电力系统电压调整和无功功率控制技术

电力系统电压调整和无功功率控制技术2问题1、电压偏移如何影响现代生产和生活？2、电力系统为何总存在电压偏移？允许电压偏移量？3、电力系统的电压水平取决于什么？4、控制电压的无功电源主要有哪些？分别有何特点？5、现代电力大系统的电压是如何管理和控制的？3一、大电压偏移对现代生产和生活影响？电力设备设计：额定电压下才能有好技术经济性能异步电动机：电压低，定子电流显著增大，温升，加速绝缘老化，烧电机；电压高，破坏绝缘。电热设备：电压低，大大降低发热量。照明设备：电压低，发光不足；电压高，影响寿命家用电器（如电视机）：电压低，图像不稳定；电压高，影响显像管寿命。电子设备、精密仪器：对电压都极其敏感，要求更高，电压质量已经成为现代企业投资环境的重要因素电力系统用户，要求提供电压合格的优质电能商品4二、大电压偏移对电力系统自身的影响？电压低：功率损耗、电能损耗增大，危机电力系统的稳定性。电压高：破坏绝缘，超高压网络电晕损耗电网额定电压电压允许偏移范围35KV及以上±5%10KV及以下±7%低压照明+5%~-10%农村照明+7.5%~-10%事故时再加5%，正偏移不能超过10%电力系统允许的电压偏移？负荷随机变化系统运行方式经常变化不可能严格保证所有节点任何时刻额定电压，电压偏移不可避免，需合理规定允许的偏移范围。5电压损耗随机变化6如何使电压偏移在合理的范围内？首先要解决的问题是：电力系统的电压水平取决于什么？NortheasternUniversity无功功率负荷在电力系统的各种用电设备中，除一小部分照明负荷消耗有功功率、为数不多的同步电动机发出一部分无功功率外，大量的异步电动机消耗无功功率。异步电动机的等值电路如图6-1所示，其消耗的无功功率为：XIXUQQQmmM22NortheasternUniversity无功功率损耗电力系统的无功损耗包括变压器和线路的无功损耗。变压器的无功损耗包括励磁损耗和漏抗中的损耗，即0QQTTTXUSBUQQQ220)(可见，变压器的无功损耗一电压特性与异步电动机类似。线路的无功损耗包括线路串联电抗中的无功损耗与线路电容的充电功率，即XQBQ)2()(22UBXUSQQQBXL对35kV及以下的线路，充电功率甚小，线路消耗无功功率。对110kV及以上线路，当线路传输功率较大时，线路电抗消耗的无功功率大于充电功率，线路无功损耗成为无功负载；当传输功率较小(小于自然功率)时，充电功率大于线路电抗消耗的无功，线路无功损耗成为无功电源。NortheasternUniversity无功功率电源1.发电机发电机既是惟一的有功功率电源，又是最基本的无功功率电源。发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率为：NGNNGNGNtgPSQsin式中——发电机的额定视在功率、额定有功功率和额定功率因数角。NGNGNPS、、NortheasternUniversity据此相量图作出了发电机的运行极限图。运行极限图表明在不同功率因数下，受发电机定子额定电流(额定视在功率)、转子额定电流(空载电势)、原动机出力(额定有功功率)等的限制，发电机应发有功功率和无功功率的限额。图中，以A为圆心，以AC为半径的圆弧表示定子额定电流的限制；以O为圆心，OC为半径的圆弧表示转子额定电流的限制；水平线DC表示原动机出力的限制。此外，曲线DF表示当发电机超前功率因数运行即进相运行时，发电机静态稳定性和定子端部温升的限制。发电机应发有功功率、无功功率的限额在图中体现为曲线段AB、BC、CD、DF包围的面积。第六章电力系统的无功功率平衡和电压调整NortheasternUniversity2.同步补偿机（调相机）它是专门用来生产无功功率的一种同步电机。在过励磁、欠励磁的不同情况下，它可分别发出或吸收感性无功功率。而且，只要改变它的励磁，就可以平滑地调节无功功率输出，单机容量也可以做得较大。通常，它可以直接装设在用户附近就近供应无功功率，从而减少输送过程中的损耗。但由于它是旋转电机，故有功功率损耗较大。3.并联电容器静电电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上。它供给的无功功率QC值与所在节点电压的平方成正比，即：ccXUQ/2NortheasternUniversity4.静止补偿器静止补偿器是20世纪60年代起发展起来的一种新型可控的静止无功补偿装置，它简称为SVC。其特点是：利用晶闸管电力电子元件所组成的电子开关来分别控制电容器组与电抗器的投切，这样它的性能完全可以做到和同步补偿机一样，既可发出感性无功，又可发出容性无功，并能依靠自身装置实现快速调节，从而可以作为系统的一种动态无功电源，对稳定电压、提高系统的暂态稳定性以及减弱动态电压闪变等均能起着较大的作用。NortheasternUniversity（1）FC-TCR型静止补偿器（2）TSC-TCR型静止补偿器图FC-TCR型静止图TSC-TCR型静止补偿器原理接线图NortheasternUniversity无功功率的平衡电力系统无功功率平衡的基本要求：系统中的无功电源可以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。CGGCBLLTLresLLDGCQQQQQQQQQQQ0表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用；0表示系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装置。resQresQ因此：需要就地设置除发电机外的其它无功电源以满足系统电压要求，称：无功补偿（重要！）无功平衡：1、全系统平衡(运行、规划设计)2、局部地区基本平衡、避免无功远距离输送。12无功功率不能远距离输送：有功功率损耗（如何理解？I）电压损耗22SSS2SSSSP+QP=RUQXUUjXΣQYDQ无功负荷1’1U负荷无功—电压静态特性（曲线族）7EIU8jXΣQYD系统无功—电压静态特性UE2’2近似二次曲线族E↑,曲线↑ФδФPQ解耦特性EcosUXUIXsinXQUIsinU(EcosU)UXUIEEUI20现代电力系统的电压是如何管理的？负荷节点：现代大型电力系统中负荷节点数多且分散，不可能对所有负荷节点的电压进行监视和控制。我们该怎么办一、中枢点的选择及其电压管理中枢点:电压水平具有代表性的关键母线，包括：大型发电厂的高压母线、大型变电所的二次母线、有大量地方负荷的发电厂母线。地方负荷认为：只要控制好中枢点电压，其它母线的电压就可以在合理的范围内大型变电所大型发电厂22中枢点电压和所代表的负荷电压的关系ΔUBUBUA中枢点OΔUA负荷点A负荷点B系统图Qt081624(h)Q’BQBQt081624(h)Q’AQAA、B点日无功负荷曲线图23081624(h)±5%UHULtU额定ΔUΔU’ΔUΔU’满足负荷点电压要求的中枢点电压范围的形成UU’OHUOHU’OLUOL24UL(B)ΔU(B)ΔU’(B)U’OL(B)UOL(B)U’OH(B)ΔU’(B)UOH(B)UH(B)UL(A)ΔU’(A)ΔU’(A)U’OH(A)UH(A)U’OL(A)UUOH(A)ΔU(A)UΔU(B)tUOL(A)ΔU(A)t081624(h)081624(h)满足B点电压要求的范围满足A点电压要求的范围Ut081624(h)能同时满足A、B的要求不能同时满足A、B的要求U081624(h)ΔUBUH-ULW=（ΔU’A-ΔUB）-（UH-UL）0ΔU’At结论：中枢点至各负荷点在最大最小负荷时电压损耗之差不能大于负荷点允许上下限电压之差(一般为10%)。即：中枢点到不同负荷点的电压损耗不能太大NortheasternUniversity最大负荷时升高中枢点电压、最小负荷时降低中枢点电压的调压方式称为逆调压。逆调压在最大负荷时可将中枢点电压升高至105％，(为线路额定电压)，最小负荷时可将中枢点电压降为。供电线路较长，负荷变动较大的中枢点往往采用逆调压方式。最大负荷时允许中枢点电压降低，最小负荷时允许中枢点电压升高的调压方式称为顺调压。顺调压在最大负荷时允许中枢点电压不低于102.5％，最小负荷时允许不高于107.5％。供电线路不长，负荷变动不大的中枢点通常采用顺调压方式。在任何负荷情况下都保持中枢点电压为一基本不变的数值，如(102％—105％)，称为恒(常)调压。NUNUNUNUNUNUNortheasternUniversity中枢点的调压方式最大负荷最小负荷逆调压调为1.05VN调为VN顺调压不低1.025VN不高1.075VN常调压1.05VNNortheasternUniversity电压调整的措施随着运行方式的改变，电网中电压损耗的作用有可能出现无论中枢点电压取什么范围，都不能满足所有负荷对电压的要求。当发生这种情况时，只靠控制中枢点电压就不能保证所有负荷点的电压。因此必须采取其他调压措施来保证电压质量。各种调压措施所依据的基本原理说明如下。一简单电力系统以及略去元件导纳支路和功率损耗后归算至基本级的等值电路。NortheasternUniversity要求调整的负荷节点b的电压为:21122/)(/)(/kkUQXPRkUkUUkUUGGGbb式中----b点、G点的实际电压；----b点、C点的归算电压；——变压器T1、T2的变比；R、X------电力网的等值电阻、等值电抗。GbUU、GbUU、21kk、调整负荷节点b的电压可以采取以下措施：(1)调节发电机励磁电流以改变发电机端电压；(2)选择适当变压器变比；(3)改变线路的电抗参数；(4)改变无功功率分布。GU需要说明的是，为了调压改变有功功率的分配以及增大导线截面以减小电阻是不恰当的。NortheasternUniversity1．改变发电机机端电压调压大中型同步发电机都装有自动励磁调节装置，根据运行情况调节发电机励磁电流以改变-发电机机端电压以达到调压的目的。这是一种不需耗费投资而且最直接的调压手段。这种调压措施对供电线路不长的直配电网，是最经济合理的调压措施。但对供电线路较长、供电范围较大的多电压等级电网，由于不同运行方式下电压损耗的变化幅度太大，靠发电机调压不能满足负荷点电压的需求。此外，对大型电力系统中有众多处于并列运行的发电机，个别发电机进行机端电压的调整，会引起系统无功功率的重新分配，并可能造成与无功功率经济分配发生矛盾。在这两种情况下，改变发电机机端电压调压只能作为一种辅助性的调压措施。NortheasternUniversity2．改变变压器变比调压改变变压器变比调压就是根据调压要求适当选择变压器的分接头电压。下面介绍普通双绕组变压器分接头的选择方法。1）降压变压器分接头选择(1)分接头电压的计算及选择降压变压器的接线及等值电路如图4-9所示NortheasternUniversity设－高压测母线电压；－低压测母线归算至高压测的归算电压；－低压测母线电压（要求电压）；－变压器的电压损耗；－变压器的高压绕组的分接头电压；－变压器低压绕组的额定电压；k－变压器的变化1U2U2UTUtU1NU2根据等值电路有（略去功率损耗）TUUU12其中1UQXPRUTTT也即：TUUkU22而NtUUk21则有：NTtUUUUU2211由于普通变压器只能停电改变电压，再运行中只能使用一个固定分接头，所以应在最大、最小负荷下分别求出变压器的分接头电压的计算值NortheasternUniversity1maxmax1max22maxTtNUUUUU1minmin1min22minTtNUUUUU然后取其平均值：2/)(min1max11UUUt再根据计算值选择一个与它数值最接近的分接头电压。NortheasternUniversity（2）分接头电压的校验根据所选择的分接头电压计算最大、最小负荷下低压母线的实际电压，并校验其是否满足调压要求。tNTtUUUUU12max1max1max2)(tNTtUUUUU1