41電力系統(tǒng)潮流計(jì)算

1、4 電力系統(tǒng)潮流計(jì)算潮流計(jì)算電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析中一種最基本的計(jì)算。穩(wěn)態(tài)分析計(jì)算不考慮發(fā)電機(jī)的參數(shù)，將機(jī)端母線作為系統(tǒng)的邊界點(diǎn)。潮流的基本概念在發(fā)電機(jī)母線上功率被注入網(wǎng)絡(luò)；而在變（配）電站的母線上接入負(fù)荷；兩者之間，功率在網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)。對于這種流動(dòng)的功率，電力生產(chǎn)部門稱之為潮流（Power Flow ）。電力系統(tǒng)潮流計(jì)算潮流計(jì)算的含義根據(jù)給定的運(yùn)行參數(shù)（給定的有功、無功負(fù)荷，發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率以及機(jī)端電壓）確定系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)：計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中各母線節(jié)點(diǎn)的電壓（幅值和相角）計(jì)算各支路中的功率分布及功率損耗。電力系統(tǒng)潮流計(jì)算潮流計(jì)算的用途-經(jīng)常要做的計(jì)算，其他計(jì)算（暫態(tài)計(jì)算）的基礎(chǔ)：選擇導(dǎo)線及電氣設(shè)備，確定

2、主接線方案；計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的電能損耗和運(yùn)行費(fèi)用；制定檢修計(jì)劃，校驗(yàn)電能質(zhì)量；確定系統(tǒng)最佳運(yùn)行方式；整定繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置；為電力網(wǎng)運(yùn)行的安全性與經(jīng)濟(jì)性評估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。一、基本概念（一）電力網(wǎng)的功率損耗 線路、變壓器等設(shè)備具有阻抗、導(dǎo)納，相應(yīng)產(chǎn)生有功及無功的損耗。 功率損耗既多消耗能源，又加速電氣絕緣的老化。為了后續(xù)功率損耗分析計(jì)算的方便，引入概念：電力網(wǎng)環(huán)節(jié)：電網(wǎng)等值電路中通過同一個(gè)電流的阻抗支路或單元。 顯然，電網(wǎng)=多個(gè)環(huán)節(jié)的集合4.1 簡單電力網(wǎng)的分析和計(jì)算（一）電力網(wǎng)的功率損耗圖中四個(gè)重要的功率： 依次分別為：線路首端功率環(huán)節(jié)首端功率環(huán)節(jié)末端功率線路末端功率，亦即（用戶）負(fù)荷功率1、線路中功

3、率損耗的計(jì)算潮流計(jì)算時(shí)，線路常采用的型等值電路如圖示：（一）電力網(wǎng)的功率損耗線路的功率損耗的組成：變動(dòng)損耗串聯(lián)阻抗中產(chǎn)生的有功和無功功率損耗，隨電流變化；固定電容功率亦稱充電功率，在并聯(lián)導(dǎo)納支路上產(chǎn)生的無功損耗，與負(fù)荷無關(guān)。首端電容功率損耗末端電容功率損耗（一）電力網(wǎng)的功率損耗說明：下標(biāo)小寫的s可為1或2，分別表示用線路環(huán)節(jié)首端或末端的功率和電壓來計(jì)算其阻抗支路的有功和無功功率損耗。）（一）電力網(wǎng)的功率損耗當(dāng)s=1，即已知環(huán)節(jié)首端量來求阻抗損耗的計(jì)算式，即為：當(dāng)s=2，即已知環(huán)節(jié)末端量來求阻抗損耗的計(jì)算式，即為：（4-24）（4-25）（4-26）（4-27）（一）電力網(wǎng)的功率損耗 為首端一半

4、線路消耗的容性無功功率。即電容功率線路首端的無功損耗：（4-28）注意！)（一）電力網(wǎng)的功率損耗 為末端一半線路消耗的容性無功功率。線路末端的無功損耗：（4-23）（一）電力網(wǎng)的功率損耗兩點(diǎn)說明：由于差值不大，一般可取線路額定電壓UN 代替U1 、 U2作近似計(jì)算，則有： 計(jì)算阻抗支路的功率損耗時(shí)，務(wù)必注意所用視在功率和電壓的一致性，應(yīng)為線路環(huán)節(jié)同一側(cè)（點(diǎn)）的值。由上述分析計(jì)算，可知：全線路電容（充電）功率（一）電力網(wǎng)的功率損耗2、變壓器功率損耗的計(jì)算常用型等值電路表示；同樣具有串聯(lián)阻抗支路（變動(dòng)損耗）及并聯(lián)導(dǎo)納支路/勵(lì)磁支路（固定損耗） 。其阻抗支路的功率損耗的計(jì)算與前述線路類似。（一）電力

5、網(wǎng)的功率損耗1）變壓器阻抗支路的功率損耗利用廠家給出的短路試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得：（4-31）（一）電力網(wǎng)的功率損耗2）變壓器導(dǎo)納支路的功率損耗（空載試驗(yàn)數(shù)據(jù)）：注意單位！雙繞組變壓器功率損耗計(jì)算總的有功損耗：總的無功損耗：（4-29）（4-31）（一）電力網(wǎng)的功率損耗三繞組變壓器的功率損耗計(jì)算基本公式以及用銘牌數(shù)據(jù)的計(jì)算式，同前。 線路或變壓器阻抗中有功率（電流）流過時(shí)，必然帶來阻抗兩端的電壓不一致。 線路首末端電壓的相量差。即已知環(huán)節(jié)末端電壓及功率，求線路電壓降落的表達(dá)式。（二）電壓的降落、損耗及偏移電壓的降落、損耗及偏移則有 ，進(jìn)而有：（4-3）三相功率和線電壓電壓的降落、損耗及偏移（44）展開

6、得：令 稱為電壓降落的縱分量 稱為電壓降落的橫分量電壓的降落、損耗及偏移首、末端電壓相位差：據(jù)此，線路首端電壓相量為：首端電壓有效值為：電壓的降落、損耗及偏移同理有：末端電壓相量和有效值分別為：首、末端電壓相位差：電壓的降落、損耗及偏移當(dāng)具體點(diǎn)電壓未知時(shí)，可用線路額定電壓UN代替某處的實(shí)際運(yùn)行電壓。兩種情況下的公式推導(dǎo)均以感性無功負(fù)荷為準(zhǔn)，若為容性無功負(fù)荷，則各式中Q取負(fù)值即可。NOTE：電壓的降落、損耗及偏移電壓損耗任意兩點(diǎn)電壓的代數(shù)差，即有效值之差。為了便于比較，常采用電壓損耗百分?jǐn)?shù)（正常運(yùn)行一般不應(yīng)大于10）：若忽略電壓降落橫分量（實(shí)際表明，相對較?。┯汕坝校弘妷航德淇v分量 （4-20）

7、電壓的降落、損耗及偏移電壓偏移電網(wǎng)中任意一點(diǎn)的實(shí)際電壓同該處網(wǎng)絡(luò)額定電壓的數(shù)值差，即UUN。 工程實(shí)際中，一般表示為：即電壓偏移百分?jǐn)?shù)：用來反映供電電壓的質(zhì)量；一般電壓損耗越大，各點(diǎn)電壓偏移越大。輸電系統(tǒng)其它相關(guān)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：電壓的降落、損耗及偏移二、開式電力網(wǎng)的潮流計(jì)算簡稱”開式網(wǎng)”，可分為：同一電壓等級的開式網(wǎng)（無變壓器）多級電壓開式網(wǎng)（含變壓器）開式網(wǎng)中，負(fù)荷一般統(tǒng)一用集中負(fù)荷功率表示，均為已知量。（一）同一電壓等級的開式網(wǎng)的計(jì)算由若干條線路組成，每段線路均類似，可作為一個(gè)線路環(huán)節(jié)。故，求解關(guān)鍵在于每一個(gè)阻抗環(huán)節(jié)的功率和電壓關(guān)系。要求任意一段阻抗環(huán)節(jié)的功率、電壓平衡關(guān)系，必須已知某節(jié)點(diǎn)電

8、壓以及功率。根據(jù)已知條件的不同，分三種情況：（1）若已知 和線路末端電壓 ，從末端入手倒推。開式電力網(wǎng)的潮流計(jì)算即開式電力網(wǎng)的潮流計(jì)算1）由求出的S2 ，外加已知U2可得阻抗中功率損耗：首先，可求得線路末端電容功率損耗為：進(jìn)而，可得環(huán)節(jié)末端功率：進(jìn)而，可得環(huán)節(jié)首端功率S1 ：開式電力網(wǎng)的潮流計(jì)算由進(jìn)而，可求得該段線路環(huán)節(jié)首端電壓U1為：2）由求出的S2 ，加已知的末端電壓U2，可得阻抗中電壓降落：開式電力網(wǎng)的潮流計(jì)算 最后，可求得線路首端功率：由求得的首端電壓U1，進(jìn)而可求得線路首端電容功率損耗為：開式電力網(wǎng)的潮流計(jì)算（2）若已知 和 ，類似（1）所述計(jì)算方法（1、2兩種情況均是已知同一側(cè)的電

9、量）： 從首端入手，往末端推。開式電力網(wǎng)的潮流計(jì)算（3）若已知 和 （已知量不同側(cè)，大多工程實(shí)際情況）思路：先作功率平衡計(jì)算，從末端到首端 ；然后再作電壓平衡計(jì)算，從首端到末端 ；逐段近似計(jì)算。開式電力網(wǎng)的潮流計(jì)算功率計(jì)算 由SLD和UN開始算 計(jì)算過程同情形（1），只不過需用UN代替各點(diǎn)實(shí)際電壓，相當(dāng)于忽略了線路中的電壓降，得到功率損耗的近似值。電壓計(jì)算 顯然，必須要用到1）功率計(jì)算中求出的阻抗環(huán)節(jié)首端功率（近似值）S1。開式電力網(wǎng)的潮流計(jì)算由前剛求得的S1和已知的首端電壓U1，可求得阻抗上壓降：又開式電力網(wǎng)的潮流計(jì)算推廣：任何復(fù)雜電網(wǎng)的等值電路，均可分解成多個(gè)阻抗環(huán)節(jié)； 求解復(fù)雜電網(wǎng)的潮流

10、，可按上述一段阻抗環(huán)節(jié)的功率、電壓算法，逐個(gè)環(huán)節(jié)重復(fù)、遞推計(jì)算。練習(xí)-課本例題4-1及補(bǔ)充習(xí)題-1可求得該段阻抗環(huán)節(jié)末端電壓為：開式電力網(wǎng)的潮流計(jì)算如果R=110kv電網(wǎng)?？扇绱私铺幚?。兩端供電網(wǎng)的潮流計(jì)算前述求出的，只是兩端供電網(wǎng)的初步功率分布：一般情況，有功與無功功率分點(diǎn)一致；功率分點(diǎn)多為網(wǎng)絡(luò)電壓最低點(diǎn)；當(dāng)兩分點(diǎn)不一致時(shí)，一般無功分點(diǎn)為電壓最低點(diǎn)，即一般可在無功分點(diǎn)處拆開成開式網(wǎng)。兩端供電網(wǎng)的潮流計(jì)算兩端供電網(wǎng)的分解與最終潮流分布：1 21 2計(jì)算循環(huán)功率時(shí)，由于由于電力網(wǎng)兩端電源電壓及額定電壓的相位角未知，實(shí)際上各點(diǎn)電壓的相位角差很小，故均以有效值帶入進(jìn)行計(jì)算。兩端供電網(wǎng)的潮流計(jì)算 求

11、功率損耗時(shí)，功率分點(diǎn)及其它節(jié)點(diǎn)的電壓通常都未知，故計(jì)算均近似代以線路額定電壓。1 2兩端供電網(wǎng)的潮流計(jì)算練一練-【補(bǔ)充-3】四、簡單環(huán)網(wǎng)的潮流計(jì)算如圖所示：在環(huán)網(wǎng)的電源點(diǎn)將網(wǎng)絡(luò)拆開；看成是特殊的兩端供電網(wǎng)；其左右兩電源電壓大小相等、相位相同。簡單環(huán)網(wǎng)的潮流計(jì)算流經(jīng)阻抗Z31支路的功率：同前述兩端供電網(wǎng)算法，只是無循環(huán)功率：流經(jīng)阻抗Z12支路的功率：簡單環(huán)網(wǎng)的潮流計(jì)算由功率平衡關(guān)系，進(jìn)而可得：后續(xù)計(jì)算，同兩端供電網(wǎng)。 練一練：補(bǔ)充-4兩端供電網(wǎng)和簡單環(huán)網(wǎng)潮流算法小結(jié)詳細(xì)計(jì)算步驟：計(jì)算元件參數(shù)，得電網(wǎng)等值電路；根據(jù)實(shí)際情況和精度不同要求，電路可簡化。設(shè)全網(wǎng)為UN，不考慮網(wǎng)絡(luò)的功率損耗，求網(wǎng)絡(luò)的初步

12、功率分布；計(jì)算循環(huán)功率時(shí)，考慮實(shí)際各點(diǎn)電壓相位差很小，故均以有效值代入公式計(jì)算。找出功率分點(diǎn)，在功率分點(diǎn)處將閉式網(wǎng)分解成兩個(gè)開式網(wǎng)；若有功與無功功率分點(diǎn)不在同一點(diǎn)時(shí) ,則以無功分點(diǎn)作為閉式電網(wǎng)拆開后的起始計(jì)算點(diǎn)。兩端供電網(wǎng)和簡單環(huán)網(wǎng)潮流算法小結(jié)按開式網(wǎng)的潮流算法，設(shè)全網(wǎng)為UN，分別對兩個(gè)開式網(wǎng)重新進(jìn)行計(jì)算：從功率分點(diǎn)向電源點(diǎn)推算功率損耗，得出最終功率分布。再由電源點(diǎn)，利用已知的電源電壓和剛求得的電源點(diǎn)最終功率，向功率分點(diǎn)推算各段電壓損耗，進(jìn)而得出各節(jié)點(diǎn)電壓。五、多級電壓閉式網(wǎng)潮流計(jì)算閉式網(wǎng)中含有變壓器，即構(gòu)成包含不同電壓等級的閉式網(wǎng)-常稱為，電磁環(huán)網(wǎng)。下圖所示為兩臺變壓器構(gòu)成的典型電磁環(huán)網(wǎng)：變

13、比分別為k1、k2；變比k可能相等，也可能不等。aa多級電壓閉式網(wǎng)潮流計(jì)算不計(jì)變壓器和線路的導(dǎo)納回路；將變壓器參數(shù)歸算到二次側(cè)且與線路阻抗合并； 即得等值網(wǎng)絡(luò)為：多級電壓閉式網(wǎng)潮流計(jì)算將網(wǎng)絡(luò)從電源點(diǎn)A拆開，把電源電壓歸算到變壓器二次側(cè)，可得如下所示兩端供電網(wǎng)：當(dāng)變比為k:1時(shí)，有變壓器二次側(cè)電壓為：aak:1多級電壓閉式網(wǎng)潮流計(jì)算當(dāng)變比為1:k時(shí)，有變壓器二次側(cè)電壓為：aa1:k顯然上述網(wǎng)絡(luò)可利用前述公式（4-44）和（4-45）計(jì)算其功率分布-供載功率+循環(huán)功率。aa多級電壓閉式網(wǎng)潮流計(jì)算當(dāng)變比相等即k1=k2時(shí)，兩端電壓相等，循環(huán)功率為零。當(dāng)變比不相等時(shí)，兩端電壓不相等，會產(chǎn)生循環(huán)功率：變比為k:1時(shí)，產(chǎn)生的電壓降落為：變比為1:k時(shí)，產(chǎn)生的電壓降落為：此電動(dòng)勢稱為環(huán)路電動(dòng)勢，簡稱環(huán)路電勢。多級電壓閉式網(wǎng)潮流計(jì)算環(huán)路電動(dòng)勢恰好等于環(huán)路空載時(shí)，有歸