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1、1,第5章 电力系统稳态分析,2,电力系统的潮流计算 电力系统的频率与有功功率 电力系统的电压与无功功率 电力系统经济运行,3,5.1 电力系统的潮流计算,电力网的功率损耗 电力网环节的功率平衡和电压平衡开式电力网的潮流计算两端电源供电网的潮流计算电磁环网的功率分布与电压计算,4,一、电力系统潮流分布的概念1、潮流分布正常运行情况下，电力系统的电压和功率分布称为电力系统的潮流分布；,5,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。,潮流计算的作用电力网规划设计电力系统运行（稳态、短路、稳定 等）继电保护、自动装置
2、整定计算,6,二、电力网等值电路的结构电力系统的等值电路由阻抗支路和对地导纳支路组成,7,（一）电力线路功率损耗的计算,一、电力网的功率损耗,8,9,线路导纳 支路损耗,固定损耗,10,（二）变压器功率损耗的计算,阻抗支路中的功率损耗：,导纳支路中的功率损耗：,11,双绕组变压器的功率损耗,用变压器铭牌数据计算功率损耗,12,13,三绕组变压器功率损耗计算,用铭牌数据计算,14,二、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,15,（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
3、电压的矢量差。,线路电压相量图,16,则,17,由于,电压损耗：电力网中任意两点电压的代数差。,18, 110kV以上电力网电压损耗的计算公式, 110kV及以下电压等级的电力网,19,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 一般不超过15%20%。,20,电压偏移：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。,21,（二）电力网环节首、末端功率和电压的平衡关系,22, 已知负荷功率 和线路末端电压,1)功率平衡关系,2)电压平衡关系,选 为参考相量,23,已知线路首端功率 和线路首端
4、电压,已知线路末端的负荷功率 和线路首端电压,功率平衡计算,24,电压平衡计算,25,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 ； 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。,迭代法的基本步骤:,26,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。,27,（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,Sin0时，P2为正，有功功率从
5、电压超前端向电压滞后端输送。,28,当不计 U2 分量时,U1U2 时，Q2 为正，感性无功功率是从电压高的一端向电压低的一端输送；而容性无功功率是从电压低的一端向电压高的一端输送。,29,线路空载运行时，线路电容功率使末端电压将高于首端电压的现象。,法拉第效应(电容效应）,30,三、开式电力网的潮流计算,基本步骤：计算网络各元件参数并做等值电路分析已知条件，进行功率和电压分布计算,（一）区域网的潮流计算,31,电力系统等值电路的简化 1、降压变电所 降压变电所的等值负荷等值负荷=低压侧负荷+变压器阻抗支路功率损耗+变 压器导纳支路功率损耗。降压变电所的运算负荷运算负荷=等值负荷+相邻线路电容
6、功率的一半。,32,33,34,2、定出力发电厂 等值电源功率=发电机出力-厂用电功率-升压变压器功率损耗 运算电源功率=等值电源功率-相邻线路电容功率的一半,35,36,3、简化后的电力网等值电路,37,变电所的运算负荷 等于其低压母线负荷加上变压器的总功率损耗，再加上高压母线上的负荷和与高压母线相连的所有线路电容功率的一半。,发电厂的运算功率 等于其发出的总功率减去厂用电及地方负荷，再减去升压变压器中的总功率损耗和与其高压母线相连的所有线路电容功率的一半。,38,地方网的特点：,（二）地方网的潮流计算,线路较短 ；电压等级较低 ；输送容量较小。,39,地方网的潮流计算的简化,忽略电力网等值
7、电路中的导纳支路； 忽略阻抗中的功率损耗； 忽略电压降落的横分量； 用线路额定电压代替各点实际电压计算电压损耗。,40,说明,功率分布由末端向首端逐个环节推算；最大电压损耗由首端向末端逐点推算；,线路最大电压损耗是比较重要的运行参数。,开式地方网一般只需计算功率分布和最大电压损耗以及电压最低点电压；,41,一般情况下，对于有n个集中负荷的无分支地方电力网，其电源点（假设为A点）的输出功率为,网络总的电压损耗为,42,对于具有分支线的电力网，一般应计算出电源点至各支线末端的电压损耗，然后比较它们的大小，方可确定网络的最大电压损耗和电压最低点。,43,四、两端电源供电网的潮流计算,（一）两端电源电
8、压相等的供电网的功率分布,44,45,当 Sa、 Sb、 Sc 同时存在时，A、B两电源点的输出功率为,46,供载功率与负荷功率有关的电源输出功率。,均一电力网网络中各段线路型号、截面面积和几何均距都相同的电力网。,47,说明,若网络为均一电力网 ，供载功率的计算可简化为,48,对于接近均一网，可用网络拆开法,49,（二）两端电压不相等供电网的功率分布,计算步骤,计算供载功率；,计算循环功率；,在同一支路中迭加供载功率和循环功率；,50,循环功率按下式计算,算出功率分布后，由 可校验 和 的计算正确与否。,51,功率分点 能从两个方向获取功率的节点。,功率分点分为有功功率分点和无功功率分点，有
9、功功率分点以“”标注，无功功率分点则以“”标注。,在功率分点处将闭式电力网拆开为开式电力网，然后应用开式电力网的方法计算其最大电压损耗。,52,（三）闭式区域网的功率分布,计算步骤,计算网络中线路、变压器的参数，并作等值电路；,计算各变电所的运算负荷，简化等值电路；,在电源点将环网拆开为两端电源电压相等的供电网，计算初步功率分布（不计功率损耗的功率分布）；,根据初步功率分布确定功率分点，将环网拆开为开式电力网，计算最终功率分布及各点电压；,两端电源不相等供电网计算步骤,计算网络中线路、变压器的参数，并作等值电路,假设两端电源相等，不考虑功率损耗，计算各电源供载功率,考虑两端电源不等，计算循环功
10、率,假定中间支路的正方向，求各段的功率分布,计及循环功率求各段的初步功率分布，确定功率分点,地方网,区域网,在功率分点处将闭式电力网拆开为开式电力网，应用开式电力网的方法计算其最大电压损耗,在功率分点处将闭式电力网拆开为开式电力网，应用开式电力网的方法计算考虑功率损耗后的最终功率分布及各点电压,见例5-3,单电源环形区域网计算步骤,计算网络中线路、变压器的参数，并作等值电路,在电源点将环网拆开为两端电源电压相等的供电网，不考虑功率损耗，计算各电源供载功率,假定中间支路的正方向，求各段的初步功率分布，确定功率分点,在功率分点处将闭式电力网拆开为开式电力网，应用开式电力网的方法计算考虑功率损耗后的
11、最终功率分布及各点电压,见例5-4,55,l,l,l,考虑,假设,则b为功率分点，且有,与假定方向相同,56,假设b点电压偏移超过允许范围，采用调压措施使,，则出现循环功率,l,l,l,如果,还可以采用哪些措施？,，则功率分点移至c点，需计算c点的电压偏移,57,假设b点电压偏移超过允许范围，采用调压措施使,，则出现循环功率,l,l,l,则将使两端电源输出功率趋于平衡，Ab段的电压损耗减小，可以改善b点的电压偏移,还可以采用哪些措施？,58,电力网功率的自然分布不采取任何控制调节手段时，电力网的潮流分布称为自然功率分布。辐射形网络功率的自然分布完全取决于各点的负荷，无法调控。两端供电网（包括环
12、形网络）功率（供载功率）的自然分布按阻抗分布，可以调控。,59,60,61,五、电磁环网的功率分布与电压计算,62,由两端供电电压不相等供电网的功率计算方法可得,供载功率及循环功率为,63,循环功率为,环路电势为,64,65,当 或 未知时，环路电势可分别由下式近似计算,等值变比,66,在环网中任选一起点和环绕方向，沿环网环行一周，遇到顺环绕方向起升压作用的变压器时，乘以变比；反之，遇到顺环绕方向起降压作用的变压器时，除以变比，即可求得等值变比。,等值变比的确定方法,67,电力系统运行中，往往可通过改变变比 或采用附加装置来改善电磁环网的功率分布。,说明,采用的附加装置主要有附加调压变压器和基
13、于FACTS技术的统一潮流控制器（UPFC）、静止同步串联补偿器（SSSC）、晶闸管控制串联电容器（TCSC）和晶闸管控制移相器（TCPST）等。,68,5.2 电力系统的频率与有功功率,一、频率调整的必要性 二、电力系统的频率特性 三、电力系统的频率调整 四、综合负荷在发电厂间的合理分配及有功功率的平衡,69,一、频率调整的必要性,(1)频率变化的危害影响异步电动机转速的变化；影响各种电子设备的精确性； 使计算机发生误操作；威胁电力系统自身的正常运行。,70,(2)负荷与频率的关系不受频率影响的负荷与频率变化成正比的负荷 与频率高次方成正比的负荷,71,(3)实际负荷曲线的组成,P1：变化幅
14、度小，变化周期较短（一般为10s以内）的负荷分量； P2：变化幅度较大、变化周期较长（一般为10s3min）的负荷分量； P3：变化缓慢的持续变动负荷。,72,（一）负荷有功-频率静态特性 （二）发电机组有功-频率静态特性,二、电力系统的静态频率特性,73,负荷频率特性,（一）负荷静态频率特性,74,负荷调节效应系数的标幺值,说明其值与系统各类负荷的比重和性质有关，一般取值13； 不能人为整定。,75,发电机组功频特性,（二）发电机组的功频特性,76,kG的标幺值为,kG可人为调节整定； kG的大小与机组类型、调速机构有关，不同类型机组的 kG取值范围不同汽轮发电机组kG* 2516.7，水轮
15、发电机组kG* 5025 。,说明,77,发电机组调速器的主要组成部分 调速系统的主要组成部分：转速测量元件、放大元件、执行结构和转速控制机构等四部分。,同步器的组成同步器由伺服电动机、蜗轮、蜗杆等装置组成。,78,离心飞锤式机械液压调速装置工作原理,79,(4)一次频率调整,80,（5）二次频率调整,81,二次调频的概念及特点,二次调频手动或电动发电机组的同步器来调节其有功功率输出的过程。,二次调频的特点 可以实现频率的无差调节。在一次调频的基础上，由一个或数个发电厂 来承担。,82,电厂的分类主调频厂:负责全系统的频率调整工作，一般由一个发电厂担任； 辅助调频厂:协助主调频厂调频，一般由12个电厂承担； 非调频厂：一般按负荷曲线发电，不参与调频。,（一）主调频厂的选择,三、 电力系统的频率调整,83,具有足够的调节容量和范围 具有较快的调节速度 具有安全性与经济性,(2)主调频厂的选择条件,还应注意以下两点：电源联络线上的交换功率；调频引起的电压波动是否在允许偏移范围之内。,84,300万以上大系统的调度规程规定 ：频率偏移不超过0.2Hz时由主调频厂调频 频率偏移超过0.2Hz时，辅助调频厂参加调频 频率偏移超过0.5Hz时，系统内所有电厂参与调频,(3)各电厂的调频职责,85,枯水季节：水电厂为主调频厂；丰水季节：选择装有中温中压机组的火电厂作为主调频厂。,
