多电压级电力系统

2.4多电压级电力系统电力系统由不同电压的电力网通过变压器联结而成，系统的各设备均处于不同的电压等级中。在进行电力系统计算时必须建立全系统的等值电路。有两种方法：1、把所有的电流归算到指定的电压等级下为了减少运算量，一般选元件较多的高压网作为基准级。设k1，k2,…,kn为某元件所在电压等级与基准级之间串联的n台变压器的变比。可按下列各式将该电压级中元件的参数及电气量归算到基准级：)1(')(')1(')(')('2121221221221nnnnnkkkIIkkkUUkkkBBkkkXXkkkRR**以上各式的变压器变比k取为：被归算一侧的电压指向基准级一侧的电压k2、标幺值表示标幺值定义：2.4多电压级电力系统物理量的基准值物理量的有名值物理量的标幺值＝标幺值计算的关键在于基准值的选取，遵循两个原则：首先各基准值必须应满足各有名物理量之间的各种关系这样就可以保证标幺值表示的电路公式中各量之间的关系保持不变。在实际系统的计算中，一般先选定SB和UB，其它的基准值可按电路公式求出：BBBBBBSUZUSI/3/2其次，基准值的选取应尽可能使标幺值直观，易于理解。注意：应把不同基准值的标幺值换算成电力网统一基准值表示的标幺值2.5简单电力系统的运行分析电力系统正常运行情况下，运行、管理和调度人员需要知道在给定运行方式下各母线的电压是否满足要求，系统中的功率分布是否合理，元件是否过载，系统有功、无功损耗各是多少等等情况。为了了解上述运行情况所做的计算，称为系统的潮流计算。视在功率S、有功功率P、无功功率Q及复功率的概念S1.许多电力设备的容量是由它们的额定电流和额定电压的乘积决定的，为此引入了视在功率S的概念，其定义为：UIS2.在正弦稳态情况下，设：)cos(2)cos(2iutIitUu瞬时功率p为：)2cos(cos)2cos()cos()cos(2)cos(2iuiuiuiutUIUItUIUItItUuip其中φ为电压和电流之间的相位差有功功率指的是瞬时功率p在一个周期内的平均值：cosd10UItpTPT无功功率：sinUIQ复功率：用来表述有功、无功和视在功率三者之间关系的QPjUIUIUIIUSiujsincos*电力网的电压降和功率损耗1IXRj1U2U2I1S2S不考虑线路的并联支路时的等值电路：UdUU21)j(2XRIUd222222222222)j()j()j(URQXPjUXQRPXRUjQPXRUSXRIUdUU电压降落的纵分量电压降落的横分量考虑线路的并联支路时的等值电路：电力网的电压降和功率损耗IXRj1U2U'1S'2S2jB2jB1S2S1YS2YS设为串联支路三相功率损耗，则有：ZS)j('')j(')j(3)j(32222222222222222XRUQPXRUSXRUIUXRISZ设为线路末端并联支路三相功率损耗，则有：可见输电线路并联支路消耗的是容性无功，即发出感性无功，与电压平方成正比，与负荷无直接关系，即使空载仍存在这一功率，也称为充电功率。2YS2)2j3(332222222BjUBUUIUSYY(2-46)(2-47)电力网的电压降和功率损耗——考虑线路的并联支路时的等值电路线路始端并联支路消耗的功率为：1YS2211BjUSY22222221''''URQXPjUXQRPUU2''222222BjUjQPjQP同理有：IXRj1U2U'1S'2S2jB2jB1S2S1YS2YS线路的功率损耗为：22)j(''j2221222222BjUBjUXRUQPQPS线路的电压损耗为：222''UXQRPU(2-48)(2-49)(2-50)(2-51)在高压网中若R《X时，从图中可以看出：IXRj1U2U'1S'2S2jB2jB1S2S1YS2YSIXUUj21以末端电压的相位为参考零相位。根据图2-13，设U1的相位为δ；I的相位为－φ，则：)sin(cos)]sin()[cos()sin(cos2211jIjIIUUjUU将上面三个关系式代入上述方程，按照方程两侧实部、虚部相等的原则，可以求得下列的关系式：XUUUXUUUQXUUP)()cos(sin2122122212(A)(B)电力网的电压降和功率损耗——考虑线路的并联支路时的等值电路总结：1、在高压网中一般R《X，故电压降落主要由无功功率流过的电抗时产生的。由式(2-46)可以看出，即使输电线路不输送有功，同样会存在有功功率的损耗，这意味着有能量损耗。因此应就地平衡无功，避免长距离传送。2、当输电线路轻载时，串联支路消耗的无功可能会小于并联支路的充电功率。由式(2-51)可得这时电压损耗为负值。也就是说出现线路始端电压低于末端电压的情况。在超高压线路中，线路的充电功率比较大，输送功率的功率因数比较高，输送的无功功率小，在严重情况下末端电压的升高会给电力系统带来危害。因此，在超高压网中线路末端常接有并联电抗器，作用是吸收充电功率，避免过电压。3、由(A)式可以看出，当输电线路U1，U2一定时，P2的大小由二者之间的功角决定。当U1超前U2时，δ0，P20，即有功从电压相量超前的端点流向电压相量滞后的端点。4、由式(B)可以看出，输电线路上流过的Q2的大小由U1，U2的幅值所决定。当U1U2时，Q20，即无功功率从电压幅值高的一端流向电压幅值低的一端。辐射形电力网的潮流计算变电站输电线负荷LLQPj辐射形电力网：负荷只能从一个方向得到电源的电力网1STRTXj1UTGTBjIXRj3U'1S2jB2jB1YS2YS2U2.7无功功率平衡及无功功率与电压的关系无功功率与电压水平的关系GT-11T-2EXjQPjIU其中，X—发电机、变压器、线路的总电抗E—发电机电动势P＋jQ—发电机送到用户的功率等值电路一简单系统无功功率与电压水平的关系EXjQPjIUEIXUj以U为基准，其相位为0；I与U的夹角为-φ；E与U的夹角为δ，则上面的等式可写成：由等值电路可得：)sinj(cos)sinj(cosjEXIU即：从而可得：sinjcoscosjsinEEXIXIUsincoscossinEXIEXIUXUXEUUIQXEUUIP2cossinsincos由此可得：上面两式同时平方后相加，得2222)()(XEUXUQP从而可以得到发电机送至负荷的无功功率Q与电压U的关系为：XUPXEUQ222)(系统的无功功率电源充足，才能满足较高电压水平下无功功率平衡的需要，系统就有较高的运行电压水平。在电力系统中应力求做到额定电压下的无功功率平衡，并根据实现额定电压下的无功功率平衡的要求，装设必要的无功补偿设备。电力系统中常用的无功功率电源比较如下：无功功率电源特点发电机通过调节靠近负荷中心发电机的励磁电流来改变发电机发出的无功功率。低于其额定功率运行，发出更大无功同期调相机空载运行的大容量同步电动机，专门用来发无功功率的补偿装置。有过激和欠激两种运行方式，分别发出感性无功和容性无功。具有良好的电压调节特性，但价格高、运行维护复杂。安装在负荷中心附近的枢纽变电站静止电容器价格低，有功功率损耗小，运行维护简便，可分散安装在用户处，实现无功功率就地平衡。缺点是电压的调节效应差、只能分批投切。静止补偿器由可控电抗器和电容器并联组成。兼顾了调相机和电容器的优点，克服了缺点。2.8电力系统的电压调整1:k1k2:1GUUjXR以一简单电力系统说明电压调整的几种手段负荷点的电压为：2121/)(/)(kUQXPRkUkUkUUNGG由上式可见，为调整用户端电压U有如下措施：改变发电机端电压UG改变变压器的变比k1，k2改变网络中流动的无功功率Q改变输电线路的电抗X∑2.9电力系统的有功功率和频率调整系统频率的变化原因：由于作用在发电机转轴上的转矩不平衡引起。机械转矩大于电磁转矩，则频率升高；反之频率下降。为了保证频率偏移不超过允许值，需要在系统中负荷变化或由于其它原因造成电磁转矩变化时，及时调整原动机的机械功率，尽量使发电机转轴上的功率平衡。系统发电机的装机容量，不仅应满足最大负荷、网络损耗及发电厂厂用电的需要，还必须考虑一定数量的备用容量系统中有功功率电源备用容量的分类：1.负荷备用2.事故备用3.检修备用4.国民经济备用热备用冷备用电力系统的频率调整由调速器自动调整负荷变化引起的频率偏移为频率的一次调整。通过发电机组调速器的转速整定元件（也称为调频器）实现频率的二次调整。2.9电力系统的有功功率和频率调整总结电力系统正常稳态时的分析计算及电压、频率的调整问题多电压级电力系统建立等值回路的方法。必须要把系统所有参数归算到统一的电压等级下；标幺值法中：注意：应把不同基准值的标幺值换算成电力网统一基准值表示的标幺值。讨论了简单电力系统的分析和计算，给出了电压降落、功率损耗的概念及计算公式，介绍了简单开式网络的潮流计算方法。讨论了电力系统无功功率平衡和电压调整最后讨论了有功功率平衡和频率调整问题。22**)(BBNNNUSSUZZ