电力系统的无功功率与电压调整

电力系统的无功功率与电压调整由上可以看出：维持电压稳定，应该尽量减少无功的传输，采取就地平衡。分析无功功率和电压分布之间的关系无功损耗﹥﹥有功损耗;电压降受无功功率的影响较大;无功功率的流动从Uh→UL第一节电力系统无功功率的平衡一、概念性问题:无功功率无功电源QG无功负荷QL无功损耗ΔQΣ无功功率平衡运行中的平衡：ΣQG=ΣQL+ΔQΣ规划中的平衡：无功容量=无功电源功率+备用无功电源功率（7〜8%）二、无功功率负荷和无功功率损耗1、无功功率负荷1)负荷在端电压变化时，出力、效率影响较大白炽灯的电压特性异步电机的电压特性转矩∝U2,U↓带不动启动不了烧电机2)吸收无功（异步电机）对于QX，当U↑转动力矩增大，S↓→r’2（1-s）/s↑→I↓→QX↓对于QU，由于XU的饱和，XU↓→QU↑↑异步电机的无功功率特性综合无功负荷的静态特性2、变压器的无功功率损耗励磁支路—空载电流I0的百分比值，约1-2%绕组漏抗—满载时基本上等于短路电压UK的百分比值，约10%对多级电压网—相当可观，可达负荷的57%3、电力线路上的无功功率损耗并联电纳—充电功率∝U2，容性并联电抗—感性∝I235KV及以下—感性无功110KV及以上传输功率较大时—感性无功传输功率较小时—容性无功三、无功功率电源定子绕组不超过额定电流励磁绕组不超过额定电流受原动机出力限制进相运行时受定子端部发热限制留稳定储备发电机、调相器静止电容器、静止补偿器1、发电机发电机只有在额定电压、电流、功率因数下运行时，视在功率才能达到额定值，其容量才能最充分地利用系统中有功功率备用容量充裕时，可使靠近负荷中心的发电机在降低有功负荷的条件下运行，这时发电机的视在功率虽较额定值小，但可利用的无功功率却较在额定有功负荷下大。实质上是只发无功功率的发电机2、同步调相机不带有功负荷的同步发电机不带机械负荷的同步电动机运行过激运行—向系统发出无功欠激运行—向系统吸收无功（容量为过激的50%）优点平滑调节—既发无功，又可吸收无功装有励磁调节装置时，维持系统电压不变装有强磁时，故障情况下，调整电压，维持稳定缺点消耗一定的有功，容量越小，比重越大(1.5-5%)小容量单位投资费用大，宜集中使用水轮机有时作调相运行，汽轮机较难损耗大内部发热内部膨胀增大系统中短路时的短路电流3、静电电容器QC=U2/XC，只能向系统提供无功，不能吸收无功可集中使用，可分散使用功耗小，0.3%--0.5%（额定容量）调节不是连续的，不平滑，调节范围小电压下降时，QC下降，导致U进一步下降单位容量投资比调相机便宜4、静止补偿器电容与电抗并联，配以调接装置，可平滑地改变输出70年代开始使用，有前途的三种类型为：类型直流助磁饱和电抗器型可控硅控制电抗器型自饱和电抗器型共同点：电容支路同步频率下感性无功功率电源C和Lf构成谐振，兼作高次谐波滤波器不可控不同点：电抗器支路可控硅——————直流助磁—————自饱和———不可控饱和电抗器可控的不饱和优点：极好的调节性能可用于冲击性负荷的无功补偿维护简单原理：自饱和型损耗小，不超过1%应用越来越多四、无功功率的平衡系统中功率平衡：ΣQGC-ΣQL-ΔQΣ=01)电源：ΣQGC=ΣQG+ΣQC=ΣQG+ΣQC1+ΣQC2+ΣQC3发电机调相机电容器静止补偿器2)负荷：未改善COSΦ=0.6-0.9规程规定不低于0.9,可按此取QL3)损耗：ΔQΣ=ΔQT+ΔQX+ΔQb变压器线路电抗线路电纳4)无功备用:为最大无功负荷的7%--8%注意：系统中无功率平衡的前提是系统的电压水平正常无功不足时应就地补偿第二节电力系统无功功率的经济分布一、无功功率电源的最优分布无功经济分布无功电源的最优分布—等网损微增率无功负荷的最优补偿—无功经济当量目标函数：ΔPΣ=ΔPΣ(QGi)目的：降低网络中的有功损耗等约束条件：不等约束条件：拉格朗日函数：最优分布——求拉格朗日函数的极值：可改写为：无功网损微增率有功网损微增率二、如何进行无功功率最优分布的计算一般的原则是：1)计算潮流分布按有功最优分布结果给出各节点（除平衡节点外）的P给出P、Q节点的Q给出P、U节点的U2)计算网损微增率由潮流计算得各无功电源点的λ值λ0时，增大该电源的Q，可降低网损λ0时，减少该电源的Q，可降低网损进行调整3)重设电源节点的无功QGi和PU节点的电压，进行潮流计算，求总网损、网损微增率，判断平衡节点的P，直到P最小4)当ΔPΣ不再减小时，各节点网损微增率未必相等，因为受不等条件限制例题：如图，有功功率两电厂均分，求最优无功分配解：按网损等微增率准则确定无功功率分配：由功率平衡条件得：联合求解得：Q1≈0.248，Q2≈0.688不计无功网损修正时：得：Q1≈0.268，Q2≈0.670三、无功功率负荷的最优补偿负荷的自然功率因数电动机容量不能太大（重要措施）限制电动机的空载运行同步电机代替异同步电机（收、发）(补偿前0.6-0.9)最优补偿补偿容量的确定补偿设备的分布补偿顺序的选择规划阶段年节约费用:β为单位电能损耗价格(元/kw·h),τmax最大负荷损耗小时数装设补偿设备的投资费用:α为折旧维修率,γ投资回收率,KC为单位容量补偿设备投资(元/kvar)结论最有网损微增率（也称无功经济当量）最优网损微增率准则：只有在网损微增率具有负值且小于req的节点设置先后顺序：以网损微增率的大小为序，首先从最小的开始第三节电力系统的电压调整一、电力系统电压偏移的原因及影响无功充足—电压水平较好的必要条件，不是充分条件调压———合理分布无功，维持电压质量1.原因（随运行方式的改变而改变）由于R很小，ΔU主要受Q的影响负荷大小的变化电力网阻抗参数的变化（设备故障或检修退出）电力系统接线的改变2.偏移的影响1)电压过低发电机：U↘，δ↗，I↗→发电机过热异步电机：U↘，转差率σ↗，各绕组I↗，温升↗，μ↘，寿命↘，出力P↘，起动过程长→烧电机电炉：P∝U2电灯：亮度和发光效率大幅下降2)电压过低设备绝缘受损变压器、电动机铁芯饱和，损耗↗，寿命↘白炽灯寿命大为缩短3)严重时，无功不足，电压崩溃3.电力系统允许的电压偏移35KV及以上电压供电的负荷±5%10KV及以下电压供电的负荷±7%低压照明负荷+5%—-10%农村电网+5%—-10%事故状态下，允许在上述基础上再增加5%，但正偏移不超过+10%二、中枢点的电压管理1.电压中枢点的选择集中负荷的母线作为电压中枢点大型发电厂的高压母线枢纽变电所的二次母线有大量负荷的发电厂母线2.中枢点电压与负荷的关系适应：线路长，负荷变化大方式：难易程度：实现较难有时中枢点电压不能满足要求，见书上P226-227的例子3.中枢点电压调整方式逆调压最大负荷时提高中枢点电压1.05UN最小负荷时降低中枢点电压1.00UN适应：线路不长，负荷变化不大方式：难易程度：最易实现顺调压最大负荷时允许中枢点电压低一些1.025UN最小负荷时允许中枢点电压高一些1.075UN适应：中型网络，负荷变化缴小方式：保持在较线路额定高2%-5%难易程度：较易实现常调压三、电力系统的电压调整忽略：线路对地电容、变压器励磁支路参数、横向压降调压比调频复杂，频率系统为一，电压不为一改变电压水平调压措施利用发电机调压UG—改变励磁电流改变变压器分接头k1，k2改变电压损耗改变功率分布（主要是Q）—使ΔU减少改变线路参数R+jX（主要是X）—减少ΔU1.改变发电机端电压调压发电机电压UG可在5%的范围内保持发额定功率发电机直接供电系统（线路不长，损耗不大）调节励磁，改变机端电压，实现逆调压满足电压的要求例：最大负荷时：ΣΔUmax=20%，最大负荷时：ΣΔUmin=8%ΣΔUmax-ΣΔUmin=12%，发电机逆调5%故最终相差7%，在10%的范围内调节原理：转子电压负反馈的作用是提高调节系统的稳定性，它的输出正比于转子电压的变化率例：发电机经多级电压向负荷供电，不能保证电压质量要求最大负荷时：ΣΔUmax=34%，最大负荷时：ΣΔUmin=14%ΣΔUmax-ΣΔUmin=20%，发电机逆调5%故最终相差15%，超出10%的范围内2.改变变压器分接头进行调压1)双绕组变压器分接头选择最大负荷时：UImax，ΔUImax，Uimax，U’imax为已知双绕组变压器高压侧6300KVA以下三个分接头UN±5%三绕组变压器高、中压侧8000KVA以上五个分接头UN±2.5%装有3-5个分接头最小负荷时：选一接近值作分接头UtImax，UtImin，UtI对于升压变压器：因正常运行时，变压器分接头不能调整，故取平均值返回校验求低压母线电压计算电压偏移%选分接头110KV例子：UI在113-115KV时，允许U’i在10-11KV，求变压器分接头校验：解：2)普通三绕组变压器分接头的选择高、中压侧有分接头，低压侧没有高、低压侧——确定高压绕组的分接头（低压侧要求）高、中压侧——确定中压绕组的分接头例题：P233，例8-33)有载调压变压器调整分接头带电调整，允许最大、最小负荷时分设不同抽头计算方法同双绕组，可分设调整范围大15%以上110KV，UN32.5%（七级）220KV，UN42.5%（九级）三绕组高压侧装有载调压分接头低压侧装有普通分接头有载调压原理无功功率充足时，采用有载调压可满足一般的调压要求长线供电负荷变化大联络线两端某些发电厂的变压器无功功率充足时并补串补3.利用并联补偿设备调压调相机作用发无功，就地补偿，减少压降1)各种补偿设备的调节方式截面积小RX，不可用并补截面积大RX，明显静止补偿器电容器调相机改变励磁电流if静止补偿器（直流助磁）改变助磁电流if电容全部投入电容全部退出静止补偿器（可控硅）改变可控角α2)补偿设备容量的确定补偿前：补偿后：补偿容量QC与补偿前后低压母线电压Ui，Uic有关：QC的确定应满足调压要求，设低压母线调压要求电压为U’ic，则Uic=kU’ic。存在QC与k的选择配合问题最小负荷时：将电容器全部切除，选变压器分接头UtI=UiminUNi/U’imin，从而k=UtI/UNi最大负荷时：发额定容量的无功最大负荷时：全部投入电容最小负荷时：吸收（50%-60%）QNC同步调相机4.改变输电线路参数进行调压对于负荷功率因数较低的线路，采用该方法较有效5.合理使用调压设备进行调压1)优先利用发电机调压，95%-105%范围，有母线负荷时，逆调压2)充分利用变压器调压——不能改变无功不足，只能调整无功分布（普通、有载）3)无功不足时调相机—平滑调压，需维护，放在枢纽变静止补偿器并联电容器4)串联电容器35或10KV，负荷波动大而频繁、功率因数低的配电线路220KV及以上，提高输送容量和稳定能力110KV及以下，改善线路的电压质量5)超高压（330KV以上）并联电抗器，吸收线路的充电功率作业：某发电厂有一台变比为121/6.3KV，容量为31.5MVA的升压变压器，折算到121KV侧的ZT=2.95+48.8Ω，变压器高压侧最大负荷为30MVA，COS=0.8。为了满足电网调压要求，在最大负荷时，电厂高压母线应保持117KV，而在最小负荷时应降为113KV，根据发电机电压负荷的调压要求，希望发电机母线电压在最小负荷时与发电机的额定电压有相同偏移，试选择升压变压器分接头。