background image

3 Current and Power Distribution in Branches and 

Network Power Losses Determination

  

Steady state solution in power system consists of two steps: 
1. calculation of voltages in individual network nodes, 

2. calculation of current and power distributions and determination of 

losses in network. 

If we know voltages in individual nodes, we can evaluate current or power 

distribution and losses in networks using Ohm’s and Kirchhoff’s law.  

background image

3.1 Current distribution in branches 

The phase current flowing in series part of the line, according to Ohm’s law is:  

kj

j

k

kj

j

k

kj

Y

U

U

Z

U

U

I

3

1

.

3

where 

j

k

U

U

,

- phase to phase voltage of the nodes 

k

 and 

j

,  

kj

kj

kj

X

R

Z

j

- series impedance of branch 

kj

,  

1

kj

kj

Z

Y

- element of node admittance matrix      , it is admitance 

  between nodes 

k

 and 

j

 (with the negative sign).  

 

Y

kj

c

B

,

2

1

kj

c

B

,

2

1

background image

Current      flowing from the node 

k

 into the lines 

kj

 according to I. Kirchhoff’s 

Current Law is determined as:  

k

I

kj

c

k

kj

j

k

z

kj

c

kj

k

B

U

Y

U

U

I

I

I

,

,

j

3

.

2

1

3

1

where 

kj

c

B

,

2

1

- phase capacity current at the begin (end) of the line 

kj

,  

- one half capacity susceptance of line 

kj

 

Current      flowing from line 

kj

 into node 

j

 is determine as: 

j

I

kj

c

j

kj

j

k

k

kj

c

kj

j

B

U

Y

U

U

I

I

I

,

,

j

3

.

2

1

3

1

kj

c

k

kj

c

k

kj

c

k

z

kj

c

B

U

B

U

X

U

I

,

,

,

2

/

,

j

3

.

2

1

2

1

j

-

3

j

-

3





k

kj

c

z

kj

c

I

I

,

,

,

background image

3.2 Power distribution in branches 

Three-phase electric power at the begin of series impedance of line 

kj

, i.e. flowing 

from node 

k

 into 

:  

j

k

kj

k

kj

kj

j

k

k

kj

k

z

kj

U

U

Y

U

Y

Y

U

U

U

I

U

S

*

*

2

*

*

*

.

.

3

Three-phase electric power at the end of series impedance of line 

kj 

:  

2

*

*

*

*

*

*

*

.

.

.

.

.

.

.

3

j

kj

k

j

kj

kj

j

k

j

kj

j

k

kj

U

Y

U

U

Y

Y

U

U

U

I

U

S

kj

c

B

,

2

1

kj

c

B

,

2

1

c

c

2

f

c

2

f

c

2

f

*

c

f

*

f

c

*

f

*

f

c

*

f

j

j

j

j

j

Q

B

U

X

U

X

U

X

U

U

Z

U

U

I

U

S

note: 

background image

Electric power flowing from node 

k

 into lines 

kj

 is:  

kj

c

kj

j

k

k

z

kj

c

z

kj

k

B

U

Y

U

U

U

Q

S

S

k

,

2

*

*

*

,

j

.

2

1

j

Electric power flowing into node 

j

 from line 

kj 

is:  

kj

c

j

kj

j

k

j

k

kj

c

k

kj

j

B

U

Y

U

U

U

Q

S

S

,

2

*

*

*

,

j

2

1

j





kj

c

B

,

2

1

kj

c

B

,

2

1

background image

In case of consideration of conductance as well, then we obtain                          

instead of              . 

kj

c

B

,

2

1

j

kj

G

2

1

kj

G

2

1

kj

c

B

,

2

1

kj

c

B

,

2

1

note: 

c

c

j

j

1

1

1

B

G

X

R

Z

kj

c

kj

B

G

,

j

2

1

background image

3.3 Network Electric Power Losses Determination 

kj

j

k

j

k

kj

j

k

j

kj

j

k

k

k

kj

z

kj

Y

U

U

U

U

Y

U

U

U

Y

U

U

U

S

S

*

*

*

*

*

*

*

*

*

Power losses in series part of line 

kj

,

 

i.e

.

 losses at impedance       are:  

z

kj

g

P

,

k

kj

g

P

,

kj

c

kj

B

G

,

j

2

1

kj

c

kj

B

G

,

j

2

1

background image

Electric power losses in line 

kj

 are losses both in the: 

     - series part of line 

  

     - shunt admittance of line at the begin                          and at the   
       end               of the line.  

If we summarize these relations for all branches of the EPN, then we receive the 
expressions for total power losses in the power system: 

2

 j

,kj

c

kj

z

kj

B

G

Y

z

kj

k

kj

Y

Y

 

k

kj

c

k

kj

g

z

kj

c

z

kj

g

k

kj

z

kj

k

kj

c

k

kj

g

k

kj

z

kj

c

z

kj

g

z

kj

j

k

kj

Q

P

Q

P

S

S

Q

P

S

Q

P

S

S

S

S

,

,

,

,

,

,

,

,

j

j

j

j





We can evaluate them as follows: 

Active power losses in line 

kj 

)

(

real

S

P

kj

S

S

Reactive power ”losses” in line 

kj 

)

(

imag

S

Q

(only 

+” sign) 

 (

+” or 

-” sign)