第二章配電網電氣計算,第一節 配電網絡潮流計算 第二 節 配電網絡短路電流計算 第三節 配電網無功率最優補償計算 第四節 配電網的電能損耗計算,第一節 配電網絡潮流計算,一、配電網潮流計算的特點 配電系統多采用閉式網絡結構，具有開式運行的特點，因此，網絡往往呈現放射狀。在610kV的配電網中，往往只有一個電源點，因此線路上的功率通常具有單向流動性等等。 不能簡單套用高壓輸電網潮流計算常用的高斯-賽德爾法、牛頓法-拉夫遜法或PQ分解法等方法。 （一）線路的rx比值偏大使PQ解耦法潮流計算收斂困難,第一節 配電網絡潮流計算,(一）線路的rx比值偏大使PQ解耦法潮流計算收斂困難 傳統的潮流計算方法不僅在原理上難以勝任，而且實際操作起來也很困難，對這種配電網的潮流往往采用特殊解法或簡化的近似解法。,第一節 配電網絡潮流計算,（二）線損計算要分壓進行 對610kV的配電線路，由于其結構復雜，分布面廣，特別是從我國目前的實際情況來看，一般線路上的負荷點無表計，且人員的技術水平和管理水平參差不齊，表計記錄的準確性和同時性無法保證，因此，往往采用簡單實用的方法計算配電線路的線損。而對35kV及以上電壓等級的高壓配電網，表計的記錄齊全，可以采用基于潮流的計算方法（如節點等效功率法）計算線損。,第一節 配電網絡潮流計算,（三）諧波分布計算的特點 用戶是諧波的滋生地，因此配電網是諧波的首要受害者和傳播者，它本身的結構和參數以及并聯電容器裝置的參數，決定了它對諧波的傳播特性，即是放大了還是抑制了諧波。諧波源應視為電流源，并按阻抗分流原理確定它在配電網中的分布。 元件的諧波電抗可以近似地認為是相應基波電抗的n倍（nl，為諧波次數），而元件的諧波電阻則不同，它通常由直流電阻和與頻率有關的電阻兩個部分組成，在工程實踐中，往往采用近似公式計算元件的諧波電阻。,第一節 配電網絡潮流計算,二、配電網絡的潮流計算方法 由于610kV的配電網在結構方面的特殊性，使得用牛頓-拉夫遜法和PQ分解法求解潮流時往往出現病態，潮流計算難以收斂。,第一節 配電網絡潮流計算,一條610kV配電線如圖3-1所示，其中為第i臺變壓器的額定容量（kVA）、為流入接于節點i的負載變壓器的均方根電流（A），為i號支路的均方根電流（A）。,假定： （1）配電線各節點電壓相等，且等于對應電壓等級的額定電壓； （2）各負荷點電流的均方根值與其變壓器的額定容量成正比； （3）各負荷點負荷功率因數近似相等，即配電線上的均方根電流可以代數相加減。 定義對應該配電線路的變壓器的均方根負荷率為,第一節 配電網絡潮流計算,第一節 配電網絡潮流計算,則由假設條件（1）和（2）有 考慮假設條件（3）有,第一節 配電網絡潮流計算,通過第i個線路段（末節點編號為i的線路段）供電的所有變壓器（公用變和專用變）的額定容量之和。 即一條支路上的電流正比于通過該支路供電的所有變壓器額定容量之和，此即為配電網近似電流分布的計算公式,第一節 配電網絡潮流計算,（二）用改進的PQ法潮流程序求配電網潮流 要想用牛頓-拉夫遜法求解35110kV配電網的潮流，就必須保證迭代修正方程的系數矩陣具有明顯的對角占優性，也即保證配電網中的元件阻抗滿足這一條件，這一點可以通過自動支路分解來實現。,第一節 配電網絡潮流計算,對一條支路ij，它的阻抗為10十j0.02，取k等于l0，經過自動支路分解程序處理后，該支路上自動地增加了一個節點，設為h，則原支路變成了兩條支路ih和hj，其阻抗分別為,第一節 配電網絡潮流計算,自動支路分解程序的計算步騾為 置t=1； 取原始第t號支路的電阻r和電抗x，并求比值rx； 若rxk，則轉第 步，否則轉下一步； 對t號支路進行自動支路分解，并在支路數據中，用兩條新的支路代替原來的第t號支路； 置t=t+1，判斷是否還有原始支路，若有，則轉第步，否則轉第步，結束。,第一節 配電網絡潮流計算,改進的PQ解耦法潮流程序步驟為 輸入原始數據，包括配電網節點數、支路數、電源點個數和PV節點個數等； 對支路掃描，進行自動支路分解； 形成節點導納矩陣； 給節點電壓的幅值和相位置初值，并置迭代次數Counto=0； 求節點功率誤差和及其最大值和； 如果且，則轉第步、否則轉下一步； 解修正方程，求出修正量和； 修正電壓幅值和相角； 置Count=Count+1，若CountMaxcount（最大允許迭代次數），則轉第步，否則轉第步； 屏幕輸出“潮流難收斂”，退出并停機； 計算平衡節點功率和線路功率； 形成潮流結果數據文件， 輸出計算結果； 停機。,第二節 配電網絡短路電流計算,短路電流比正常工作電流大得多，它會對配電系統產生極大的危害。在配電系統的設計和運行中，需要進行短路電流計算，這是因為： （1）選擇電氣設備和載流導體時，需用短路電流校驗其動穩定性和熱穩定性，以保證在發生可能的最大短路電流時不至于損壞。 （2）選擇和整定用于短路保護的繼電保護裝置的時限及靈敏度時，需應用短路電流參數。 （3）選擇用于限制短路電流的設備時，也需進行短路電流計算。,第一節 配電網絡潮流計算,近似計算_高壓電網中的短路電流 在計算高壓電網中的短路電流時，一般采用的是近似計算方法，忽略次要因素。如只需計算各主要元件（電源、架空線路、電纜線路、變壓器、電抗器等）的電抗而忽略其電阻和導納，僅當架空線路、電纜線路較長并使短路回路總電阻大于總阻抗的時，才需計及電阻。 計算短路電流時，短路回路中各元件的物理量可以用有名單位制表示，也可以用標么制表示。由于待計算的配電網絡有多個電壓等級，存在電抗換算問題，所以在計算短路電流時，通常均采用標么制，可以使計算簡化。,第二節 配電網絡短路電流計算,（1）選擇電氣設備和載流導體時，需用短路電流校驗其動穩定性和熱穩定性，以保證在發生可能的最大短路電流時不至于損壞。 （2）選擇和整定用于短路保護的繼電保護裝置的時限及靈敏度時，需應用短路電流參數。 （ 3）選擇用于限制短路電流的設備時，也需進行短路電流計算。 在計算高壓電網中的短路電流時，一般采用的是近似計算方法，忽略次要因素。如只需計算各主要元件（電源、架空線路、電纜線路、變壓器、電抗器等）的電抗而忽略其電阻和導納，僅當架空線路、電纜線路較長并使短路回路總電阻大于總阻抗的時，才需計及電阻。,第二節 配電網短路電流計算,一、三相短路電流計算 三相短路為對稱性故障，因此可以用單相代替三相電路來求解。由于一般認為母線電壓在短路過程中不變，如果又知道了短路回路中的總阻抗，那么三相短路電流周期分量就可以求出，為,第二節 配電網短路電流計算,根據標么值的定義，可以求得三相短路電流周期分量有效值的標么值為 三相短路電流周期分量有效值為,第二節 配電網絡短路電流計算,二、不對稱短路電流計算 對于小電流接地系統，三相短路電流是最大短路電流，在對電氣設備作短路的動、熱穩定性校驗時，應用三相短路電流。 而對相間保護進行靈敏度校驗時，就需要知道兩相短路電流。 單相短路電流主要用于單相短路保護的整定及單相短路熱穩定度的校驗。,第二節 配電網絡短路電流計算,（1）兩相短路電流計算 根據對稱分量法，兩相短路時，短路電流為,第二節 配電網短路電流計算,（2）單相短路電流計算 單相短路時，短路電流為,第三節 配電網絡無功最優補償計算,無功補償通常是在有功電源的分布已經確定的情況下進行的，考慮到各負荷點無功補償裝置的單價大致相同，因此，無功功率最優補償可以按“在保證電壓質量的前提下使系統有功網損最小”的原則來進行，也即按等網損微增率準則來確定。在給定配電網的總補償容量或無功功率經濟當量的條件下，就可以直接確定配電網的無功最優補償方案。,第三節 配電網絡無功最優補償計算,一、配電網絡無功最優補償的數學模型 在配電網有功電源的分布一定的情況下，配電網的有功網損是各節點無功補償容量的函數，因此，配電網的有功網損，即無功補償的目標函數可以寫成,第三節 配電網絡無功最優補償計算,經過無功最優補償以后，無功功率應該滿足下面的平衡方程，即等式約束條件,第三節 配電網絡無功最優補償計算,不等式約束 無功補償裝置的無功出力應該滿足其本身上下限的限制，并且符合無功功率最優補償的原則。配電網經過無功補償以后，電壓質量應該滿足要求，因此有下面的不等式約束：,第三節 配電網絡無功最優補償計算,不等式約束二、無功最優補償的求解 （一）最優網損微增率法 由上面的目標函數（3-13）式和等式約束條件（3-14）式可以構成拉格朗日函數，按照拉格朗日乘子法可推得實現無功最優補償的條件為：,設配電網總的無功補償容量為,第三節 配電網絡無功最優補償計算,一個簡單的處理方法就是按系統的綜合無功經濟當量來補償，即使得補償以后的網損微增率與無功功率經濟當量相等 或,第三節 配電網絡無功最優補償計算,（二）遺傳算法 遺傳算法是一種基于自然群體遺傳演化機制的高效探索算法。它摒棄了傳統的搜索方式，模擬自然界生物進化過程，采用人工進化的方式對目標空間進行隨機化搜索。它將問題域中的可能解看作是群體的一個個體或染色體，并將每一個體編碼成符號串形式，模擬達爾文的遺傳選擇和自然淘汰的生物進化過程，對群體反復進行基于遺傳學的操作(選擇、交叉和變異)，根據預定的目標適應度函數對每個個體進行評價，依據“適者生存，優勝劣汰”的進化規則，不斷得到更優的群體，同時以全局并行搜索方式來搜索優化群體中的最優個體，求得滿足要求的最優解。,第四節 配電網絡的電能損耗計算,配電網的電能損耗主要是與電流平方成正比的變壓器繞組和配電線路導線中的電能損耗； 與運行電壓有關的變壓器鐵芯、電容器和電纜的絕緣介質損耗以及電暈損耗等。,四節 配電網絡的電能損耗計算,一、均方根電流法 設配電網中某元件的電阻為R（），通過此元件的電流有效值為I（A）,則該元件一天24h內的電能損失值可按下式計算,四節 配電網絡的電能損耗計算,二、最大負荷損耗小時數法 最大負荷損耗小時數是配電網元件電阻一年中由實際負荷產生的電能損失對應在用戶最大負荷持續作用下配電網元件電阻產生同樣大小的電能損失所需要的時間。 當最大負荷利用小時數Tmax和負荷的功率因數知道時，可由表3-1查出最大負荷損耗小時數。這時配電網元件的年電能損失為,四節 配電網絡的電能損耗計算,三、節點等效功率法 根據均方根電流法，代表日配電網元件R中的電能損失若用均方根功率代替均方根電流，則有 均方根功率(等效功率)與平均功率Par、Qar有下列關系,四節 配電網絡的電能損耗計算,設代表日的有功電量和無功電量 KP和KQ的大小與負荷曲線的形狀有關，所以稱之為負荷曲線的形狀系數，它們反應了負荷的平均值和均方根值之間的關系。而平均功率可以方便地由準確級別高的電能表讀數來求取,設代表日的有功電量和無功電量,四節 配電網絡的電能損耗計算,當平均負荷率 在求得等效功率之前必須求取負荷曲線的形狀系數KP和KQ。在實用計算中，可以取兩者相等 Par/Pmax0.5時 當平均負荷率Par/Pmax0.5時,四節 配電網絡的電能損耗計算,可由平均功率求得等效功率，用此等效功率作為各發電機的等效輸出功率或