張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章

第三章輸電線路運(yùn)行特性及簡單系統(tǒng)潮流估算電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的任務(wù)：在已知某些運(yùn)行參數(shù)的情況下，計(jì)算出系統(tǒng)中全部的運(yùn)行參數(shù)。一般母線負(fù)荷功率已知。電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的方法：將電力系統(tǒng)實(shí)際設(shè)備用等值電路來表示，組成一個總的等值電路，按電路的分析方法進(jìn)行求解，因此潮流計(jì)算的基礎(chǔ)是電路計(jì)算。***潮流計(jì)算中已知或給定的量為有功功率和無功功率。電力系統(tǒng)潮流(PowerFlow)：指系統(tǒng)中所有運(yùn)行參數(shù)的總體，包括各母線電壓的大小和相位、各發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的功率及電流，以及變壓器和線路等元件所通過的功率、電流和其中的損耗。**如無特殊說明，各量都是用標(biāo)幺值表示。3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!§3-1電力網(wǎng)的電壓降落和功率損耗一、電壓降落、電壓損耗和電壓偏移(一)電壓降落先不考慮線路Π型等值電路中的接地支路(并聯(lián)支路)。(并聯(lián)支路不影響始末端的電壓差值。)線路一相等值電路：線路始端功率線路始端電壓線路末端功率線路末端電壓不接地支路(串聯(lián)支路)電阻和電抗電壓降落為始末端電壓的相量差：始端功率=末端功率+功率損耗3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!§3-1電力網(wǎng)的電壓降落和功率損耗設(shè)參考相量1.已知末端功率和末端電壓的情況2.已知始端功率和始端電壓的情況(3-2)(3-3)已知末端電壓和功率時的電壓降落(3-4)3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!§3-1電力網(wǎng)的電壓降落和功率損耗2.已知始端功率和始端電壓的情況令已知始端電壓和功率時的電壓降落θ3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!§3-1電力網(wǎng)的電壓降落和功率損耗二、功率分布和功率損耗1.線路的功率分布和功率損耗當(dāng)線路流過電流或功率時，在線路的電阻中將產(chǎn)生有功功率損耗，線路的電抗中則產(chǎn)生無功功率損耗，它們都與通過線路的電流或功率有關(guān)。另一方面，在線路電容中將產(chǎn)生無功功率，其大小與線路電壓有關(guān)。對線路中功率損耗和功率分布，應(yīng)用其Π型等值電路來進(jìn)行分析和計(jì)算。2.變壓器的功率分布3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!§3-1電力網(wǎng)的電壓降落和功率損耗5)計(jì)算始端電壓6)計(jì)算始端并聯(lián)支路的功率7)計(jì)算始端功率線路總功率損耗：消耗感性無功功率消耗容性無功功率傳輸功率越大，感性無功越大；電壓越高，容性無功越大。傳輸效率：(3-25)(3-26)(3-27)3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!§3-1電力網(wǎng)的電壓降落和功率損耗2.變壓器的功率分布(1)若已知1)計(jì)算變壓器串聯(lián)支路的功率損耗2)計(jì)算變壓器串聯(lián)支路始端的功率3)計(jì)算變壓器始端電壓4)計(jì)算變壓器并聯(lián)支路的功率損耗5)計(jì)算變壓器的輸入功率(3-28)(3-29)(3-30)(3-31)(3-32)3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!§3-1電力網(wǎng)的電壓降落和功率損耗例3-1圖示系統(tǒng)，有名值表示的等值電路參數(shù)(歸算到110kV側(cè))，以及取SB=100MVA、UB=UN時用標(biāo)幺值表示的等值電路參數(shù)列于下圖。變壓器低壓母線電壓為10kV，負(fù)荷為30+j20MVA,分別用有名值和標(biāo)幺值計(jì)算網(wǎng)絡(luò)功率分布和電壓分布。3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!§3-1電力網(wǎng)的電壓降落和功率損耗(3)變壓器輸入功率(4)線路功率損耗(5)始端母線電壓(以UB為參考相量)3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!§3-1電力網(wǎng)的電壓降落和功率損耗解用標(biāo)幺值計(jì)算(2)變壓器電壓降落(1)變壓器功率損耗忽略電壓降落橫分量3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!§3-1電力網(wǎng)的電壓降落和功率損耗忽略電壓降橫分量(6)始端功率(7)系統(tǒng)電壓指標(biāo)3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!§3-2輸電線路的運(yùn)行特性高壓線路導(dǎo)線截面較大，X>>R，可忽略電阻(忽略電壓降落的橫向分量)：由于線路Π型等值電路中的電納為容性，B本身大于零，因此U1<U2。線路不太長時，等值電路中B約為b1與l的乘積，X約為x1與l的乘積，因此末端空載電壓的升高與線路長度l的平方成正比。注意：(對高壓輸電線路)輸電線路空載時末端電壓高于始端電壓。則有若線路很長，則可應(yīng)用線路方程式：在r1=0和g1=0的情況下，3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!§3-2輸電線路的運(yùn)行特性二、輸電線路的傳輸功率極限假設(shè)Π型等值電路中的電阻為零(R=0)，且不計(jì)兩端并聯(lián)導(dǎo)納。忽略電阻時，線路始、末端有功功率相等，故線路傳輸功率為輸電線路的最大傳輸功率與兩端電壓的乘積成正比，而與線路電抗成反比。當(dāng)考慮導(dǎo)線發(fā)熱和系統(tǒng)穩(wěn)定性等因素，線路輸送的有功功率往往比上述最大傳輸功率小很多。R=03/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!§3-3簡單輻射形網(wǎng)絡(luò)和閉式網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算一、輻射形網(wǎng)絡(luò)的潮流估算方法作整個系統(tǒng)的等值電路步：近似計(jì)算功率分布，認(rèn)為各母線電壓均為額定電壓，相位為零。第二步：從某一已知電壓母線開始，依次求出各元件的電壓降落，從而得出全部母線電壓。3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!§3-3簡單輻射形網(wǎng)絡(luò)和閉式網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算2.計(jì)算各母線的電壓和相位從某一給定電壓的母線開始，用求得的近似功率分布，依次計(jì)算各母線的電壓和相位。設(shè)已知母線1電壓U1∠0°然后，再由計(jì)算出依次類推，便可得到整個系統(tǒng)中電壓分布的近似結(jié)果。上述兩步計(jì)算的結(jié)果基本上滿足工程要求。若要得到更精確的結(jié)果，可將第二步得到的母線電壓和相位代替原來步計(jì)算中所用的額定電壓，計(jì)算功率分布；然后再用新的功率分布重新計(jì)算電壓分布。3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!解(1)從母線4和5開始，用額定電壓計(jì)算功率損耗和功率分布§3-3簡單輻射形網(wǎng)絡(luò)和閉式網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!(2)從母線1開始依次計(jì)算母線2、3、4和5的電壓§3-3簡單輻射形網(wǎng)絡(luò)和閉式網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!§3-3簡單輻射形網(wǎng)絡(luò)和閉式網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算電壓平衡方程式：功率平衡方程式：負(fù)荷矩——力矩法根據(jù)即可計(jì)算出和3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!§3-3簡單輻射形網(wǎng)絡(luò)和閉式網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算簡單環(huán)形網(wǎng)絡(luò)潮流估算方法：計(jì)算環(huán)網(wǎng)中各母線運(yùn)算負(fù)荷；計(jì)算環(huán)網(wǎng)中的近似功率分布，并求出功率分點(diǎn)；在無功功率分點(diǎn)處將負(fù)荷按近似功率分布結(jié)果分成兩部分，并將環(huán)形網(wǎng)絡(luò)分成兩個輻射形網(wǎng)絡(luò)，然后分別采用輻射形網(wǎng)絡(luò)的潮流估算方法計(jì)算計(jì)及阻抗中損耗時的功率分布，再計(jì)算電壓分布。3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!解(1)計(jì)算輻射形網(wǎng)絡(luò)CD段的功率分布§3-3簡單輻射形網(wǎng)絡(luò)和閉式網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算(2)計(jì)算母線B和C的運(yùn)算負(fù)荷3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!(4)計(jì)算環(huán)形網(wǎng)絡(luò)功率損耗和功率分布§3-3簡單輻射形網(wǎng)絡(luò)和閉式網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算母線A供給的總功率：3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!§3-1電力網(wǎng)的電壓降落和功率損耗電壓降落的縱分量電壓降落的橫分量0θ實(shí)部虛部一般情況下，線路兩端電壓相位差較小，U2＋ΔU2>>δU2(3-7)3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!§3-1電力網(wǎng)的電壓降落和功率損耗(二)電壓損耗和電壓偏移電壓損耗：線路兩端電壓的數(shù)值差。近似計(jì)算中常用電壓降落的縱分量代替電壓損耗。0θabc電壓偏移：線路始端電壓和末端電壓與線路額定電壓之間的差值。(3-18)3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!§3-1電力網(wǎng)的電壓降落和功率損耗1.線路的功率分布和功率損耗(1)已知線路末端功率和電壓1)計(jì)算末端并聯(lián)支路吸收的功率2)計(jì)算串聯(lián)支路末端的功率3)計(jì)算串聯(lián)支路中的功率損耗4)計(jì)算串聯(lián)支路始端的功率(3-21)(3-22)(3-23)(3-24)3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!§3-1電力網(wǎng)的電壓降落和功率損耗(2)已知線路始端功率和電壓線路總功率損耗：3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!§3-1電力網(wǎng)的電壓降落和功率損耗(2)若已知3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!§3-1電力網(wǎng)的電壓降落和功率損耗解用有名值計(jì)算(2)變壓器電壓降落(1)變壓器功率損耗忽略電壓降落橫分量3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!§3-1電力網(wǎng)的電壓降落和功率損耗忽略電壓降橫分量(6)始端功率(7)系統(tǒng)電壓指標(biāo)3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!§3-1電力網(wǎng)的電壓降落和功率損耗(3)變壓器輸入功率(4)線路功率損耗(5)始端母線電壓(以UB為參考相量)3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!§3-2輸電線路的運(yùn)行特性一、輸電線路的空載運(yùn)行特性為分析簡單，令G=0基本概念分析線路空載時始端電壓和末端電壓的關(guān)系。空載時線路末端功率為零。若線路末端電壓U2為已知，則(3-21)G=0(3-22)(3-25)G=03/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!§3-2輸電線路的運(yùn)行特性當(dāng)時，U1=0，說明始端電壓為零也可使末端電壓達(dá)到給定的電壓。這種情況相當(dāng)于發(fā)生諧振，相應(yīng)線路長度約為1/4波長，即1500km。高壓輸電線路輕載時也會產(chǎn)生末端電壓升高的現(xiàn)象。(因?yàn)殡妷焊?，所以等值電容大，容性電流大，容性無功功率大)若線路電壓過高，則會危害線路的絕緣，因此應(yīng)采取措施補(bǔ)償線路的電容電流，常用方法為在線路末端加裝并聯(lián)電抗器。3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!§3-2輸電線路的運(yùn)行特性三、輸電線路功率與電壓之間的定性關(guān)系在輸電系統(tǒng)，特別是高壓輸電系統(tǒng)中，(線路和變壓器)電阻遠(yuǎn)小于電抗，有功功率與兩端電壓相位差之間，無功功率與電壓損耗之間的關(guān)系非常緊密。

(有功與電壓損耗之間、無功與電壓相位差之間關(guān)系較弱。)線路傳送的無功功率令R=0得：線路傳送的無功功率與兩端的電壓差，即線路的電壓損耗成正比。無功功率由電壓高端向電壓低端流動。3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!§3-3簡單輻射形網(wǎng)絡(luò)和閉式網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算1.計(jì)算近似功率分布從離電源最遠(yuǎn)的母線開始，分別計(jì)算連接這些母線的線路或變壓器的等值電路中的功率分布。計(jì)算時應(yīng)注意同理，依次計(jì)算母線3和5之間等值電路中的功率分布，并得出母線3上的負(fù)荷為：3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!例3-3網(wǎng)絡(luò)接線圖、等值電路和參數(shù)如下圖所示，母線1的電§3-3簡單輻射形網(wǎng)絡(luò)和閉式網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算，求該系統(tǒng)的功率和電壓分布。壓為3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!§3-3簡單輻射形網(wǎng)絡(luò)和閉式網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第三章共40頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!§3-3簡單輻射形網(wǎng)絡(luò)和閉式網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算二、簡單環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的潮流估算方法中包含了與其母線相連的兩條線路上的接地導(dǎo)納中的功率，這樣處理后的功率常稱為母線的運(yùn)算功率或運(yùn)算負(fù)荷。計(jì)算環(huán)網(wǎng)近似功率分布時可設(shè)各母線的電壓均為額定電壓，相位都等于零。3/3/2023張曉輝電力系統(tǒng)分析第