第四章 配电网
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
A Pdt 3I R 10 dt
2 3 0 0 T T T
0
P2 Q2 3 R 10 dt 2 U
在工程实际中常采用简化的方法计算电能损 耗。用得最多的是电力网规划中电能损耗计算的 方法——最大负荷损耗时间法。 最大负荷损耗时间τ：如果线路中输送的功 率一直保持为最大负荷功率Smax（此时的有功损 耗为△Pmax），在τ小时内的电能损耗恰好等于 线路全年的实际电能损耗，则称为τ最大负荷损 耗时间。
U2
I 2 ( 2 )
或
Leabharlann BaiduU 1 U 2 U 2 jU 2
P2 R Q2 X U 2 U2
P2 X Q2 R U 2 U2
（a）末端电压降落的纵、横分量；
（2）已知环节首端电压及功率 参照上述推导
U 2 U 1 ( R jX ) I 1
（5）在整个系统无功不足的情况下，不宜采用 调整变压器分接头的办法来提高电压。 （6）对于10kV及以下电压等级的电网，由于负 荷分散、容量不大，按允许电压损耗来选择导 线截面是解决电压质量问题的正确途径 。
第六节 配电网的短路电流计算
一、短路过程的简单分析 二、对称短路电流的标么值计算方法 三、无穷大功率电源条件下短路电流的计 算 四、三相短路的实用计算
当变压器两侧电压在额定电压附近时，可由 下式计算变压器全年的电能损耗，即
S max A P0T Pk S N
2
四、配电网的降损措施
1、合理使用变压器 2、重视和合理进行无功补偿 3、对电力线路改造，扩大导线的载流水平 4、调整用电负荷，保持均衡用电
Q
N
QG QR
2、无功补偿的原理
加装了无功补偿设备Qc后
Q Q Qc
视在功率S'比S小了，补偿后电力网的功率 因数由补偿前的cosφ 1提高到cos φ 2。
3、无功补偿的意义 （1）减少系统元件的容量，换个角度看是 提高电网的输送能力。 （2）降低网络功率损耗和电能损耗 。 （3）改善电压质量。
第一种情况： 给定的已知条件是同一点的功率和电 压。 这一类问题的计算比较简单，只需按 本章第一节、第二节介绍的电压损耗、 功率损耗等计算方法逐步进行计算即可。 采取的是将电压和功率由已知点向未知 点交替递推计算的方法。
第二种情况： 给定的已知条件是不同点的功率和电 压。 采取迭代算法：
第五节 配电网的无功补偿和电压调整
电压降落是指线路首末两端电压的相量差 。
U 1 U 2 ( R jX ) I 2 ( R jX ) I 1
（1）已知环节末端电压及功率 以末端电压为参考相量，负荷为感性， 则 P2 jQ2
I2
可得
P2 jQ2 U 1 U 2 ( R jX ) I 2 U 2 ( R jX ) U2 P2 R Q2 X P2 X Q2 R U2 j U2 U2
P1 R Q1 X P1 X Q1 R U1 j U1 U1
U1 U1 jU1
（b）首端电压降落的纵、横分量
二、配电网的电压损耗
电压损耗是指线路首末两端电压的数值 差。
忽略其横分量，电压损耗由两部分组成 的，即
PR QX U U U
式中第一部分与有功功率和电阻有关， 第二部分与无功功率和电抗有关。
第四章 配电网运行分析
主要内容
配电网的电压计算 配电网的损耗计算与降损措施 简单配电网的潮流计算 复杂配电网的潮流计算 配电网的无功补偿和电压调整 配电网的短路电流计算 低压电网短路电流计算
第一节 配电网的电压计算
一、配电网的电压降落 二、配电网的电压损耗 三、配电网的电压偏移
一、配电网的电压降落
2 2 Pk U N S2 PTR 2 2 U2 SN 2 2 U k %U N S 2 QTX 2 100U 2 SN P0U 12 PTG 2 UN I 0 %U 12 S N QTB 2 100 UN
实际计算时通常设 U1 U N U 2 U N 所以这些公式可简化为
由发电厂母线处电压开始推算，可求得
PR QX U b (U G k1 U ) k 2 U k k2 G 1 k1U G
为维持用户处端电压满足要求，可以采用以下 措施进行电压调整： （1）调节励磁电流以改变发电机端电压； （2）改变变压器T1、T2的变比； （3）通过改变电力网无功功率分布； （4）改变输电线路的参数（降低输电线路的 电抗）。
Um ik sin(t kl ) ce Z kl I zm sin(t kl ) ce
t Tf
t Tf
当发生三相短路瞬间，电流不能突变，有
I m sin( ) I zm sin( kl ) c
解出
c I m sin( ) I zm sin( kl ) i f 0
一、短路过程的简单分析
配电系统内某处发生三相短路时，假 设电源和负荷都是三相对称，则可取一 相来分析。
短路前的电流i
Um i I m sin(t ) sin(t ) Z
短路后，与电源相连接的左端回路电流的变 化应符合： dik Rkl ik Lkl U m sin(t ) dt 这个微分方程的解为
4、配电网无功补偿的配置原则 （1）总体平衡与局部平衡相结合。 （2）电业部门补偿和用户补偿向结合。 （3）分散补偿与集中补偿相结合，以分散 为主。 （4）降损与调压相结合，以降损为主。
5、无功补偿措施
（1）利用同步发电机进行补偿。 （2）利用调相机进行无功补偿。 （3）利用电容器进行无功补偿。 （4）利用静止补偿器进行无功补偿。
A Pmax
最大负荷损耗时间τ根据年最大负荷 利用小时数Tmax查得； 年最大负荷利用小时数Tmax:如果用户以 年最大负荷Pmax持续运行小时所消耗的电 能即为该用户全年消耗的电能
3．变压器电能损耗的计算
变压器铁芯中电能损耗按全年投入运行的实际 小时数来计算。计算式为
A P0T Pmax
Pk S PTR 2 SN 2 U k %S 2 QTX 100S N PTG P0 I0 % QTB SN 100
2 2
三、配电网的电能损耗
1．配电网的电能损耗和损耗率 在同一时间内，配电网的电能损耗占供 电量的百分比，称为配电网的损耗率，简 称网损率或线损率。
线路阻抗的功率损耗包括有功功率损 耗和无功功率损耗两部分。如已知条件 是末端功率、末端电压，则
2 P22 Q2 PR R 2 U2
2 P22 Q2 Q X X 2 U2
若已知条件为首端功率和电压，则
P12 Q12 PR R 2 U1
P12 Q12 Q X X 2 U1
3．线路首端导纳的功率损耗
QB1＝－ B U12 2
首末端电压的不同，电纳中的无功 损耗并不相同 。
二、变压器的功率损耗
变压器的功率损耗包括阻抗的功率损耗 与导纳的功率损耗两部分。
1．阻抗的功率损耗
双绕组变压器阻抗的功率损耗可以套 用线路阻抗功率损耗的计算公式
2 P22 Q2 PTR＝ RT 2 U2
一、配电网的无功补偿 二、电压调整
一、配电网的无功补偿
1、电力系统的无功平衡
影响电力系统电压的主要因素是无功功率。
（1）电力系统的无功负荷及无功损耗 无功负荷是滞后功率因数运行的用电设备所 吸取的无功功率。电力系统的无功负荷主要是 异步电动机。
电网中无功损耗一般有两部分：一是输电
线路的无功损耗；二是变压器上的无功损耗。
一、线路的功率损耗
如图所示的简单线路，已知末端电压和 末端功率，忽略电导 。该线路的功率损 耗由下述三部分组成。
1．线路末端导纳的功率损耗
由于忽略了线路的电导，故只需计算线 路末端电纳的功率损耗，其值与线路末端 电压有关，即
2 QB 2＝－ B U 2 2
式中的负号表示容性无功功率。
2．阻抗的功率损耗
在电源电压及短路点不变的情况下，要 使短路全电流达到最大值，必须具备以下 的条件： （1）短路前为空载； （2）电路的感抗X比电阻R大得多， （3）短路发生于某相电压瞬时值过零时 。
三、配电网的电压偏移
所谓电压偏移是指线路首端或末端电 压与线路额定电压的数值差 。电压偏移 常用百分值表示，即
U1 U N 首端电压偏移％＝ 100 UN
U2 U N 末端电压偏移％＝ 100 UN
常以电压损耗和电压偏移作为衡量 电压质量的主要指标。
第二节 配电网的损耗计算与降损措施
一、线路的功率损耗 二、变压器的功率损耗 三、配电网的电能损耗 四、配电网的降损措施
3、电压调整的措施
（1）利用发电机调压 （2）改变变压器变比调压 （3）利用无功功率补偿调压 （4）改变线路参数调压
4、各种调压措施的合理应用
（1）要求各类用户将负荷的功率因数提高到现 行规程规定的参数。 （2）改变发电机励磁，可以改变发电机输出的 无功功率和发电机的端电压 。 （3）根据无功功率平衡的需要，增添必要的无 功补偿容量，并按无功功率就地平衡的原则进 行补偿容量的分配。 （4）当系统的无功功率供应比较充裕时，各变 电所的调压问题可以通过选择变压器的分接头 来解决。
短路电流的全电流瞬时值为
ik I zm sin(t kl ) i f 0 e
t Tf
iz i f
当发生三相短路时全电流由两部分组成 周期分量
iz I zm sin(t kl )
非周期分量
t Tf
i f i f 0e
上述现象的电流波形图如图所示。
A P0T Pmax
2 P22 Q2 PTR＝ RT 2 U2
第三节 简单配电网的潮流计算
一端电源供电的网络称为开式网。开式 网中的负荷只能从一个电源取得电能。所 谓潮流计算即是根据已知的负荷及电源电 压计算出其它节点的电压和元件上的功率 分布。 实际进行配电网潮流计算时，根据已知 条件的不同有两种基本算法。
（2）无功电源
电力系统的无功电源包括同步发电机、调相 机、电容器及静止无功补偿器、线路充电功率 等。
（3）无功平衡 电力系统无功功率平衡包含两个含义。 A、系统运行时，无功电源所发出的无功功率与 系统无功负荷及无功损耗相平衡，即
Q
G
QL Q
B、
系统的无功电源设备容量与系统运行所 需要的无功电源功率及系统的备用无功电源功 率相平衡，以满足运行的可靠性及适应系统负 荷发展的需要，即
二、电压调整
1、电力系统的电压管理
电力系统的电压调整是通过监视、调整中枢 点的电压来实现。 电压控制的方式有“逆调压”、“顺调压”、 “常调压” 。 逆调压：负荷高峰时升高电压，反之降低电压 顺调压：负荷高峰时允许电压降低，低负荷时 允许电压降低升高 常调压：在任何负荷时都保持电压基本不变
2、电压调整的基本原理
2 P22 Q2 QTX ＝ XT 2 U2
或
P12 Q12 PTR＝ RT 2 U1
P12 Q12 QTX ＝ XT 2 U1
2．导纳的功率损耗
变压器导纳的无功功率损耗是感性的， 符号为正。
P TG＝GT U
QTB＝BT U
2 1
2 1
在有些情况下，如不必求取变压器内部 的电压降(不需要计算出变压器的阻抗、 导纳)，这时功率损耗可直接由制造厂家 提供的短路和空载试验数据求得，。
配电网电能损耗 配电网损耗率％＝ 100 供电量
2．电力线路电能损耗的计算
假定在一段时间内线路的负荷不变，则功率 损耗也不变，相应的电能损耗为
A PT 3I 2 RT 103 P2 Q2 3 RT 10 U2
由于电力系统的实际负荷是随时都在改变 的，线路的功率损耗也随时间而改变。因此， 应采用积分算式，即
2 3 0 0 T T T
0
P2 Q2 3 R 10 dt 2 U
在工程实际中常采用简化的方法计算电能损 耗。用得最多的是电力网规划中电能损耗计算的 方法——最大负荷损耗时间法。 最大负荷损耗时间τ：如果线路中输送的功 率一直保持为最大负荷功率Smax（此时的有功损 耗为△Pmax），在τ小时内的电能损耗恰好等于 线路全年的实际电能损耗，则称为τ最大负荷损 耗时间。
U2
I 2 ( 2 )
或
Leabharlann BaiduU 1 U 2 U 2 jU 2
P2 R Q2 X U 2 U2
P2 X Q2 R U 2 U2
（a）末端电压降落的纵、横分量；
（2）已知环节首端电压及功率 参照上述推导
U 2 U 1 ( R jX ) I 1
（5）在整个系统无功不足的情况下，不宜采用 调整变压器分接头的办法来提高电压。 （6）对于10kV及以下电压等级的电网，由于负 荷分散、容量不大，按允许电压损耗来选择导 线截面是解决电压质量问题的正确途径 。
第六节 配电网的短路电流计算
一、短路过程的简单分析 二、对称短路电流的标么值计算方法 三、无穷大功率电源条件下短路电流的计 算 四、三相短路的实用计算
当变压器两侧电压在额定电压附近时，可由 下式计算变压器全年的电能损耗，即
S max A P0T Pk S N
2
四、配电网的降损措施
1、合理使用变压器 2、重视和合理进行无功补偿 3、对电力线路改造，扩大导线的载流水平 4、调整用电负荷，保持均衡用电
Q
N
QG QR
2、无功补偿的原理
加装了无功补偿设备Qc后
Q Q Qc
视在功率S'比S小了，补偿后电力网的功率 因数由补偿前的cosφ 1提高到cos φ 2。
3、无功补偿的意义 （1）减少系统元件的容量，换个角度看是 提高电网的输送能力。 （2）降低网络功率损耗和电能损耗 。 （3）改善电压质量。
第一种情况： 给定的已知条件是同一点的功率和电 压。 这一类问题的计算比较简单，只需按 本章第一节、第二节介绍的电压损耗、 功率损耗等计算方法逐步进行计算即可。 采取的是将电压和功率由已知点向未知 点交替递推计算的方法。
第二种情况： 给定的已知条件是不同点的功率和电 压。 采取迭代算法：
第五节 配电网的无功补偿和电压调整
电压降落是指线路首末两端电压的相量差 。
U 1 U 2 ( R jX ) I 2 ( R jX ) I 1
（1）已知环节末端电压及功率 以末端电压为参考相量，负荷为感性， 则 P2 jQ2
I2
可得
P2 jQ2 U 1 U 2 ( R jX ) I 2 U 2 ( R jX ) U2 P2 R Q2 X P2 X Q2 R U2 j U2 U2
P1 R Q1 X P1 X Q1 R U1 j U1 U1
U1 U1 jU1
（b）首端电压降落的纵、横分量
二、配电网的电压损耗
电压损耗是指线路首末两端电压的数值 差。
忽略其横分量，电压损耗由两部分组成 的，即
PR QX U U U
式中第一部分与有功功率和电阻有关， 第二部分与无功功率和电抗有关。
第四章 配电网运行分析
主要内容
配电网的电压计算 配电网的损耗计算与降损措施 简单配电网的潮流计算 复杂配电网的潮流计算 配电网的无功补偿和电压调整 配电网的短路电流计算 低压电网短路电流计算
第一节 配电网的电压计算
一、配电网的电压降落 二、配电网的电压损耗 三、配电网的电压偏移
一、配电网的电压降落
2 2 Pk U N S2 PTR 2 2 U2 SN 2 2 U k %U N S 2 QTX 2 100U 2 SN P0U 12 PTG 2 UN I 0 %U 12 S N QTB 2 100 UN
实际计算时通常设 U1 U N U 2 U N 所以这些公式可简化为
由发电厂母线处电压开始推算，可求得
PR QX U b (U G k1 U ) k 2 U k k2 G 1 k1U G
为维持用户处端电压满足要求，可以采用以下 措施进行电压调整： （1）调节励磁电流以改变发电机端电压； （2）改变变压器T1、T2的变比； （3）通过改变电力网无功功率分布； （4）改变输电线路的参数（降低输电线路的 电抗）。
Um ik sin(t kl ) ce Z kl I zm sin(t kl ) ce
t Tf
t Tf
当发生三相短路瞬间，电流不能突变，有
I m sin( ) I zm sin( kl ) c
解出
c I m sin( ) I zm sin( kl ) i f 0
一、短路过程的简单分析
配电系统内某处发生三相短路时，假 设电源和负荷都是三相对称，则可取一 相来分析。
短路前的电流i
Um i I m sin(t ) sin(t ) Z
短路后，与电源相连接的左端回路电流的变 化应符合： dik Rkl ik Lkl U m sin(t ) dt 这个微分方程的解为
4、配电网无功补偿的配置原则 （1）总体平衡与局部平衡相结合。 （2）电业部门补偿和用户补偿向结合。 （3）分散补偿与集中补偿相结合，以分散 为主。 （4）降损与调压相结合，以降损为主。
5、无功补偿措施
（1）利用同步发电机进行补偿。 （2）利用调相机进行无功补偿。 （3）利用电容器进行无功补偿。 （4）利用静止补偿器进行无功补偿。
A Pmax
最大负荷损耗时间τ根据年最大负荷 利用小时数Tmax查得； 年最大负荷利用小时数Tmax:如果用户以 年最大负荷Pmax持续运行小时所消耗的电 能即为该用户全年消耗的电能
3．变压器电能损耗的计算
变压器铁芯中电能损耗按全年投入运行的实际 小时数来计算。计算式为
A P0T Pmax
Pk S PTR 2 SN 2 U k %S 2 QTX 100S N PTG P0 I0 % QTB SN 100
2 2
三、配电网的电能损耗
1．配电网的电能损耗和损耗率 在同一时间内，配电网的电能损耗占供 电量的百分比，称为配电网的损耗率，简 称网损率或线损率。
线路阻抗的功率损耗包括有功功率损 耗和无功功率损耗两部分。如已知条件 是末端功率、末端电压，则
2 P22 Q2 PR R 2 U2
2 P22 Q2 Q X X 2 U2
若已知条件为首端功率和电压，则
P12 Q12 PR R 2 U1
P12 Q12 Q X X 2 U1
3．线路首端导纳的功率损耗
QB1＝－ B U12 2
首末端电压的不同，电纳中的无功 损耗并不相同 。
二、变压器的功率损耗
变压器的功率损耗包括阻抗的功率损耗 与导纳的功率损耗两部分。
1．阻抗的功率损耗
双绕组变压器阻抗的功率损耗可以套 用线路阻抗功率损耗的计算公式
2 P22 Q2 PTR＝ RT 2 U2
一、配电网的无功补偿 二、电压调整
一、配电网的无功补偿
1、电力系统的无功平衡
影响电力系统电压的主要因素是无功功率。
（1）电力系统的无功负荷及无功损耗 无功负荷是滞后功率因数运行的用电设备所 吸取的无功功率。电力系统的无功负荷主要是 异步电动机。
电网中无功损耗一般有两部分：一是输电
线路的无功损耗；二是变压器上的无功损耗。
一、线路的功率损耗
如图所示的简单线路，已知末端电压和 末端功率，忽略电导 。该线路的功率损 耗由下述三部分组成。
1．线路末端导纳的功率损耗
由于忽略了线路的电导，故只需计算线 路末端电纳的功率损耗，其值与线路末端 电压有关，即
2 QB 2＝－ B U 2 2
式中的负号表示容性无功功率。
2．阻抗的功率损耗
在电源电压及短路点不变的情况下，要 使短路全电流达到最大值，必须具备以下 的条件： （1）短路前为空载； （2）电路的感抗X比电阻R大得多， （3）短路发生于某相电压瞬时值过零时 。
三、配电网的电压偏移
所谓电压偏移是指线路首端或末端电 压与线路额定电压的数值差 。电压偏移 常用百分值表示，即
U1 U N 首端电压偏移％＝ 100 UN
U2 U N 末端电压偏移％＝ 100 UN
常以电压损耗和电压偏移作为衡量 电压质量的主要指标。
第二节 配电网的损耗计算与降损措施
一、线路的功率损耗 二、变压器的功率损耗 三、配电网的电能损耗 四、配电网的降损措施
3、电压调整的措施
（1）利用发电机调压 （2）改变变压器变比调压 （3）利用无功功率补偿调压 （4）改变线路参数调压
4、各种调压措施的合理应用
（1）要求各类用户将负荷的功率因数提高到现 行规程规定的参数。 （2）改变发电机励磁，可以改变发电机输出的 无功功率和发电机的端电压 。 （3）根据无功功率平衡的需要，增添必要的无 功补偿容量，并按无功功率就地平衡的原则进 行补偿容量的分配。 （4）当系统的无功功率供应比较充裕时，各变 电所的调压问题可以通过选择变压器的分接头 来解决。
短路电流的全电流瞬时值为
ik I zm sin(t kl ) i f 0 e
t Tf
iz i f
当发生三相短路时全电流由两部分组成 周期分量
iz I zm sin(t kl )
非周期分量
t Tf
i f i f 0e
上述现象的电流波形图如图所示。
A P0T Pmax
2 P22 Q2 PTR＝ RT 2 U2
第三节 简单配电网的潮流计算
一端电源供电的网络称为开式网。开式 网中的负荷只能从一个电源取得电能。所 谓潮流计算即是根据已知的负荷及电源电 压计算出其它节点的电压和元件上的功率 分布。 实际进行配电网潮流计算时，根据已知 条件的不同有两种基本算法。
（2）无功电源
电力系统的无功电源包括同步发电机、调相 机、电容器及静止无功补偿器、线路充电功率 等。
（3）无功平衡 电力系统无功功率平衡包含两个含义。 A、系统运行时，无功电源所发出的无功功率与 系统无功负荷及无功损耗相平衡，即
Q
G
QL Q
B、
系统的无功电源设备容量与系统运行所 需要的无功电源功率及系统的备用无功电源功 率相平衡，以满足运行的可靠性及适应系统负 荷发展的需要，即
二、电压调整
1、电力系统的电压管理
电力系统的电压调整是通过监视、调整中枢 点的电压来实现。 电压控制的方式有“逆调压”、“顺调压”、 “常调压” 。 逆调压：负荷高峰时升高电压，反之降低电压 顺调压：负荷高峰时允许电压降低，低负荷时 允许电压降低升高 常调压：在任何负荷时都保持电压基本不变
2、电压调整的基本原理
2 P22 Q2 QTX ＝ XT 2 U2
或
P12 Q12 PTR＝ RT 2 U1
P12 Q12 QTX ＝ XT 2 U1
2．导纳的功率损耗
变压器导纳的无功功率损耗是感性的， 符号为正。
P TG＝GT U
QTB＝BT U
2 1
2 1
在有些情况下，如不必求取变压器内部 的电压降(不需要计算出变压器的阻抗、 导纳)，这时功率损耗可直接由制造厂家 提供的短路和空载试验数据求得，。
配电网电能损耗 配电网损耗率％＝ 100 供电量
2．电力线路电能损耗的计算
假定在一段时间内线路的负荷不变，则功率 损耗也不变，相应的电能损耗为
A PT 3I 2 RT 103 P2 Q2 3 RT 10 U2
由于电力系统的实际负荷是随时都在改变 的，线路的功率损耗也随时间而改变。因此， 应采用积分算式，即