知 潮流计算 给定 负荷(P、Q) 发电机(P、Q/U) 求解 各母线电压(U、θ) 各条线路中的功率及损耗(P、Q) 计算目的 用于电网规划—选接线方式、电气设备、导线截面 用于继电保护—整定、设计 用于运行指导—确定运行方式、供电方案、调压措施 计算方法 手算 电子计算机 交流计算台 Date 42－2 3-1 电力网的电压降落和功率损耗 一、电压降落、电压损耗和电压偏移 (一)电压降落 不考虑线路Π型等值电路中的接地支路 1. 已知末端功率和末端电压的情况 令 电压降落的纵分量 电压降落的横分量 0 θ Date 42－3 3-1 电力网的电压降落和功率损耗 一般情况下，线路两端电压相位差较小，U2＋ΔU2 >>δU2 2. 已知始端功率和始端电压的情况 令 Date 42－4 3-1 电力网的电压降落和功率损耗 (二)电压损耗和电压偏移 电压损耗：线路两端电压的数值差。

近似计算中常用电压降落的纵分量代替电压损耗 0 θ a b c 电压偏移：线路始端电压和末端电压与线路额 定电压之间的差值 Date 42－5 3-1 电力网的电压降落和功率损耗 二、功率分布和功率损耗 1. 线路的功率分布和功率损耗 (1)已知线路末端功率和电压 1) 计算末端并联支路吸收的功率 2) 计算串联支路末端的功率 3) 计算串联支路中的功率损耗 4) 计算串联支路始端的功率 Date 42－6 3-1 电力网的电压降落和功率损耗 5) 计算始端电压 6) 计算始端并联支路的功率 7) 计算始端功率 线路总功率损耗： 消耗感性无功功率 消耗容性无功功率 传输功率越大，感性无功越大；电压越高，容性无功越大 传输效率： Date 42－7 3-1 电力网的电压降落和功率损耗 (2)已知线路始端功率和电压 线路总功率损耗： Date 42－8 3-1 电力网的电压降落和功率损耗 2. 变压器的功率分布 已知 (1)计算 变压器串联支路的功率损耗 (2)计算 变压器串联支路始端的功率 (3)计算 变压器始端电压 (4)计算 变压器并联支路的功率损耗 (5)计算 变压器的输入功率 Date 42－9 3-1 电力网的电压降落和功率损耗 已知 Date 42－10 3-2 输电线路的运行特性 一、输电线路的空载运行特性 为分析简单，令G=0 高压线路导线截面较大，可忽略电阻： Π型等值电路的电纳为容性，B大于零，因此U1

线路不太长时，等值电路中B约为b1与l的乘积，X约为x1与l的 乘积，因此末端空载电压的升高与线路长度l的平方成正比 注意：输电线路空载时末端电压高于始端电压 Date 42－11 3-2 输电线路的运行特性 若线路很长，则可应用线路方程式： 在r1=0和g1=0的情况下， 当时，U1=0，说明始端电压为零也可使末端电压达到 给定的电压这种情况相当于发生谐振，相应线路长度约为1/4 波长，即1500km 高压输电线路轻载时，也会产生末端电压升高的现象若线 路电压过高，则应采取措施补偿线路的电容电流，常用方法 为路末端加装并联电抗器 二、输电线路的传输功率极限 假设Π型等值电路中的电阻为零，且不计两端并联导纳 忽略电阻时，线路始、末端有功功率相等，故线路传输功率为 Date 42－12 3-2 输电线路的运行特性 输电线路的最大传输功率与两端电压的 乘积成正比，而与线路电抗成反比 当考虑导线发热和系统稳定性等因素， 线路输送的有功功率往往比上述最大传 输功率小很多 三、输电线路功率与电压之间的定性关系 在输电系统，特别是高压输电系统中，电阻远小于电抗，有 功功率与两端电压相位差之间，无功功率与电压损耗之间的 关系非常紧密。

线路传送的无功功率 令R=0得： 线路传送的无功功率与两端的电压差，即线路的电压损耗成 正比无功功率由电压高端向电压低端流动 Date 42－13 3-3 简单辐射形网络和闭式网络潮流计算 一、辐射形网络的潮流估算方法 作整个系统的等值电路 近似计算功率分布，认为各母线 电压均为额定电压，相位为零 从某一已知电压母线开始，依次 求出各元件的电压降落，从而得 出全部母线电压 Date 42－14 3-3 简单辐射形网络和闭式网络潮流计算 1. 计算近似功率分布 从离电源最远的母线开始，分别计算连接这些母线的线路或 变压器的等值电路中的功率分布 计算时应注意 同理，依次计算母线3和5之间等值电路中的功率分布，并得出 母线3上的负荷为： Date 42－15 3-3 简单辐射形网络和闭式网络潮流计算 2. 计算各母线的电压和相位 从某一给定电压的母线开始，用求得的近似功率分布，依次 计算各母线的电压和相位 设已知母线1 电压U1∠0 然后，再由计算出 依次类推，便可得到整个系统中电压分布的 近似结果 上述两步计算的结果基本上满足工程要求 若要得到更精确的结果，可将第二步得到的母线电压和相位代 替原来第一步计算中所用的额定电压，计算功率分布；然后再 用新的功率分布重新计算电压分布。

Date 42－16 3-3 简单辐射形网络和闭式网络潮流计算 二、简单环形网络的潮流估算方法 中包含了与其母线相连的两条线路上的接地导纳中的 功率，这样处理后的功率常称为母线的运算功率或运算负荷 计算环网近似功率分布时可设各母线的电压均为额定电压， 相位都等于零 1.环形网络的潮流估算方法 Date 42－17 3-3 简单辐射形网络和闭式网络潮流计算 电压平衡方程式： 功率平衡方程式： 负荷矩 ——力矩法 根据即可计算出和 Date 42－18 3-3 简单辐射形网络和闭式网络潮流计算 的近似功率分布没有计入线路阻抗中的功率损耗和 功率分点：负荷所取的功率由相邻两条线路分担的母线 母线3为功率分点 环形网络变成了两个辐射形网络 若有功功率分点和无功功率分点不在同 一母线上，习惯上常取无功功率分点的 母线处进行分割，因为无功功率分点处 的电压往往是网络电压的最低点 若环形网络中各线路电阻与电抗比值相同，则称为均一网络 Date 42－19 3-3 简单辐射形网络和闭式网络潮流计算 简单环形网络潮流估算方法： 计算环网中各母线运算负荷； 计算环网中的近似功率分布，并求出功率分点； 在无功功率分点处将负荷按近似功率分布结果分成两部分， 并将环形网络分成两个辐射形网络，然后分别采用辐射形网 络的潮流估算方法计算计及阻抗中损耗时的功率分布，再计 算电压分布。

Date 42－20 3-3 简单辐射形网络和闭式网络潮流计算 2.两端供电网络的潮流估算方法 运算负荷 计算近似功率分布 Date 42－21 3-3 简单辐射形网络和闭式网络潮流计算 以上公式可推广到具有n个母线的两端供电网络 计算出近似功率分布后，可找出功率分点，将网络分成两个 辐射形网络进行计算 两端供电网络的的近似功率分布由两部分组成 一部分为两端电压相等时，与网络参数和负荷功率有关的功 率分布（有时称为自然功率分布） 另一部分是由两端电压差引起的功率分布，只与两端电压差 和线路总阻抗有关，与负荷大小无关，且在各个串联阻抗中 的大小和方向都相同有时称为强迫功率分布 Date 42－22 例3-5 图为一个220kV的两端供电网络，其中线路A-1、1-2和2 -B的长度分别与[例3-4]中线路A-B、B-C和A-C相同，母线1处的 负荷与[例3-4]母线B处的负荷相同，母线2处的负荷与[例3-4]母线 C处的负荷及其下属辐射形网络中负荷和损耗的总和当取 SB=100MVA，UB=220kV时，等值电路如图所示，其中的负荷为 母线的运算负荷计算以下四种情况下的近似功率分布： 3-3 简单辐射形网络和闭式网络潮流计算 Date 42－23 解 (1) 3-3 简单辐射形网络和闭式网络潮流计算 由于两端电压相等，网络中的近似功率分布与[例3-4]得出的结 果完全相同，如下图所示。

(2) (3) Date 42－24 解 (1) 3-3 简单辐射形网络和闭式网络潮流计算 由于两端电压相等，网络中的近似功率分布与[例3-4]得出的结 果完全相同，如下图所示 (4) (5)四种情况下近似功率分布的比较 Date 42－25 3-3 简单辐射形网络和闭式网络潮流计算 情况 (1)3.2068+j0.35720.8068-j0.05013.0112+j0.3242 (2)3.2151+j0.39910.8151-j0.00823.0029+j0.2823 (3)2.8182+j0.45210.4182+j0.04483.3998+j0.2293 (4)2.8265+j0.49390.4265+j0.08663.3915+j0.1875 情况1和情况2对比 情况1和情况3对比 情况1和情况4对比 Date 42－26 3-3 简单辐射形网络和闭式网络潮流计算 功率分布与两端电压之间的关系 高压和超高压输电线路，RΣ< 0 ，ΔUAB_Im=0 当端点B的电压相位超前端点A而两者电压实部相等时， ΔUAB_Re=0，ΔUAB_Im<0 Date 42－27 3-1 3-1 电力网的电压降落和功率损耗电力网的电压降落和功率损耗 例3-1 图示系统，有名值表示的等值电路参数(归算到110kV侧)， 以及取SB=100MVA、UB=UN时用标幺值表示的等值电路参数列于下图 。

变压器低压母线电压为10kV，负荷为30+j20MVA,分别用有名值和标 幺值计算网络功率分布和电压分布 Date 42－28 3-1 3-1 电力网的电压降落和功率损耗电力网的电压降落和功率损耗 解 用有名值计算 (2) 变压器电压降落 (1)变压器功率损耗 忽略电压降落横分量 Date 42－29 3-1 3-1 电力网的电压降落和功率损耗电力网的电压降落和功率损耗 (3)变压器输入功率 (4)线路功率损耗 (5)始端母线电压(以UB为参考相量) Date 42－30 3-1 3-1 电力网的电压降落和功率损耗电力网的电压降落和功率损耗 忽略电压降横分量 (6)始端功率 (7)系统电压指标 Date 42－31 3-1 3-1 电力网的电压降落和功率损耗电力网的电压降落和功率损耗 解 用标幺值计算 (2) 变压器电压降落 (1)变压器功率损耗 忽略电压降落横分量 Date 42－32 3-1 3-1 电力网的电压降落和功率损耗电力网的电压降落和功率损耗 (3)变压器输入功率 (4)线路功率损耗 (5)始端母线电压(以UB为参考相量) Date 42－33 3-1 3-1 电力网的电压降落和功率损耗电力网的电压降落和功率损耗 忽略电压降横分量 (6)始端功率 (7)系统电压指标 Date 42－34 例3-3 网络接线图、等值电路和参数如下图所示，母线1的电 3-3 简单辐射形网络和闭式网络潮流计算 ，求该系统的功率和电压分布。

压为 Date 42－35 解 (1)从母线4和5开始，用额定电压计算功率损耗和功率分布 3-3 简单辐射形网络和闭式网络潮流计算 Date 42－36 3-3 简单辐射形网络和。