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1、1-173,第三章 电力系统稳态分析,宁波大学信息学院,电力系统概论,2-173,第三章 电力系统稳态分析,3.1 电力网的功率分布和电压计算 3.2 电力系统潮流的计算机算法 3.3 电力系统的频率与有功功率 3.4 电力系统的电压与无功功率 3.5 电力系统经济运行 3.6 电力系统中性点接地方式,3-173,3.1电力网的功率分布和电压计算,一、电力网的功率损耗 二、电力网环节的功率平衡和电压平衡 三、开式电力网的潮流计算 四、两端电源供电网的潮流计算 五、电磁环网的功率分布与电压计算,电力系统潮流计算,4-173,概述 潮流计算的任务 针对具体的电力网络结构，根据给定的负荷功率和电源母
2、线电压，计算网络中各节点的电压和各支路中的功率及功率损耗。含经典手算法及计算机算法,电力系统潮流计算,潮流计算的作用 电力网规划设计（通过潮流计算,合理规划电源容量及接入点,合理规划网架,选择无功补偿方案,满足规划水平的大、小方式下潮流交换控制、调峰、调相、调压的要求 ）； 电力系统运行（稳态、短路、稳定等）：发现电网中薄弱环节,供调度员日常调度控制参考，用于日运行方式的编制,指导发电厂开机方式,有功、无功调整方案及负荷调整方案,满足线路、变压器热稳定要求及电压质量要求；设备退出运行对静态安全的影响分析及作出运行方式调整方案 ； 继电保护、自动装置整定计算等。,5-173,电力网接线方式,无备
3、用接线(开式电力网或单端电源电力网) 单回路放射式、干线式、链式 优点：简单、经济、运行方便 缺点：可靠性差 适用范围：普通负荷,放射式,干线式,链式,接线方式,6-173,放射式接线的优点是各放射线路互不受影响，供电可靠，并能保证电压质量，但用线较多，该接线方式一般用于向容量较大的三级负荷或一般的二级负荷供电。 干线式、链式（变形的树干式）接线方式的可靠性不如放射式接线好，但其负荷点较多，所用的接线较少，如在干线或分支线的适当地方加装开关器件，也可以提高这种接线方式的可靠性和灵活性。,接线方式,7-173,有备用接线方式,无备用方式采用双回线路(a),单电源单环网(b),双电源双环网(c),
4、两端电源供电(d),(a),双回路网络的优缺点 简单方便、可靠性高 经济性差,环网供电的优缺点 可靠、经济 操作复杂、故障时电压质量差,闭式电力网,接线方式,8-173,电磁环网,复杂闭式网络：如电磁环网，可靠性高，线路运行、检修灵活，但接线多，投资大，操作较复杂，目前这种接线方式多用于发电厂之间，发电厂与枢纽变电站之间的联系，供电网络很少采用。 由于闭式电力网的负荷是由两条及以上的电源线路供电，因此供电的可靠性高，适用于对一级负荷的用户供电。,变压器串联接入的多电压等级环网，称为电磁环网。,接线方式,9-173,电力网由线路和变压器组成，因此，电力网的功率损耗也由线路的功率损耗和变压器的功率
5、损耗所构成。,一、电力网的功率损耗,电力系统潮流计算,10-173,（一）电力线路功率损耗的计算,电力系统潮流计算,一般采用型等值电路表示。中点1和点2之间的阻抗支路就是电力网的一个环节,1,2,图中:SLD为负荷功率，也称为线路末端功率，S2为电力网环节末端功率,S1为环节首端功率，S1为线路首端功率。,11-173,（一）电力线路功率损耗的计算,线路阻抗 支路损耗,线路阻抗中的功率损耗包含有功功率损耗和无功功率损耗，它们的大小随电流（或功率）的变化而变化，称为变动损耗,电力系统潮流计算,1,2,12-173,式中，P , Pl 的单位为kW，Q , Ql 的单位为kvar,若已知通过线路环
6、节的三相视在功率为S，线路运行电压为U，则变动损耗可用下式计算：,电力系统潮流计算,13-173,线路导纳 支路损耗,在工程计算中有时按近似计算线路的电容功率,固定损耗,电力系统潮流计算,导纳支路中还会消耗与负荷无关的固定电容功率（也称充电功率），它和阻抗支路中的无功功率损耗互为补偿。,QC1， QC2靠近线路首（末）端的一半线路所消耗的容性无功功率(Mvar)； B线路的总电纳（1或S）； U1， U2线路首（末）端线电压（kV）；,14-173,（二）变压器功率损耗的计算,变压器的功率损耗: 以双绕组变压器为例： 阻抗支路中的变动损耗 导纳中的固定损耗 阻抗支路中的功率损耗（与线路类似）：
7、,导纳支路中的功率损耗,电力系统潮流计算,15-173,双绕组变压器的功率损耗,电力系统潮流计算,PT变压器总的有功功率损耗(MW)； QT变压器总的无功功率损耗(Mvar)； P通过变压器阻抗支路的有功功率(MW)； Q通过变压器阻抗支路的无功功率(Mvar)； U与P、Q对应的变压器运行电压(kV)； RT变压器一相绕组电阻()； XT变压器一相绕组电抗()； P0变压器的空载功率损耗(MW)； Q0变压器的励磁功率损耗(Mvar)。,16-173,双绕组变压器的功率损耗,如果用 、 、 代入，并用变 压器的额定电压代替式中的运行电压，则可得,电力系统潮流计算,用变压器铭牌数据计算功率损耗
8、,17-173,电力系统潮流计算,PT变压器总的有功功率损耗(MW)； QT变压器总的无功功率损耗(Mvar)； PS变压器的负载损耗(MW)； SN 变压器的额定容量(MVA)； US%变压器负载电压百分数； I0 变压器空载电流百分数。,双绕组变压器的功率损耗,18-173,三绕组变压器功率损耗计算,用等值电路-型计算,电力系统潮流计算,S1、S2、S3通过变压器高、中、低压阻抗支路的视在功率(MVA)； U1、U2、U3归算到同一电压级，与S1、S2、S3相对应的变压器运行电压(kV)； RT1、RT2、RT3归算到同一电压级的变压器高、中、低压侧的电阻()； XT1、XT2、XT3归算
9、到同一电压级的变压器高、中、低压侧的电抗()。,19-173,三绕组变压器功率损耗计算,用铭牌数据计算,电力系统潮流计算,PS1、PS2、PS3变压器高、中、低压绕组归算至额定容量后的等效负载损耗(MW)； QS1、QS2、QS3变压器高、中、低压绕组归算至额定容量后的等效漏磁损耗(Mvar)。,20-173,二、电力网环节的功率平衡和电压平衡,（一）电压降落、电压损耗及电压偏移 （二）电力网环节首、末端功率和电压的平衡关系 （三）电力网环节中的功率传输方向,电力系统潮流计算,21-173,（一）电压降落、电压损耗及电压偏移,电压降落：电力网任意两点电压的矢量差。,若已知环节末端电流 或三相功
10、率 和末端线电压 ，则可画出下图所示线路电压相量图。,电力系统潮流计算,电流（或功率）通过电力网组件时，必然在组件上产生电压损失，故电力网各点电压是不相同的。,22-173,电力系统潮流计算,线路电压相量图,23-173,注意到：,电力系统潮流计算,当已知条件为 由相量图可知：,纵分量,横分量,24-173,首、末端电压的相位差则为,类似地，若已知环节首端电流 或三相功率 和环节首端线电压 ，则,电力系统潮流计算,据此可得线路首端电压U1,或,25-173,电力系统潮流计算,当已知功率（或电流）和电压为非同一点的值时，可用线路额定电压代替实际运行电压近似计算电压降落的纵、横分量。,如果通过线路
11、环节的无功功率为容性的，式中的Q需代负号进行计算。,注意,26-173,由于,将其展开成泰勒级数，取前两项可得,电压损耗 电力网中任意两点电压的代数差。其电压损耗为,电力系统潮流计算,27-173,由于一般高压系统,则110kV以上电力网电压损耗使用上式计算：,电力系统潮流计算,28-173,110kV及以下电压等级的电力网，可忽略电压降落横分量U2 ，而将电压损耗的计算公式简化为电压降落的纵分量，即,电力系统潮流计算,工程实际中，线路电压损耗常用线路额定电压UN的百分数表示，即,规程规定，电力网正常运行时的最大电压损耗一般不应超过10% ；故障运行时一般不超过15%20%。,29-173,同
12、理，若已知线路首端功率和电压，则可得：,电力系统潮流计算,30-173,电压偏移(差)：电力网中任意点的实际电压U同该处网络额定电压UN的数值差称为电压偏移。,电压偏移的大小，直接反映了供电电压的质量 。一般来说，网络中的电压损耗愈大，各点的电压偏移也就愈大。,电力系统潮流计算,31-173,功率损耗计算,小结,固定损耗,变动损耗,线路,32-173,功率损耗计算,电力系统潮流计算,铭牌计算,传统计算,双绕组变压器,33-173,功率损耗计算,电力系统潮流计算,铭牌计算,传统计算,三绕组变压器,34-173,电压降落计算,电力系统潮流计算,若已知环节末端电流 或三相功率 和末端线电压 ，,电压
13、损耗,35-173,电压降落计算,电力系统潮流计算,若已知环节首端电流 或三相功率 和环节首端线电压 ，则,电压损耗,36-173,（二）电力网环节首、末端功率和电压的平衡关系,以下图所示的线路环节为例分三种情况进行讨论,电力系统潮流计算,已知线路末端的负荷功率 和线路末端电压,已知线路首端的负荷功率 和线路首端电压,已知线路末端的负荷功率 和线路首端电压,37-173,已知线路末端的负荷功率 和线路末端电压,功率平衡关系,电力网环节的末端功率为,电力系统潮流计算,38-173,电力网环节的首端功率为,电力系统潮流计算,环节中的功率损耗为,39-173,线路的首端功率为,电力系统潮流计算,40
14、-173,电压平衡关系,选 为参考相量，可得电压平衡关系为,电力系统潮流计算,41-173,已知线路首端的负荷功率 和线路首端电压,这种条件下的功率平衡与电压平衡关系同上述方法，只不过是从首端至末端进行分析。,电力系统潮流计算,42-173,工程实际中的大多数情况都属此类计算,已知线路末端的负荷功率 和线路首端电压,功率平衡和电压平衡计算一般分两步进行,电力系统潮流计算,43-173,功率平衡计算,电力系统潮流计算,44-173,电压平衡计算,电力系统潮流计算,45-173,如果要进行精确计算，则应采用迭代法,迭代法的基本步骤是： 应用假设的末端电压和已知的末端功率逐段向首端推算，求出首端功率
15、 ； 再用给定的首端电压和求得的首端功率逐段向末端推算，求出末端电压 ； 用已知的末端功率和计算得出的末端电压向首端推算 ； 如此类推，逐步逼近，直至结果收敛。,电力系统潮流计算,46-173,功率损耗、电压降落计算公式应用注意点,P、Q、U应为同一点的值； 当P、Q、U为非同一点值时，一般用线路额定电压替代进行近似计算； P、Q、U的单位。,电力系统潮流计算,47,解：由题意，首先求线路参数并作等效图如图所示。,在节点1处导纳产生的无功功率,48,线路阻抗上消耗的功率,此时可以计算线路末端电压,49,所以末端功率,在节点2处导纳产生的无功功率,50-173,（三）电力网环节中的功率传输方向,在高压电力网中 ，一般X R， 令R=0， 便有,电力系统潮流计算,51-173,由电压相量图可知,电力系统潮流计算,在高压电力网中，由于,即,52-173,由此可得,结论：首末端电压相位差主要由通过电力网环节的有功功率决定，而与无功功率几乎无关。,Sin0时，P2为正，有功功率从电压超前端向电压滞后端输送。,电力系统潮流计算,53-173,当不计 U2 分量时，有,电力系统潮流计算,或,54-173,结论：电压的数值差
