电力工程 教学课件 作者 胖质玲电子教案 电力工程第6次课第二章第二节

《电力工程 教学课件 作者 胖质玲电子教案 电力工程第6次课第二章第二节》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力工程 教学课件 作者 胖质玲电子教案 电力工程第6次课第二章第二节（63页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、电力工程 山东电力高等专科学校 第二章电力系统运行特性及分析 第二节电力系统潮流分布 一 潮流计算的目的 电力系统在运行时 电流或功率从电源通过系统各元件流入负荷 并分布于电力网各处 称为潮流分布 随着负荷的变化以及网络接线方式和电源运行状态地变化 电力系统潮流也随着变化 通过对电力系统潮流的计算 从而对系统规划以及运行的安全 优质 经济性进行分析和评价 1 潮流计算的内容 1 计算各母线电压的高低 2 计算网络中各元件通过的功率和产生的功率损耗 2 潮流计算的主要目的 1 为电力系统规划设计提供接线方式 并为选择电气设备和选择导线截面提供依据 2 为电力系统运行方式和检修计划提供依据 3 为

2、继电保护 自动装置设计与整定计算提供依据 4 为调压计算 经济运行计算 短路和稳定计算提供依据 二 负荷的表示方法 三 电力网中的功率损耗 电力系统中由于电力线路 变压器等设备具有阻抗和导纳 造成了有功功率及无功功率损耗 它的存在对电力系统运行是不利的 一方面迫使投入运行的发电设备容量要大于用户的实际负荷 从而需要更多装设发电机组 多消耗大量的一次能源 另一方面它产生的热量会加速绝缘的老化 这一损耗过大时 还可能因过热烧毁绝缘和熔化导体 致使设备损坏 影响系统的安全运行 所以运行中要设法降低电力系统中的功率损耗 一 电力线路中的功率损耗 如图所示的简单线路 若已知末端的电压及负荷时 略去电导时

3、 线路可用 型等值电路表示 它的损耗可以由下述三部分组成 1 线路末端导纳中的功率损耗 由于电力线路中电导G 0 故并联支路有功损耗忽略不计 线路电纳中产生的无功功率是容性的 应取负号 2 线路首段导纳中的功率损耗 2 阻抗中的功率损耗 线路中功率损耗包括有功损耗和无功损耗 其值的大小与流过阻抗的电流的平方成正比 分别可以写成 其中的电流既可以用线路末端的功率与电压来表示 也可以用首端的功率和电压表示 分别可以表示成 计算时应注意 1 上两式三相电路和单相电路均适用 只是电压分别为线电压和相电压 但无论三相 或单相电路 阻抗均为一相参数 2 公式中各量的单位为MW Mvar MVA kV 则功

4、率损耗单位为MW Mvar 或公式中单位为kW kvar 则功率损耗单位为W var 3 为保证计算的精确度 公式中功率和电压应取自同一点 近似计算时可用额定电压代替实际电压 4 若为容性负荷功率 公式中无功功率代负值 二 变压器中的功率损耗 变压器阻抗中的功率损耗与电力线路完全相同 包括阻抗中的功率损耗与导纳中的功率损耗两部分 其导纳中的功率损耗 只与电压和变压器容量有关 因运行电压变化不大 基本上等于空载损耗 若已求出变压器等值电路的阻抗和导纳为 阻抗上的功率损耗 可以按照线路阻抗中的损耗的计算公式 而导纳中的功率损耗应当是 如果不需要计算变压器的阻抗 导纳时 这些功率损耗可以直接利用制造

5、厂给出的短路亦即空载试验数据求得 即 实际计算的时候 一般设 因此公式可以简化为 式中的 为变压器的短路损耗 及短路电压的百分值 为空载损耗 及空载电流的百分值 四 电压降落 电压损耗 电压偏移 一 电压降落在电力网中 当有负荷功率通过电力线路和变压器时 就会产生电压降落 简单的讲 电压降落就是供电支路首末两端的相量差 如图所示简单系统 如图所示的简单系统 发电机通过一条线路向一个用户供电 用户负荷已知 设线路末端电压已知 线路每相阻抗已知 则略去导纳后的等值电路如图所示 线路首端电压为 则可以定义 即在电力网电压计算中 表示 可以分解为两 个分量 分别称为电压降落的纵分量和 电压降落的横分量

6、 分别以 U和 工程实际中 通常给出负荷复功率 代入上式 可得 则两端电压的相位差为 将I 电压损耗 一条线路首末两端电压有效值之差 称为线路的电压损耗 为了便于比较电压损耗的大小 常用所谓的电压损耗百分值 即电压损耗和相应线路额定电压相比的百分值 3 电压偏移 由于电力线路中存在电压损耗 线路中各点的实际电压不等 任意一点的实际电压有效值与线路额定电压有效值的差值称为电压偏移 它与额定电压的比值的百分数 m称为电压的偏移百分值 即 电压损耗百分值反映线路首末端电压偏差的大小 电压损耗百分值过大将直接影响供电质量 因此 一条线路的电压损耗百分值在线路通过最大负荷的时候一般不应超过10 而电压的

7、偏移直接反映供电电压的质量 五 电力网潮流的方向 对于高压电力网 一般X R 近似取R 0 则有 其相量关系如图所示 由图可得 六 开式网络的潮流分析 开式电力网式一种简单的电力网 可以分为无变压器的同一电压等级的开式网和有变压器的多级电压开式网 每一种又包含有分支的开式网与无分支的开式网 开式网的负荷一般以集中负荷表示 并且在计算中总是作为已知量 一 同一电压等级开式网计算 若已知开式网的末端电压 则由末端逐渐向首端推算 首先合并b c点的对地导纳 将等值网络简化 第一步 设末端电压为参考电压 计算第一段线路末端电纳中的功率损耗 确定送往a点的负荷 它应当 是末端负荷与末端导纳功率损耗之和

8、即 求第一段线路阻抗中的电压 降落及功率损耗 确定b点电压 第二步 由于已知b点的电压 可以按照第一步的计算内容以及公式对第二段线路进行同样的计算 即求b点的功率损耗 求电路二段送往b点的功率 求第二段线路阻抗中的电压降落 功率损耗 再求出c点的电压 第三步 利用c点的电压对第三段做同样的计算 得到d点的电压 最后求出d点送出的功率 它应当是c点负荷与第三段线路阻抗中的功率损耗以及第三段线路首端电纳中的功率损耗的代数和 例1 无分支电力网如图所示 共有三段线路 三个负荷 导线型号 各段线路长度以及各个负荷值均标注在网上 三相导线水平架设 相邻两导线间的距离为4m 线路额定电压为110kV 电力

9、网首端电压为118kV 求各运行中母线电压及各段线路的功率损耗 解 1 根据已知条件 查表求得各段线路参数 2 计算首端功率 由于a b c点电压未知 首先假设它们的电压等于额定电压UN 然后从末端起计算各段线路中的功率损耗 并推算首端总功率 3 根据以上的计算结果计算a b c点各点电压 二 不同电压等级开式网计算 如图所示一个两级电压开式网 降压变压器实际变比为k 变压器阻抗和导纳习惯上归算到一次侧 升压变压器则归算到二次侧 末端负荷已知 这种电力网计算的特殊性在于变压器的表达方式 一旦变压器的表达方式确定以后 即可制定电力网的等值网络 并根据已知条件 按计算同一电压等级电力网类似方法进行

10、计算 变压器由两种表达方式 第一种是用折算后的阻抗与具有变比为k的理想变压器串联等值电路表示变压器时 此时等值网络如图所示 第二种是将变压器只用折算后的阻抗表示 这时需要把二次侧 或一次侧 线路的参数按照实际变比k折算到一次侧 或二次侧 等值网络如图所示 在计算过程中 用第一种方法表示变压器 由于变压器等值网络两侧的电压不同 经过变压器时要进行归算 但功率通过变压器时不变化 用第二种方法表示变压器时 由于已知二次侧 或一次侧 参数进行了归算 开式按一次侧 或二次侧 额定电压计算 计算的最后结果需要用变压器变比k进行相反的归算以便于还原成实际电压 例题见课本P46例2 2 七 潮流分析计算机算法

11、 随着电力系统的不断发展 计算工作量非常大 再用手工计算潮流已不可能完成 因而电力系统潮流计算一般均利用计算机才能精确和迅速地完成 计算机算法的主要步骤有 1 建立电力系统运行状态的数学模型 2 确定数学模型的计算方法 3 制定程序框图并编制程序 4 上机计算并对计算结果进行分析 以下仅介绍 1 2 两个步骤 一 潮流计算数学模型 1 节点电压方程电力系统潮流计算的数学模型是建立在电力系统等值电路基础上 用来描述电力系统的运行状态 变量和网络参数关系的一种数学方程 电力网络的数学模型有节点电压方程和回路电流方程等种类 在电力系统潮流分布的计算中 广泛采用节点电压方程 在电工理论中 已介绍过用节

12、点导纳矩阵表示的节点电压方程 即 式中 节点注入电流列向量 节点电压列向量 节点导纳矩阵 对于n个节点的网络 它可展开称为 节点导纳矩阵 Yn 的求法 1 节点导纳矩阵 Yn 的对角线元素Yii i 1 2 n 称为自导纳 自导纳Yii等于在节点i施加单位电压 其它节点全部接地时 经节点i向网络中注入的电流 亦等于与i节点相连支路的导纳之和 其表示式为 2 节点导纳矩阵的非对角元素Yji i 1 2 n j 1 2 n i j 称为互导纳 互导纳Yji在数值上就等于在节点i施加单位电压 其他节点全部接地时 经节点j注入网络的电流 亦等于节点j i之间所连支路元件导纳的负值 其表示式为 3 由于

13、Yij Yji 因此网络节点导纳矩阵为对称矩阵 因而只求节点导纳矩阵 Yn 的上三角或下三角元素即可 4 若节点i j之间没有支路直接相连时 则有Yij Yji 0 这样 Yn 中将有大量的零元素 可见 节点导纳矩阵为稀疏矩阵 并且导纳矩阵各行非对角非零元素的个数等于对应节点所连的不接地支路数 节点电压的列向量中节点电压 在网络中有接地支路时 通常以大地作参考点 节点电压就是各节点的对地电压 2 潮流计算方程由以上介绍数学模型可知 若已知节点注入电流或电压和网络中发电机 变压器 线路 电抗器参数 则可直接求解这一线性方程 但实际中往往已知不是节点注入电流而是节点注入功率 则必须用节点注入功率表

14、示节点注入电流 而节点注入功率与节点电压是非线性关系 从而使潮流计算变成非线性方程的求解 如图所示表示某三个节点的简单电力系统及其等值电路 其网络方程为 其中 因为 所以节点电流用功率和电压可以表示为 这是一组复数方程式 如果把实部和虚部分开 便得到6个实数方程 对于n个节点的网络 可以列写2n个方程 通常每一个节点都有6个变量 即发电机发出的有功功率和无功功率 负荷吸收的有功功率和无功功率 以及节点电压的幅值和相位 因此 对于每一个节点 必须给出这6个变量中的4个 使待求量的数目同方程的数目相等 才能对方程组求解 通常把负荷功率作为已知量 并把节点功率Pi PLDi PGi和Qi QLDi

15、QGi代入网络方程 这样 n个节点的电力系统潮流方程的一般形式可以写为 将上述方程的实部和虚部分开 对每一个节点可得2个实数方程 但是变量仍还有4个 即还要再给定其中的2个 将剩下的2个作为待求变量 方程组才可以求解 根据电力系统的实际运行条件 按给定变量的不同 一般将节点分为以下三种类型 3 节点的分类 1 PQ节点这类节点有功功率P和无功功率Q是给定的 节点电压U 是待求量 通常变电所都是这一类型的节点 由于没有发电机设备 故发电功率为零 若系统中某些发电厂按给定的功率运行时 则该发电厂母线可作为PQ节点 可见 电力系统中的绝大多数节点属于这一类 2 PU节点这类节点的有功功率P和电压幅值

16、U是给定的 节点的无功功率Q和电压的相位 是待求量 这类节点必须有足够的可调无功容量 用以维持给定的电压幅值 因而又称之为电压控制节点 一般是选择有一定无功储备的发电厂和具有可调无功电源设备的变电所作为PU节点 在电力系统中 这一类节点的数目很少 3 平衡节点网络中至少有一个节点的有功功率P不能给定 这个节点承担了系统有功功率的平衡 故称之为平衡节点 另外 必须选定一个节点 指定其电压相位为零 作为计算每节点电压相位的参考 这个节点的电压幅值也是给定的 为了计算上的方便 常将平衡节点和参考节点选为同一个节点 习惯上称之为平衡节点 亦称为松弛节点 摇摆节点 电力系统中平衡节点一般只有1个 它的电压幅值和相位已给定 而其有功功率P和无功功率Q为待求量 一般选择主调频发电厂母线为平衡节点 但在进行潮流计算时也可以按照别的原则来选择 例如 为了提高导纳矩阵潮流程序的收敛行 也可以选择出线最多的发电厂母线作为平衡节点 由于平衡节点的电压已给定 只需计算其余 n 1 节点的电压 所以方程的数目实际上只有2 n 1 个 4 约束条件 通过求解方程得到了全部节点电压以后 就可以进一步计算各类节点的功率