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1、电力系统分析 第3章 简单电力系统的潮流(power flow)计 算 本章提示 3.1 基本概念 3.2 开式网络的电压和功率分布计算 3.3 简单闭式网的电压和功率分布计算 小结 电力系统分析 本章提示 l负荷功率的表示法； l电压降落、电压损耗、电压偏移、运算 电源功率、运算负荷功率的基本概念； l电力网元件的功率损耗(power loss)、电 压损耗(voltage loss)的计算； l开式网、简单闭式网的潮流计算（同一 电压级、多个电压级）。 电力系统分析 电力系统在运行时，电流或功率在电源的作用下， 通过系统各元件流入负荷，分布于电力网各处，称为 潮流分布。 潮流计算内容主要包
2、括： 电流和功率分布计算； 功率损耗计算； 电压损耗和节点电压计算。 电力系统分析 潮流计算的主要目的是： （1）为电力系统规划提供接线方式、电气设备选择和导线 截面选择的依据； （2）提供电力系统运行方式、制定检修计划和确定电压调 整措施的依据； （3）提供继电保护、自动装置设计和整定的依据； （4）为经济运行计算、短路和稳定计算提供必要的依据； （5）检查电力系统各元件是否过负荷，各节点电压质量是 否合格； （6）为电力系统的规划和扩建提供依据。 电力系统分析 3.1.1 负荷功率的表示方法 3.1.2 电压降落、电压损耗、电压偏移 3.1.3 功率损耗 3.1.4 运算负荷功率和运算电源
3、功率 3.1 基本概念 电力系统分析 电力系统分析 图3.4电压降落示意图 电压降落 当网络元件末端 、 、 已知时,以 为参考相量， 首端电压为 式中： 称为电压降落的纵分量（电压损耗） 称为电压降落横分量 称为首末端电压的相位差,（功角） （3.7） 3.1.2 3.1.2 电压降落、电压损耗、电压偏移电压降落、电压损耗、电压偏移 电力系统分析 同样,也可由首端电压和功率求得末端电压 电力系统分析 两种分解: 特别注意: 计算电压降落时,必须用同一端的电压与功率. 电力系统分析 电压降落公式的简化: 高压输电线路的特性 XR,可令R0,则： 电力系统分析 高压输电线路的特性 XR,可令R0
4、,则： 电力网络中功率的方向 电力系统分析 电压损耗 电压损 耗指电力网两点电压的代数差 图3.4电压损耗示意图 一条线路的电压损耗百分数在线路通 过最大负荷时一般不应超过10%。 电压偏移 电压偏移指电力网中某点的实际电压 同网络 该处的额定电压之差，可用偏差表示，也可用额 定电压的百分比表示 电压偏移直接反映供电电压的质量 （3.9） 3.1.2 3.1.2 电压降落、电压损耗、电压偏移电压降落、电压损耗、电压偏移 电力系统分析 电力网中的功率损耗（影响电力系统的建设费用 运行费用）分为两部分： （1）变动损耗：与传输的功率大小有关，它产生 于线路和变压器的串联阻抗上。 （2）固定损耗：与
5、电网电压有关，它产生于线路 和变压器的并联导纳上。 3.1.3 3.1.3 功率损耗功率损耗 电力系统分析 阻抗中的功率损耗 变压器阻抗上功率损耗的计算 公式与上式（相似，只需将两 式中的线路阻抗换成变压器阻 抗即可。 输电线路阻抗上的功率损耗： （3.10） 3.1.3 3.1.3 功率损耗功率损耗 电力系统分析 导纳中的功率损耗 输电线路 近似计算时， 、 常用 额定电压 代替。 3.1.3 3.1.3 功率损耗功率损耗 电力系统分析 实际计算时，变压器的 励磁损耗可直接根据空 载试验数据确定 导纳中的功率损耗 变压器 （3.12） 3.1.3 3.1.3 功率损耗功率损耗 电力系统分析
6、3.1.4运算负荷功率运算电源功率 运算电源功率：发电厂高压母线输入系统的等值 功率，它等于发电机极端母线送出的功率，减去 变压器阻抗、导纳的功率损耗，加上发电厂高压 母线所连线路导纳中无功功率的一半。 运算负荷功率：变电所高压母线从系统吸取的等 值功率，它等于变电所二次侧的集中负荷功率， 加上变压器阻抗、导纳的功率损耗，减去变电所 高压母线所连接线路导纳中无功功率的一半。 电力系统分析 bcd S L D d a R1+ jX1R2 +jX2 R3+ jX3 j B1/2 j B1/2j B2/2 j B2/2 j B3/2 j B3/2 S L D b S L D c QB1 各点的运算负
7、荷 电力系统分析 3.2开式网络的潮流分布 任何一个负荷只能从一个方向得到电能的电力网称 为开式网。 （1）同一电压等级的开式网络 （2）多级电压的开式网络 开式网络潮流分布计算主要包括：网络首端的功率 、首端电压、末端功率及末端电压四个参数。 （1）已知网络同一端的功率和电压 （2）已知网络不同端的功率和电压 电力系统分析 bcd S L D d a R1+ jX1R2 +jX2 R3+ jX3 j B1/2 j B1/2j B2/2 j B2/2 j B3/2 j B3/2 S L D b S L D c QB1 1、已知同一端的电压和功率（各点的运算负荷） 电力系统分析 降压变 的处理
8、（1）用VN求得各点的运算负荷 （2）从末段线路开始，用VN依次计算各段线路的 功率损耗 （3）用VA和已求得的功率分布，从A点开始逐段计 算电压降落，求得Vb Vc和Vd （4）求得Vb和 Vc Vd重复（1）（3） 2、已知不同端的电压和功率（已知末端功率和首端电压，求 末端电压和首端功率） A bc d 1 2 3 S L D b S L D c S L D d 电力系统分析 从末段线路开始，用VN依次计算各段线路的功率损耗 S d R1+ jX1R2 +jX2 R3+ jX3 j B1/2 bcd S b S c S3 S3 S1 S2 S1 S2 A 电力系统分析 S d R1+ j
9、X1R2 +jX2 R3+ jX3 j B1/2 bcd S b S c S3 S3 S1 S2 S1 S2 A 用VA和已求得的功率分 布，从A点开始逐段计 算电压降落，求得Vb、 Vc和Vd 电力系统分析 3.2.2不同电压等级开式网络的计算 方法一：将变压器变换成理想变压器，变压器阻抗折算 ；（包含理想变压器，计算时，经过理想变压器功率保 持不变，两侧电压之比等于实际变比k。系统中依然有 两个电压等级） 方法二：将变压器阻抗、线路阻抗均进行折算，将线路 L2的参数归算到L1电压级；（系统中只有一个电压等 级） 两种方法中功率均不变 电力系统分析 在电力网络中任何一个负荷都可以从两个及两个
10、以 上方向得到电能的称为闭式网络。 若任何一个负荷都只从两个方向得到电能的称为简 单闭式网络。两种基本形式有： 两端供电网络 环型供电网络（两端电压相等的两端供电网） 若任何一个负荷从三个及三个以上方向得到电能的 称为复杂闭式网络。 闭式网络的功率分布不仅与负荷的大小、网络元件 的参数及接线方式有关，而且与电源的配置和电压 有关。 3.3简单闭式网络的电压和功率分布 电力系统分析 简单闭式网络功率分布的计算步骤： 首先忽略网络阻抗和导纳中的功率损耗，计算 功率分布，称为初步功率分布。目的是确定潮流 方向，找出功率分点； 然后在功率分点将闭式网络拆开，变换成两个开 式网络，根据初步功率分布计算出
11、网络各段阻抗 和导纳中的功率损耗，最后将功率损耗叠加到初 步功率分布上，得到最终功率分布。 电力系统分析 1、两端供电网络的功率分布 (1) 不计功率损耗的功率初分布 电力系统分析 忽略功率损耗，两端取共轭并同乘VN，可得： 由前面的方程 组可解出： 循环功率 由负荷决定的功率(供载功率) 忽略功率损耗的功率分布计算式 电力系统分析 沿线有k个负荷点的情况 电力系统分析 可见，每个电源发出的功率都由两部分组成： （1）与各点负荷及负荷到另一电源间的阻抗有 关，为供给负荷的功率，供载功率； （2）与电源两端电压向量差有关而与负荷无关 的循环功率。 有功分点： 无功分点： 电力系统分析 (2) 计
12、及功率损耗的功率分布 功率分点：功率由两个方向流入的节点。 有功分点和无功分点可能出现在不同节点。 将网络在功率分点处解开，形成两个开式网络， 用前述的开式网络计算方法进行计算。 电力系统分析 闭式网络的计算过程 电力系统分析 有功和无功分点在同一处时,功率分点处的电压 最低；若不在同一点，则需分别计算实际电压值， 确定电压最低点。 关于两端供电网络的几点说明： （1）环网，循环功率为零； （2）35kV及以下电网，知算潮流初步分布（潮流最 终分布）； （3）为复功率计算，均一网络，可以简化。 电力系统分析 (3) 各段线路的单位阻抗相等 结论： 各段线路单位长度的阻抗值相等的均一网的 功率分
13、布仅与各段长度有关。 电力系统分析 3.3.2 多级电压环网的功率分布 有几个电压等级组成的环网，简称多级环 网。 多级电压环网中，若变压器变比不匹配， 将形成循环功率。此时，先由环网负载和阻抗 参数求出供载功率，再由附加电势和环网总阻 抗求出循环功率，将两者叠加，即可求出初步 潮流分布。 电力系统分析 两台并联变压器构成的多电压级环网 电力系统分析 已知一次侧电压,则： 电力系统分析 循环功率计算: 环路电势： 对任意多电压等级环网，等值变比K确定： 循环功率： 电力系统分析 环路电势的确定 VP VP 1:K1ZT2 ZT1 K2:1 VAVB 电力系统分析 阻抗归算到低压侧 电力系统分析
14、 三级电压环网举例 ka=121/10.5 kb=242/10.5 kc1=220/121 kc2=220/11 电力系统分析 选110kV作为参考电压级，断口选在110kV线路 若A端电压已知： 若B端电压已知： 电力系统分析 随着现代电力系统的不断发展，计算工作量随着现代电力系统的不断发展，计算工作量 迅速增大。其迅速增大。其潮流计算是不可能由人工在短期内完潮流计算是不可能由人工在短期内完 成成的。同时，在生产实践中大多数情况是对同一网的。同时，在生产实践中大多数情况是对同一网 络进行多种运行方式的反复计算，因此，这大容量络进行多种运行方式的反复计算，因此，这大容量 计算和反复计算都计算和
15、反复计算都必须由计算机才能精确而迅速地必须由计算机才能精确而迅速地 完成完成。另外也借助计算机来分析、研究和监控电力。另外也借助计算机来分析、研究和监控电力 系统在各种运行方式下的工作。系统在各种运行方式下的工作。 运用计算机进行潮流计算，一般要完成以下几个运用计算机进行潮流计算，一般要完成以下几个 步骤；步骤；建立数学模型、确定计算方法、制定计算流建立数学模型、确定计算方法、制定计算流 程并编制程序、上机计算及对计算结果进行分析程并编制程序、上机计算及对计算结果进行分析等等 四步。四步。 *3.5电力系统潮流计算的计算机算法 电力系统分析 PQPQ节点节点 这类节点的有功功率这类节点的有功功
16、率P P和无功功率和无功功率Q Q 是给定的是给定的，节点电压，节点电压(V(V、) )是待求的。是待求的。 通常变电所都是这一类型的节点。通常变电所都是这一类型的节点。 由于没有发电设备，故其发电功率为零。在一由于没有发电设备，故其发电功率为零。在一 些情况下，系统中某些发点厂进出的功率在一些情况下，系统中某些发点厂进出的功率在一 定时间内为固定时，该发电厂母线也作为定时间内为固定时，该发电厂母线也作为PQPQ节节 点。因此，电力系统中的绝大多数节点属于这点。因此，电力系统中的绝大多数节点属于这 一类型一类型。 电力系统分析 PV节点 这类节点的有功功率这类节点的有功功率P P和电压幅和电压幅 值值V V是给定的是给定的，节点的无功功率，节点的无功功率Q Q和电压的相位和电压的相位 是是待求量。这类节点必须有足够的可调无功容量待求量。这类节点必须有
