电气工程基础华中科技大学第九章现代电力系统运行2010

第九章现代电力系统运行华中科技大学电力工程系罗毅[e-mail]87544274(o)本章主要内容•1电力系统有功功率与频率的调整•2电力系统无功功率与电压的调整•3电力系统的经济运行•4电力系统的稳定性电力系统有功功率与频率的调整•一、电力系统的有功功率平衡•典型的负荷种类:•（1）负荷变动幅度小，周期又很短（如P1），这种负荷的变动具有很大的偶然性；•（2）负荷变动幅度较大，周期也较长（如P2）•工业中大电机、电炉、延压机、电气机车等用户的开停，它们具有一定的冲击性；•（3）负荷变动幅度最大，周期也最长，且变化较缓慢（如P3）•人们生产、生活及气象条件的变化等引起的，这种负荷变化基本上可以预计。有功功率电源和备用容量有功功率的平衡:为系统中所有电源发出的有功之和系统中所有负荷消耗的有功之和全网络中有功功率损耗之和总装机容量:所有发电机的额定容量之和有功电源容量:系统中可投入发电设备的总容量之和备用容量:系统的电源容量大于发电负荷的部分为保证供电可靠性和电能质量、以及有功功率的经济分配，发电厂必须有足够的备用容量。一般要求备用容量达最大发电负荷的15%~30%PPPniLiniGi11niGiP1niLiP1P电力系统有功功率的分配•1有功电源的最优组合指系统中发电设备或发电厂的合理组合，包括机组的最优组合顺序，机组的最优组合数量和机组的最优开停时间•2有功负荷在运行机组间的最优分配指系统的有功负荷在各运行的发电机组或发电厂间的合理分配主要针对第3类负荷的变化规律，根据各类发电厂的设备容量，机组规格以及不同的动力资源来合理的组织其运行方式，以提高系统运行的经济性。3分配原则：充分合理利用水利资源，尽量避免弃水；最大限度地降低火电厂煤耗，并充分发挥高效机组的作用；降低火力发电的成本，执行国家的有关燃料政策，减少烧油，增加燃用劣质煤、当地煤。电力系统的频率调整•1频率调整的必要性•频率是衡量电能质量的指标之一，频率质量的下降的危害：•异步电动机的转速与输出功率•各种电气设备均按额定频率设计•频率降低，无功损耗增加，无功平衡和电压调整变得困难•2频率与有功平衡的关系•频率与发电机转速有严格的关系•负荷变化-发电机输出电磁功率变化-原动机输入功率相对迟缓－转矩变化-转速变化-频率变化•额定频率50Hz,频率偏差范围0.2-0.5Hz•3各类负荷变动与频率调整•第一种负荷－频率的“一次调整”,采用调速器•第二种负荷变动频率的“二次调整”，调频器•第三种负荷变动－频率的“三次调整，通过负荷预计得到负荷曲线，按最优化准则分配负荷，属于电力系统经济运行的问题，或称经济调度。有功电源的频率特性•电源有功功率静态频率特性电源有功功率静态频率特性：发电机组的原动机机械功率与角速度或频率的关系无调速系统时：有调速系统时：原动机的静态频特性成为一族曲线。此时发电机输出功率与频率关系的曲线近似地用直线表示，称为发电机组的功率一频率静态特性。221fCfCPm电力系统负荷的静态频率特性•系统的电压不变，有功负荷随频率的变化为：标么制下:近似为直线nNLDNnNLDNLDNLDffPaffPaPaP)()(10nnLDfafaaP10频率的一次调整•调节过程•△PLD=KL△f△PG=-KG△f△PLD0+KL△f=-KG△f△PLD0=-(KG+KL)△f=-KS△f•定义KS=KG+KL为系统的单位调节功率KS=KG+KL=•系统中有n台机组，只有m台机组参与一次调整单位调节功率为fPLD0miLGiSKKK1频率的二次调整•选定系统中的一个或几个电厂担负二次调频任务，担负二次调频任务的电厂称为调频厂调频厂的条件:①具有足够的容量；②具有较快的调整速度；③调整范围内的经济性要好。•火电厂受锅炉技术最小负荷的限制，可调容量仅为其额定容量的30%~75%水电厂的调整容量大于火电厂，水电厂的调整速度较快，且适宜承担急剧变动的负荷。一般应选择系统中容量较大的水电厂作为调频厂。若水电厂调节容量不足或无水电厂时，可选中温中压火电厂作为调频厂。电力系统无功电源发电机：QGN=SGNsinφN=PGNtgφNQ(V):开口向下的抛物线XUPXEUQ222ONUGNQGNBEQIGNACEqPDH电力系统无功电源•同步调相机•静电电容器：•静止补偿器CCXUQ/2电力系统无功负荷与无功损耗•异步电动机：•变压器：•输电线路的无功功率损耗分为两部分，其串联电抗中的无功功率损耗与通过线路的功率或电流的平方成正比，而其并联电纳中发出的无功功率与电压平方成正比。XIXUQQQmmM22NkNTTTTSSUSIXIBUQQQ100(%)100(%)20220电力系统无功功率平衡•在电力系统运行的任何时刻，电源发出的无功功率总是等于同时刻系统负荷和网络的无功损耗之和•QGC(t)=QLD(t)+Q∑(t)电力系统无功功率平衡与运行电压水平的关系UQaUa’Uaa’电力系统中枢点电压管理OABSUUtttUtSASBUAUB0.1UN0.03UN0.01UN0.04UNOABO’电力系统中枢点调压方式•“逆调压”：大负荷时，由中枢点供电的线路的电压损耗大，将中枢点的电压适当升高些（比线路额定电压高5%），小负荷时将中枢点电压适当降低（取线路的额定电压）•“顺调压”：大负荷时允许中枢点电压不低于线路额定电压的102.5%，小负荷时不高于线路额定电压107.5%•“常调压”：即在任何负荷下都保持中枢点电压为线路额定电压的102%~105%电力系统调压措施UGK1:1K2:1UbP+jQ2121//)(KUQXPRKUKUKUUGGb1、利用发电机调压•发电机的端电压可以通过改变发电机励磁电流的办法进行调整，对发电机实行“逆调压”•发电机运行电压的变化范围在发电机额定电压的+5%以内。在直接以发电机电压向用户供电的系统中，如供电线路不长，电压损耗不大，用发电机进行调压一般就可满足调压要求。2、改变变压器变比调压•容量为6300kVA及以下的变压器，高压侧一般有三个分接头，各分接头对应的电压分别为1.05UN、UN和0.95UN。容量为8000kVA及以上的变压器，高压侧有五个或更多个分接头，五个分接头电压分别为1.05UN、1.025UN、UN、0.975UN和0.95UN•有载调压与无载调压2、改变变压器变比调压（续）U1RT+jXTU2P+jQ降压变压器1UQXPRUTTTTTKUUU12NTtUUUUU22112、改变变压器变比调压（续）•普通双绕组降压变压器的分接头选择：a变压器通过最大负荷时对分接头电压的要求为U1tmax=(U1max-△Umax)U2N/U2maxb变压器通过最小负荷时对分接头电压的要求为U1tmin=(U1min-△Umin)U2N/U2minc取U1max和U1tmin的算术平均值d根据U1tav值选择一个与它最接近的变压器标准分接头e校验所选的分接头在最大负荷和最小负荷时变压器低压母线上的实际电压是否符合调压要求)(21min1max11tttavUUU3、利用无功功率补偿调压U1R+jXU2P+jQjQC221UQXPRUUCCCUXQQPRUU221)(CCCUXQQPRUUQXPRU2222)(首端电压补偿后若首端电压U1保持不变3、利用无功功率补偿调压(续)])[(22222UQXPRUQXPRUUXUQCCCC)(222UUXUQCCC)(2222TCCTCKUUXUKQ补偿容量为：3、利用无功功率补偿调压(续)•静止电容器容量的选择：a在最小负荷时不补偿,来确定变压器分接头b选定与U1t最接近的分接头后，变比即已确定，再按最大负荷时的调压要求计算无功补偿容量NtUUUU2min2min212max2max2max2)(TTCCCKKUUXUQ3、利用无功功率补偿调压(续)•同步调相机容量的选择:a在最大负荷时同步调相机满发无功b最小负荷时同步调相机吸收（0.5~0.6）QCN的无功功率c解出变比KT，选择与KT值最接近的变压器高压绕组分接头电压，确定变压器的实际变比，再将实际变比代入以上两式中任一式即可求出为满足调压要求所需的调相机容量QCN2max2max2max2)(TTCCCNKKUUXUQ2min2min2min2)()6.0~5.0(TTCCCNKKUUXUQ4、改变输电线路参数调压-jXCjXU1111UXQRPU111)(UXXQRPUCC11UXQUUCC11)(QUUUXCC第三节电力网运行的经济性电力系统经济运行的基本要求指：在保证整个系统安全可靠和电能质量符合标准的前提下努力提高电能生产和输送的效率，尽量降低供电的燃料消耗和供电成本电力网的电能损耗•电能损耗的组成可变损耗：损耗在导线和变压器绕组的电阻上，与通过元件的电流或功率有关，输送的功率愈大，损耗也愈大固定损耗：输电线和变压器等值电路中并联电导中的有功损耗，如输电线的电晕损耗，变压器的铁芯损耗等，这部分损耗同施加于元件的电压有关，而与通过元件的功率几乎无关•输电线的电能损耗•变压器的电能损耗TTLLLhdtkWRUSdtRIA003223210103TTTTThdtkWRUSTPdtRITPA00322032010103最大负荷损耗时间法近似计算电能损耗•最大负荷损耗时间τ如果网络输送的功率始终保持为最大负荷功率Smax，经τ小时后，网络中损耗的电能恰等于网络按实际负荷曲线运行时全年实际消耗的电能，则称τ为最大负荷损耗时间比较：最大负荷利用小时数Tmax最大负荷损耗时间法近似计算电能损耗•对输电线路：87600322max3221010hkWRUSdtRUSALLL2max876002SdtS最大负荷损耗时间法近似计算电能损耗•对变压器hkWRUSTPATT322max010hkWSSnPTPnANkT2max0)(最大负荷损耗时间法近似计算电能损耗最大负荷损耗时间τ与最大负荷利用小时数Tmax的关系对于给定的功率因数，τ同Tmax之间存在一定的关系。在无法确知负荷的变化曲线的场合，如在电力系统规划设计时，可根据用户的性质，查出其最大负荷利用小时数Tmax，再根据Tmax和用户的功率因数cosφ由表查出与之对应的τ值，即可计算出全年的电能损耗。Tmaxcosφ0.800.850.900.951.0020001500120010008007002500170015001250110095030002000180016001400125035002350215020001800160040002750260024002200200045003150300029002700250050003600350034003200300055004100400039503750360060004650460045004350420065005250520051005000485070005950590058005700560075006650660065506500640080007400—7350—7250•例9-3有一额定电压为110kV，长度为100km的双回输电线路向变电所供电（见图9-18），线路单位长度参数为Z0=（0.17+j0.409）Ω/km,b0=2.79×10-6S/km，两台变压器每台的额定容量为31.5MVA，变比为110/11，△P0+j△Q0=(0.03+j0.22)MVA，△Pk=190kW，Uk（%）=10.5，最大负荷为（40+j30）MVA，Tmax=4500h，试计算电