稳态第六章_电力系统的无功功率和电压调整.ppt

电力系统稳态运行,第六章电力系统的无功功率和电压调整,第六章电力系统的无功功率和电压调整,基本要求了解无功功率最优分配，无功功率平衡与电压的关系，掌握电压调整原理、方法及措施。,前面讲过，有功功率电源是各类发电厂中的发电机，而无功电源除发电机外。,还有,电容器调相机静止补偿器,分散在各变电所且不消耗一次能源，但系统中无功损耗有功损耗,调频调整原动机功率调压有多种手段,,第六章电力系统的无功功率和电压调整,电力系统中的有功功率电源是集中在各类发电厂中的发电机；无功功率电源除发电机外，还有电容器、调相机和静止补偿器等，分散在各变电所。供应有功功率和电能；必须消耗能源，但无功功率电源一旦设置后，就可随时使用而不再有其它经常性耗费。系统中无功功率损耗远大于有功功率损耗。正常稳态运行时，全系统频率相同，频率调整集中在发电厂，调频手段只有调整原动机功率一种。电压水平则全系统各点不同，而且．电压调整可分散进行，调压手段也多种多样。凡此种种，使电力系统的无功功率和电压调整与有功功率和频率调整有很大不同。本章主要阐述电力系统中无功功率的最优分布和电力系统的电压调整两个问题。而前者又可进而分为无功功率电源的最优分布和无功功率负荷的最优补偿两方面；后者除个别调压措施外，还有几种调压措施的组合问题。,第一节电力系统中无功功率的平衡,一、无功功率负荷和无功功率损耗1．无功功率负荷各种用电设备中，除相对很小的白炽灯照明负荷只消耗有功功率、为数不多的同步电动机可发出一部分无功功率外，大多数都要消耗无功功率。因此，无论工业或农业习户都以滞后功率因数运行，其值约为0.60.9。其中，较大的数值对应于采用大容量同步电动机的场合。无功功率负荷曲线的变化规律虽大体与有功功率相似，也并非完全亦步亦趋。但无论是电力系统的运行或设计部门，一般都不编制无功功率负荷曲线而只编制无功功率平衡表或各枢纽点电压曲线。而且，这些表格或曲线也只是隔一段时间制作一欠。对无功功率管理之所以与对有功功率不同，原因仍在于无功功率与有功功率本身性质的不同。,2．变压器中的无功功率损耗,变压器中的无功功率损耗分两部分，即励磁支路损耗和绕组漏抗中损耗。其中，励磁支路损耗的百分值基本上等于空载电流I0的百分值，约为1％2％；绕组漏抗中损耗。在变压器满载时，基本上等于短路电压Uk的百分值，约为10％。但对多电压级网络。变压器中的无功功率损耗就相当可观。以一个五级变压的网络为例,,,,,,,,,,,,RT,jXT,,,,,,,,,,-jBT,GT,由此可见，系统中变压器的无功功率损耗占相当大比例，较有功功率损耗大得多。,3．电力线路上的无功功率损耗电力线路上的无功功率损耗也分两部分，即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。并联电纳中的这种损耗又称充电功率，与线路电压的平方成正比，呈容性。串联电抗中的这种损耗与负荷电流的平方成正比，呈感性。,因此，线路作为电力系统的一个元件究竟消耗容性或感性无功功率就不能肯定。但如利用第二章第三节第四小节中曾作过简单介绍的自然功率的概念．可作一大致估计当通过线路输送的有功功率大于自然功率时，线路将消耗感性无功功率；当通过线路输送的有功功率小于自然功率时，线路待消耗容性无功功率。一般．通过110kv及以下线路输送的功率往往大于自然功率，通过500kv线路输送的功率大致等于自然功率。通过220kv线路输送的功率则因线路长度而异，线路较长时，小于自然功率，线路较短时，大于自然功率。,1．发电机同步发电机既是有功功率电源，又是最基本的无功功率电源。,二、无功功率电源,2．电容器和调相机并联电容器只能向系统供应感性无功功率。它所供应的感性无功功率与其端电压约平方成正比。,,,,,调相机实质上是只能发无功功率的发电机。它在过激运行时向系统供应感性无功功率，欠激运行时从系统吸取感性无功功率。欠激运行时的容量约为过激运行时容量的50。这些也就是作为无功功率电源的调相机的运行极限。,3．静止补偿器和静止凋相机静止补偿器和静止调相机是分别与电容器和调相机相对应而又同属“灵活交流输电系统”范畴的两种无功功率电源。前者出现在70年代初，是这一“家族”的最早成员。目前已为人们所熟知；后者则尚待扩大试运行的规模。静止补偿器的全称为静止无功功率补偿器SVC，有各种不同型式。目前常用的有晶闸管控制电抗器型TCR型、晶闸管开关电容器型TSC型和饱和电抗器型SR型三种，分别如图6-1a、b、c所示。它们的静态电压特性伏安特性，则分别示于图6-2a、b、c。,,串联谐振回路（高次谐波通路）,,,,,,串联谐振回路（高次谐波通路）,,饱和电抗器,,,,,,,,,,,,,一.无功功率电源的最优分布,6－2电力系统中无功功率的最优分布,1.等网损微增率准则,目的降低网络中的有功功率损耗,目标函数,等约束条件,不等式约束条件,一.无功功率电源的最优分布,6－2电力系统中无功功率的最优分布,1.等网损微增率准则,无功功率电源的最优分布是按等网损微增率准则,但需指出，如上的分析并没有引入不等约束条件。实际计算时，当某一变量，例如QGi，逾越它的上限QGimax或下限QGimin时，可取QGi＝QGimax或QGi＝QGimax。,二.无功负荷的最优补偿,6－2电力系统中无功功率的最优分布,1.最优网损微增率准则,目的,最优网损微增率准则,一.调整电压的必要性,6－3电力系统的电压调整电压管理和借发电机、变压器调压,电力系统的电压和频率一样也需要经常调整。由于电压偏移过大时，会影响工农业生产产品的质量和产量，损坏设备，甚至引起系统性的“电压崩溃”，造成大面积停电。,二.电压波动和电压管理,6－3电力系统的电压调整电压管理和借发电机、变压器调压,1.电压波动,综上可见，在保证系统中无功功率平衡的基础上，如同调整控制频率一样．调整控制电压，使其偏移和波动保持在允许范围内，是系统运行的又一重要问题。,当负荷发生波动时，使得线路上传送的无功功率发生波动，相应的各节点电压也随之波动。对于生活、生产、气象等变化引起的周期长、波及面大的电压波动需进行调整。对于冲击性负荷引起的电压波动需进行限制。,二.电压波动和电压管理,6－3电力系统的电压调整电压管理和借发电机、变压器调压,2.电压管理,电压中枢点就是那些反映系统电压水平的主要发电厂的高压母线、枢纽变电所低压母线或有大量地方负荷的发电机母线。,（1）中枢点的电压偏移,根据负荷对电压的要求，任何时刻应满足,二.电压波动和电压管理,6－3电力系统的电压调整电压管理和借发电机、变压器调压,2.电压管理,（1）中枢点的电压偏移,需综合考虑A、B对电压中枢点O点的要求。要同时满足两个负荷对电压质量的要求，中枢点电压的允许变动范围减小。,在实际电力系统中，由同一中枢点供电的负荷可能很多，且中枢点到负荷处线路上的电压损耗的大小和变化规律的差别可能很大，完全可能出现在某些时段内，中枢点电压取任何值均不能满足要求，这时须采取其他措施（如在负荷处进行无功补偿，改变变压器变比等）。,二.电压波动和电压管理,6－3电力系统的电压调整电压管理和借发电机、变压器调压,2.电压管理,（2）中枢点电压的调整方式,逆调压对于供电线路较长，负荷波动较大的网络，考虑在最大负荷时线路上的电压损耗增加，这时适当提高中枢点电压以补偿增大的电压损耗，比线路UN高5％（即1.05UN）；最小负荷时线路上电压损耗减小，降低中枢点电压为UN。,顺调压负荷变动小，供电线路不长，在允许电压偏移范围内某个值或较小的范围内，最大负荷时电压可以低一些，但≥1.025UN，小负荷时电压可以高一些，但≤1.075UN。,二.电压波动和电压管理,2.电压管理,（2）中枢点电压的调整方式,常调压（恒调压）负荷变动小，供电线路电压损耗也较小的网络，无论最大或最小负荷时，只要中枢点电压维持在允许电压偏移范围内某个值或较小的范围内（如1.025UN1.05UN），就可保证各负荷点的电压质量。这种在任何负荷情况下，中枢点电压保持基本不变的调压方式。,（3）调整电压的基本原理,二.电压波动和电压管理,2.电压管理,（3）调整电压的基本原理,要求对负荷点b的电压进行调整,三.借改变发电机端电压调整,通过自动励磁调节装置→If→Eq→UG，不需另增设备，简便可行且经济。由发电机不经升压直接供电的地方负荷，实行逆调压。,三.借改变发电机端电压调整,,,,,,发电机经多级变压向负荷供电时，仅借发电机调压往往不能满足负荷对电压质量的要求If≤IfN），这时需借助其他措施。,四.借改变变压器变比调压,G,,,,,,,,,,,双绕组变压器的高压绕组和三绕组的高、中压绕组有若干分接头可供选择，如有UN5％、UN22.5％或UN42％。其中对应于UN的分接头常称主接头或主抽头。合理选择变压器的分接头也可调压。,四.借改变变压器变比调压,（1）对于双绕组降压变压器i,,,四.借改变变压器变比调压,（1）对于双绕组降压变压器i,普通变压器在运行中不能倒换接头，只有停运时才能调整，因此，必须在投运前选择好合适的接头以满足各种负荷要求。为使最大、最小负荷两种情况下变电所低压母线实际电压偏离要求的U‘imax，U’imin大体相等，分接头电压应取UtImax，UtImin的平均值。,根据UtI选择一最接近的分接头，再按选定的分接头校验低压母线上的实际电压能否满足要求。,四.借改变变压器变比调压,（2）对于双绕组升压变压器g,,,四.借改变变压器变比调压,（2）对于双绕组升压变压器g,有载调压器附加串联加压器,例发电厂装有两台容量为31.5MVA、额定变比为121/10.5kV的变压器。由变压器输出的最大负荷为50j40MVA、最小负荷为25j15MVA。要求高压母线电压UH维持116kV恒定不变，且发电机母线须实行逆调压Umax为1.05UN，及Umin为1.0UN以满足地方负荷电压的要求。并联运行变压器归算至高压侧的等值阻抗为1.47j24.4Ω。试确定变压器的变比。,解变压器的电压损耗（忽略电压降落横分量）,最大负荷时,最小负荷时,根据发电机母线逆调压要求，该母线期望电压Udmax1.05UN1.051010.5kV，Udmin1.0UN1.01010kV,选取最接近的标准接头电压12112.5124.02kV,校验,对网络额定电压的偏移,对网络额定电压的偏移,因接头电压之间的距离为2.5％，计算电压偏移和要求的电压偏移相差不超过1.25％是允许的。从计算结果看出，所确定的变比124.02/10.5满足要求。,（3）对于三绕组变压器g,三绕组变压器除高压绕组有抽头外，一般中压绕组也具有抽头可供选择。对高、中压绕组都具有抽头的三绕组变压器，各绕组接头电压的确定仍按上述双绕组变压器的方法分两步进行。,首先。根据低压母线的调压要求在高低压绕组之间进行计算，选取高压绕组的接头电压即变比UtH/UNL；,然后根据中压的调压要求及选取的高压绕组接头电压UtH，在高中压绕组之间进行计算，选取中压绕组的接头电压UtM。确定的变比即为UtH/UtM/UtL。,一.借补偿设备调压,6－4电力系统的电压调整借补偿设备调压和组合调压,1.各种补偿设备的调压方式,2.补偿设备容量的计算,,一.借补偿设备调压,6－4电力系统的电压调整借补偿设备调压和组合调压,2.补偿设备容量的计算,实践中进行简化,3.最小补偿设备容量的确定,按调压要求，在确定这些补偿设备容量时，须先确定变压器变比。,一.借补偿设备调压,6－4电力系统的电压调整借补偿设备调压和组合调压,3.最小补偿设备容量的确定,（1）并联电容器,确定其容量分两步,一步在Smin时，全部切除，确定变压器分接头；,根据UtJmin选择一最接近的分接头UtJ,一.借补偿设备调压,6－4电力系统的电压调整借补偿设备调压和组合调压,3.最小补偿设备容量的确定,（1）并联电容器,二步在Smax时，全部投入，确定电容器容量。,（2）调相机,在Smax时，过激运行，发无功，确定QCN；在Smin时，欠激运行，吸无功，确定QLN0.50.6QCN。,一.借补偿设备调压,6－4电力系统的电压调整借补偿设备调压和组合调压,3.最小补偿设备容量的确定,（2）调相机,在Smax时，满发QCN,在Smin时，吸QLN0.50.6QCN,第二节电力系统中无功功率的最优分布,如前所述，无功功率的最优分布包括无功功率电源的最优分布和无功功率负荷的最优补偿两个方面。但在讨论这两方面问题之前，有必要对提高负荷的自然功率因数，即降低负荷对无功功率需求的重要性作一说明。因面对十分低劣的负荷自然功率因数谈论无功功率的最优分布，显然是舍本逐末。,但需指出，如上的分析并没有引入不等约束条件。实际计算时，当某一变量，例如QGi，逾越它的上限QGimax或下限QGimin时，可取QGi＝QGimax或QGi＝QGimax。,第三节电力系统的电压调整电压管理和借发电机、变压器调压,一、调整电压的必要性电力系统的电压和频率一样也需要经常调整。由于电压偏移过大时，会影响工农业生产产品的质量和产量，损坏设备，甚至引起系统性的“电压崩溃”，造成大面积停电。分别说明如下系统电压降低时，发电机的定子电流将因其功率角的增大而增大。如这电流原已达额定值，则电压降低后，将使其超过额定值。为使发电机定子绕组不致过热，不得不减少发电机所发功率。相似地，系统电压降低后，也不得不减少变压器的负荷。,当系统电压降低时，各类负荷中占比重最大的异步电动机的转差率增大．从而，电动机各绕组中的电流将增大，温升将增加，效率将降低，寿命将缩短，如图6-10所示。而且，某些电动机驱动的生产机械的机械转矩与转速的高次方成正比，转差增大、转速下降时，其功率将迅速减少。而发电厂厂用电动机组功率的减少又将反而影响锅炉、汽轮机的工作，影响发电厂所发功率。尤为严重的是，系统电压降低后，电动机的起动过程将大为增长，电动机可能在起动过程中因温度过高而烧毁。,综上可见，在保证系统中无功功率平衡的基础上，如同调整控制频率一样．调整控制电压，使其偏移和波动保持在允许范围内，是系统运行的又一重要问题。,,,,,,,,,,,,