本科 電力系統(tǒng)課件 3 簡單電力網(wǎng)絡(luò)潮流的分析與計(jì)算

課程結(jié)構(gòu)電力系統(tǒng)基本概念（第1章）分析穩(wěn)態(tài)分析暫態(tài)分析故障分析（第7、8章）穩(wěn)定性分析（第9、10、11章）潮流計(jì)算（第2、3、4章）電壓調(diào)整（第6章）頻率調(diào)整（第5章）電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)態(tài)：所有運(yùn)行參量在某一平均值附近很小變

化，接近常量，此時(shí)，稱系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)。

暫態(tài)：部分或全部運(yùn)行參量發(fā)生較大變化，則

稱此時(shí)系統(tǒng)處于暫態(tài)。電力系統(tǒng)運(yùn)行參量——表征電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)電磁參量：功率、電流、電壓

機(jī)械參量：頻率、發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子相對角位移電力系統(tǒng)分析的內(nèi)容內(nèi)容：

采用數(shù)學(xué)方式模擬計(jì)算電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和暫態(tài)運(yùn)行過程中的各種電磁參量和機(jī)械參量。目的：

提前對電力系統(tǒng)未來可能出現(xiàn)的狀態(tài)進(jìn)行掌握和控制。穩(wěn)態(tài)分析暫態(tài)分析故障分析（電磁暫態(tài)）穩(wěn)定性分析（機(jī)電暫態(tài)）潮流計(jì)算電壓調(diào)整頻率調(diào)整第3章簡單電力網(wǎng)絡(luò)潮流的分析與計(jì)算

第4章電力系統(tǒng)潮流的計(jì)算機(jī)算法掌握基本概念、分析潮流特性掌握計(jì)算機(jī)算法潮流的基本概念I(lǐng)、潮流分布給定運(yùn)行方式（一定的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、發(fā)電、負(fù)荷）下，電力系統(tǒng)在正常時(shí)各母線電壓和各支路功率的分布稱為電力系統(tǒng)的潮流分布；II、潮流計(jì)算給定運(yùn)行方式下，電力系統(tǒng)電壓和功率分布的計(jì)算稱為潮流計(jì)算；III、潮流計(jì)算的目的為電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)、電力系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、繼電保護(hù)裝置的整定計(jì)算等提供依據(jù)。電壓分布功率分布第3章簡單電力網(wǎng)絡(luò)潮流的分析與計(jì)算本章內(nèi)容基本元件的功率損耗和電壓降落開式網(wǎng)絡(luò)的潮流分布環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的潮流分布1電力線路和變壓器的功率損耗和電壓降落1.1電力線路的功率損耗和電壓降落（1）電力線路的功率損耗π形等值電路如下圖：12其中，Z=R+jX，Y=G+jB為每相的阻抗和導(dǎo)納。電壓為線電壓，功率為三相功率。I.電力線路阻抗支路中的功率損耗(三相)12可表示為末端電壓和流出功率的函數(shù)同理，還可表示為首端電壓和注入功率的函數(shù)無功功率損耗為負(fù)值，意味著發(fā)出無功功率II.電力線路導(dǎo)納支路中的功率損耗(三相)12末端電壓導(dǎo)納支路中的功率損耗同理：首端導(dǎo)納支路中的功率損耗單相電壓單相電流三相功率III.電力線路中的功率損耗計(jì)算12流出線路阻抗支路功率流入線路阻抗支路功率流入線路的功率線路的功率損耗為：（2）電力線路的電壓降落12I.若已知末端電壓和功率

取，則則：電壓降落為指阻抗支路電壓降落縱分量電壓降落橫分量（2）電力線路的電壓降落12I.若已知末端電壓和功率，取則：首端電壓為即：指阻抗支路電壓降落縱分量電壓降落橫分量相量圖：由于一般情況下，12同理可得：II.若已知首端電壓和功率，取即：近似計(jì)算：

電壓降落—線路兩端的電壓相量之差

電壓損耗—線路兩端電壓有效值之差，常用百分?jǐn)?shù)表示即

電壓偏移—線路某一端電壓與線路額定電壓的差值，常用百分?jǐn)?shù)表示即電壓調(diào)整—線路末端空載和負(fù)載時(shí)的電壓數(shù)值差，其百分?jǐn)?shù)為

輸電效率—線路末端輸出有功功率與始端輸入有功功率之比，其百分?jǐn)?shù)為

（3）、幾個(gè)重要的概念與電力線路計(jì)算相同點(diǎn)：阻抗支路的功率損耗與電壓降落的計(jì)算方法與電力線路完全相同導(dǎo)納支路的功率損耗計(jì)算與電力線路也完全相同1.2

變壓器的功率損耗和電壓降落變壓器Γ形等值電路如右圖。與電力線路計(jì)算不同點(diǎn)：變壓器導(dǎo)納支路為感性，而線路為容性；近似計(jì)算時(shí)，可認(rèn)為導(dǎo)納支路損耗為額定電壓下的損耗：空載有功損耗空載無功損耗供電量W1：

給定時(shí)間（日、月、季、年）內(nèi)，電力系統(tǒng)中所有發(fā)電廠的總發(fā)電量與廠用電量之差（即發(fā)電機(jī)注入電網(wǎng)的發(fā)電量），稱為供電量。1.3

電力網(wǎng)的網(wǎng)損率或線損率概念電力網(wǎng)的損耗電量ΔWc：

給定時(shí)間（日、月、季、年）內(nèi)，在所有送電、變電、配電環(huán)節(jié)中損耗的電量，稱為供電量。電力網(wǎng)的損耗率W（%）：(1)運(yùn)算負(fù)荷：1.4

運(yùn)算負(fù)荷和運(yùn)算功率I.負(fù)荷功率的定義：

降壓變壓器低壓側(cè)末端負(fù)荷的功率。負(fù)荷功率II.等值負(fù)荷功率的定義：

降壓變壓器高壓側(cè)母線上負(fù)荷從網(wǎng)絡(luò)中取用的功率；即“負(fù)荷功率+變壓器損耗”。等值負(fù)荷功率在已知負(fù)荷的條件下，變壓器的阻抗支路損耗和勵(lì)磁支路損耗可近似計(jì)算得出！因此，等值負(fù)荷功率可近似計(jì)算得出！III.運(yùn)算負(fù)荷的定義：

從電力線路阻抗支路中流出的功率；

即“負(fù)荷功率+變壓器損耗+線路在變壓器側(cè)的導(dǎo)

納支路所消耗的功率”。負(fù)荷功率等值負(fù)荷功率勵(lì)磁支路損耗：變壓器在額定電壓和功率下的勵(lì)磁支路損耗阻抗支路損耗：近似認(rèn)為電流與功率成正比從電力線路阻抗支路中流出的負(fù)荷運(yùn)算負(fù)荷由于母線電壓在額定電壓附近，因此，線路對地電容所消耗的功率近似固定(2)運(yùn)算功率：I.電源功率的定義：

發(fā)電機(jī)低壓母線送至系統(tǒng)的功率。電源功率II.等值電源功率的定義：

發(fā)電機(jī)端口升壓變壓器高壓側(cè)母線向網(wǎng)絡(luò)中送出的功率；即“電源功率-變壓器損耗”。等值電源功率III.運(yùn)算功率的定義：

流入電力線路阻抗支路的功率；

即“電源功率-變壓器損耗-線路在變壓器側(cè)的導(dǎo)

納支路所消耗的功率”。電源功率等值電源功率注入變壓器高壓母線的功率注入線路阻抗支路的功率(1)空載運(yùn)行特性：1.5

輸電線路的運(yùn)行特性輸電線路特別是高壓線路空載或輕載運(yùn)行時(shí)，！12線路電納是容性的，B>0（2）傳輸功率極限：1.5

輸電線路的運(yùn)行特性當(dāng)給定時(shí)，傳輸功率與之間呈正弦函數(shù)關(guān)系。線路最大傳輸功率與兩端電壓乘積成正比，與線路電抗成反比。12忽略線路電阻，不計(jì)兩端并聯(lián)導(dǎo)納另外，比較上兩式的虛部，得以末端電壓為參考相量（3）線路傳輸功率與電壓之間的定性關(guān)系：1.5

輸電線路的運(yùn)行特性有功功率與電壓相位差之間、無功功率與電壓有效值差之間呈比較緊密的關(guān)系。12以上為無功與兩端電壓差的關(guān)系。有功與兩端電壓相位差之間的關(guān)系：可得對于無功，根據(jù)2電力系統(tǒng)的接線方式無備用結(jié)線有備用結(jié)線a）放射式b）干線式c）鏈?zhǔn)絛）環(huán)式

e）兩端供電網(wǎng)絡(luò)2電力系統(tǒng)的接線方式（1）分類：開式網(wǎng)絡(luò)（也稱輻射網(wǎng)）環(huán)形網(wǎng)絡(luò)（包括環(huán)式網(wǎng)絡(luò)和兩端供電網(wǎng)絡(luò)）（2）開式網(wǎng)絡(luò)：

無備用接線方式（a）放射式（b）干線式樣（c）鏈?zhǔn)?/p>

有備用接線方式（a）放射式（b）干線式樣（c）鏈?zhǔn)絻?yōu)點(diǎn)：簡單、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行方便缺點(diǎn)：供電可靠性差適用范圍：二級負(fù)荷優(yōu)點(diǎn)：供電可靠性和電壓質(zhì)量高缺點(diǎn)：不經(jīng)濟(jì)適用范圍：電壓等級較高或重要的負(fù)荷（3）環(huán)形網(wǎng)絡(luò)（包括環(huán)式網(wǎng)絡(luò)和兩端供電網(wǎng)絡(luò)）（d）環(huán)式（e）兩端供電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)：供電可靠性和電壓質(zhì)量高缺點(diǎn)：不經(jīng)濟(jì)適用范圍：電壓等級較高或重要的負(fù)荷復(fù)雜電力系統(tǒng)的接線方式一般呈：環(huán)網(wǎng)一般呈：輻射網(wǎng)；重要負(fù)荷，雙回線。3開式網(wǎng)絡(luò)的潮流分布3.1簡單開式網(wǎng)絡(luò)潮流分布的計(jì)算：（1）若已知末端功率和末端電壓

計(jì)算方法：利用計(jì)算電力線路和變壓器功率損耗和電壓降落的公式，由末端逐段向首端推算。

例如：下圖中，已知末端電壓和功率，求潮流分布。110/10.5已知量計(jì)算步驟如下：①歸算等值電路（既可歸算到高壓側(cè)，也可歸算到低壓側(cè)）②設(shè)歸算到高壓側(cè)，則首先把已知條件歸算到高壓側(cè)：③計(jì)算：計(jì)算2節(jié)點(diǎn)電壓：④計(jì)算線路阻抗支路損耗：⑤計(jì)算2節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納支路功率損耗：計(jì)算1節(jié)點(diǎn)電壓：⑥計(jì)算變壓器阻抗支路損耗：注：以2節(jié)點(diǎn)為末端，重復(fù)上述過程，向首端推導(dǎo)。⑦計(jì)算1節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納支路功率損耗：潮流分布計(jì)算結(jié)束?。?）若已知首端功率和首端電壓

計(jì)算方法：利用計(jì)算電力線路和變壓器功率損耗和電壓降落的公式，由首端逐段向末端推算。

與情況（1）步驟完全相同！

（3）若已知首端電壓和末端功率

計(jì)算方法：

I.

假設(shè)末端電壓為額定電壓，則變?yōu)榍闆r

（1），依照（1）所示方法求首端注入功率；

II.以計(jì)算所得首端功率和已知首端電壓，求末端

電壓（與情況（2）相同）。

III.比較計(jì)算所得首端電壓和末端功率與給定值差異，所相差較大，則以計(jì)算所得末端電壓和給定末端功率，重復(fù)步驟I.

反復(fù)迭代，直至收斂！3.2變電所較多的開式網(wǎng)絡(luò)潮流分布計(jì)算：（1）按精確計(jì)算方法計(jì)算網(wǎng)絡(luò)元件參數(shù)；（2）用線路額定電壓求解變電所的運(yùn)算負(fù)荷或發(fā)電廠的運(yùn)算功率；（3）形成具有運(yùn)算負(fù)荷或運(yùn)算功率的等值網(wǎng)絡(luò)；（4）潮流計(jì)算。對于已知始端電壓和末端負(fù)荷的情況，通常簡化計(jì)算：a）設(shè)全網(wǎng)電壓均為網(wǎng)絡(luò)額定電壓，從末端向首端，推算元件功率損耗；b）由始端電壓和計(jì)算得到的功率分布，從首端向末端推算電壓降落。4簡單環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的潮流分布計(jì)算(a)網(wǎng)絡(luò)接線圖G~GT1T2T33212’3’1’(b)等值網(wǎng)絡(luò)4.1環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的簡化環(huán)網(wǎng)特征：即使最簡單環(huán)網(wǎng)的等值網(wǎng)絡(luò)也非常復(fù)雜，

難于手工計(jì)算！1’122’33’1’122’33’(b)等值網(wǎng)絡(luò)解決方式：環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的等值網(wǎng)絡(luò)簡化簡化方法：

假設(shè)全網(wǎng)電壓為額定電壓，計(jì)算各變電所的運(yùn)算

負(fù)荷和發(fā)電廠的運(yùn)算功率這樣：

等值網(wǎng)絡(luò)里就不在包括各變壓器的勵(lì)磁支路和母

線上的并聯(lián)導(dǎo)納支路從而：組成了只包括運(yùn)算負(fù)荷和運(yùn)算功率及線路阻抗的

簡化等值網(wǎng)絡(luò)。(c)簡化等值網(wǎng)絡(luò)132Z12Z13Z23環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的等值網(wǎng)絡(luò)簡化1’122’33’1’122’33’注入阻抗支路的電流運(yùn)算負(fù)荷運(yùn)算負(fù)荷運(yùn)算功率4.2環(huán)式網(wǎng)絡(luò)的初步功率分布計(jì)算I.應(yīng)用回路電流法列回路方程(c)簡化等值網(wǎng)絡(luò)132Z12Z13Z23II.設(shè)全網(wǎng)電壓為額定電壓UN因：有：III.解上述方程可得：相似：（3-28）（3-29）132Z12Z13Z231231’Z12Z13Z23Z’2Z’3Z2Z3Z∑圖3-9等值兩端供電網(wǎng)絡(luò)132Z12Z13Z23上述兩公式可做如下理解：

在節(jié)點(diǎn)1把網(wǎng)絡(luò)打開，可得一等值的兩端供電網(wǎng)，如下圖所示。其兩端電壓大小相等，相位相同。

如，具有4個(gè)節(jié)點(diǎn)的環(huán)式網(wǎng)絡(luò)，如右圖，推廣上式與力學(xué)中梁的反作用力計(jì)算公式相似，故稱為力矩法公式。1234同理，可推廣出n=5,6,7，…的計(jì)算公式。簡化條件：若系統(tǒng)中各線路結(jié)構(gòu)相同，導(dǎo)線截面相同，也即單位長度的參數(shù)完全相同，則上式可簡化為：簡化計(jì)算：線路長度IV.確定功率分點(diǎn)：在求得和之后，即可求出各支路的功率分布1234如：從計(jì)算結(jié)果中會發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)中某些節(jié)點(diǎn)的功率是由兩側(cè)向其流動的，這些節(jié)點(diǎn)稱為功率分點(diǎn)。又分為有功功率分點(diǎn)（▼標(biāo)注）和無功功率分點(diǎn)（▽標(biāo)注），如上圖示例。▼▽注意：上述公式是在假設(shè)全網(wǎng)電壓均為網(wǎng)絡(luò)的額定電壓，且相位也相位也相同的條件下得出的，也就是假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中沒有功率損耗，即因此，所得的功率分布只是功率在電網(wǎng)中的大致分布，通常稱之為初步功率分布。4.3兩端供電網(wǎng)絡(luò)中的初步功率分布兩端電壓大小不等，相位不同。兩端相電壓降落為兩端線電壓降落為則根據(jù)基爾霍夫電壓定律有設(shè)，將帶入上式，可得

1234Z12Z34Z23兩端供電網(wǎng)絡(luò)4.3兩端供電網(wǎng)絡(luò)中的初步功率分布1234Z12Z13Z23兩端供電網(wǎng)絡(luò)解上述方程可得：相似：循環(huán)功率132Z12Z34Z234.3兩端供電網(wǎng)絡(luò)中的初步功率分布循環(huán)功率的正方向與電壓降落的方向有關(guān)，對于外電路，

由高電位流向低點(diǎn)位。4.4環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的潮流計(jì)算I.計(jì)算環(huán)網(wǎng)中初步功率分布II.根據(jù)無功功率分點(diǎn)解環(huán)

如右圖，因無功功率分點(diǎn)通常是

系統(tǒng)電壓最低點(diǎn)1234▽III.把系統(tǒng)分解為兩個(gè)輻射網(wǎng)

a網(wǎng):1-2-3b網(wǎng)：1-4-3IV.對a網(wǎng)和b網(wǎng)，通常已知首端電壓，而末端功率已知

因此，可按照開式網(wǎng)已知末端負(fù)荷和首端電壓的情形計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)功率損耗和電壓降落。4.5環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的潮流調(diào)控I.串聯(lián)電容將其串聯(lián)在環(huán)式網(wǎng)絡(luò)中阻抗相對較大的線段中，以其容抗抵償線路的感抗，起到