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第二章配電網(wǎng)電氣計算,第一節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)潮流計算 第二 節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)短路電流計算 第三節(jié) 配電網(wǎng)無功率最優(yōu)補償計算 第四節(jié) 配電網(wǎng)的電能損耗計算,第一節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)潮流計算,一、配電網(wǎng)潮流計算的特點 配電系統(tǒng)多采用閉式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，具有開式運行的特點，因此，網(wǎng)絡(luò)往往呈現(xiàn)放射狀。在610kV的配電網(wǎng)中，往往只有一個電源點，因此線路上的功率通常具有單向流動性等等。 不能簡單套用高壓輸電網(wǎng)潮流計算常用的高斯-賽德爾法、牛頓法-拉夫遜法或PQ分解法等方法。 （一）線路的rx比值偏大使PQ解耦法潮流計算收斂困難,第一節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)潮流計算,(一）線路的rx比值偏大使PQ解耦法潮流計算收斂困難 傳統(tǒng)的潮流計算方法不僅在原理上難以勝任，而且實際操作起來也很困難，對這種配電網(wǎng)的潮流往往采用特殊解法或簡化的近似解法。,第一節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)潮流計算,（二）線損計算要分壓進(jìn)行 對610kV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際情況來看，一般線路上的負(fù)荷點無表計，且人員的技術(shù)水平和管理水平參差不齊，表計記錄的準(zhǔn)確性和同時性無法保證，因此，往往采用簡單實用的方法計算配電線路的線損。而對35kV及以上電壓等級的高壓配電網(wǎng)，表計的記錄齊全，可以采用基于潮流的計算方法（如節(jié)點等效功率法）計算線損。,第一節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)潮流計算,（三）諧波分布計算的特點 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（nl，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)的電阻兩個部分組成，在工程實踐中，往往采用近似公式計算元件的諧波電阻。,第一節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)潮流計算,二、配電網(wǎng)絡(luò)的潮流計算方法 由于610kV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分解法求解潮流時往往出現(xiàn)病態(tài)，潮流計算難以收斂。,第一節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)潮流計算,一條610kV配電線如圖3-1所示，其中為第i臺變壓器的額定容量（kVA）、為流入接于節(jié)點i的負(fù)載變壓器的均方根電流（A），為i號支路的均方根電流（A）。,假定： （1）配電線各節(jié)點電壓相等，且等于對應(yīng)電壓等級的額定電壓； （2）各負(fù)荷點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)潮流計算,第一節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)潮流計算,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)潮流計算,通過第i個線路段（末節(jié)點編號為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)近似電流分布的計算公式,第一節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)潮流計算,（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35110kV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，這一點可以通過自動支路分解來實現(xiàn)。,第一節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)潮流計算,對一條支路ij，它的阻抗為10十j0.02，取k等于l0，經(jīng)過自動支路分解程序處理后，該支路上自動地增加了一個節(jié)點，設(shè)為h，則原支路變成了兩條支路ih和hj，其阻抗分別為,第一節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)潮流計算,自動支路分解程序的計算步騾為 置t=1； 取原始第t號支路的電阻r和電抗x，并求比值rx； 若rxk，則轉(zhuǎn)第 步，否則轉(zhuǎn)下一步； 對t號支路進(jìn)行自動支路分解，并在支路數(shù)據(jù)中，用兩條新的支路代替原來的第t號支路； 置t=t+1，判斷是否還有原始支路，若有，則轉(zhuǎn)第步，否則轉(zhuǎn)第步，結(jié)束。,第一節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)潮流計算,改進(jìn)的PQ解耦法潮流程序步驟為 輸入原始數(shù)據(jù)，包括配電網(wǎng)節(jié)點數(shù)、支路數(shù)、電源點個數(shù)和PV節(jié)點個數(shù)等； 對支路掃描，進(jìn)行自動支路分解； 形成節(jié)點導(dǎo)納矩陣； 給節(jié)點電壓的幅值和相位置初值，并置迭代次數(shù)Counto=0； 求節(jié)點功率誤差和及其最大值和； 如果且，則轉(zhuǎn)第步、否則轉(zhuǎn)下一步； 解修正方程，求出修正量和； 修正電壓幅值和相角； 置Count=Count+1，若CountMaxcount（最大允許迭代次數(shù)），則轉(zhuǎn)第步，否則轉(zhuǎn)第步； 屏幕輸出“潮流難收斂”，退出并停機； 計算平衡節(jié)點功率和線路功率； 形成潮流結(jié)果數(shù)據(jù)文件， 輸出計算結(jié)果； 停機。,第二節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)短路電流計算,短路電流比正常工作電流大得多，它會對配電系統(tǒng)產(chǎn)生極大的危害。在配電系統(tǒng)的設(shè)計和運行中，需要進(jìn)行短路電流計算，這是因為： （1）選擇電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體時，需用短路電流校驗其動穩(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)裝置的時限及靈敏度時，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，也需進(jìn)行短路電流計算。,第一節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)潮流計算,近似計算_高壓電網(wǎng)中的短路電流 在計算高壓電網(wǎng)中的短路電流時，一般采用的是近似計算方法，忽略次要因素。如只需計算各主要元件（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，才需計及電阻。 計算短路電流時，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。由于待計算的配電網(wǎng)絡(luò)有多個電壓等級，存在電抗換算問題，所以在計算短路電流時，通常均采用標(biāo)么制，可以使計算簡化。,第二節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)短路電流計算,（1）選擇電氣設(shè)備和載流導(dǎo)體時，需用短路電流校驗其動穩(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)裝置的時限及靈敏度時，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，也需進(jìn)行短路電流計算。 在計算高壓電網(wǎng)中的短路電流時，一般采用的是近似計算方法，忽略次要因素。如只需計算各主要元件（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，才需計及電阻。,第二節(jié) 配電網(wǎng)短路電流計算,一、三相短路電流計算 三相短路為對稱性故障，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)短路電流計算,二、不對稱短路電流計算 對于小電流接地系統(tǒng)，三相短路電流是最大短路電流，在對電氣設(shè)備作短路的動、熱穩(wěn)定性校驗時，應(yīng)用三相短路電流。 而對相間保護(hù)進(jìn)行靈敏度校驗時，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。,第二節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)短路電流計算,（1）兩相短路電流計算 根據(jù)對稱分量法，兩相短路時，短路電流為,第二節(jié) 配電網(wǎng)短路電流計算,（2）單相短路電流計算 單相短路時，短路電流為,第三節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)無功最優(yōu)補償計算,無功補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)荷點無功補償裝置的單價大致相同，因此，無功功率最優(yōu)補償可以按“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)的總補償容量或無功功率經(jīng)濟當(dāng)量的條件下，就可以直接確定配電網(wǎng)的無功最優(yōu)補償方案。,第三節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)無功最優(yōu)補償計算,一、配電網(wǎng)絡(luò)無功最優(yōu)補償?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)點無功補償容量的函數(shù)，因此，配電網(wǎng)的有功網(wǎng)損，即無功補償?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)補償計算,經(jīng)過無功最優(yōu)補償以后，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)補償計算,不等式約束 無功補償裝置的無功出力應(yīng)該滿足其本身上下限的限制，并且符合無功功率最優(yōu)補償?shù)脑瓌t。配電網(wǎng)經(jīng)過無功補償以后，電壓質(zhì)量應(yīng)該滿足要求，因此有下面的不等式約束：,第三節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)無功最優(yōu)補償計算,不等式約束二、無功最優(yōu)補償?shù)那蠼?（一）最優(yōu)網(wǎng)損微增率法 由上面的目標(biāo)函數(shù)（3-13）式和等式約束條件（3-14）式可以構(gòu)成拉格朗日函數(shù)，按照拉格朗日乘子法可推得實現(xiàn)無功最優(yōu)補償?shù)臈l件為：,設(shè)配電網(wǎng)總的無功補償容量為,第三節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)無功最優(yōu)補償計算,一個簡單的處理方法就是按系統(tǒng)的綜合無功經(jīng)濟當(dāng)量來補償，即使得補償以后的網(wǎng)損微增率與無功功率經(jīng)濟當(dāng)量相等 或,第三節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)無功最優(yōu)補償計算,（二）遺傳算法 遺傳算法是一種基于自然群體遺傳演化機制的高效探索算法。它摒棄了傳統(tǒng)的搜索方式，模擬自然界生物進(jìn)化過程，采用人工進(jìn)化的方式對目標(biāo)空間進(jìn)行隨機化搜索。它將問題域中的可能解看作是群體的一個個體或染色體，并將每一個體編碼成符號串形式，模擬達(dá)爾文的遺傳選擇和自然淘汰的生物進(jìn)化過程，對群體反復(fù)進(jìn)行基于遺傳學(xué)的操作(選擇、交叉和變異)，根據(jù)預(yù)定的目標(biāo)適應(yīng)度函數(shù)對每個個體進(jìn)行評價，依據(jù)“適者生存，優(yōu)勝劣汰”的進(jìn)化規(guī)則，不斷得到更優(yōu)的群體，同時以全局并行搜索方式來搜索優(yōu)化群體中的最優(yōu)個體，求得滿足要求的最優(yōu)解。,第四節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)的電能損耗計算,配電網(wǎng)的電能損耗主要是與電流平方成正比的變壓器繞組和配電線路導(dǎo)線中的電能損耗； 與運行電壓有關(guān)的變壓器鐵芯、電容器和電纜的絕緣介質(zhì)損耗以及電暈損耗等。,四節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)的電能損耗計算,一、均方根電流法 設(shè)配電網(wǎng)中某元件的電阻為R（），通過此元件的電流有效值為I（A）,則該元件一天24h內(nèi)的電能損失值可按下式計算,四節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)的電能損耗計算,二、最大負(fù)荷損耗小時數(shù)法 最大負(fù)荷損耗小時數(shù)是配電網(wǎng)元件電阻一年中由實際負(fù)荷產(chǎn)生的電能損失對應(yīng)在用戶最大負(fù)荷持續(xù)作用下配電網(wǎng)元件電阻產(chǎn)生同樣大小的電能損失所需要的時間。 當(dāng)最大負(fù)荷利用小時數(shù)Tmax和負(fù)荷的功率因數(shù)知道時，可由表3-1查出最大負(fù)荷損耗小時數(shù)。這時配電網(wǎng)元件的年電能損失為,四節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)的電能損耗計算,三、節(jié)點等效功率法 根據(jù)均方根電流法，代表日配電網(wǎng)元件R中的電能損失若用均方根功率代替均方根電流，則有 均方根功率(等效功率)與平均功率Par、Qar有下列關(guān)系,四節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)的電能損耗計算,設(shè)代表日的有功電量和無功電量 KP和KQ的大小與負(fù)荷曲線的形狀有關(guān)，所以稱之為負(fù)荷曲線的形狀系數(shù)，它們反應(yīng)了負(fù)荷的平均值和均方根值之間的關(guān)系。而平均功率可以方便地由準(zhǔn)確級別高的電能表讀數(shù)來求取,設(shè)代表日的有功電量和無功電量,四節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)的電能損耗計算,當(dāng)平均負(fù)荷率 在求得等效功率之前必須求取負(fù)荷曲線的形狀系數(shù)KP和KQ。在實用計算中，可以取兩者相等 Par/Pmax0.5時 當(dāng)平均負(fù)荷率Par/Pmax0.5時,四節(jié) 配電網(wǎng)絡(luò)的電能損耗計算,可由平均功率求得等效功率，用此等效功率作為各發(fā)電機的等效輸出功率或