配电网运行分析.ppt

第四章 配电网运行分析 1主要内容w配电网的电压计算 w配电网的损耗计算与降损措施 w简单配电网的潮流计算w复杂配电网的潮流计算 w配电网的无功补偿和电压调整 w配电网的短路电流计算 w低压电网短路电流计算 2第一节 配电网的电压计算w一、配电网的电压降落w二、配电网的电压损耗w三、配电网的电压偏移3一、配电网的电压降落w所谓电压降落是指线路首末两端电压的 相量差 由上图可得4w（1）已知环节末端电压及功率 以末端电压为参考相量，负荷为感性， 则可得或5（a）末端电压降落的纵、横分量；6w（2）已知环节首端电压及功率 参照上述推导7（b）首端电压降落的纵、横分量 8w必须注意：当已知末端的电压及功率求首端的 电压时，是取末端电压为参考相量的；而当知 首端的电压及功率求末端电压时，是取首端电 压为参考相量的，所以有 但如图：9二、配电网的电压损耗w所谓电压损耗是指线路首末两端电压的 数值差电压损耗的大小为图中的AG 10w如忽略其横分量，电压损耗由两部分组 成的，即 式中第一部分与有功功率和电阻有关， 第二部分与无功功率和电抗有关，而这 些因素对电压损耗值的影响程度是由电 网特性所决定的。

11三、配电网的电压偏移w所谓电压偏移是指线路首端或末端电压 与线路额定电压的数值差 电压偏移常 用百分值表示，即 常以电压损耗和电压偏移作为衡量电 压质量的主要指标 12第二节 配电网的损耗计算与降损 措施w一、线路的功率损耗w二、变压器的功率损耗w三、配电网的电能损耗w四、配电网的降损措施13一、线路的功率损耗w如图所示的简单线路，已知末端电压和 末端功率，忽略电导 该线路的功率损 耗由下述三部分组成 141．线路末端导纳的功率损耗w由于忽略了线路的电导，故只需计算线 路末端电纳的功率损耗，其值与线路末 端电压有关，即 式中的负号表示容性无功功率152．阻抗的功率损耗w线路阻抗的功率损耗包括有功功率损耗 和无功功率损耗两部分如已知条件是 末端功率、末端电压，则 若已知条件为首端功率和电压，则 163．线路首端导纳的功率损耗w该功率损耗与线路首端电压有关，由于 略去了电导，只需计算电纳中的无功损 耗，即首末端电压的不同，电纳中的无功损 耗并不相同 17二、变压器的功率损耗w变压器的功率损耗包括阻抗的功率损耗 与导纳的功率损耗两部分 181．阻抗的功率损耗w双绕组变压器阻抗的功率损耗可以套用 线路阻抗功率损耗的计算公式 或19w对于三绕组变压器，应用这些公式同样 可以求出各侧绕组的功率损耗，即202．导纳的功率损耗w变压器导纳的无功功率损耗是感性的， 符号为正。

21w在有些情况下，如不必求取变压器内部 的电压降(不需要计算出变压器的阻抗、 导纳)，这时功率损耗可直接由制造厂家 提供的短路和空载试验数据求得，22实际计算时通常设 所以这些公式可简化为 23三、配电网的电能损耗w1．配电网的电能损耗和损耗率 在同一时间内，配电网的电能损耗占供 电量的百分比，称为配电网的损耗率， 简称网损率或线损率 24w2．电力线路电能损耗的计算假定在一段时间内线路的负荷不变，则 功率损耗也不变，相应的电能损耗为 由于电力系统的实际负荷是随时都在改 变的，线路的功率损耗也随时间而改变 因此，应采用积分算式，即 25w在工程实际中常采用简化的方法计算电 能损耗简化方法很多，用得最多的是 电力网规划中电能损耗计算的方法—— 最大负荷损耗时间法 最大负荷损耗时间τ可以理解为：如果 线路中输送的功率一直保持为最大负荷 功率Smax（此时的有功损耗为△Pmax）， 在τ小时内的电能损耗恰好等于线路全 年的实际电能损耗，则称为τ最大负荷 损耗时间 26w3．变压器电能损耗的计算变压器铁芯中电能损耗按全年投入运行 的实际小时数来计算计算式为 当变压器两侧电压在额定电压附近时， 可由下式计算变压器全年的电能损耗， 即 27四、配电网的降损措施w1、合理使用变压器w2、重视和合理进行无功补偿w3、对电力线路改造，扩大导线的载流水 平 w4、调整用电负荷，保持均衡用电28第三节 简单配电网的潮流计算w一端电源供电的网络称为开式网。

开式 网中的负荷只能从一个电源取得电能 所谓潮流计算即是根据已知的负荷及电 源电压计算出其它节点的电压和元件上 的功率分布w实际进行配电网潮流计算时，根据已知 条件的不同有两种基本算法29w第一种情况：给定的已知条件是同一点 的功率和电压由于是单侧电源的开式配电网，故这一 类问题的计算比较简单，只需按本章第 一节、第二节介绍的电压损耗、功率损 耗等计算方法逐步进行计算即可采取的是将电压和功率由已知点向未知 点交替递推计算的方法 30w第二种情况：给定的已知条件是不同点的功率 和电压采取如下的迭代算法：首先在已知功率点假定 一个电压，按上述第一种情况进行交替递推， 求得已知电压点的功率，在由此点的已知电压 与求得的功率返回交替递推，求得已知功率点 电压，然后再将此已知点的功率与所求得电压 交替递推……如初始电压选择得好，往往经 过一、二次反复递推即可求得足够精确的结果 一般，初始电压可取该级网络的额定电压 31第四节 复杂配电网的潮流计算w一、配电网潮流计算的数学模型w二、配电网潮流计算方法32一、配电网潮流计算的数学模型w配电网具有闭环设计、开环运行的特点 在正常运行时，配电网采用单电源点 ，开环运行。

一条馈线只有一个电源点 ，这个电源点在潮流计算中作为平衡节 点或根节点，而且每个负荷节点只有一 个父节点，馈线整体呈辐射状拓扑结构 ，所以大量配电网潮流计算以辐射状网 络为研究模型33w典型配电网的单线图如下：34二、配电网潮流计算方法w配电网潮流计算的方法虽然很多，但可 以分为三类：牛顿类方法、母线类方法 和支路类方法，下面分别讨论这些方法 w（一）牛顿类配电网潮流计算方法牛顿类潮流计算方法主要有牛顿拉夫逊 计算方法和P－Q分解潮流计算方法这 两种计算方法在第三章已介绍，这里不 在叙述 35w（二）母线类配电网潮流计算方法此类算法有ZBus方法和YBus方法，这两类 算法在本质上是一致的，这里给出一种 ZBus方法ZBus方法的求解过程如下： （1）计算当根节点独立作用于整个配电网 而且所有的等值注入都断开的情况下， 各母线的电压 36（2）计算各母线的等值注入电流 （3）计算只有等值注入电流作用时的母线电压（4）应用迭加原理（5）检验迭代收敛条件37w（三）支路类配电网潮流计算方法w1、回路法潮流计算步骤为： （1）计算节点注入电流； （2）计算支路电流； 38（3）计算支路电压降；（4）计算节点新的电压；（5）判断是否收敛，如果不收敛则用新的电 压值代替本次跌迭代值进入下一次迭代。

39w2、前推回代方法前推回代法分两个过程：首先根据负荷 功率及电压值由馈线末端向电源点推算 支路潮流分布，即前推过程；再根据电 源点电压和潮流分布向馈线末端推算电 压分布，即回代过程；至电压和功率不 匹配小于容许值时结束 40以上图所示的简单馈线线段为例经过推 导可以得出 ：以上构成了前推回代的基本方程41w3、基于支路电流的潮流计算方法对于支路j有 如果支路j的末点为末梢点，则该支路的 电流等于流过末梢点的电流，也即等于 该末梢点的负荷电流，即 该节点的负荷电流可表示为 42如果支路j的末点不是末梢点，则支路电 流应为该支路末点电流和其所有下接支 路的电流之和，即 由末梢点向电源点递推就可以得到各支 路的电流，然后从电源点向末梢点回推 就可以求得各节点电压 43w（四）配电网潮流计算方法小结1、多电源的处理能力2、收敛阶数3、算法稳定性4、计算速度双电源处理能力收敛阶数稳定性母线类算法作为PV节点无需改变计 算模型一阶方法稳定支路类算法不能直接处理，需迭代 联络线潮流一阶方法稳定牛顿法作为PV节点无需改变计 算模型二阶方法对初值敏 感 P－Q分解 法作为PV节点无需改变计 算模型一阶方法稳定44第五节 配电网的无功补偿和电压 调整w一、配电网的无功补偿w二、电压调整45一、配电网的无功补偿w1、电力系统的无功平衡影响电力系统电压的主要因素是无功功 率。

（1）电力系统的无功负荷及无功损耗无功负荷是滞后功率因数运行的用电设 备所吸取的无功功率电力系统的无功 负荷主要是异步电动机电网中无功损耗一般有两部分：一是输 电线路的无功损耗；二是变压器上的无 功损耗 46（2）无功电源电力系统的无功电源包括同步发电机、 调相机、电容器及静止无功补偿器、线 路充电功率等 （3）无功平衡电力系统无功功率平衡包含两个含义 首先是对于运行的各个设备，要求系统 无功电源所发出的无功功率与系统无功 负荷及无功损耗相平衡，即47w其次是对于一个实际系统或是在系统的 规划设计中，要求系统无功电源设备容 量与系统运行所需要的无功电源及系统 的备用无功电源相平衡，以满足运行的 可靠性及适应系统负荷发展的需要，即 48w2、无功补偿的原理加装了一部分无功补偿设备Qc后 视在功率S'比S小了，补偿后电力网的功率 因数由补偿前的cosφ1提高到cos φ2 49w3、无功补偿的意义 （1）减少系统元件的容量，换个角度看是 提高电网的输送能力 （2）降低网络功率损耗和电能损耗 （3）改善电压质量50w4、配电网无功补偿的配置原则 （1）总体平衡与局部平衡相结合 （2）电业部门补偿和用户补偿向结合。

（3）分散补偿与集中补偿相结合，以分散 为主 （4）降损与调压相结合，以降损为主 51w5、无功补偿措施 （1）利用同步发电机进行补偿 （2）利用调相机进行无功补偿 （3）利用电容器进行无功补偿 （4）利用静止补偿器进行无功补偿52二、电压调整w1、电力系统的电压管理w在进行电力系统规划设计时，由于各负 荷点对电压质量的要求还不明确，所以 难以具体确定各中枢点电压控制的范围 为此规定了所谓“逆调压”、“顺调压”、 “常调压”等几种中枢点电压控制的方式 53w2、电压调整的基本原理以图所示的简单电力系统为例，说明常 用的各种调压措施所依据的基本原理 54由发电厂母线处电压开始推算，可求得 为维持用户处端电压满足要求，可以采用以下 措施进行电压调整： （1）调节励磁电流以改变发电机端电压； （2）改变变压器T1、T2的变比； （3）通过改变电力网无功功率分布； （4）改变输电线路的参数（降低输电线路的 电抗） 55w3、电压调整的措施 （1）利用发电机调压 （2）改变变压器变比调压 （3）利用无功功率补偿调压 （4）改变线路参数调压56w4、各种调压措施的合理应用 （1）要求各类用户将负荷的功率因数提高 到现行规程规定的参数。

（2）改变发电机励磁，可以改变发电机输 出的无功功率和发电机的端电压 （3）根据无功功率平衡的需要，增添必要 的无功补偿容量，并按无功功率就地平 衡的原则进行补偿容量的分配 （4）当系统的无功功率供应比较充裕时， 各变电所的调压问题可以通过选择变压 器的分接头来解决 57（5）在整个系统无功不足的情况下，不宜 采用调整变压器分接头的办法来提高电 压 （6）对于10kV及以下电压等级的电网， 由于负荷分散、容量不大，按允许电压 损耗来选择导线截面是解决电压质量问 题的正确途径 58第六节 配电网的短路电流计算w一、短路过程的简单分析w二、对称短路电流的标么值计算方法w三、无穷大功率电源条件下短路电流的 计算w四、三相短路的实用计算59一、短路过程的简单分析w配电系统内某处发生三相短路的简化等 效电路如图（a）所示假设电源和负荷 都是三相对称，则可取一相来分析，电 路如图（b）6061短路前整个回路流过的电流i为 短路后分成两个独立回路，与电源相连接的 左端回路电流的变化应符合： 这个微分方程的解为 62当发生三相短路瞬间，电流不能突变，有 解出短路电流的全电流瞬时值为 63上述现象的电流波形图如图所示。

64w在电源电压及短路。