潮流概述及功率損耗和電壓計算

2 1概述一 什么是潮流分布 電力系統(tǒng)的潮流分布是描述系統(tǒng)正常運行狀態(tài)的技術(shù)術(shù)語 它表明電力系統(tǒng)在某一確定的運行方式和接線方式下 系統(tǒng)從電源到負荷各處的電壓 電流的大小和方向以及功率的分布情況 是電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計算 由于系統(tǒng)中負荷 接線方式及電源運行狀態(tài)在變化 通過各元件的潮流也在不斷變化 第二章簡單電力系統(tǒng)的潮流分析 Powerflowcalculationofpowersystem 二 潮流計算 給定電力系統(tǒng)接線方式和運行條件 確定系統(tǒng)各部分穩(wěn)定運行狀態(tài)下的參量計算 已知 發(fā)電機有功和無功出力 負荷有功和無功需求 平衡節(jié)電電壓和相位 樞紐點電壓 求取 1 電流和功率的分布計算2 電壓損耗和各節(jié)點電壓計算3 功率損耗計算 三 潮流計算的主要作用1 為電力系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計提供接線 電氣設(shè)備選擇和導(dǎo)線截面選擇的依據(jù) 檢驗方案能否滿足各種運行方式的要求 2 為制定電力系統(tǒng)運行方式和制定檢修計劃提供依據(jù) 調(diào)度 運行方式 系統(tǒng)中投入的發(fā)電 輸電 變電 用電設(shè)備的多少以及它們之間的連接情況 3 為繼電保護 自動裝置設(shè)計和整定計算提供依據(jù) 4 為調(diào)壓計算 經(jīng)濟運行計算 短路和穩(wěn)定計算提供必要的數(shù)據(jù) 四 潮流計算方法 手算和計算機計算手算物理概念清晰 用于一些接線較簡單的電力網(wǎng) 若將其用于接線復(fù)雜的電力網(wǎng)則計算量過大 難于保證計算準確性 計算機計算可歸結(jié)為用數(shù)值方法解非線性代數(shù)方程 數(shù)學邏輯簡單完整 可快速精確完成計算 但物理概念不明顯 教學上以手算為重點 使學生掌握傳統(tǒng)的手工計算方法 同時了解潮流分布的物理規(guī)律 為后續(xù)章節(jié)有關(guān)電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的控制和調(diào)整的學習打下基礎(chǔ) 對于計算機計算只要求了解以計算機為工具解決物理問題時 應(yīng)怎樣考慮問題 考慮哪些問題 具體的求解過程是怎樣的 幫助學生了解和掌握現(xiàn)代電力工程科學 離線計算 主要用于系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計和運行中安排系統(tǒng)運行方式 在線計算 主要用于對運行中系統(tǒng)的經(jīng)常監(jiān)視和實時控制 關(guān)于復(fù)功率的說明 采用國際電工委員會推薦的約定 取復(fù)功率為 負荷 感性 0 電流滯后于電壓 Q取正 容性 0 電流超前于電壓 Q取負 電源 發(fā)出感性無功Q取正 發(fā)出容性無功 即吸收感性無功Q取負 2 2電力網(wǎng)的功率損耗計算 Powerlossofpowernetwork 電力網(wǎng)在傳輸功率的過程中要產(chǎn)生功率損耗 其功率損耗由兩部分組成 一是產(chǎn)生在輸電線路和變壓器串聯(lián)阻抗上 隨傳輸功率的增大而增大 是電力網(wǎng)損耗的主要部分 稱為變動損耗 二是產(chǎn)生輸電線路和變壓器并聯(lián)導(dǎo)納上 可近似認為只與電壓有關(guān) 與傳輸功率無關(guān) 稱為固定損耗 串聯(lián)阻抗上的功耗 與流通電流及阻抗有關(guān)并聯(lián)導(dǎo)納上的功耗 與節(jié)點電壓及導(dǎo)納有關(guān) RT jXT 據(jù)統(tǒng)計 電力系統(tǒng)有功功率損耗最多可達到總發(fā)電量的20 30 這大大增加了發(fā)電和輸配電設(shè)備的容量 造成了動力資源的浪費 電能成本的提高 進而影響整個國民經(jīng)濟 一 電力線路功率損耗的計算 line spowerloss 線路等值電路 1 串聯(lián)阻抗上的損耗 注 P1 Q1 流過線路阻抗環(huán)節(jié)首端的三相有功 MW 三相無功 Mvar U1 線路首端線電壓 KV P2 Q2 流過線路阻抗環(huán)節(jié)末端的三相有功 MW 三相無功 Mvar U2 線路末端線電壓 KV R jX 線路單相阻抗 線路串聯(lián)阻抗 三相 上的損耗 MVA 2 并聯(lián)導(dǎo)納損耗 圖3 2電力線路的功率和電壓 由于電力線路中電導(dǎo)G 0 故并聯(lián)支路有功損耗忽略不計 在外施電壓作用 線路電納中產(chǎn)生的無功功率是容性的 也稱充電功率 它起著抵消感性無功功率的作用 如果已知線路首 末端的運行電壓分別為U1和U2 則有 看做負荷 吸收容性無功看做電源 發(fā)出感性無功 值得注意的是式 2 1 中的功率和電壓應(yīng)為線路阻抗環(huán)節(jié)中同一點的值 如圖2 2所示 所謂同一點的值 即如果功率是環(huán)節(jié)末端的功率 則電壓就應(yīng)該是環(huán)節(jié)末端電壓U2 若功率是環(huán)節(jié)首端功率 則電壓就應(yīng)是環(huán)節(jié)首端電壓U1 當U1 或 U2未知時 一般可用線路額定電壓UN代替U1 或 U2作近似計算 即在工程計算中通常按UN近似計算線路的充電功率 線路功率損耗 阻抗功率損耗 導(dǎo)納功率損耗 3 電力線路中的功率分布計算 從圖2 2可以看出 電力線路阻抗支路末端流出的功率為 流入電力線路阻抗支路首端的功率為則電力線路始端的功率為 功率守恒 例 已知某110KV線路首端流通功率為50 j20MVA 求功率分布 2 2 2變壓器功率損耗的計算 transformer spowerloss 1 變壓器的功率損耗變壓器的功率損耗包括阻抗支路中的變動損耗和導(dǎo)納中的固定損耗兩部分 如圖2 3所示變壓器的等值電路 圖3 3變壓器的電壓和功率 阻抗支路的功率損耗計算與線路類似 即 注 1 公式與參數(shù)說明與線路類似 同樣 P Q U要對應(yīng)于同一點 2 R X是折算到哪一側(cè) 則U也要折算到同一側(cè) 3 當運行電壓未知時 用變壓器額定電壓或網(wǎng)絡(luò)額定電壓代替做近似計算 導(dǎo)納支路中的功率損耗為 變壓器功率損耗 阻抗功率損耗 導(dǎo)納功率損耗 變壓器的功率損耗也可用試驗參數(shù)表示為 2 變壓器中的功率計算從圖2 3可以看出 變壓器末端輸出的功率為流入變壓器阻抗支路首端的功率為則變壓器始端的功率為 三繞組變壓器 在求得電力線路和變壓器的有功損耗以后 可由供電之路一端的功率求得另一端的功率 進而就能計算衡量輸電經(jīng)濟性的指標 輸電效率 輸電效率是供電支路末端輸出有功功率P2與始端輸入有功功率P1比值的百分數(shù) 即 課堂練習 某35KV線路等值電路如下 線路末端負荷已知 求線路功率分布 一雙繞組變壓器 型號為SFL1 10000 電壓 低壓側(cè)負荷為 低壓側(cè)電壓為10KV 求功率分布 資料 習題 一 線路的電壓質(zhì)量指標 常與潮流一并計算 1 電壓降落 電路兩點電壓的相量差 相量2 電壓損耗 電路兩點電壓的代數(shù)差 標量用百分數(shù)表示3 電壓偏移 是指電網(wǎng)中某一點的實際電壓同該處額定電壓的數(shù)值差 始端電壓偏移 末端電壓偏移 2 3電力網(wǎng)中的電壓計算 電壓損耗百分數(shù)的大小直接反映了首末端電壓偏差的大小 規(guī)程規(guī)定 電力網(wǎng)正常運行時的最大電壓損耗一般不應(yīng)超過10 電壓偏移的大小 直接反映了供電電壓的質(zhì)量 一般來說 網(wǎng)絡(luò)中的電壓損耗愈大 各點的電壓偏移也就愈大 從電力線路和變壓器的等值電路可見 它們的電壓降都是因為負荷功率通過其串聯(lián)阻抗支路而產(chǎn)生 下面就合為一個問題加以研究 二 電網(wǎng)電壓降落和電壓計算 電力網(wǎng)任意兩點電壓的向量差稱為電壓降落 記為 由圖2 4 a 可得 1 已知末端功率和電壓計算首端電壓 設(shè)末端電壓為參考相量 設(shè)末端電壓為 當阻抗支路中有電流 或功率 傳輸時 首端電壓為 式中 稱為電壓降落的縱分量 稱為電壓降落的橫分量 其中 于是 2 已知首端功率和電壓計算末端電壓 設(shè)首端電壓為參考相量 圖2 5電壓降落相量的兩種分解法 當阻抗支路中有電流 或功率 傳輸時 由圖2 5所示電壓向量圖可知 末端電壓為 設(shè) 說明 線路首端 末端線電壓 KV P Q 線路或變壓器阻抗環(huán)節(jié)首端或末端三相有功 無功功率 MW Mvar 注意公式中P Q U對應(yīng)于同一點值 R jX 線路或變壓器一相的阻抗 例題 已知線路首端電壓為115KV 首端流通功率為50 j20MVA 求末端