电气工程基础 — 系统篇 2012-2013-2

1. 电气工程基础—系统篇2012-2013-2 任课教师：褚晓东 Email：chuxd@sdu.edu.cn Tel.:81696127(office)，13573122659

2. 第3章 电力系统潮流计算 • 电力网络等值电路 • 简单电力系统潮流的分析方法 • 电力系统潮流的计算机算法

3. 3.1.1 电压等级 • 用电设备的标准电压称为电压等级：网络额定电压或用电设备额定电压 • 各国电力系统都规定一定数量的标准电压 • 指线电压，而不是相电压 • 发电机额定电压 • 在同一电压等级下，比网络额定电压高5% • 变压器额定电压 • 在同一电压等级下，一次侧为网络额定电压或比网络额定电压高5% • 在同一电压等级下，二次侧比网络额定电压高5% 或10%

4. 高压输电的发展 • 交流输电各电压等级首次出现的时间 • 100年来世界上的输电电压等级提高了100倍

5. 3.1.1 电压等级 我国规定的电压等级

6. 我国首条750 kV输电线路 • 2005年9月26日，我国第一个750 kV输变电示范工程—青海官亭至甘肃兰州东长达140公里的750 kV输电线路和两座750 kV变电站投入运行，该工程填补了我国输变电线路500 kV以上电压等级的空白 • 根据规划，西北750 kV输变电示范工程建成投产后，还将建设官亭至西宁、兰州东至银川东、哈密到永登3条750 kV输电线路。到2010年，随着青海拉西瓦水电站（规划装机430万千瓦）的基本建成，西北750 kV电网将形成以拉西瓦水电站为顶点、以陕西关中和宁夏银川东分别为端点的倒“A”字形骨干网架，使西北750 kV输电线路总长达到4077公里

7. 我国首条750 kV输电线路

8. 我国首条750 kV输电线路 • 是世界上海拔最高的750 kV输变电工程，世界上其他国家750 kV工程海拔一般都在1500米以下，而我国750 kV工程海拔在1735米至2873米之间，整个工程处于高海拔、时有沙尘暴、强紫外线、昼夜温差大的环境下 • 我国首次在750 kV输变电工程采用六分裂扩径导线

9. 3.1.2 标幺值 • 标幺值是相对值，是某种物理量的有名值与所选定的与有名值同单位的基准值之比，是一个无量纲的量 • 基准值的选取 • 阻抗、导纳的基准值为每相阻抗、导纳 • 电压、电流的基准值为线电压、线电流 • 功率的基准值为三相功率

10. 3.1.2 标幺值 • 5个基准值中先选定SB和UB，然后根据上述关系求出每相阻抗、导纳和线电流的基准值

11. 3.1.2 标幺值 • 标幺值换算：元件的额定容量SN和额定电压UN一般不是所希望选取的基准容量SB和基准电压UB，需要把元件以额定容量和额定电压为基准值的标幺值ZN*或YN*换算成以SB和UB为基准值时的标幺值Z*或Y* • 将Z*或Y*通过基准值SN和UN先还原成有名值Z或Y，再求出以统一的SB和UB为基准值时的标幺值Z*或Y*

12. 3.1.3 电力网络的标幺值等值电路 • 由于变压器的存在，多级电压电力系统等值电路，各元件参数、各节点电压、各支路电流均要归算到某一电压级，即基本级或基准级 • 采用标幺值，有两种归算方法 • 先将各电压等级的参变数的有名值归算到基本级，然后再对基本级的基准值计算标幺值 • 将基本级基准值归算到所计算电压等级，应用归算到所计算电压等级的基准值，用未归算的有名值计算标幺值 • 建立电力网络标幺值等值电路的关键是建立变压器标幺值等值电路

13. 3.1.3 电力网络的标幺值等值电路 一、变压器的Π形标幺值等值电路 • 带理想变压器的双绕组变压器等值电路 • 理想变压器：只反映变比关系而没有励磁电流且漏阻抗等于零的变压器 • 将漏阻抗和励磁导纳归算到1次侧 • 通过理想变压器，直接引入2次侧的电压和电流

14. 3.1.3 电力网络的标幺值等值电路 • 带理想变压器的三绕组变压器等值电路 • 将漏阻抗和励磁导纳归算到3次侧 • 通过理想变压器，直接引入1次侧与2次侧的电压和电流

15. 3.1.3 电力网络的标幺值等值电路 • 以理想变压器为界，两侧各取所在的网络电压作为基准电压，将两侧的参数化为标幺值 • 双绕组变压器，理想变压器左侧参数的标幺值 • 理想变压器右侧参数的标幺值

16. 3.1.3 电力网络的标幺值等值电路 • 理想变压器变比的标幺值 即

17. 3.1.3 电力网络的标幺值等值电路 • 双绕组变压器的Π形标幺值等值电路

18. 3.1.3 电力网络的标幺值等值电路 • 三绕组变压器的Π形标幺值等值电路

19. 3.1.3 电力网络的标幺值等值电路 • 基于变压器Π形等值电路的电力网标幺值等值电路 • 变压器Π形等值电路中的参数与k有关，表明这种模型的确体现了变压器改变电压大小的功能 • 在多电压等级电网中采用变压器Π形等值不需要将不同电压等级的参数和变量归算至同一个电压等级，为形成整个网络的等值电路带来了极大的方便

20. 第3章 电力系统潮流计算 • 电力网络等值电路 • 简单电力系统潮流的分析方法 • 电力系统潮流的计算机算法

21. 电力系统潮流 • 潮流是电力网络中功率的分布情况 • 潮流计算植根于电路的基本定律：KCL、KVL • 在电路中，将三个或三个以上元件的连接点称为节点，连接两个节点的分支称为支路，电力网络分析沿用上述定义 • 电路计算中通常给定各节点的注入电流，潮流计算给定各节点的注入功率 • 节点注入功率与节点电压呈非线性的关系，在数学上，潮流计算是求解非线性方程组 • 潮流由电力系统的状态确定，简单地说，状态就是各节点的电压情况

22. 3.2.1 电力线路上的电压降落和功率损耗 • 线路采用Π型等值电路 • 已知末端电压和功率，求始端电压和功率 • 末端导纳支路的功率 • 阻抗支路的功率损耗

23. 3.2.1 电力线路上的电压降落和功率损耗 • 已知末端电压，则始端电压 • 设末端电压的相角为0度

24. 3.2.1 电力线路上的电压降落和功率损耗 • 线路两端电压幅值差主要由纵分量决定，而电压相角差主要由横分量决定 • 线路较短时两端电压相角差一般不大，可近似认为 • 对高压输电网

25. 3.2.1 电力线路上的电压降落和功率损耗 • 始端功率 • 始端导纳支路的功率 • 已知始端电压和功率，也可以求出末端电压和功率

26. 3.2.1 电力线路上的电压降落和功率损耗 • 无功功率在电力线路中传输也产生有功功率损耗 • 电网无功功率损耗由等值电抗中消耗的无功功率和对地等值电纳消耗的无功功率（充电功率）两部分构成 • 超高压线路在轻载时导致充电功率大于线路的输送无功功率，此时若始端电压保持正常水平，末端电压则高于正常电压水平，可能会引起末端连接的设备绝缘的损坏

27. 3.2.2 变压器中的电压降落和功率损耗 • 变压器采用Γ型近似等效电路 • 已知（归算后）二次侧的电压和功率，求一次测电压和功率

28. 3.2.3 简单辐射形网络中的潮流分布 • 电力网络大致可以分为辐射形和环形网络，辐射形网络多用于配电网，而输电网大多是环形网络 • 在辐射形网络中，每条线路都有明确的始端和终端 • 潮流计算是利用已知的负荷（功率）、节点电压求取未知的节点电压、线路功率分布和功率损耗

29. 3.2.3 简单辐射形网络中的潮流分布

30. 3.2.3 简单辐射形网络中的潮流分布 • 当母线4上的负荷功率给定时，可先假设一个略低于额定电压值的母线4电压，计算变压器T2中的电压降落和功率损耗，求得母线3电压和该母线上的负荷功率 • 计算对地导纳支路功率和线路阻抗支路的电压降落、功率损耗，得到母线2的电压和负荷功率 • 计算变压器T1中的电压降落和功率损耗，得到母线1的电压和负荷功率

31. 3.2.3 简单辐射形网络中的潮流分布 • 若同时给定末端负荷功率始端电压，必须反复推算（迭代）以获得同时满足两个限制条件的结果（前推回代算法） • 假设末端电压为线路额定电压； • 用末端电压和已知的末端功率，计算功率损耗（不计电压降落），推算始端功率； • 用求得的始端功率和已知的始端电压，计算电压降落（不计功率损耗），推算末端电压； • 用求得的末端电压和末端功率再向前推算始端的功率，直到计算获得的始端电压和末端功率与给定值的误差满足计算要求为止

32. 3.2.4 简单环形网络中的潮流分布

33. 3.2.4 简单环形网络中的潮流分布 • 等值电路的回路方程式（顺时针） 设全网电压为额定电压 则

34. 3.2.4 简单环形网络中的潮流分布 • 等值电路的回路方程式（逆时针） 设全网电压为额定电压 则

35. 3.2.4 简单环形网络中的潮流分布 • 等值两端供电网络：两端电压大小相等、相位相同

36. 3.2.4 简单环形网络中的潮流分布 • 计算网络中各线段的电压降落和功率损耗 • 确定功率分点以及流向功率分点的功率：功率分点是指网络中某些节点的功率是由该节点的两侧向本节点流动的（有功分点和无功分点） • 在功率分点（分点不一致时以无功分点为准，因为无功分点是电压的低落点）将环网解开，即可以将环形网络看作两个辐射形网络，由功率分点开始，分别从其两侧逐段向电源端推算电压降落和功率损耗，从而求出整个网络的潮流分布

37. 复习与预习 • 理解标幺值的概念，掌握不同电压等级的设备通过变压器耦合连接形成等效电路的方法（有名值及标幺值形式），掌握简单辐射形网络及环形网络的潮流计算方法 • 下周的课程内容：3.3，电力系统潮流的计算机算法，请预习基于节点导纳矩阵的节点电压方程、牛顿—拉夫逊算法、数值计算中的迭代概念等内容