配電線路設(shè)計(jì)施工,運(yùn)行與維護(hù) 李光輝 課件-3第3章電氣計(jì)算

第二章配電網(wǎng)電氣計(jì)算第一節(jié)配電網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算第二節(jié)配電網(wǎng)絡(luò)短路電流計(jì)算第三節(jié)配電網(wǎng)無功率最優(yōu)補(bǔ)償計(jì)算第四節(jié)配電網(wǎng)的電能損耗計(jì)算第一節(jié)配電網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算

一、配電網(wǎng)潮流計(jì)算的特點(diǎn)

配電系統(tǒng)多采用閉式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有開式運(yùn)行的特點(diǎn)，因此，網(wǎng)絡(luò)往往呈現(xiàn)放射狀。在6～10kV的配電網(wǎng)中，往往只有一個(gè)電源點(diǎn)，因此線路上的功率通常具有單向流動(dòng)性等等。不能簡(jiǎn)單套用高壓輸電網(wǎng)潮流計(jì)算常用的高斯-賽德爾法、牛頓法-拉夫遜法或PQ分解法等方法。

（一）線路的r／x比值偏大使PQ解耦法潮流計(jì)算收斂困難

第一節(jié)配電網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算

(一）線路的r／x比值偏大使PQ解耦法潮流計(jì)算收斂困難傳統(tǒng)的潮流計(jì)算方法不僅在原理上難以勝任，而且實(shí)際操作起來也很困難，對(duì)這種配電網(wǎng)的潮流往往采用特殊解法或簡(jiǎn)化的近似解法。第一節(jié)配電網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算

（二）線損計(jì)算要分壓進(jìn)行

對(duì)6～10kV的配電線路，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分布面廣，特別是從我國目前的實(shí)際情況來看，一般線路上的負(fù)荷點(diǎn)無表計(jì)，且人員的技術(shù)水平和管理水平參差不齊，表計(jì)記錄的準(zhǔn)確性和同時(shí)性無法保證，因此，往往采用簡(jiǎn)單實(shí)用的方法計(jì)算配電線路的線損。而對(duì)35kV及以上電壓等級(jí)的高壓配電網(wǎng)，表計(jì)的記錄齊全，可以采用基于潮流的計(jì)算方法（如節(jié)點(diǎn)等效功率法）計(jì)算線損。第一節(jié)配電網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算

（三）諧波分布計(jì)算的特點(diǎn)

用戶是諧波的滋生地，因此配電網(wǎng)是諧波的首要受害者和傳播者，它本身的結(jié)構(gòu)和參數(shù)以及并聯(lián)電容器裝置的參數(shù)，決定了它對(duì)諧波的傳播特性，即是放大了還是抑制了諧波。諧波源應(yīng)視為電流源，并按阻抗分流原理確定它在配電網(wǎng)中的分布。

元件的諧波電抗可以近似地認(rèn)為是相應(yīng)基波電抗的n倍（n＞l，為諧波次數(shù)），而元件的諧波電阻則不同，它通常由直流電阻和與頻率有關(guān)的電阻兩個(gè)部分組成，在工程實(shí)踐中，往往采用近似公式計(jì)算元件的諧波電阻。

第一節(jié)配電網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算二、配電網(wǎng)絡(luò)的潮流計(jì)算方法

由于6～10kV的配電網(wǎng)在結(jié)構(gòu)方面的特殊性，使得用牛頓-拉夫遜法和PQ分解法求解潮流時(shí)往往出現(xiàn)病態(tài)，潮流計(jì)算難以收斂。

第一節(jié)配電網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算

一條6～10kV配電線如圖3-1所示，其中為第i臺(tái)變壓器的額定容量（kV·A）、為流入接于節(jié)點(diǎn)i的負(fù)載變壓器的均方根電流（A），為i號(hào)支路的均方根電流（A）。假定：（1）配電線各節(jié)點(diǎn)電壓相等，且等于對(duì)應(yīng)電壓等級(jí)的額定電壓；（2）各負(fù)荷點(diǎn)電流的均方根值與其變壓器的額定容量成正比；（3）各負(fù)荷點(diǎn)負(fù)荷功率因數(shù)近似相等，即配電線上的均方根電流可以代數(shù)相加減。定義對(duì)應(yīng)該配電線路的變壓器的均方根負(fù)荷率為第一節(jié)配電網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算第一節(jié)配電網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算則由假設(shè)條件（1）和（2）有考慮假設(shè)條件（3）有第一節(jié)配電網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算通過第i個(gè)線路段（末節(jié)點(diǎn)編號(hào)為i的線路段）供電的所有變壓器（公用變和專用變）的額定容量之和。

即一條支路上的電流正比于通過該支路供電的所有變壓器額定容量之和，此即為配電網(wǎng)近似電流分布的計(jì)算公式

第一節(jié)配電網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算（二）用改進(jìn)的PQ法潮流程序求配電網(wǎng)潮流

要想用牛頓-拉夫遜法求解35~110kV配電網(wǎng)的潮流，就必須保證迭代修正方程的系數(shù)矩陣具有明顯的對(duì)角占優(yōu)性，也即保證配電網(wǎng)中的元件阻抗?jié)M足這一條件，這一點(diǎn)可以通過自動(dòng)支路分解來實(shí)現(xiàn)。

第一節(jié)配電網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算

對(duì)一條支路i～j，它的阻抗為10十j0.02，取k等于l0，經(jīng)過自動(dòng)支路分解程序處理后，該支路上自動(dòng)地增加了一個(gè)節(jié)點(diǎn)，設(shè)為h，則原支路變成了兩條支路i～h和h～j，其阻抗分別為第一節(jié)配電網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算

自動(dòng)支路分解程序的計(jì)算步騾為①置t=1；②取原始第t號(hào)支路的電阻r和電抗x，并求比值r／x；③若r／x＜k，則轉(zhuǎn)第⑤步，否則轉(zhuǎn)下一步；④對(duì)t號(hào)支路進(jìn)行自動(dòng)支路分解，并在支路數(shù)據(jù)中，用兩條新的支路代替原來的第t號(hào)支路；⑤置t=t+1，判斷是否還有原始支路，若有，則轉(zhuǎn)第②步，否則轉(zhuǎn)第⑥步，⑥結(jié)束。第一節(jié)配電網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算改進(jìn)的PQ解耦法潮流程序步驟為⑴輸入原始數(shù)據(jù)，包括配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)、支路數(shù)、電源點(diǎn)個(gè)數(shù)和PV節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)等；⑵對(duì)支路掃描，進(jìn)行自動(dòng)支路分解；⑶形成節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣；⑷給節(jié)點(diǎn)電壓的幅值和相位置初值，并置迭代次數(shù)Counto=0；⑸求節(jié)點(diǎn)功率誤差和及其最大值和；⑹如果且，則轉(zhuǎn)第⑾步、否則轉(zhuǎn)下一步；⑺解修正方程，求出修正量和；⑻修正電壓幅值和相角；⑼置Count=Count+1，若Count＞Maxcount（最大允許迭代次數(shù)），則轉(zhuǎn)第⑽步，否則轉(zhuǎn)第⑸步；⑽屏幕輸出“潮流難收斂”，退出并停機(jī)；⑾計(jì)算平衡節(jié)點(diǎn)功率和線路功率；⑿形成潮流結(jié)果數(shù)據(jù)文件，⒀輸出計(jì)算結(jié)果；⒁停機(jī)。

第二節(jié)配電網(wǎng)絡(luò)短路電流計(jì)算短路電流比正常工作電流大得多，它會(huì)對(duì)配電系統(tǒng)產(chǎn)生極大的危害。在配電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，需要進(jìn)行短路電流計(jì)算，這是因?yàn)椋海?）選擇電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體時(shí)，需用短路電流校驗(yàn)其動(dòng)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以保證在發(fā)生可能的最大短路電流時(shí)不至于損壞。（2）選擇和整定用于短路保護(hù)的繼電保護(hù)裝置的時(shí)限及靈敏度時(shí)，需應(yīng)用短路電流參數(shù)。（3）選擇用于限制短路電流的設(shè)備時(shí)，也需進(jìn)行短路電流計(jì)算。第一節(jié)配電網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算

近似計(jì)算_高壓電網(wǎng)中的短路電流在計(jì)算高壓電網(wǎng)中的短路電流時(shí)，一般采用的是近似計(jì)算方法，忽略次要因素。如只需計(jì)算各主要元件（電源、架空線路、電纜線路、變壓器、電抗器等）的電抗而忽略其電阻和導(dǎo)納，僅當(dāng)架空線路、電纜線路較長并使短路回路總電阻大于總阻抗的時(shí)，才需計(jì)及電阻。計(jì)算短路電流時(shí)，短路回路中各元件的物理量可以用有名單位制表示，也可以用標(biāo)么制表示。由于待計(jì)算的配電網(wǎng)絡(luò)有多個(gè)電壓等級(jí)，存在電抗換算問題，所以在計(jì)算短路電流時(shí)，通常均采用標(biāo)么制，可以使計(jì)算簡(jiǎn)化。第二節(jié)配電網(wǎng)絡(luò)短路電流計(jì)算

（1）選擇電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體時(shí)，需用短路電流校驗(yàn)其動(dòng)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，以保證在發(fā)生可能的最大短路電流時(shí)不至于損壞。（2）選擇和整定用于短路保護(hù)的繼電保護(hù)裝置的時(shí)限及靈敏度時(shí)，需應(yīng)用短路電流參數(shù)。（3）選擇用于限制短路電流的設(shè)備時(shí)，也需進(jìn)行短路電流計(jì)算。在計(jì)算高壓電網(wǎng)中的短路電流時(shí)，一般采用的是近似計(jì)算方法，忽略次要因素。如只需計(jì)算各主要元件（電源、架空線路、電纜線路、變壓器、電抗器等）的電抗而忽略其電阻和導(dǎo)納，僅當(dāng)架空線路、電纜線路較長并使短路回路總電阻大于總阻抗的時(shí)，才需計(jì)及電阻。

第二節(jié)配電網(wǎng)短路電流計(jì)算一、三相短路電流計(jì)算三相短路為對(duì)稱性故障，因此可以用單相代替三相電路來求解。由于一般認(rèn)為母線電壓在短路過程中不變，如果又知道了短路回路中的總阻抗，那么三相短路電流周期分量就可以求出，為第二節(jié)配電網(wǎng)短路電流計(jì)算根據(jù)標(biāo)么值的定義，可以求得三相短路電流周期分量有效值的標(biāo)么值為三相短路電流周期分量有效值為第二節(jié)配電網(wǎng)絡(luò)短路電流計(jì)算二、不對(duì)稱短路電流計(jì)算對(duì)于小電流接地系統(tǒng)，三相短路電流是最大短路電流，在對(duì)電氣設(shè)備作短路的動(dòng)、熱穩(wěn)定性校驗(yàn)時(shí)，應(yīng)用三相短路電流。而對(duì)相間保護(hù)進(jìn)行靈敏度校驗(yàn)時(shí)，就需要知道兩相短路電流。單相短路電流主要用于單相短路保護(hù)的整定及單相短路熱穩(wěn)定度的校驗(yàn)。第二節(jié)配電網(wǎng)絡(luò)短路電流計(jì)算（1）兩相短路電流計(jì)算根據(jù)對(duì)稱分量法，兩相短路時(shí)，短路電流為

第二節(jié)配電網(wǎng)短路電流計(jì)算（2）單相短路電流計(jì)算單相短路時(shí)，短路電流為第三節(jié)配電網(wǎng)絡(luò)無功最優(yōu)補(bǔ)償計(jì)算

無功補(bǔ)償通常是在有功電源的分布已經(jīng)確定的情況下進(jìn)行的，考慮到各負(fù)荷點(diǎn)無功補(bǔ)償裝置的單價(jià)大致相同，因此，無功功率最優(yōu)補(bǔ)償可以按“在保證電壓質(zhì)量的前提下使系統(tǒng)有功網(wǎng)損最小”的原則來進(jìn)行，也即按等網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則來確定。在給定配電網(wǎng)的總補(bǔ)償容量或無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量的條件下，就可以直接確定配電網(wǎng)的無功最優(yōu)補(bǔ)償方案。第三節(jié)配電網(wǎng)絡(luò)無功最優(yōu)補(bǔ)償計(jì)算

一、配電網(wǎng)絡(luò)無功最優(yōu)補(bǔ)償?shù)臄?shù)學(xué)模型在配電網(wǎng)有功電源的分布一定的情況下，配電網(wǎng)的有功網(wǎng)損是各節(jié)點(diǎn)無功補(bǔ)償容量的函數(shù)，因此，配電網(wǎng)的有功網(wǎng)損，即無功補(bǔ)償?shù)哪繕?biāo)函數(shù)可以寫成第三節(jié)配電網(wǎng)絡(luò)無功最優(yōu)補(bǔ)償計(jì)算經(jīng)過無功最優(yōu)補(bǔ)償以后，無功功率應(yīng)該滿足下面的平衡方程，即等式約束條件第三節(jié)配電網(wǎng)絡(luò)無功最優(yōu)補(bǔ)償計(jì)算不等式約束無功補(bǔ)償裝置的無功出力應(yīng)該滿足其本身上下限的