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1、1稳态计算l为了使电力系统能够平安、优质、经济的运行，为了使电力系统能够平安、优质、经济的运行，在电力系统的设计、运行以及探讨工作中，须要在电力系统的设计、运行以及探讨工作中，须要针对系统的不同运行状态，做多种多样的计算。针对系统的不同运行状态，做多种多样的计算。本章主要探讨稳态计算。本章主要探讨稳态计算。l稳态计算：稳态计算：l不考虑发电机的参数，作为功率注入元或者电压不考虑发电机的参数，作为功率注入元或者电压恒定的边界节点。恒定的边界节点。l依据给定的有功、无功负荷，发电机的有功出力依据给定的有功、无功负荷，发电机的有功出力和机端母线电压幅值，求解电力网中其它各母线和机端母线电压幅值，求解
2、电力网中其它各母线的电压、各条线路中的功率以及功率损耗。的电压、各条线路中的功率以及功率损耗。l也叫潮流计算，不仅常常进行，还是其它计算的也叫潮流计算，不仅常常进行，还是其它计算的基础。基础。2潮流计算的作用l电力系统规划中用于选择系统的接线方式、电力系统规划中用于选择系统的接线方式、选择电气设备及导线的截面；在电力系统选择电气设备及导线的截面；在电力系统的运行中，用于确定运行方式和合理的供的运行中，用于确定运行方式和合理的供电方案，确定电压调整措施等；供应继电电方案，确定电压调整措施等；供应继电爱护、自动装置的设计与整定依据。爱护、自动装置的设计与整定依据。3电压着陆l定义：定义：l电力网中
3、随意两点电压的相量差。电力网中随意两点电压的相量差。l产生缘由：产生缘由：l电力系统中一条线路或一台变压器中有功率电力系统中一条线路或一台变压器中有功率S流过是，其首端和末端的电压就会有所不流过是，其首端和末端的电压就会有所不同。同。l举例分析：举例分析：l发电机通过一条线路向一个用户供电。已知发电机通过一条线路向一个用户供电。已知线路末端电压线路末端电压U2和负荷和负荷SL。4简洁电力系统电压着陆分析l线路的首端电压为：线路的首端电压为：l将电流用功率表示：将电流用功率表示：负荷为感性5电压着陆横重量电压着陆横重量 电压着陆纵重量电压着陆纵重量 电压着陆电压着陆l表达式表达式其中：其中：l首
4、端电压有效值：首端电压有效值：l首末端电压相位差：首末端电压相位差：6电压电压着陆着陆电压着陆的电压着陆的纵重量纵重量电压电压着陆着陆的横的横重量重量电压着陆向量图7须要留意的问题l公式公式l成立的条件：成立的条件：l负荷为感性负荷，即负荷为感性负荷，即SPjQl已知节点已知节点2的电压的电压U2和负荷和负荷S2l提出疑问：提出疑问：l假如已知的是节点假如已知的是节点1的电压和负荷，如何求的电压和负荷，如何求解？解？l假如是容性负荷怎么办？假如是容性负荷怎么办？8假设假设：已知首端功率和电压，负荷为感性，求末端电压l线路的末端电压为：线路的末端电压为：l将电流用功率表示：将电流用功率表示：只是
5、换了下标，公式形式与前一样9比较两者的关系l已知首端电压和功率，求末端电压已知首端电压和功率，求末端电压l已知末端电压和功率，求首端电压已知末端电压和功率，求首端电压l两者表达式并不相同，这是因为选择的参考两者表达式并不相同，这是因为选择的参考向量不同导致的。向量不同导致的。l计算结果确定满足：计算结果确定满足：10l表达式表达式l其中：其中：l留意：这个公式是在感性负荷的状况下得到留意：这个公式是在感性负荷的状况下得到的，假如是容性负荷，则上述公式中无功的，假如是容性负荷，则上述公式中无功功率前的符号应变号。功率前的符号应变号。电压着陆横重量电压着陆横重量 电压着陆纵重量电压着陆纵重量 电压
6、着陆的通式表达电压着陆的通式表达11电压损耗l定义：定义：l电力网随意两点电压有效值之差，近似等于电力网随意两点电压有效值之差，近似等于电压着陆的纵重量。电压着陆的纵重量。l电压损耗百分比：电压损耗百分比：l电压损耗与相应线路标称电压相比称为电压电压损耗与相应线路标称电压相比称为电压损耗百分值损耗百分值12电压偏移l定义：定义：网络中某点的实际电压有效值与相应线路标称电网络中某点的实际电压有效值与相应线路标称电压的差值称之为该点的电压偏移。压的差值称之为该点的电压偏移。l电压偏移百分值：电压偏移百分值：与标称电压的比值的百分值与标称电压的比值的百分值 13电压调整l定义：定义：线路末端空载与负
7、载时电压的数值差。线路末端空载与负载时电压的数值差。l电压调整百分比：电压调整百分比：电压调整%14之间的关系和区分l电压着陆电压着陆l电力网中随意两点电压的相量差。电力网中随意两点电压的相量差。l向量，幅值和相角（实部和虚部）向量，幅值和相角（实部和虚部）l电压损耗电压损耗l电力网随意两点电压有效值之差。电力网随意两点电压有效值之差。l近似等于电压着陆的纵重量。近似等于电压着陆的纵重量。l电压偏移电压偏移l某点的电压有效值与相应线路标称电压之差。某点的电压有效值与相应线路标称电压之差。l衡量某一点的电压质量。衡量某一点的电压质量。l电压调整电压调整l某点的电压有效值与相应线路空载电压之差。某
8、点的电压有效值与相应线路空载电压之差。l衡量某一点的电压空载与负载时的差值。衡量某一点的电压空载与负载时的差值。15输电效率l定义：定义：线路末端输出有功功率线路末端输出有功功率P1与线路始端输入有功功与线路始端输入有功功率率P2的比值，常以百分值表示。的比值，常以百分值表示。l因为线路始端有功功率因为线路始端有功功率P1总大于末端有功总大于末端有功功率功率P2，因此输电效率总小于，因此输电效率总小于1。输电效率%16功率损耗l功率损耗的产生：功率损耗的产生：l电力线路、变压器等设备具有阻抗和导纳；电力线路、变压器等设备具有阻抗和导纳；l电流流过阻抗和导纳将产生有功和无功功率损耗。电流流过阻抗
9、和导纳将产生有功和无功功率损耗。l损耗对电力系统运行实不利的：损耗对电力系统运行实不利的：l迫使投入运行的发电设备容量大于用户的实际负迫使投入运行的发电设备容量大于用户的实际负荷荷l多装设发电机组多装设发电机组l多消耗大量的一次能源多消耗大量的一次能源l损耗产生的热量会加速电气绝缘的老化损耗产生的热量会加速电气绝缘的老化l损耗过大时，可能因过热而烧毁绝缘和溶化导体，损耗过大时，可能因过热而烧毁绝缘和溶化导体，致使设备损坏，影响系统的平安运行。致使设备损坏，影响系统的平安运行。17电力线路功率损耗 l已知线路末端电压和三相负荷，线路用已知线路末端电压和三相负荷，线路用型型等值电路表示：等值电路表
10、示：l则线路的功率损耗由三个部分组成：则线路的功率损耗由三个部分组成：线路末端导纳中的功率损耗线路末端导纳中的功率损耗阻抗中的功率损耗阻抗中的功率损耗线路首端导纳中的功率损耗线路首端导纳中的功率损耗 18线路型等值电路PjQ线路末端导纳中的功率损耗线路首端导纳中的功率损耗线路阻抗中的功率损耗19l线路首端导纳中的功率损耗线路首端导纳中的功率损耗l线路末端导纳中的功率损耗线路末端导纳中的功率损耗线路首末端功率损耗20线路阻抗中的功率损耗l已知首端电压和首端功率已知首端电压和首端功率l已知末端电压和末端功率已知末端电压和末端功率21线路阻抗中的功率损耗计算通式l留意：其中留意：其中P、Q和和U是线
11、路中某一端节点所对应是线路中某一端节点所对应的有功功率、无功功率和电压幅值。的有功功率、无功功率和电压幅值。22电力线路功率损耗l线路末端导纳中的功率损耗线路末端导纳中的功率损耗l阻抗中的功率损耗阻抗中的功率损耗l线路首端导纳中的功率损耗线路首端导纳中的功率损耗23变压器中的功率损耗l变压器中的功率损耗包括两个部分：变压器中的功率损耗包括两个部分：l可变损耗：可变损耗：ZT中的功率损耗与通过变压器中的功率损耗与通过变压器的负荷有关，是随机的。的负荷有关，是随机的。l固定损耗：固定损耗：YT中的功率损耗只与电网的电中的功率损耗只与电网的电压有关，变更范围小，可当作是不变的。压有关，变更范围小，可
12、当作是不变的。ZTYT24双绕组变压器l有功功率损耗有功功率损耗l无功功率损耗无功功率损耗25变压器功率损耗的简化计算l依据铭牌值计算依据铭牌值计算RT和和XTl并且实际计算时，一般设并且实际计算时，一般设U1=UN，U2=UNl干脆利用出厂参数计算功率损耗：干脆利用出厂参数计算功率损耗：26l计算步骤计算步骤开式网潮流计算 1、计算元件参数、计算元件参数2、形成等值电路、形成等值电路3、计算电压着陆和功率损耗、计算电压着陆和功率损耗271、计算元件参数l计算线路和变压器参数计算线路和变压器参数线路用线路用型等值模型型等值模型变压器用变压器用型等值模型型等值模型282、形成等值电路la.画出等
13、值电路图画出等值电路图lb.将归算后的参数标于图中将归算后的参数标于图中lc.简化等值电路简化等值电路29同一电压等级开式网l画出等值电路图，并标注参数画出等值电路图，并标注参数30同一电压等级开式网l简化等值电路图简化等值电路图313、计算电压着陆和功率损耗l计算方法：计算方法：l逐段向另一端推算。逐段向另一端推算。l例如，已知末端电压例如，已知末端电压Ua和末端功率和末端功率SLa求求其它各点功率和电压，则有其它各点功率和电压，则有a点逐段计算，点逐段计算，最终推算到最终推算到d点。点。l对同一电压等级开式网的计算步骤的分析，对同一电压等级开式网的计算步骤的分析，来学习有功计算开式网潮流的
14、方法。来学习有功计算开式网潮流的方法。32同一电压等级开式网计算l第一步：设第一步：设Ua为参考电压为参考电压l1、计算第、计算第段线路末端电纳中的功率损耗段线路末端电纳中的功率损耗l2、确定送往、确定送往a点的负荷点的负荷l3、求第、求第段线路阻抗中的电压着陆及功率损耗段线路阻抗中的电压着陆及功率损耗33同一电压等级开式网计算l第一步：设第一步：设Ua为参考电压为参考电压l4、计算、计算b点电压点电压l5、计算功率、计算功率Sal其次步：计算第其次步：计算第段线路电压着陆和功率损耗段线路电压着陆和功率损耗l1、计算第、计算第段线路末端电纳中的功率损耗段线路末端电纳中的功率损耗l2、确定送往、
15、确定送往b点的负荷点的负荷34同一电压等级开式网计算l其次步：计算第其次步：计算第段线路电压着陆和功率损耗段线路电压着陆和功率损耗l3、求第、求第段线路阻抗中的电压着陆及功率损耗段线路阻抗中的电压着陆及功率损耗l4、计算、计算c点电压点电压l5、计算功率、计算功率Sb35同一电压等级开式网计算l第三步：计算第第三步：计算第段线路电压着陆和功率损耗段线路电压着陆和功率损耗l1、计算第、计算第段线路末端电纳中的功率损耗段线路末端电纳中的功率损耗l2、确定送往、确定送往c点的负荷点的负荷l3、求第求第段线路阻抗中的电压着陆及功率损耗段线路阻抗中的电压着陆及功率损耗36同一电压等级开式网计算l第三步：
16、计算第第三步：计算第段线路电压着陆和功率损耗段线路电压着陆和功率损耗l4、计算、计算d点电压点电压l5、计算功率、计算功率Scl第四步：计算第四步：计算d点的功率注入点的功率注入l1、计算第、计算第段线路首端的电纳中的功率损耗段线路首端的电纳中的功率损耗l2、计算、计算d点功率注入量点功率注入量37同一电压等级开式网的电压向量图38同一电压等级开式网潮流的近似算法l上述计算是严格而精确的。上述计算是严格而精确的。l条件：已知同一个点的电压和功率。条件：已知同一个点的电压和功率。l但是：电力网中通常已知首端电压但是：电力网中通常已知首端电压Ud和各节点负和各节点负荷，并不知道荷，并不知道Ua。l
17、也就是，已知某个节点的电压和另一个节点的功也就是，已知某个节点的电压和另一个节点的功率率l接受近似算法进行计算。接受近似算法进行计算。l处理方法：处理方法：l假定假定a、b、c各点电压等于额定电压各点电压等于额定电压UN，依据已，依据已知节点的功率计算系统中其它各个部分的功率损知节点的功率计算系统中其它各个部分的功率损耗。耗。l然后由计算得到的功率，依据已知节点的电压，然后由计算得到的功率，依据已知节点的电压，计算各点电压着陆，得到各节点电压。计算各点电压着陆，得到各节点电压。39同一电压等级开式网潮流的近似计算l第一步：已知负荷功率第一步：已知负荷功率SLa，、，、SLb和和SLc。假设各。
18、假设各点电压等于额定电压点电压等于额定电压UN，计算各部分功率损耗，计算各部分功率损耗1、各电纳中的无功功率、各电纳中的无功功率2、合并负荷和对地支路中的无功功率、合并负荷和对地支路中的无功功率3、简化等值电路、简化等值电路40同一电压等级开式网潮流的近似计算l其次步：计算各条线路阻抗上的功率损耗其次步：计算各条线路阻抗上的功率损耗l1、计算第、计算第段线路阻抗上的功率损耗段线路阻抗上的功率损耗l2、计算、计算b点注入功率点注入功率Sb41同一电压等级开式网潮流的近似计算l其次步：计算各条线路阻抗上的功率损耗其次步：计算各条线路阻抗上的功率损耗l3、计算第、计算第段线路阻抗上的功率损耗段线路阻
19、抗上的功率损耗l4、计算、计算c点注入功率点注入功率Sc42同一电压等级开式网潮流的近似计算l其次步：计算各条线路阻抗上的功率损耗其次步：计算各条线路阻抗上的功率损耗l5、计算第、计算第段线路阻抗上的功率损耗段线路阻抗上的功率损耗l6、计算、计算d点注入功率点注入功率Sd43同一电压等级开式网潮流的近似计算l第三步：已知首端电压第三步：已知首端电压Ud，依据所得到的功率分，依据所得到的功率分布计算电压着陆布计算电压着陆l1、以、以Ud为参考电压，计算电压为参考电压，计算电压Uc44同一电压等级开式网潮流的近似计算l第三步：已知首端电压第三步：已知首端电压Ud，依据所得到的功率分，依据所得到的功
20、率分布计算电压着陆布计算电压着陆l2、计算电压、计算电压Ub45同一电压等级开式网潮流的近似计算l第三步：已知首端电压第三步：已知首端电压Ud，依据所得到的功率分，依据所得到的功率分布计算电压着陆布计算电压着陆l3、计算电压、计算电压Ua46同一电压等级开式网潮流计算方法总结l计算元件参数计算元件参数l画出等值电路画出等值电路l并进行简化并进行简化l计算功率损耗和电压着陆计算功率损耗和电压着陆47计算功率损耗和电压着陆第一类l第一类：已知同一点的电压和功率第一类：已知同一点的电压和功率l方法：逐段向另一端推算。对于某段线路按方法：逐段向另一端推算。对于某段线路按如下步骤计算：如下步骤计算：l1
21、、计算该段线路已知端电纳中的功率损耗；、计算该段线路已知端电纳中的功率损耗；l2、确定送往该点的负荷；、确定送往该点的负荷；l3、求该段线路阻抗中的电压着陆及功率损、求该段线路阻抗中的电压着陆及功率损耗；耗；l4、计算该段线路另一端电压；、计算该段线路另一端电压；l5、计算该段线路另一端节点流出功率。、计算该段线路另一端节点流出功率。48计算功率损耗和电压着陆其次类l其次类：已知某一点的电压和另一点的功率其次类：已知某一点的电压和另一点的功率l方法：接受简化方法计算。具体计算步骤如方法：接受简化方法计算。具体计算步骤如下：下：l1、设全网为标称电压，由末端向首端推算，、设全网为标称电压，由末端
22、向首端推算，仅计及元件中的功率损耗而不计算电压着仅计及元件中的功率损耗而不计算电压着陆，从而求全网的功率分布；陆，从而求全网的功率分布；l2、由始端电压及上一步计算的始端功率向、由始端电压及上一步计算的始端功率向末端推算，求各节点的电压，此时不必重末端推算，求各节点的电压，此时不必重新计算功率损耗和功率分布。新计算功率损耗和功率分布。49同一电压等级开式网潮流计算l以上方法可以推广到含有以上方法可以推广到含有n段线路和段线路和n个集中负荷个集中负荷的开式电力网。的开式电力网。l对于下图所示的同一电压等级开式电力网，同样对于下图所示的同一电压等级开式电力网，同样可以依据网络的已知条件，用前述方法
23、计算。可以依据网络的已知条件，用前述方法计算。50例题l标称电压为220kV、长度为200km的单回输电线路，已知线路末端负荷和末端电压，如下图所示：线路参数为：r1=0.1/km，x1=0.4/km，b1=2.510-6 S/km。试求线路始端电压U1和始端功率S1。51不同电压等级开式网计算l在多电压级网络中，由于各元件的参数一般是以其所处的电压等级的电压求得的，为了建立多电压级网络的等值电路，必需将各元件的阻抗、导纳及这些元件所处的电压级的电压、电流归算到同一电压等级中去，该电压等级称为基本级，通常取网络中的最高电压级为基本级。52不同电压等级开式网计算l这种电力网计算的特殊性在于变压器
24、的表示方式，一旦变压器的表示方式确定之后，即可制定电力网的等值电路，并依据已知条件，按计算同一电压等级电力网的类似方法进行计算。l变压器有两种表示方式：l第一种：用折算后的阻抗于具有变比为k的志向变压器串连等值电路表示变压器l其次种：将变压器只有折算后的阻抗表示，须要把线路参数按变比k折算53变压器的两种表示方式l第一种：用折算后的阻抗与具有变比为k的志向变压器串连等值电路表示变压器l其次种：将变压器只有折算后的阻抗表示，须要把线路参数按变比k折算54多电压等级参数归算A-归算前的参数归算前的参数A-归算后的参数归算后的参数k-变压器的变比，变压器的变比，k的分子是向着基本级一侧的电压，分母是
25、向的分子是向着基本级一侧的电压，分母是向着待归算一侧的电压。着待归算一侧的电压。55远距离输电的稳态运行特性l电力系统中，当架空线路的实际长度超过电力系统中，当架空线路的实际长度超过300km及电缆线路长度超过及电缆线路长度超过100km时，一时，一般不能忽视线路参数的分布性质。般不能忽视线路参数的分布性质。l本节介绍内容：本节介绍内容：l长线方程长线方程l自然功率自然功率56长线方程l通过分析之后可以得到考虑长线路的分布参数特通过分析之后可以得到考虑长线路的分布参数特性，可以得到长线中距线路末端性，可以得到长线中距线路末端x处的电压和电流处的电压和电流的表达式：的表达式：lA1和和A2是积分
26、常数，由边界条件确定。其中是积分常数，由边界条件确定。其中U2和和I2表示已知末端电路的电压和电流。表示已知末端电路的电压和电流。57波阻抗和传播常数l波阻抗波阻抗l传播常数传播常数波阻抗和传播常数仅取决于线路单位长度的阻抗和导纳波阻抗和传播常数仅取决于线路单位长度的阻抗和导纳58简化波阻抗和传播常数l一般设计高压线路时，一般设计高压线路时，不应使电晕产生，即不应使电晕产生，即g10：l高压线路有高压线路有r1直流或者直流直流或者直流沟通的沟通的变换变换l换流器：一般用三相桥式整流电路，整流桥换流器：一般用三相桥式整流电路，整流桥的六个臂接受可控硅整流器。每臂称为一的六个臂接受可控硅整流器。每
27、臂称为一个阀臂或阀。个阀臂或阀。l限制器限制器l爱护器爱护器l换流变压器换流变压器64运行方式l单极运行方式单极运行方式l双极运行方式双极运行方式l同级运行方式同级运行方式65单极运行方式l单极系统以负极性运行。直流架空线路受雷单极系统以负极性运行。直流架空线路受雷击的几率以及电晕引起的无线电干扰都比击的几率以及电晕引起的无线电干扰都比用正极性运行时小。用正极性运行时小。66双极运行方式l通常状况下，注入两级的电流相等，没有接地电通常状况下，注入两级的电流相等，没有接地电流。有时，会用第三根导线将中点连接。流。有时，会用第三根导线将中点连接。67同级运行方式l两条输电线路同级，通常都用负极。由
28、于大地回两条输电线路同级，通常都用负极。由于大地回路会对地下管道腐蚀，因此通常接入回流线路。路会对地下管道腐蚀，因此通常接入回流线路。68换流原理l整流：把三相沟通点变换成直流电整流：把三相沟通点变换成直流电l逆变：把直流电变换成三相沟通电逆变：把直流电变换成三相沟通电l整流和逆变是直流输电的两个最重要的缓解，整流和逆变是直流输电的两个最重要的缓解，组成这两部分的换流器，一般由一组可控组成这两部分的换流器，一般由一组可控的三相桥式整流电路串连（或并联）而成。的三相桥式整流电路串连（或并联）而成。l以单组整流桥的运行状态为例，分析换流器以单组整流桥的运行状态为例，分析换流器工作原理。工作原理。6
29、9HVDC电路分析70HVDC电路分析l不考虑电源电抗器，不考虑触发延迟时：不考虑电源电抗器，不考虑触发延迟时：l考虑触发延迟，考虑电源阻抗时：考虑触发延迟，考虑电源阻抗时：l考虑电源阻抗，换相重叠角引起电压下降：考虑电源阻抗，换相重叠角引起电压下降：71HVDC电路分析结论l通过以上分析，可以得到多桥换流器母线电通过以上分析，可以得到多桥换流器母线电压电流公式如下：压电流公式如下：72HVDC系统限制等值模型l电力系统图电力系统图l等值电路图等值电路图l电压特性电压特性73HVDC系统限制数学推导l直流电流直流电流l整流端输入功率整流端输入功率l逆变端输出功率逆变端输出功率74HVDC系统限
30、制目标l当沟通系统电压波动时，能够爱护直流部分不产当沟通系统电压波动时，能够爱护直流部分不产生大的波动。生大的波动。l保持直流电压接近整定值。保持直流电压接近整定值。l维持发送和接受端的功率因子足够高。维持发送和接受端的功率因子足够高。l保证换流站额定功率保证换流站额定功率l减小所联沟通系统的损耗减小所联沟通系统的损耗l当负荷增大时，减小压降当负荷增大时，减小压降l削减换流站吸取的额定功率削减换流站吸取的额定功率l使逆变器和整流器不发生换相失败。使逆变器和整流器不发生换相失败。75HVDC系统限制常用手段l定触发角限制定触发角限制(constant ignition angle)l定电流限制定
31、电流限制(constant current)l定熄弧角限制定熄弧角限制(constant extinction angle)76HVDC系统限制其它方式l定电压限制定电压限制(constant voltage mode)l定触发提前角定触发提前角(constant mode)l分接头调整限制分接头调整限制(tap changer control)l逆变器附加电压限制逆变器附加电压限制(满足线路电压满足线路电压)l整流器附加触发角限制整流器附加触发角限制(触发角为正常值触发角为正常值)l电流限制电流限制(current limit)l最大电流限制最大电流限制(1.21.3额定满载电流额定满载电流)l最小电流限制最小电流限制l基于电压的电流限制基于电压的电流限制(VDCOL)l最小触发角限制最小触发角限制(minimum firing angle limit)l功率限制功率限制(power control)l直流系统附加限制直流系统附加限制(auxiliary controls for ac system)77HVDC系统限制综合效果78HVDC系统潮流模型限制模式比较