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1、电力系统分析电力系统分析第3章 简单电力系统的潮流计算本章提示本章提示3.1 基本概念基本概念3.2 开式网络的电压和功率分布计算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简单闭式网的电压和功率分布计算小结小结 电力系统分析电力系统分析本章提示本章提示l负荷功率的表示法；负荷功率的表示法；l电压降落、电压损耗、电压偏移、运算电压降落、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；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、电压损耗的计电力网元件的功率损耗、电压损耗的计算；算；l开式网、简单闭式网的潮流计算（同一开式网、简单闭式网的潮流计算（同一
2、电压级、多个电压级）。电压级、多个电压级）。电力系统分析电力系统分析3.1.1 3.1.1 负荷功率的表示方法负荷功率的表示方法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3.1.3 3.1.3 功率损耗功率损耗 3.1.4 3.1.4 运算负荷功率和运算电源功率运算负荷功率和运算电源功率 3.1 基本概念基本概念电力系统分析电力系统分析3.1.1 3.1.1 负荷功率的表示方法负荷功率的表示方法在在电力系力系统计算中，算中，负荷常以复功率形式荷常以复功率形式给出，出，复功率的表示方法有两种，即复功率的表示方法有两种，即:（3.13.1） l 本书采用前一种
3、表示形式本书采用前一种表示形式 若负荷为感性时，电流相量滞后于电压相量，可得：若负荷为感性时，电流相量滞后于电压相量，可得：（3.23.2） 若负荷为容性时，电流相量超前于电压相量，可得：若负荷为容性时，电流相量超前于电压相量，可得：（3.33.3） 电力系统分析电力系统分析3.1.2 电压电压降落、电压损耗、电压偏移电压降落电压降落 电压降落是指网络元件首末端电压的相量差电压降落是指网络元件首末端电压的相量差 图图3.2 3.2 网络元件的等值电路网络元件的等值电路（3.43.4） 因为：（3.53.5） 所以有：（3.63.6） 电力系统分析电力系统分析 电压降落电压降落当网络元件末端当网
4、络元件末端 、 、 已知时已知时,以以 为参考相量，首为参考相量，首端电压为端电压为图图3.43.4电压降落示意图电压降落示意图式中： 电压降落的纵分量 电压降落横分量首末端电压的相位差（3.73.7） 3.1.2 3.1.2 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系统分析 电压损耗电压损耗 电压损耗指耗指电力网两点力网两点电压的代数差的代数差 图图3.43.4电压损耗示意图电压损耗示意图 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 电压偏移
5、指偏移指电力网中某点的力网中某点的实际电压同网同网络该处的的额定定电压之差，可用偏差表示，也可用之差，可用偏差表示，也可用额定定电压的百分比表示的百分比表示（3.93.9） 3.1.2 3.1.2 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、电压偏移电压降落、电压损耗、电压偏移电压降落、电压损耗、电压偏移 电压偏移直接反映供电电压的质量电力系统分析电力系统分析3.1.3 3.1.3 功率损耗功率损耗l电力网在传输功率的过程中要在输电线路和变压器上产生功率损耗。一部分是在网络元件阻抗上产生的损耗，这部分损耗随传输功率的增大而增大l功率损耗由两部分组成： 图3.5 输电
6、线路和变压器的等值电路另一部分是在网络元件导纳上产生的损耗，可近似认为只与电压有关，与传输功率无关。电力系统分析电力系统分析阻抗中的功率损耗阻抗中的功率损耗 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：（3.103.10） 3.1.3 3.1.3 3.1.3 3.1.3 功率损耗功率损耗功率损耗功率损耗电力系统分析电力系统分析导纳中的功率损耗导纳中的功率损耗 输电线路输电线路 近似计算时， 、 常用额定电压 代替。3.1.3 3.1.3 3.1.3 3.1.3 功率损耗功率损耗功率损耗功率损耗电力系统分析电力系统分析 实际计算时
7、，变压器的实际计算时，变压器的励磁损耗可直接根据空励磁损耗可直接根据空载试验数据确定载试验数据确定 导纳中的功率损耗导纳中的功率损耗变压器变压器（3.123.12） 3.1.3 3.1.3 3.1.3 3.1.3 功率损耗功率损耗功率损耗功率损耗电力系统分析电力系统分析3.1.4 3.1.4 运算负荷功率和运算电源功率运算负荷功率和运算电源功率运算电源功率运算电源功率 所谓运算电源功率，实际上是发电厂高压母线输入系统所谓运算电源功率，实际上是发电厂高压母线输入系统的等值功率。的等值功率。 （3.133.13） 图图3.6 3.6 运算电源功率和运算负荷功率运算电源功率和运算负荷功率 它等于发电
8、机机压母线送出的功率，减去变压器阻抗、它等于发电机机压母线送出的功率，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 功功率损耗的一半。功功率损耗的一半。电力系统分析电力系统分析 运算负荷功率运算负荷功率 所谓运算负荷功率，实际上是变电所高压母线从系统所谓运算负荷功率，实际上是变电所高压母线从系统吸取的等值功率。吸取的等值功率。 （3.143.14） 3.1.4 3.1.4 3.1.4 3.1.4 运算负荷功率和运算电源功率运算负荷功率和运算电源功率运算负荷功率和运算电源功率运算负荷功率和运算电源功率 它等于变电所二次侧的集
9、中负荷功率，加上变压器阻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联线路导纳抗、导纳的功率损耗，减去变电所高压母线所联线路导纳中无功功率的一半中无功功率的一半. .电力系统分析电力系统分析3.2 3.2 开式网络的电压和功率分布计算开式网络的电压和功率分布计算3.2.1 3.2.1 同一电压等级开式网的计算同一电压等级开式网的计算3.2.2 3.2.2 不同电压等级开式网计算不同电压等级开式网计算电力系统分析电力系统分析开式网开式网：网络中任何一个负荷点都只能由一个方：网络中任何一个负荷点都只能由一个方向获得电能的网络。向获得电能的网络。3.2 3.
10、2 3.2 3.2 开式网络的电压和功率分布计算开式网络的电压和功率分布计算开式网络的电压和功率分布计算开式网络的电压和功率分布计算开式网络是电力网中结构最简单的一种。开式网络是电力网中结构最简单的一种。开式网可分为：开式网可分为： 同一电压等级的开式网同一电压等级的开式网 多级电压开式网多级电压开式网电力系统分析电力系统分析3.2.1 3.2.1 同一电压等级开式网的计算同一电压等级开式网的计算 进行开式网计算时，首先确定网络元件的参数，并绘出其等值电路，如图3.7b， 然后将等值电路化简为3.7c，图中（3.153.15） 3.7开式网络及其等值电路开式网络及其等值电路电力系统分析电力系统
11、分析已知同一端的电压和功率已知同一端的电压和功率 多数是已知末端电压和功率，求首端电压和功率。多数是已知末端电压和功率，求首端电压和功率。3.2.1 3.2.1 3.2.1 3.2.1 同一电压等级开式网的计算同一电压等级开式网的计算同一电压等级开式网的计算同一电压等级开式网的计算电力系统分析电力系统分析已知同一端的电压和功率已知同一端的电压和功率 3.2.1 3.2.1 3.2.1 3.2.1 同一电压等级开式网的计算同一电压等级开式网的计算同一电压等级开式网的计算同一电压等级开式网的计算电力系统分析电力系统分析已知不同端的电压和功率已知不同端的电压和功率第一步：由末端向首端逐段计算功率。第
12、一步：由末端向首端逐段计算功率。 在计算网络元件的电压损耗时，公式中的电压应在计算网络元件的电压损耗时，公式中的电压应代入各点的实际电压代入各点的实际电压. .由于第一步计算时，以额定电压代替各点实际电压，由于第一步计算时，以额定电压代替各点实际电压，因此计算结果不够精确，为了提高计算精度，可以因此计算结果不够精确，为了提高计算精度，可以重复以上的计算，在计算功率损耗时可以利用前一重复以上的计算，在计算功率损耗时可以利用前一轮第二步所求得的节点电压。轮第二步所求得的节点电压。3.2.1 3.2.1 3.2.1 3.2.1 同一电压等级开式网的计算同一电压等级开式网的计算同一电压等级开式网的计算
13、同一电压等级开式网的计算 第二步：由首端向末端逐段计算各点的电压第二步：由首端向末端逐段计算各点的电压通常是已知首端电压和末端功率通常是已知首端电压和末端功率电力系统分析电力系统分析说明：说明：对于电压为对于电压为35KV35KV及以下的地方电力网，由于电压及以下的地方电力网，由于电压较低、线路较短、输送功率较小，因此在潮流计较低、线路较短、输送功率较小，因此在潮流计算中可以采取下列简化的措施：算中可以采取下列简化的措施：等值电路中忽略并联导纳支路；等值电路中忽略并联导纳支路；不计阻抗中的功率损耗；不计阻抗中的功率损耗；不计电压降的横分量；不计电压降的横分量；在计算公式中用额定电压代替实际电压
14、。在计算公式中用额定电压代替实际电压。3.2.1 3.2.1 3.2.1 3.2.1 同一电压等级开式网的计算同一电压等级开式网的计算同一电压等级开式网的计算同一电压等级开式网的计算电力系统分析电力系统分析例3.1 系统图及其等值电路图如图（a）（b）所示。参数已归算至110KV侧，每台变压器额定容量为20MVA， , , 变压器变比变压器变比110/11KV，低压侧荷，低压侧荷 ，当始端电压为，当始端电压为116KV时，求变压器低压侧电压及电压偏移百分数。时，求变压器低压侧电压及电压偏移百分数。3.2.1 3.2.1 3.2.1 3.2.1 同一电压等级开式网的计算同一电压等级开式网的计算同
15、一电压等级开式网的计算同一电压等级开式网的计算 图图3.8 3.8 例例3.13.1的附图的附图电力系统分析电力系统分析例题例题3.2 额定电压为额定电压为10KV的配电线路，已知数据示于图的配电线路，已知数据示于图a中，中，若各负荷功率因数若各负荷功率因数 试计算线路的最大电压损耗。试计算线路的最大电压损耗。图图3.9 3.9 例例3.23.2的附图的附图3.2.1 3.2.1 3.2.1 3.2.1 同一电压等级开式网的计算同一电压等级开式网的计算同一电压等级开式网的计算同一电压等级开式网的计算电力系统分析电力系统分析3.2.2 3.2.2 不同电压等级开式网计算不同电压等级开式网计算对于
16、这种网络的潮流计算通常有两种方法。对于这种网络的潮流计算通常有两种方法。 方法一：把变压器表示成理想变压器形式,阻抗折算到高压侧，变压器的变比标么值为K。根据已知条件，由末端向首端或由首端向末端逐段进行计算。计算时需注意，经理想变压器时功率不变，但电压需折算。 方法二：把变压器只用折算到高压侧的阻抗表示，线路的参数折算到高压侧。按照前边介绍的同一电压级的开式网计算。计算时需注意，计算的最后结果 需按变比折算成低压侧的实际电压。电力系统分析电力系统分析3.3 简单闭式网的电压和功率分布计算 3.3.1 3.3.1 两端供电网的计算两端供电网的计算3.3.2 3.3.2 多级电压环网的功率分布多级
17、电压环网的功率分布电力系统分析电力系统分析3.3.1两端供电网的计算1.1.两端供电网的初步功率分布两端供电网的初步功率分布2.2.两端供电网的最终功率分布两端供电网的最终功率分布 电力系统分析电力系统分析初步功率分布：忽略各线段上的功率损耗的近似功率分布。初步功率分布：忽略各线段上的功率损耗的近似功率分布。 据基尔霍夫电压和电流定律有据基尔霍夫电压和电流定律有: : l 两端供电网的初步功率分布两端供电网的初步功率分布3.3.13.3.13.3.13.3.1两端供电网的计算两端供电网的计算两端供电网的计算两端供电网的计算电力系统分析电力系统分析 每个电源发出的功率都由两部分组成：每个电源发出
18、的功率都由两部分组成： 第一部分与各点负荷及负荷到另一电源的阻抗有关，第一部分与各点负荷及负荷到另一电源的阻抗有关，为供给负荷的功率，简称为为供给负荷的功率，简称为供载功率供载功率； 第二部分与电源两端电压向量差有关而与负荷无关，第二部分与电源两端电压向量差有关而与负荷无关，简称为简称为循环功率循环功率。 l 两端供电网的初步功率分布两端供电网的初步功率分布3.3.13.3.13.3.13.3.1两端供电网的计算两端供电网的计算两端供电网的计算两端供电网的计算电力系统分析电力系统分析G GG GS S1 1S S2 2S S3 3S Sn nS Si iA AB B电力系统分析电力系统分析有功
19、功率分点与有功功率分点与无功功率分点可无功功率分点可能重合，也可能能重合，也可能不重合，若不重不重合，若不重合合时，有功功率，有功功率分点用分点用“”表表示，无功功率分示，无功功率分点用点用“”表示表示。 两端供电网的初步功率分布两端供电网的初步功率分布功率分点：功率分点：在在电力网中，功率由两个方向流入的力网中，功率由两个方向流入的节点称点称为功率分点功率分点，用用“”号表示，号表示，3.3.13.3.13.3.13.3.1两端供电网的计算两端供电网的计算两端供电网的计算两端供电网的计算 图3.11 两端供电网 电力系统分析电力系统分析对于两端供电网，当计算对于两端供电网，当计算初步潮流分布
20、后，从功率初步潮流分布后，从功率分点处将网络打开，变成分点处将网络打开，变成两个开式电力网。然后按两个开式电力网。然后按照开式网功率分布的计算照开式网功率分布的计算方法，计算考虑功率损耗方法，计算考虑功率损耗的功率分布。的功率分布。在计算功率损耗时，网络在计算功率损耗时，网络中各点的未知电压可用线中各点的未知电压可用线路额定电压代替。路额定电压代替。当有功分点和无功分点不当有功分点和无功分点不一致时，常选电压较低的一致时，常选电压较低的分点将网络打开。分点将网络打开。l 两端供电网的最终功率分布两端供电网的最终功率分布3.3.13.3.13.3.13.3.1两端供电网的计算两端供电网的计算两端
21、供电网的计算两端供电网的计算 图图3.11 3.11 两端供电网两端供电网 电力系统分析电力系统分析当两端供电网两端电压相等时，就得到环网，因此可当两端供电网两端电压相等时，就得到环网，因此可说环网是两端供电网的特例。同一电压等级的环网中说环网是两端供电网的特例。同一电压等级的环网中无循环功率。无循环功率。 从上面计算供电点输出功率的公式可见，由于公式中从上面计算供电点输出功率的公式可见，由于公式中的功率、电压、阻抗都是复数，因此需进行复杂的复的功率、电压、阻抗都是复数，因此需进行复杂的复数运算，通常称之为复功率法。这种运算对于某些特数运算，通常称之为复功率法。这种运算对于某些特殊情况下可以简
22、化。殊情况下可以简化。对于电压等级为对于电压等级为35KV35KV及以下的两端供电地方网，由于及以下的两端供电地方网，由于可以忽略阻抗和导纳中的功率损耗，因此初步潮流分可以忽略阻抗和导纳中的功率损耗，因此初步潮流分布也是最终潮流分布。布也是最终潮流分布。关于两端供电网功率分布的几点说明：关于两端供电网功率分布的几点说明：3.3.13.3.13.3.13.3.1两端供电网的计算两端供电网的计算两端供电网的计算两端供电网的计算电力系统分析电力系统分析当电力网各段线路的电抗与电阻的比值相等时，叫做均一电力网。两端供电网潮流计算的简化：均一网中有功功率和无功功率的分布彼此无关，并且只利用各线段的电阻（
23、或电抗）分别计算。3.3.13.3.13.3.13.3.1两端供电网的计算两端供电网的计算两端供电网的计算两端供电网的计算式（3.19）的第一项，即供载功率可简化为：（3.203.20） 电力系统分析电力系统分析电压等级和导线截面积相同，即各段单位长度的阻抗值都相等的均一网： 两端供电网潮流计算的简化：这种均一网，有功功率和无功功率分布只由线路长度来决定 3.3.13.3.13.3.13.3.1两端供电网的计算两端供电网的计算两端供电网的计算两端供电网的计算(3.21) (3.21) 电力系统分析电力系统分析例例3.3对图所示环形等值网络进行潮流计算。图中对图所示环形等值网络进行潮流计算。图中
24、各线路的阻抗为各线路的阻抗为 各点的运算负荷为各点的运算负荷为 且 .3.3.13.3.13.3.13.3.1两端供电网的计算两端供电网的计算两端供电网的计算两端供电网的计算图图3.12 3.12 例例3.33.3的附图的附图 电力系统分析电力系统分析3.3.2 多级电压环网的功率分布在电力系统中，由几个电压等级组成的环形在电力系统中，由几个电压等级组成的环形网，简称网，简称多级环网多级环网。 在多级环网内必然有串联的变压器接入，若串在多级环网内必然有串联的变压器接入，若串联接入的变压器变比不匹配时，在环网内就会联接入的变压器变比不匹配时，在环网内就会出现附加电势，形成出现附加电势，形成循环功
25、率循环功率。 图图3.13 3.13 变比不等的变压器并联运行时的功率分布变比不等的变压器并联运行时的功率分布电力系统分析电力系统分析循环功率是由环路电势产生的，当两变压器的变比相等时，E=0，循环功率也就不存在。循环功率为：3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 多级电压环网的功率分布多级电压环网的功率分布多级电压环网的功率分布多级电压环网的功率分布图图3.13 3.13 变比不等的变压器并联运行时的功率分布变比不等的变压器并联运行时的功率分布电力系统分析电力系统分析多级电压环网功率分布的确定：多级电压环网功率分布的确定：先由环网负荷和阻抗参数求出供载功率，先由环网负荷和阻抗参数求出
26、供载功率，再由附加电势和环网总阻抗求出循环功率，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。将两者叠加，即可求出初步潮流分布。图图3.13 3.13 变比不等的变压器并联运行时的功率分布变比不等的变压器并联运行时的功率分布3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 多级电压环网的功率分布多级电压环网的功率分布多级电压环网的功率分布多级电压环网的功率分布电力系统分析电力系统分析附加电势的确定： 的确定：各变压器变比均规定为高压侧比低压侧，在环网中任选一起点，任选一环绕方向（多数情况 选顺时针方向），沿环网绕行一周，遇到顺环绕方向起升压作用的变压器乘以变比，遇到起降
27、压作用的变压器除以变比，即可求得 。式中： 称为环网的等值变比， （3.233.23） 3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 多级电压环网的功率分布多级电压环网的功率分布多级电压环网的功率分布多级电压环网的功率分布电力系统分析电力系统分析例例3.4 某某35KV变电所有二台变压器并联运行，如图所示，其变电所有二台变压器并联运行，如图所示，其归算至高压侧的参数如下：归算至高压侧的参数如下： ， ， ，二台变压器均忽略励磁支路。变，二台变压器均忽略励磁支路。变电所低压侧通过的总功率为电所低压侧通过的总功率为 ， 试求：试求：1）当变压器的变比为）当变压器的变比为 时，每台变压时，每台变压
28、器通过的功率为多少？器通过的功率为多少？（2）当）当 时，每台变压时，每台变压器通过的功率为多少？器通过的功率为多少？图图3.14 3.14 例例3.4 3.4 的附图的附图3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 多级电压环网的功率分布多级电压环网的功率分布多级电压环网的功率分布多级电压环网的功率分布电力系统分析电力系统分析小小 结开开式式网网络络的的已已知知条条件件通通常常为为电电源源点点的的电电压压和和负负荷荷点点的的功功率率，潮潮流流计计算算计计算算时时可可分分两两步步进进行行，第第一一步步由由负负荷荷端端向向电电源源端端计计算算功功率率分分布布；第第二二步步由由电电源源端端向向
29、负负荷荷端端计计算算各各节点的实际电压。节点的实际电压。 简简单单闭闭式式网网潮潮流流计计算算也也分分两两步步进进行行，首首先先不不计计网网络络的的功功率率损损耗耗，进进行行初初步步潮潮流流分分布布计计算算；其其次次在在功功率率分分点点处处将将网网络络打打开开，变变成成两两个个开开式式网网，然然后后按按着着开开式式网网的的计计算算方法计算最终潮流分布。方法计算最终潮流分布。环环网网是是两两端端供供电电网网的的特特例例，含含有有变变压压器器的的环环网网，当当变变比比不匹配时，将产生环路电势，并产生循环功率。不匹配时，将产生环路电势，并产生循环功率。 第第第第3 3 3 3章章章章 简单电力系统的潮流计算简单电力系统的潮流计算简单电力系统的潮流计算简单电力系统的潮流计算电力系统分析电力系统分析部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！
