电力系统运行电压的有关问题

第二章电力系统电压的自动调节========基本知识点========发电机端电压的自动调整同步发电机励磁系统励磁系统中转子磁场的建立和灭磁励磁调节器原理第一节电力系统运行电压的有关问题========基本知识点========一、同步发电机励磁自动控制系统的组成二、励磁控制系统的基本任务三、超高压、长距离输电线路运行电压的有关问题四、供电线路运行电压的有关问题第一节电力系统运行电压的有关问题电力系统运行的任务是保证安全、可靠、优质经济的供电，并且最大限度的满足用户的要求。其中一个任务就是保证电能的质量。电能质量指标：电压、频率与波形电压质量主要与系统的无功功率平衡有关。同步发电机组成了系统主要的无功功率电源，同步发电机通过其励磁系统的运行，建立起内电动势，发电机就有了端电压。为全电力系统建立起基础的网络电压。同步发电机的励磁电流是建立电力系统电压的唯一资源，因此在电力系统正常运行时，发电机励磁电流的变化主要影响电网电压水平和并联机组间无功功率的分配。同步发电机的励磁系统：励磁功率单元和励磁调节器。如图2-1.励磁功率单元向同步发电机的转子提供直流电流，即励磁电流；励磁调节器根据输入信号和给定的调节准则控制励磁功率单元的输出。整个励磁自动控制系统由励磁调节器、励磁功率单元和发电机构成一个反馈控制系统。第一节电力系统运行电压的有关问题图2-1励磁控制系统结构框图G发电机率单元励磁功励磁调节器输入信息统系力电G第一节电力系统运行电压的有关问题一、同步发电机励磁控制系统的任务（一）、电压控制图2-2同步发电机图（a）原理电路图（b）等值电路图（c）矢量图第一节电力系统运行电压的有关问题（1）基本关系dGGdXIjUE(2-1)式中GI——发电机的负荷电流（有效值）dX——发电机的d轴感抗（2）外特性图2-2（c）中说明发电机的感应电动势的有效值dE与端电压GU有如下关系：drGdXIjUEcos式中——dE与GU间的相角，也称功率角rI——发电机的无功负荷电流的有效值正常运行状态下，一般很小，即1cos，于是得到简化式第一节电力系统运行电压的有关问题drGdXIUE（2-2）式（2-2）说明，负荷电流的无功分量，是造成发电机感应电动势dE与端电压GU差值的主要原因。发电机的无功负荷越大，其端电压降落就越大。即同步发电机的外特性必然下降。如图2-3所示，当励磁电流eI为定值时，GU会随着无功电流的增大而下降。但是电能质量要求发电机的端电压基本保持不变，只能用调节励磁电流的方法来解决这一问题。第一节电力系统运行电压的有关问题图2-3同步发电机外特性第一节电力系统运行电压的有关问题（1）发电机端电压GU为额定值NU时的励磁电流为1eI，如曲线11eI不变时，1rI增至2rI，则GU降至2GU，电能质量变得很差维持发电机端电压在NU，励磁电流必须增大到2eI（2）当2eI不变时,2rI减小到1rI，则GU会超出因此同步发电机的励磁电流必须随着无功负荷的变化而不断调整，才能满足电能质量的要求。（二）、控制无功功率的分配1、同步发电机与无穷大系统母线并联运行的有关问题：第一节电力系统运行电压的有关问题图2-4同步发电机与无限大母线并联运行(a)接线图；(b)相量图；)(a常数UGGGI)(bxIjdG1K2A'AB'B1QIQIGI1GIK12QI2GIxjIdG2UUGxIjdGq1EqE2qEPIj'44344211设同步发电机与无穷大系统母线并联运行，即母线电压不随负荷大小变化，是一个恒定值。由于发电机发出的有功功率只受调速器控制，与励磁电流大小无关。故无论励磁电流如何变化，P均不变。即21cossinCIUPCXUEPGbusdbusdj（2-3）——发电机的功率角，j——发电机的功率因数角（2-3）说明当不改变P而改变eI时，jcosGI和sindE应不变。在（b）中可以看出，当改变eI时，dE沿着虚线'AA变化，GI沿着'BB变化，由于GU恒定，所以改变eI只是改变了无功功率和功率角的大小。第一节电力系统运行电压的有关问题第一节电力系统运行电压的有关问题不变；不变；变；变；变变，变jjjjjcoscossinsinGGGGGGGGGeIUPIIUQIII不变；不变；变；变；变变，变sinsincoscosdqGGqdGqGGqqeXEUPEXUEUQEEI2、并联运行各发电机间无功功率的分配(1)无励磁调节第一节电力系统运行电压的有关问题图2-5并联运行发电机间无功负荷的分配)(bU1U2oIQ1DIQ2DIQ2IQ1IQ'2IQ'1IQUGG2G1)(aGGIQ1IQ2IQ如图2-5（a）GGGUUU21,他们发出的无功电流之和必须等于母线总负荷电流的无功分量值即21QQQIII当母线电压为1U时：21QQQIII且21QQII当增加无功负荷时，rI相应增加，母线电压降至2U：'2'1QQQIII,且2'1'QQII1''1'''''2121212121212121NNQQNNQQQQQQQQQQQQSSIISSIIIIIIIIIIII第一节电力系统运行电压的有关问题由（b）看出21QQIIDD，改变了负荷增加前两机组无功电流分配的比例。可见并列运行发电机间的无功负荷分配，取决于机组的外特性曲线。曲线越平坦的机组，无功电流的增量越大。（2）有励磁调节212121212121''''QQQQNNQQNNQQIIIISSIISSII第一节电力系统运行电压的有关问题IGG1G2UGIQ2IQ1U1U2I’Q1I’Q2二、正常运行时，对自动调压器的要求保证电机端电压不变保证机组间无功负荷的合理分配有足够的容量有很快的相应速度有很高的运行可靠性二、超高压、长输电线路运行的有关问题超高压输电线路上的容性无功功率与运行电压的平方成正比，即接入电路故障时，由于线路的分布电容电流使线路末端电压高于送端电压，一般在送、末端装可控电抗器来吸收线路的容性无功功率。以保持端电压的恒定。从式（2-6）中可分析超高压长输电线路其运行电压的特性CXUCQ/2LZUULLZUUSSLZUULLZUUSSsin0cosrscos2sUjsin0sinrssin0cosrscos2sUjsin0sinrs受端视在功率为：送端视在功率为：第一节电力系统运行电压的有关问题三、供电线路的电压降的补偿方法为保证负荷电压质量，必须对线路及变压器上的电压降落进行补偿，有两种方法：串联电容补偿放法如图2-11（b）和并联电容补偿方法如图2-11（c）补偿效果：利用图2-12所示的P-V特性曲线进行分析串联电容补偿实质：减小了线路的电抗，使V受负荷电流的影响较小并联电容补偿实质：根据负荷的变化情况调节输出的无功功率的大小和方向，使电压上升或下降