第三章简单电力系统的潮流计算
第三章 简单电力系统的潮流计算
电力系统应用
第三章 简单电力系统的潮流计算
S T
—— 三相变压器总损耗，MVA；
RT+jXT—— 变压器一相的阻抗，Ω； P、Q —— 变压器阻抗上的首端或末端三相有功及三相无功 功率，MW、Mvar； U —— 对应于功率的变压器等值电路首端或末端的线 电压，kV； I——流过变压器阻抗上的电流，A； ΔP0+jΔQ0——变压器励磁导纳中的总有功损耗和总无功损耗， MVA。
电力系统应用
第三章 简单电力系统的潮流计算
二、潮流计算的意义 1.对规划中的电力系统，通过潮流计算可以检验所提出的 电力系统规划方案能否满足各种运行方式的要求； 2.对运行中的电力系统，通过潮流计算可以预知各种负荷 变化和网络结构的改变会不会危及系统的安全，系统中所有 母线的电压是否在允许的范围以内，系统中各种元件(线路、 变压器等)是否会出现过负荷，以及可能出现过负荷时应事先 采取哪些预防措施等。
提供必要的数据。
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第三章 简单电力系统的潮流计算
1. 线路的功率损耗
1
Q j C 2
U1
R+jX
P+jQ
I U2
2
j QC 2
图3-2 线路的Π型等值电路
2 2 P Q 3I 2 R jX 106 jQ R jX jQC S C 2 U2
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第三章 简单电力系统的潮流计算
1
电力系统教学 3 简单电力网络潮流的分析与计算
L1
1 S~ 1
L2
T
2
~ S2
整P理2 课件jQ2
RL1 j BL1
2
jX L1 j BL1 2
1 j QyL2 2 ~ S1
j QyL1 2
等值负荷
RL2 j BL2
2
jX L2 j BL2 2
RL1
j BL1 2
由于母线电压在额定电 压附近，因此，线路对 地电容所消耗的功率近
似固定
RL1
S~1 U1
1
则：首端电压为
Y 2
U1 U2
3IZZ U 2
3(
S
' 2
)* Z
3U 2
电压降落 纵分量
U 2
( P2'
j
Q
' 2
)* ( R
U2
jX )
(U 2
P2' R
Q
' 2
X
U2
)
j ( P2' X
Q
' 2
R
)
U2
(U 2 U ) j ( U )
即： U1 (U2U)2(U)2
Sy1
Y2)*U12
1 2
(G
jB)U12
1 2
GU12
j
1 2
BU12
Py1 jQy1
整理课件
无功功率损耗为负 值，意味着发出无
功功率
III.电力线路中的功率损耗计算
流出线路阻抗支路功率
S2' S2 Sy2 流入线路阻抗支路功率
S1' S2' SZ
流入线路的功率
110/10.5
整理课件
电力系统分析第03章简单电力系统潮流计算
= U&p
*
Ip
= Up Ip∠(ϕu
−ϕi )
= Up Ip∠ϕ
=
Sp (cosϕ
+
j sin ϕ )
=
Pp
+
jQp
S%p为复功率，U&p = Up∠ϕu为电压相量，I&p = Ip∠ϕi为电流相量，
*
ϕ = ϕu −ϕi为功率因数角， I = I∠ − ϕi ,为电流相量的共轭值，
Sp、Pp、Qp分别为视在功率、有功功率和无功功率
¾ 电压损耗：线路始末两端电压的数值差，常以线路额定电压百分数表示
电压损耗（%）= U1−U 2 ×100% UN
¾ 电压偏移：线路始端或末端电压与线路额定电压的数值差
始端电压偏移（%）= U1 −U N ×100% UN
末端电压偏移（%）= U2 −U N ×100% UN
¾ 电压调整：线路末端空载与负载时电压的数值差
较短线路两端电压相角差一般都不大，可略去δU , 则：
U1
=
U2
+
P2
R + Q2 U2
X
4
始端电压做参考，用始端的功率求末端电压
若以U&1为参考相量，即U&1 = U1∠0°可求出末端的电压U&2
⋅
U2
= U1 − I&( R + jX ) = U1 −
P1
− jQ1 U1
( R + jX ) = U1 − ΔU ′ − jδU ′
上即可计算线损率或网损率。设线路始端输入的年电能 为W1，线路末端输出的年电能为W2，线路上的年电能损 耗仍为△Wz，则线损率或网损率为
第3章 电力系统的潮流计算
= =
P′2 + Q′2 V12
P′2 + Q′2 V12
R X
(2) 并联支路功率损耗 ΔSB
ΔS B1
=
−
jΔQB1
=
−
j
1 2
BV12
ΔS B2
=
− jΔQB2
=
−j
1 2
BV22
2
(3) 功率关系 S ′′ = S2 + ΔS B2 S ′ = S ′′ + ΔSL S1 = S ′ + ΔS B1 = S2 + ΔS B1 + ΔS B2 + ΔS L
●
●
110kV
●
●
3地区变电所
10kV
●
●
4终端变电所
110kV ● ● ● 220kV
2中间变电所
●
●
35kV
●
水电厂
电气接线图
火电厂
3.1 网络元件的电压降落和功率损耗
3.1.1 网络元件的电压降落 1. 电压降落的概念:
元件首末两端电压的相量差。
由图可知电压降落: dV = V1 − V2 = (R + jX )I
开就得到两个实数方程，n个节点共2 n个方程每个方
程包含4个变量： Pi、 Qi、Vi、δi，全系统共4 n个变
量。
4
所以，每个节点必须给定2个变量，留下两个待求 变量，根据电力系统的实际运行条件，按给定变量的 不同，一般将节点分为以下三类：
PQ节点、PV节点、平衡节点 (1)PQ节点
这类节点的P和Q给定，节点电压(Vδ)是待求 量一般包括：负荷节点、联络节点、固定出力的发 电机(厂)节点，
电力系统分析第三章简单潮流计算
jB jB 22
Iy2 U 2
Q y 2
1 2
BU 22
U U2BX 2
I y2
1 2
BU 2
U U2BR 2
Iy2
U 1
U
dU
U2 U1
U U 2
2) 输电线传输功率极限问题
U1
X
U2
线路首端末端有功功率相等
以末端电压U2为参考向量 比较两个表达式的虚部，有
电力系统分析 Power System Analysis
（三）
主讲人：孙醒涛
第三章 输电系统运行特性及简单电力系 统潮流估算
潮流计算的概念
电力系统潮流计算是电力系统中运行和规划中最基本和最 经常的计算，其任务是要在已知（或给定）某些运行参数 的情况下，计算出系统中全部的运行参数。
所谓电力系统的潮流：是指系统中所有运行参数的总体，包 括各个母线电压的大小和相位，各个发电机和负荷功率及电 流，以及各个变压器和线路等元件所通过的功率、电流和其 中的损耗。
有功功率与电压相位差关系密切；
无功功率与电压有效值之差关系密切
20
二、变压器运行状况的计算和分析
1、变压器中的电压降落、功率损耗和电能损耗
用变压器的 型电路
1) 功率
A、变压器阻抗支路中损耗的功率
S~1
S~1
S~ZT
S
' 2
U2
2
ZT
P2'2 Q2' 2
U 2
U1
P1R1 Q1 X1 U1
j
P1 X1 Q1R1 U1
电力系统潮流计算
第三章简单电力系统潮流计算主要内容提示：本章主要内容包括：研究简单电力系统正常运行状态下的潮流分布，以及方便潮流计算化简网络的方法。
电力系统的潮流分布是描述电力系统运行状态的技术术语，它表明电力系统在某一确定的运行方式和接线方式下，系统中从电源经网络到负荷各处的电压、电流、功率的大小和方向的分布情况。
电力系统的潮流分布，主要取决于负荷的分布、电力网参数以及和供电电源间的关系。
对电力系统在各种运行方式下进行潮流分布计算，以便确定合理的供电方案，合理的调整负荷。
通过潮流分布计算，还可以发现系统中的薄弱环节，检查设备、元件是否过负荷，各节点电压是否符合要求，以便提出必要的改进措施，实施相应的调压措施，保证电力系统的电能质量，并使整个电力系统获得最大的经济性。
§3-1电力线路和变压器上的功率损耗、电压降落及电能损耗计算电力线路和变压器上的功率损耗、电压降落常用的公式总结如下：功率损耗：线路和变压器阻抗支路X UQP jR UQP SZ222222+++=∆∙(3-1)⎪⎭⎪⎬⎫+=-=∙∙22222121U jB UG S U jB UG S T T YT l l Yl ∆∆变压器的励磁支路线路的对地支路 (3-2)电压降落： ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-=+=+=∙U QR PX U U QX PR U U j U U d δ∆δ∆ （3-3）始端电压： ()()()⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧∆+=+∆+=⎪⎭⎫⎝⎛︒∠=+∆+=-∙∙U U Utg UU U U U U U j U U U 21222122210δδδδ设 （3-4）注意：采用以上公式计算时，P 、Q 、U 一定要用同一点（同一侧）的值。
电力线路的电能损耗：折线代曲线法：()k kk k n k t R U Q P dt t P W ⋅⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=∆=∆∑⎰=222108760最大功率损耗时间法：max max τP W ∆=∆)cos ,cos (.m ax m ax m ax m ax m ax ττϕϕ曲线得查由查出根据负荷性质-T T T经验法：m ax 8760P F W ∆⋅⋅=∆（F 为年负荷损耗率，()21f K f K F ⋅-+⋅=，f 为年负荷率，8760/m ax T f =，4.0~1.0=K 经验数据）变压器的电能损耗：max 2100087601000τ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∆+∆=∆N kZTYT T S S P P W W W 推广到n 台：max 2100087601000τ⎪⎪⎭⎫⎝⎛+=∆NkTnS S P nP n W 电压降落、电压损耗、电压偏移及电压调整的概念：①电压降落——是指线路始末两端电压的相量差（21∙∙-U U ）。
08.第三章电力系统潮流分析与计算(第六讲简单电力系统潮流计算)
−η
& 的方向！ 1、S C
2、 U、Z等是同一电压等级的数值
21
环网的基本功率分布
& 的弊与利: S C
Q Q
不送入负荷, 产生功率损耗（经济性） 可调整潮流分布—强制分布（可控性）
功率分点一样选！
22
四、闭式网的分解与潮流分布 （工程师的思路？）
Q
在功率分点 (一般为无功分点)将闭式网解开， 分成两个开式网，分别计算。 按开式网计算时，有用的功率是分点处的两个 功率，其余功率要在考虑功率损耗后重新计算。
& =S & −S & S 12 A1 1
19
环网的基本功率分布
& = U N ( U A1 − U A2 ) = U N d U 环网有无循环功率？S C ∗ ∗ ZΣ ZΣ
∗ ∗ ∗
& = S A1 & S A2 =
& Z S ∑ m m
m =1 n
n
∗
ZΣ
& U 2 △U2
电压偏移
U1 − U N = × 100% UN
& =U & −U & 电压降落 dU 1 2
Q2X U2 PX δU 2 ≈ 2 U2 ∆U 2 ≈
高压输电系统中 X >> R （作业？）
Q2X U2 P X/U 2 δ1 ≈ tg −1 2 U 2 + ∆U 2 U1 ≈ U 2 +
& = U ∠0 0 U 令： 1 1
P1 R + Q1 X P1 X − Q1 R & dU 1 = +j U1 U1 & U 2 δU1 −1 & = (U − ∆U ) − jδU δ 2 = − tg U 2 1 1 1 U1 − ∆U1 & dU 1
【题库】第3章 简单电力系统潮流计算
1、 利用年负荷损耗率法和最大负荷损耗时间法求得的电网年电能损耗一定相等。 （ ） ） ） ） ）
2、高压电网中无功功率分点的电压最低。（ 3、任何多电压等级环网中都存在循环功率。（
4、均一电网功率的经济分布与其功率的自然分布相同。（
5、在环形电力网中串联纵向串联加压器主要改变电网的有功功率分布。 （ N
A、循环功率；
B、有逆时针方向的循环功率；
C、有顺时针方向的循环功率。
D、有循环功率，但方向无法确定。 ）。
18、在不计网络功率损耗的情况下，下图所示网络各段电路中（
A、仅有有功功率； C、既有有功功率，又有无功功率；
B、仅有无功功率； D、不能确定有无无功功率。
19、两台容量相同、短路电压相等的升压变压器 T1 和变压器 T2 并联运行时，如果 变比 K1 > K 2 ,则有（ ）。
16、纯感性负载，首端电压总是高于末端电压，但首端电压相角滞后末端电压相 角。（ ） ）
）
17、电压损耗与线路的长度的平方成正比。（ 18、电压降落纵分量的计算公式为 U
PR QX 。（ U
19、电压损耗是指线路首末两端电压的数值之差，常用电压损耗比分比表示，是 标量。（
） ）
20、线路始端输入的有功功率总是大于线路末端输出的有功功率。（
第 3 章 简单电力系统潮流计算
一、单选题 1、电力系统潮流计算目的之一是( )。 A. 检查系统的频率是否满足电能质量要求 C. 检查系统的稳定性 2、线路首末端电压的相量差是（ A．电压偏移 B．电压损耗 )。 B.端部母线实际电压与额定电压数值差 D.始末两端电压相量差 ）。 B. 检查是否出现大气过电压
12、环网潮流的经济分布是按照线路的（ A．电阻 B．电抗 C．电纳
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第一章 简单电力系统的分析和计算一、基本要求掌握电力线路中的电压降落和功率损耗的计算、变压器中的电压降落和功率损耗的计算；掌握辐射形网络的潮流分布计算；掌握简单环形网络的潮流分布计算；了解电力网络的简化。
二、重点内容1、电力线路中的电压降落和功率损耗图3-1中，设线路末端电压为2U 、末端功率为222~jQ P S ，则 （1）计算电力线路中的功率损耗① 线路末端导纳支路的功率损耗： 2222*222~U B j U Y S Y……………（3-1）则阻抗支路末端的功率为： 222~~~Y S S S ② 线路阻抗支路中的功率损耗： jX R U Q P Z I S Z 2222222~ ……（3-2） 则阻抗支路始端的功率为： Z S S S ~~~21 ③ 线路始端导纳支路的功率损耗： 2121*122~U B j U Y S Y…………（3-3）则线路始端的功率为： 111~~~Y S S S~~~图3-3 变压器的电压和功率~2•U（2）计算电力线路中的电压降落选取2U 为参考向量，如图3-2。
线路始端电压 U j U U U 21 其中 222U X Q R P U； 222U R Q X P U ……………（3-4）则线路始端电压的大小： 2221U U U U………………（3-5）一般可采用近似计算： 222221U X Q R P U U U U………………（3-6）2、变压器中的电压降落和电能损耗图3-3中，设变压器末端电压为2U 、末端功率为222~jQ P S ，则~~~图3-3 变压器的电压和功率~（1）计算变压器中的功率损耗 ① 变压器阻抗支路的功率损耗：T T T ZT jX R U Q P Z I S2222222~ ……（3-7） 则变压器阻抗支路始端的功率为：ZT S S S ~~~21② 变压器导纳支路的功率损耗： *2211YT T T S YU G jB U % ………（3-8） 则变压器始端的功率为： YT S S S ~~~11 。
（2）计算变压器中的电压降落变压器始端电压： TT U j U U U 21 其中 222U X Q R P U TT T， 222U R Q X P U T T T ……………（3-9）则变压器始端电压的大小： 2221T T U U U U…………（3-10）一般可采用近似计算： 222221U X Q R P U U U U TT T…………（3-11）3、 辐射形网络潮流计算潮流（power flow ）计算是指电力网络中各节点电压、各元件流过的电流或功率等的计算。
辐射形网络潮流计算主要有两种类型：（1）已知同一端点的电压和功率求潮流分布，采用逐段推算法；逐段推算法：根据已知端点的电压和功率，逐段推算电网各点电压和功率。
参看例3-1 。
（2）已知不同端点的电压和功率求潮流分布，采用逐步渐进法。
逐步渐进法：首先设已知功率端点的电压为)0(i U ，运用该点已知的功率i S 和)0(iU 推算电网潮流；再由另一端点已知电压j U 和求得的功率)1(jS 推算电网各点电压；以此类推，反复推算，逐步逼近结果。
逐步渐进法的近似算法：首先设电网未知点的电压为N U ，运用已知的功率计算电网功率分布；再由另一端点已知电压U 和求得的各点功率计算电网电压分布。
参看例3-3 。
4、环式网络的近似功率分布计算将最简单的环式网络简化，并将电源节点一分为二得到等值环式网络的等值电路如图3-4。
其两端电压大小相等、相位相同。
2312312Z 1Z 3Z图3-4 等值环式网络的等值电路环式网络的近似功率分布：3*2*1**33*32*2~~~Z Z Z Z S Z Z S S a ………………（3-12） 3*2*1**21*3*12~~~Z Z Z Z Z S Z S S b………………（3-13） 223~~~S S S a ………………（3-14）5、两端供电网络的近似功率分布计算将最简单的两端供电网络简化，得到两端供电网的等值电路如图3-5。
其两端电压大小不等、相位不同，41U U 。
2312342Z 1Z 3Z C~图3-5 两端供电网的等值电路由于两端电压14U U &&，它们之间存在相量差 14dU U U &&&，就使得由节点1到节点4产生了一个循环功率，以C S 表示循环功率 3*2*1**~Z Z Z U d U S N c………………（3-15）两端供电网络中，各线路中流过的功率可以看作是两个功率分量的叠加。
其一为两端电压相等时的环式网络的近似功率；另一为循环功率（注意循环功率的方向与dU&的取向有关）。
两端供电网络的近似功率分布：c a S Z Z Z Z S Z Z S S ~~~~3*2*1**33*32*2 ………………（3-16）c b S Z Z Z Z Z S Z S S ~~~~3*2*1**21*3*12………………（3-17） 223~~~S S S a ………………（3-18）由此可见，区域性开式网络与区域性闭式网络在计算上的不同点就在于功率分布的计算，后者的功率分布是分两步完成的。
当网络各线段的R/X 值相等时，称之为均一网络。
这类网络在不计功率损耗影响时，自然功率分布的有功分量和无功分量是互不影响的。
这时，他们是按电阻或电抗分布的，即1ni iB i A PR P R 1ni iBi A Q R Q R………………（3-19）1ni iA i B PR P R1ni iAi A Q R Q R………………（3-18）将式（3-18）中的电阻换为相应的电抗也是正确的，特别是全网导线截面相同时，功率的自然分布按长度分布，即1niBi i Al l S S%%1niAi i Bl l S S%% ………………（3-19）应该注意：环流高鼓功率的计算与网络是否均一无关。
可以证明：在闭式电力网络中，欲使有功功率损耗最小，应使功率分布按电阻分布，即：1niBi i A optl R S S%%1niAi i B optl R S S%% ………………（3-20）由此可见：均一网络功率的自然分布也就是有功损耗最小时的分布。
因此，在进行网络规划设计时，应使网络接近均一。
对于非均一网络，要达此目的，必须采用一定的措施。
6、地方电力网络的计算电压为35kV 及以下的网络称为地方电力网。
这种电力网由于其自身的特点（电压较，线路较短，传输功率相对较小，等等），在计算时可大大简化。
一般可作如下简化：a 、 可不计线路电容的影响，线路的等值电路仅为一个串联阻抗；b 、 计算功率分布和电压分布时，可不计功率损耗的影响，并用网络额定电压；c 、 计算电压分布时，可不计电压降落横分量（这对110kV 网络同样适用），这时，电压降落纵分量近似等于电压损耗，即nj j j j j j j nj j jjX I R I X Q RP 11j N)sin cos (3)(V 1V式中 j j Q P ----通过线段j 负荷功率的有功分量(real power component)和无功分量(reactive power component );j j X R 线段j 的电阻和电抗j j I cos 流过线段j 的负荷电流及功率因数(power factor) N V 网络额定电压(rated voltage) n 计算网络的线段数d 、 有的线段具有较均匀分布的负荷，计算时可用一个集中负荷来代替，其大小等于均匀分布负荷的总和，其位置居均匀分布线段的中点，如图所示。
bc p P •(a)(b)图 3-6 具有均匀分布负荷的地方电力网（a ）原网络 （b ）等值网络7、电力网络的简化实际的电力网络是一个较复杂的网络。
一般在计算之前，须简化网络的等值电路，即使在利用计算机进行计算时，也须如此。
例如，将变电所和发电厂用运算负荷和运算功率代替，将若干电源支路合并为一个等值电源支路，移置中间复负荷，网络结构的等值变换（如星形←→三角形网络的等值变换），网络分块，等等。
任何简化的计算都有两个过程，其一是简化，其二是还原。
所有上述简化的方法皆可以从参考书[1]、[2]、[3]、[4]中找到，这里不再重复。
掌握网络简化的技巧对于网络特性的计算和分析是十分有益的。
三、例题分析例3-1: 电力网络如图所示。
已知末端负荷MVA j S 25.1115~，末端电压36 kV ，计算电网首端功率和电压。
20MVA 110/38.5 kVLGJ —120 80 km解: (1)选取 110kV 作为电压的基本级，计算网络参数，并画出等值电路。
（计算过程略）~~ 电力网络的等值电路~~~~（2）计算潮流分布根据画出的电力网络等值电路可见：已知末端功率MVA j S 25.1115~3 ，将已知 末端电压36 kV 归算到电压基本级，则有 kV U 85.1025.38110363 。
本网为辐射形电网，并且已知末端的功率和电压，求潮流分布，因此采用逐段推算法进行计算。
① 计算变压器阻抗上的功率损耗MVA j j jX R U Q P S T T ZT 11.216.05.6393.485.10225.1115~222232323 则变压器阻抗始端功率MVA j j j S S S ZT 36.1316.1511.216.025.1115~~~33② 计算变压器阻抗上的电压损耗kV U X Q R P U T 67.785.1025.6325.1193.415333则变压器始端电压 kV U U U T 52.11067.785.10232 ③ 计算变压器导纳上的功率损耗MVA j j U jB G S T T YT 6.006.052.110105.4995.4~2622④ 计算线路末端导纳上的功率损耗MVar j j U B j S Y 34.152.110101.12~24222则线路阻抗末端的功率MOAj j j j S S S S Y YT 62.1222.1534.16.006.036.1316.15~~~~232⑤ 计算线路阻抗上的功率损耗MOA j j jX R U Q P S Z 056.1691.0336.2152.11062.1222.15~222222222⑥ 计算线路阻抗上的电压损耗kV U X Q R P U 74.652.1103362.126.2122.15222则线路始端电压 kV U U U 26.11774.652.11021 ⑦ 计算线路始端导纳上的功率损耗MVar j j U B j S Y 51.126.117101.12~24211则线路始端功率MVA j j j j S S S S Y Z 16.1291.1551.1056.1691.062.1222.15~~~~121例3-2: 如图10kV 三相配电线路。