5-3电力系统的无功功率和电压调整(XXXX-12)(3)

第五章电力系统稳态分析1§3.电力系统的无功功率和电压调整23电压质量指标：电压偏移电压波动和闪变电网谐波三相不对称程度41.电压偏移对电能用户的影响？什么是电压偏移？一、电力系统的电压偏移电力设备在额定电压下设计：技术、经济性能最佳。用户观点：要求提供电压合格的优质电能商品。影响举例：异步电动机：V降低，定子i升高,绕组温度升高,老化快或烧坏电机；V升高，破坏绝缘。电子设备:对电压敏感，要求更高。52.电力系统观点：电压偏移对自身存在影响V低：电能损耗大，且危及系统稳定性。V高：破坏绝缘，超高压线路电晕损耗。一、电力系统的电压偏移63.电压偏移可以避免吗？一、电力系统的电压偏移电压时空变化随机性大结论：电压偏移不可避免。负荷随机变化电网结构经常变化大电网节点众多74.我国规定的电压偏移范围一、电力系统的电压偏移如何将电压控制在允许范围内？首先要研究：电力系统的电压水平取决于什么？8电力系统运行中，电源的无功出力在任何时刻都同负荷的无功功率和网络的无功损耗之和相等，即GCLDLQQQ电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。即无功功率平衡是在什么样的电压水平下实现的。二、电压水平取决于什么？9系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定。XIXUQQQmmM221）综合负荷的无功功率-电压静态特性10XIXUQQQmmM22异步电动机静态特性曲线族（电动机的受载系数）额定负荷实际负荷11研究：发电机输出的Q与U变化关系的曲线。2）发电机的无功功率―电压静态特性sincosUIQUIPGG发电机送至负荷点功率：12sincoscossinIXUEIXEXUXEUQXEUPGG2cossin假定：P=CsincosUIQUIPGG222GGEUUQPXX（）13当P不变时，发电机送至负荷点的Q为222GGEUUQPXX（）若励磁电流不变，则发电机电势E为常数，无功功率就是电压U的二次函数。14负荷Q15无功功率平衡对电力系统电压的影响①造成电力系统运行电压下降的主要原因是系统无功电源的功率不足；②为提高电力系统的运行质量，减小电压的偏移，必须使电力系统的无功功率在额定电压或其允许电压偏移范围内保持平衡。结论：实现无功功率在额定电压下的平衡是保证电压质量的基本条件。要求：无功电源充足。16全系统的无功平衡：三、电力系统的无功功率平衡运行中：LLDGQQQ规划设计：RGNQQQ问题是：单凭发电机行吗？1.无功功率损耗17①励磁损耗20TN0%100TISQVB②阻抗支路的无功功率损耗22STN2TN%()100TVSSQSXSV因为多级变压，变压器的无功损耗在系统无功损耗中占相当大的比重。1）变压器的无功功率损耗18①电抗中的无功功率损耗；②线路的电容功率。2）输电线路的无功功率损耗XVQPXVQPQL222222212121)(22221VVBQB19BVVXVQPQQBL22221212121这两部分功率互为补偿，线路究竟是呈容性以无功电源状态运行，还是呈感性以无功负载状态运行，应视具体情况而定。2035kV及以下的架空线路的充电功率甚小、一般都是消耗无功功率。110kV及以上的架空线路当传输功率较大时，电抗中消耗的无功功率将大于电纳中产生的无功功率，线路成为无功负荷；110kV及以上架空线路当传输的功率较小(小于自然功率)时，电纳中产生的无功功率，除了抵偿电抗中的损耗以外，还有多余，这时线路就成为无功电源。BVVXVQPQQBL2222121212121三、电力系统的无功功率平衡22三、电力系统的无功功率平衡232.无功功率电源静电电容器只能吸收容性无功功率(即发出感性无功功率)，其余几类补偿装置既能吸收容性无功，亦能吸收感性无功。发电机同步调相机静电电容器静止无功补偿器静止无功发生器无功补偿装置241）发电机发电机既是唯一的有功功率电源，又是最基本的无功功率电源。GNGNNGNNsintgQSP＝＝发出Q的能力：与同时发出的有功有关，由发电机的PQ极限曲线决定！发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率：25发电机的PQ极限曲线假定隐极发电机连接在恒压母线上：①SG≤SGN②if≤ifN③PG≤PGNdNNXIVEjNNIVSGNNNNGNIVPcos26发电机正常以滞后功率因数运行为主，即迟相运行。发电机必要时可以减小励磁电流进相运行，吸收系统中多余的无功功率。进相运行时：主要考虑了系统静态稳定约束、定子端部漏磁增加引起的定子端部温升。27①有功备用充裕时，可利用靠近负荷中心的发电机降低功率因数（少发有功）运行，多发无功，有利于无功的局部平衡，提高系统电压水平说明：22222222δVPRQXVVPXQRV22222N(j)jPQSRXPQU②远离负荷中心的发电厂不宜降低功率因数运行。因为无功功率大量的、远距离传输，会引起网络较大的有功、无功功率及电压损耗。282）同步调相机①同步调相机：特殊的同步电机，相当于不发PG的同步发电机，不带PD（空载）的同步电动机；222GGEUUQPXX（）②输出的无功功率Qcs与电压V之间的关系和同步发电机类似。XUXEUQG229优点：可平滑无级地改变无功功率的大小和方向；电源或负荷：升压/降压都可以。无功功率的输出受端电压的影响不大。强励：故障时也能调，有利于稳定性③同步调相机的特点30缺点：旋转机械设备：投资大，维护量大，有功损耗大（额定容量的1.5~5%）；只适宜集中安装，一般安装在枢纽变电站，平滑调压，提高稳定性。20世纪70年代以来已逐渐被静止无功补偿装置所取代，处于淘汰状态。③同步调相机的特点31重要的无功补偿设备，只能作为无功电源。发出的感性无功功率与其安装处的电压平方成正比，即22CCVQVCX3）静电电容器32可分散、集中补偿，可分相补偿，可根据负荷情况分组投切；单位容量投资小、有功功率损耗少（额定容量的0.3~0.5%）；无旋转部件，维护量小静电电容器的特点22CCVQVCX无功功率调节性能差，输出无功功率受端电压影响较大。电压下降时，Q急剧下降，不利于电压稳定。只能阶跃式的调压。334）静止无功补偿器静止无功补偿器(SVC)，简称静止补偿器，由静电电容器与电抗器并联组成。电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，两者结合起来，再配以适当的调节装置，就成为能够平滑地改变输出(或吸收)无功功率的静止补偿器。可以迅速地改变无功功率输出的大小和方向，尤其适用于作冲击性负荷的无功补偿装置。34静止补偿器的工作原理分析系统供给节点i的无功功率：负荷变化所引起的节点i的无功功率变化为：如要保持Q为常数：CLDQQQCLDQQQQCLDQQQQ35优点调节能力强，特性平滑响应速度快，运行范围宽；可分相补偿；损耗小，维护简单静止无功补偿器的特点缺点：最大补偿量正比于电压平方，电压低时补偿量小谐波污染。365）静止无功发生器（静止同步补偿器）静止无功发生器(StaticVarGenerator)是20世纪80年代以来出现的一种更为先进的静止型无功补偿装置。它的主体部分是一个电压源型逆变器【原理自学】37静止无功发生器的优点是：响应速度更快，运行范围更宽，谐波电流含量更少；电压较低时仍可向系统注入较大的无功电流，它的储能元件(如电容器)的容量远比它所提供的无功容量要小。383.怎样实现电力系统无功平衡？【基本要求】：系统中的无功电源发出的无功功率应该大于或至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗之和。repLDGQQQQQ39一般要求发电机接近于额定功率因数运行，故可按额定功率因数计算它所发出的无功功率。调相机和静电电容器等无功补偿装置按额定容量来计算其无功功率。无功补偿装置补偿功率计算依据401)总无功负荷QLD按负荷的有功功率和功率因数计算。①高压供电的工业企业、装有带负荷调整电压设备的用户，其功率因数应不低于0.95；②其它用户的功率因数不低于0.9；③趸（dun）售和农业用户功率因数为0.8以上。我国关于负荷功率因数的规定412)电力系统的无功功率平衡应分别按正常最大和最小负荷的运行方式进行计算。3)必要时还应校验某些设备检修时或故障后运行方式下的无功功率平衡。424)根据无功平衡的需要，增添必要的无功补偿容量，并按无功功率就地平衡的原则进行补偿容量的分配。小容量的、分散的无功补偿可采用静电容电器；大容量的、配置在系统中枢点的无功补偿则宜采用同步调相机或静止补偿器。43从改善电压质量和降低网络功率损耗考虑，应尽量避免通过电网元件大量地传送无功功率。仅从全系统的角度进行无功功率平衡是不够的，更重要的是还应该分地区、分电压级地进行无功功率平衡。UQXPRU44当某一地区无功功率电源有富余，另一地区则存在缺额，调余补缺往往是不适宜的，这时就应该分别进行处理。超高压输电网的线路分布电容能产生大量的无功功率，从系统安全运行考虑，需要装设并联电抗器予以吸收。较低电压等级的配电网络要配置必要的并联电容补偿。4546根据我国有关技术导则，330-500kV电网应按无功分层就地平衡的基本要求配置高、低压并联电抗器。一般情况下，高、低压并联电抗器的总容量应达到超高压线路充电功率的90％以上。47现代大电网的电压如何控制？负荷节点：数量多且分散，不可能对所有节点的电压进行监控。怎么办？降维！48⑴电压中枢点的定义电压水平具有代表性的关键母线。三、电压调整的基本概念对电力系统电压进行监视、控制和调整的母线。控制思路：只要控制好中枢点电压，其它母线的电压就能满足要求。49⑵电压中枢点的选择①区域性发电厂和枢纽变电所高压母线；②枢纽变电所的二次母线；③有一定地方负荷的发电机电压母线；④城市直降变电所的二次母线。50问题：是否通过控制中枢点电压，可以满足所有节点电压要求？约束条件：由中枢点供电到不同负荷点的电压损耗不能太大。51①顺调压（易）最大负荷运行方式：低电压（中枢点的电压不应低于线路额定电压的102.5%）；最小负荷运行方式：高电压（中枢点的电压不应高于线路额定电压的107.5%）。适用：中枢点到各负荷点近，负荷变动小。⑶中枢点电压的调整方式]075.1,025.1[NNVVV52②逆调压（难）最大负荷运行方式：高电压（中枢点的电压要比线路额定电压高5%）；最小负荷运行方式：低电压（中枢点的电压要等于线路额定电压）。适用：中枢点到各负荷点远，负荷变化较大。NNVVVVminmax05.153③恒调压（中）最大和最小负荷方式：保持中枢点电压为线路额定电压的1.02～1.05倍。适用：介于上述两者之间。]05.1,02.1[NNVVV54四、电压调整的基本原理忽略线路充电功率、变压器的励磁功率和网络功率损耗，则负荷端的电压V为可能有几种调压措施？21)(kVQXPRkVVNGb55①改变发电机的励磁电流调压；②改变变压器的变比调压；③改变网络的无功功率分布调压；④改变网络的参数调压。电压调整措施：G12()bPRQXVVkkV56四、电压调整措施的应用1.发电机调压2.改变变压器变比调压3.利用无功功率补偿调压（并补）4.线路串联电容补偿调压（串补）57发电机的调压范围只有±5％。1.发电机调压从发电机端到最远处负荷点之间在最大负荷时的总电压损耗达35％，最小负荷时为15%，其变化幅度达20％。这时调