第8章 电力网络稳态行为特性.ppt

第八章电力网络稳态行为,电源火电厂,变电站,电能传输----架空线、电力电缆,运行中的变压器,主要内容,网络计算目的电力线路的电压降落、功率损耗及电能损耗高压电力线路的输送能力简单电力网络中的潮流分布复杂电力系统潮流分布的计算机解法,8-1网络计算目的,潮流在发电机母线上功率被注入网络，而在变（配）电站的母线上接入负荷，其间，功率在网络中流动。对于这种流动的功率，电力生产部门称之为潮流。区域网与地方网按电力设施分布地域的大小电力网络可区分为区域网与地方网（输电网及配电网）。开式网与闭式网由电力网络的结构又可区分为开式网与闭式网。,,以电力网络潮流、电压计算为主要内容的电力网络稳态行为特性计算的目的在于估计对用户电力供应的质量以及为电力网运行的安全性与经济性评估提供基础数据。配电网潮流算法是配电网络分析的基础，配电网的网络重构、无功功率优化、状态估计和故障处理都需要用到配电网潮流数据。,潮流分析计算,1．满足系统经济性运行的要求，每一台发电机的输出必须接近于预先设定值；2．必须确保联络线潮流低于线路热极限和电力系统稳定极限；3．必须保持某些中枢点母线上的电压水平在容许范围内，必要时用无功功率补偿计划来达到；4．区域电网是互联系统的一部分，必须执行合同规定的输送至邻网的联络线功率计划；5．用故障前的潮流控制策略使事故扰动效应最小化。,8-2网络元件电压降落、功率及电能损耗,一、网络元件的电压降落电压降落---元件首末两端的电压相量差电压损耗---元件首末两端的电压绝对值之差电压偏移（）（V-VN）/VN*100,以线路为例说明,1、电压降落,以2端电压为参考方向,以1端电压为参考方向,以线路为例说明,,以V2（末端）为参考量时图a,当以V1端（首端）为参考量时图b,,2、电压损耗,电压降落相量的分解,电压损耗示意图,3、电压偏移,电压偏移（）（V-VN）/VN*100,4、电压质量指标,5、总结与分析,电压降落式中，无论是纵向分量（ΔV）还是横向分量（δV）式中分子与分母均指同一处的功率或电压。当电网电压较高时（电阻R远小于电抗X）此时电压的纵分量ΔVQX/V电压的横分量δVPX/V说明高压电网中，无功功率总是从电压高的一端流向电压低的一端；有功功率总是从电压相位超前的一端流向电压滞后的一端。,二、网络元件的功率损耗,1、输电线路,2、变压器,,变压器常用型等值电路表示，也具有串联阻抗支路及并联导纳支路（励磁支路）。其有功功率损耗及无功功率损耗的求取方法与上述方法相同，从而为变压器运行的经济分析提供数据。,3、线路的输电效率η,η线路末端输出的功率P2/首端的输入功率P1,注意对于35KV及以下电力网，常忽略变压器的励磁功率、线路的充电功率。,三、电力网中电能损耗,（一）、网损及网损率网损---所有的送、变、配电各环节损耗的电量网损率---网络损耗的电量/供电量（发电量减去厂用电）运行时间T内的网损计算式（以变压器为例）,（二）、线路中电能损耗的计算（上式第2项）,最大负荷损耗时间法---T法,一个负荷点时,,,,有几个负荷点的情况,,,,计算步骤,等值功率法,（三）降低网损的技术措施,提高用户功率因数，减少线路输送的无功功率,装设并联补偿电容器是提高功率因数的重要措施,改善网络中的功率分布合理确定电网的运行电压水平组织变压器经济运行---避免出现“大马拉小车”之类的问题---当有两台或多台变压器并联运行时，要根据负荷的大小合理确定变压器的运行方式。对原有电网进行技术改造,变压器经济运行图例说明,,,,,,,,,,,,,,,,,负荷容量S,0,变压器损耗PT,S1,S2,T1,T2,T1与T2并联运行,电网进行技术改造说明,目标降低网损，平抑电价，实现同网同价。范围两网（城网与农网）改造。原因90年代以前，我国历来是重发电，轻电网；重输电网，轻配电网。导致网损增大，电力质量不高，甚至用电堵塞。投资上世纪90年代中末期到本世纪初，两期共投入数千亿人民币。,电网改造主要措施,淘汰高损耗变压器，如SJ系列；并更换成节能型产品，如S7、S9系列。优化配电网结构，增加变压器台数，减少其供电范围；增大配电网的导线直径。适当增加无功补偿电容设备。,8-3高压电力线路的输送能力,按导线允许持续发热条件决定输送能力,按线路允许电压损失条件决定输送能力,按线路允许功率损耗和电能损耗决定输送能力,8-4简单电力网络中的潮流分布,潮流计算是电力系统分析中的一种最基本的计算，它的任务是对给定的运行条件确定系统的运行状态，如母线上的电压（幅值和相角），网络中的功率分布及功率损耗。,一、开式网络功率分布计算,开式电力网络的潮流分布给定始端（或末端）的功率及电压，求潮流及电压分布；给定末端功率及始端电压（或始端功率及末端电压）求潮流及电压分布。,已知末端功率及电压，求潮流分布,将电压和功率由末端向始端交替推进，对于110KV及以下网络，可略去电压降落的横分量，从而使计算简化。计算中须注意到变压器参数及电压的归算。,,1、电力网中的运算负荷Sa、Sb、Sc,,线路的充电功率,2、计算步骤,从负荷端（末端）开始，利用线路额定电压，逆着功率方向依次计算各线路的功率损耗与功率分布。直到算出电源端（首端）的功率。利用已知的电压与上述计算的功率，从首端开始顺着功率传送方向依次计算各线路的电压降落。当需要精度较高时，可以重复以上计算。在计算功率损耗时，利用已经求得的电压。,步骤,1）.从离电源点最远处开始,利用线路额定电压,逆着功率方向依次计算各线段功率损耗与功率分布.对于第三段,对于第二段线路,2）.利用上述结果,从电源点开始顺功率方向算出电压降落及节点电压,例9-1电力线路长100Km，额定电压为110KV，末端接有一台容量为20MVA、变比为110/38.5KV的降压变压器。变压器低压侧负荷为15j11.25MVA。正常运行时要求电压达36KV。试求线路始端母线应具备的功率和电压。,,,线路采用LGJ-120导线，其单位长度参数为,归算至110KV侧的变压器参数为,,,线路用Π等值表示，其中,变压器用Γ型等值电路表示，其中,等值电路,,,当忽略δUT时,,,忽略δUl时,,技术经济指标如下,结论,（1）电压数值计算中略去电压降落的横分量不会产生大误差。（2）变压器电压降落纵分量值主要取决于变压器电抗与无功负荷的乘积部分。（3）变压器中无功功率损耗远大于有功功率损耗，是电网中无功功率损耗的主要组成部分。（4）线路负荷较轻时，线路电纳中吸收的容性无功功率大于电抗中消耗的感性无功功率，这时线路是感性无功功率源,补充3、应用,1）对于辐射状电网的计算树辐射状网络。根节点供电点。叶节点只同一条支路联接，且为该支路的终节点。非叶节点同两条或两条以上的支路联接，它既是一支路的终节点，也可是另一支路的始节点。,,A为根节点，b,c.e为非叶节点，d,f.g.h为叶节点。,,,具体思路（依照前述步骤）,从叶节点开始，逆向而行。公式如下,从首端开始，顺向而行。公式为,2）对于实际配电网络,,,,,思考,如果节点是发电厂如何考虑,两级电压的开式电力网计算,方法一,,,,,方法二,折算后的等值电路中，同一个电压等级的开式网络计算完全相同。但要注意图中C、d点的电压是折算的值，而非实际电压值。,方法三,用Π型等值电路表示变压器。,二、闭式网络功率分布计算,两端供电网络的功率分布含有变压器的简单环网的功率分布环网中的潮流计算,,先假设全网为额定电压，求出变电所的运算负荷与发电厂的运算功率。变电所的运算负荷是指变电所低压侧的负荷功率加上变压器的功率损耗再加上变电所一次母线上所有相联线路的充电功率的一半而得到的运算负荷，发电厂的运算功率是指发电厂的输出功率减去升压变压器的功率损耗再减去发电厂高压母线上所有相联线路充电功率的一半而得到的运算功率。,,经过化简后得到仅含串联阻抗支路的等值电路。在假设全网为额定电压下求网络的基本功率分布，即不考虑网络的功率损耗求取功率分布。在基本功率分布的功率分界点，将闭式网络分解为两个开式网络，然后按照开式网的潮流、电压计算方法从功率分界点向电源点递推求取潮流、电压分布。,（一）、两端供电网络的功率分布,,,,,,,,,带两个负荷的两端供电网络,a,b,上式计算是精确的。实际中采用近似计算方法，即先忽略网络中的损耗，并用相同的电压时,,注意,每个电源点送出的功率都包含两部分，第一部分由负荷功率和网络参数确定，每一个负荷的功率都以该负荷点到两个电源点间的阻抗共轭值成反比的关系分配给两个电源点，而且可以逐个地计算。第二部分与负荷无关，它可以在网络中负荷切除的情况下，由两个供电点的电压差和网络参数确定，通常称这部分功率为循环功率。当两个电源点的电压相等时，循环功率为零，公式右端只剩下前一项。,1、两端供电网络的功率分布,2、沿线有多个负荷两端供电功率分布,功率分布公式,,对于均一电网（各线路电抗与电阻之比值相同）上式可简化为,对于各线段单位长度阻抗值相同的网络,闭式电力网中的电压损耗的计算,闭式电力网中任一线段的电压损耗可用电压降落的分量代替，用如下公式计算，即在不计功率损耗时，V取电力网的额定电压；计及功率损耗时，如用某一点的功率就应取同一点的电压。对于具有分支的两端的供点网络如图，电压最低点可能不在节点2而在节点3，这需由比较计算接个来决定。所一在具有分支线的闭式电力网中，功率分点只是对于线而言的电压最低点，不一定是整个电力网中的电压最低点。,图具有分支线的两端供电网络,,,,,,,,,2,S1,3,S3,S2,（二）、含有变压器的简单环网的功率分布,1、变比不同时变压器并联运行,,ＶＮ.Ｈ是高压侧的额定电压,设循环功率是由节点Ａ１经变压器阻抗流向Ａ２，即在原电路中为顺时针方向,为环路电势,它是因并联变压器的变比不等而引起的，循环功率是由环路电势产生。因此，循环功率的方向同环路电势的作用方向是一致的。当两变压器的变比相等时循环功率不存在。,上式说明,变压器的实际功率分布是由变压器变比相等且供给实际负荷时的功率分布，与不计负荷仅因变比不同而引起的循环功率叠加而成。,环路电势计算----选好循环功率方向后,环路电势确定，开口处可在高压侧或低压侧，但应与阻抗归算的电压级一致,折算到低压侧时,2、多个电压级的环网循环功率,环路电势和循环功率确定方法首先作出等值电路并进行参数归算变压器的励磁功率和线路的电容都略去不计选定环路电势的作用方向，计算环路的等值变比K∑。事先约定变压器的变比等于较高电压级的抽头电压同较低电压级的抽头电压之比。令K∑的初值等于1，从环路的任一点出发,沿选定的环路方向绕行一周，每经过一个变压器，遇电压升高乘以变比，遇电压降低则除以变比,回到出发点时，便计算完毕。最后,便得环路电势和循环功率计算公式为,式中Z∑为环网的总阻抗的共轭值；VN是归算参数的电压级的额定电压。,三级电压环网环路变比确定,（三）、环网中的潮流计算与控制,1、环网潮流的计算,基本环网等值电路,功率的自然分布-----上式说明功率在环形网络中是与阻抗成反比分布的,环网中的网损,2、环网功率经济分布---网损最小,上式表明，功率在环形网络中与电阻成反比分布时，功率损耗为最小。我们将这种功率分布为经济分布。只有在每段线路的比值Ｒ／Ｘ都相等的均一网络中，功率的自然分布才与经济分布相符。在一般情况下，这两者是有差别的。各段线路的不均一程度越大，功率损耗的差别就越大。如果在环网中引入附加电势△E，假定其产生与Ｓ１同方向的循环功率，且满足条件Ｓ１Ｓcir＝Slec。就可以使功率分布符合经济分布的要求。,上式表明只有在环网中功率分布与电阻成反比时，功率损耗最小-----经济分布。只有在环网中各线路R/XR相等的均一网络中才有可能。实际上一般并非如此。为此引入循环功率进行控制。,,,,,,调整环网的变压器变比，对于比值Ｘ／Ｒ较大的高压网络，其主要作用是改变无功功率的分布。一般情况下，当网络中功率的自然分布不同于所期望的分布时，往往要求同时调整有功功率和无功功率，这就要采用一些附加装置来产生所要的环路电势。这类装置主要的有附加变压器和基于电力电子技术的一些ＦＡＣＴＳ装置．,补充3、环网中潮流的控制,1）利用加压调压变压器产生附加电势,纵向调压变压器,,横向调压变压器,混合调压变压器,,2、利用FACTS装置---FlexibleACTransmissionSystem,FACTS的含义是装有电力电子型或其他静止型控制器以加强可控性和增大电力传输能力的交流输电系统。在FACTS装置中采用晶闸管取代传统的机械式高压开关或接头转换部件，极大地提高了调节的灵活性和快速性，通过对电压幅值和相位和阻抗的迅速调整，可以在不改变电网结构的情况下，加强潮流的可控性和提高电网的传输能力。,静止同步串联补偿器（SSSC）,,,,,,SSSC----静止同步串联补偿器,静止同步串联补偿器是一种静止型同步发电器，它用作串联补偿器，其输出电压与线路电流相差90度，能在容性到感性的范围内产生一可控的、与线路电流无关的补偿电压，以增大或减小线路的无功电压降，从而控制线路的潮流。,晶体管控制串联电容器（TCSC）,TCSC-----晶闸管控制串联电容器,晶闸管控制串联电容器是一种容性电抗补偿器,它包括串联电容器组和与其并联的晶闸管控制电抗器，用以构成可调的工频等值电抗。它主要用来对长距离输电线路进行参数补偿以提高传输能力。在闭式网络中它能调整所在线路的总电抗以改变网络的潮流分布。,晶体管控制的移相器（TCPST）,TCPST----晶闸管控制移相器,晶闸管控制移相器的原理与横向调压变压器相似，通过串联变压器在线路纵向插入一与线路相电压相垂直的附加电势，以实现对电压相位的调节。移相器中电源变压器的二次绕组分成匝数不等的若干组，通过晶闸管的通断控制，可以对串联变压器的输出电压进行分级调节。,统一潮流控制器（UPFC）,UPFC----统一潮流控制器,统一潮流控制器的原理它的主体部分是通过公共的直流电容联系起来的两个电压源型逆变器。逆变器1的交流输出电压通过变压器T1并联接入系统，其主要作用是实现并联无功补偿以控制电压；逆变器2的交流输出电压通过变压器T2串联插入线路，其作用相当于SSSC，但它向线路引入的附加电势不仅幅值可变，相位也可在0～3600之间变化.,换流阀,晶闸管换流阀,静止补偿器,,,