电力系统的无功功率和电压调整-PowerPointPr

《电力系统稳态运行》第六章电力系统的无功功率和电压调整第六章电力系统的无功功率和电压调整基本要求：了解无功功率最优分配，无功功率平衡与电压的关系，掌握电压调整原理、方法及措施。前面讲过，有功功率电源是各类发电厂中的发电机，而无功电源除发电机外。还有电容器调相机静止补偿器分散在各变电所且不消耗一次能源，但系统中无功损耗有功损耗调频——调整原动机功率调压——有多种手段第六章电力系统的无功功率和电压调整•电力系统中的有功功率电源是集中在各类发电厂中的发电机；无功功率电源除发电机外，还有电容器、调相机和静止补偿器等，分散在各变电所。供应有功功率和电能；必须消耗能源，但无功功率电源一旦设置后，就可随时使用而不再有其它经常性耗费。系统中无功功率损耗远大于有功功率损耗。正常稳态运行时，全系统频率相同，频率调整集中在发电厂，调频手段只有调整原动机功率一种。电压水平则全系统各点不同，而且．电压调整可分散进行，调压手段也多种多样。凡此种种，使电力系统的无功功率和电压调整与有功功率和频率调整有很大不同。•本章主要阐述电力系统中无功功率的最优分布和电力系统的电压调整两个问题。而前者又可进而分为无功功率电源的最优分布和无功功率负荷的最优补偿两方面；后者除个别调压措施外，还有几种调压措施的组合问题。第一节电力系统中无功功率的平衡一、无功功率负荷和无功功率损耗1．无功功率负荷•各种用电设备中，除相对很小的白炽灯照明负荷只消耗有功功率、为数不多的同步电动机可发出一部分无功功率外，大多数都要消耗无功功率。因此，无论工业或农业习户都以滞后功率因数运行，其值约为0.6~0.9。其中，较大的数值对应于采用大容量同步电动机的场合。•无功功率负荷曲线的变化规律虽大体与有功功率相似，也并非完全亦步亦趋。•但无论是电力系统的运行或设计部门，一般都不编制无功功率负荷曲线而只编制无功功率平衡表或各枢纽点电压曲线。而且，这些表格或曲线也只是隔一段时间制作一欠。对无功功率管理之所以与对有功功率不同，原因仍在于无功功率与有功功率本身性质的不同。2．变压器中的无功功率损耗变压器中的无功功率损耗分两部分，即励磁支路损耗和绕组漏抗中损耗。其中，励磁支路损耗的百分值基本上等于空载电流I0的百分值，约为1％~2％；绕组漏抗中损耗。在变压器满载时，基本上等于短路电压Uk的百分值，约为10％。但对多电压级网络。变压器中的无功功率损耗就相当可观。以一个五级变压的网络为例：RTjXTU1N.-jBTGT%)10%(100%100%2kNkNkZTUSUSSUQ%)2~%1%(100%000ISIQN由此可见，系统中变压器的无功功率损耗占相当大比例，较有功功率损耗大得多。3．电力线路上的无功功率损耗•电力线路上的无功功率损耗也分两部分，即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。并联电纳中的这种损耗又称充电功率，与线路电压的平方成正比，呈容性。串联电抗中的这种损耗与负荷电流的平方成正比，呈感性。RjXU1.2Bj2ylQU2.2Bj2ylQXIQZ222212UUBQyl222122UUBXIQl•因此，线路作为电力系统的一个元件究竟消耗容性或感性无功功率就不能肯定。但如利用第二章第三节第四小节中曾作过简单介绍的自然功率的概念．可作一大致估计：当通过线路输送的有功功率大于自然功率时，线路将消耗感性无功功率；当通过线路输送的有功功率小于自然功率时，线路待消耗容性无功功率。一般．通过110kv及以下线路输送的功率往往大于自然功率，通过500kv线路输送的功率大致等于自然功率。通过220kv线路输送的功率则因线路长度而异，线路较长时，小于自然功率，线路较短时，大于自然功率。1．发电机•同步发电机既是有功功率电源，又是最基本的无功功率电源。二、无功功率电源2．电容器和调相机•并联电容器只能向系统供应感性无功功率。它所供应的感性无功功率与其端电压约平方成正比。CQCU2CUQC•调相机实质上是只能发无功功率的发电机。它在过激运行时向系统供应感性无功功率，欠激运行时从系统吸取感性无功功率。欠激运行时的容量约为过激运行时容量的50%。这些也就是作为无功功率电源的调相机的运行极限。CQdjxqEU————CQUddqCxUxUEQ2。吸收感性无功，欠激时，；发出感性无功，过激时，NLNCCNCQQQQQ21003．静止补偿器和静止凋相机•静止补偿器和静止调相机是分别与电容器和调相机相对应而又同属“灵活交流输电系统”范畴的两种无功功率电源。前者出现在70年代初，是这一“家族”的最早成员。目前已为人们所熟知；后者则尚待扩大试运行的规模。•静止补偿器的全称为静止无功功率补偿器(SVC)，有各种不同型式。目前常用的有晶闸管控制电抗器型(TCR型)、晶闸管开关电容器型(TSC型)和饱和电抗器型(SR型)三种，分别如图6-1(a)、(b)、(c)所示。它们的静态电压特性(伏安特性)，则分别示于图6-2(a)、(b)、(c)。CI串联谐振回路（高次谐波通路）LIIUIUUI又可吸收无功）既可发无功，(LCLCIIILjUIUCjIUCnjI串联谐振回路（高次谐波通路）饱和电抗器又可吸收无功）既可发无功，(LCLCIIILjUIUCjIUCnjI无功）既可发无功，又可吸收(SCCSCCCIIIUCjI一.无功功率电源的最优分布6－2电力系统中无功功率的最优分布1.等网损微增率准则目的：降低网络中的有功功率损耗目标函数：),,,(21GnGGQQQPP等约束条件：011QQQniLiniGi不等式约束条件：maxminmaxminiiiGiGiGiUUUQQQ一.无功功率电源的最优分布6－2电力系统中无功功率的最优分布1.等网损微增率准则无功功率电源的最优分布是按等网损微增率准则GnGnGGGGQQQPQQQPQQQP1111112211但需指出，如上的分析并没有引入不等约束条件。实际计算时，当某一变量，例如QGi，逾越它的上限QGimax或下限QGimin时，可取QGi＝QGimax或QGi＝QGimax。二.无功负荷的最优补偿6－2电力系统中无功功率的最优分布1.最优网损微增率准则目的：最大)()(CiCCieQCQCC而需耗费的费用设置补偿设备—耗费用后每年可减小的电能损设置补偿设备—其中CiCiCCiCieQQCQQC)()(最优网损微增率准则eqcCiKQPmax)(数全网最大负荷损耗小时—（元单位电能损耗价格，—元，单位容量补偿设备投资—资回收率分别为折旧维修率和投—、其中max).varhkWkKC一.调整电压的必要性6－3电力系统的电压调整—电压管理和借发电机、变压器调压•电力系统的电压和频率一样也需要经常调整。由于电压偏移过大时，会影响工农业生产产品的质量和产量，损坏设备，甚至引起系统性的“电压崩溃”，造成大面积停电。二.电压波动和电压管理6－3电力系统的电压调整—电压管理和借发电机、变压器调压1.电压波动•综上可见，在保证系统中无功功率平衡的基础上，如同调整控制频率一样．调整控制电压，使其偏移和波动保持在允许范围内，是系统运行的又一重要问题。当负荷发生波动时，使得线路上传送的无功功率发生波动，相应的各节点电压也随之波动。对于生活、生产、气象等变化引起的周期长、波及面大的电压波动需进行调整。对于冲击性负荷引起的电压波动需进行限制。二.电压波动和电压管理6－3电力系统的电压调整—电压管理和借发电机、变压器调压2.电压管理电压中枢点就是那些反映系统电压水平的主要发电厂的高压母线、枢纽变电所低压母线或有大量地方负荷的发电机母线。（1）中枢点的电压偏移根据负荷对电压的要求，任何时刻应满足：NBAUUU)05.1~95.0(ABO二.电压波动和电压管理6－3电力系统的电压调整—电压管理和借发电机、变压器调压2.电压管理（1）中枢点的电压偏移需综合考虑A、B对电压中枢点O点的要求。要同时满足两个负荷对电压质量的要求，中枢点电压的允许变动范围减小。在实际电力系统中，由同一中枢点供电的负荷可能很多，且中枢点到负荷处线路上的电压损耗的大小和变化规律的差别可能很大，完全可能出现在某些时段内，中枢点电压取任何值均不能满足要求，这时须采取其他措施（如在负荷处进行无功补偿，改变变压器变比等）。二.电压波动和电压管理6－3电力系统的电压调整—电压管理和借发电机、变压器调压2.电压管理（2）中枢点电压的调整方式逆调压：对于供电线路较长，负荷波动较大的网络，考虑在最大负荷时线路上的电压损耗增加，这时适当提高中枢点电压以补偿增大的电压损耗，比线路UN高5％（即1.05UN）；最小负荷时线路上电压损耗减小，降低中枢点电压为UN。顺调压：负荷变动小，供电线路不长，在允许电压偏移范围内某个值或较小的范围内，最大负荷时电压可以低一些，但≥1.025UN，小负荷时电压可以高一些，但≤1.075UN。二.电压波动和电压管理2.电压管理（2）中枢点电压的调整方式常调压（恒调压）：负荷变动小，供电线路电压损耗也较小的网络，无论最大或最小负荷时，只要中枢点电压维持在允许电压偏移范围内某个值或较小的范围内（如1.025UN~1.05UN），就可保证各负荷点的电压质量。这种在任何负荷情况下，中枢点电压保持基本不变的调压方式。（3）调整电压的基本原理~1:k1k2:1LUGUbP+jQ~1:k1k2:1LUGUbR+jXP+jQ二.电压波动和电压管理2.电压管理（3）调整电压的基本原理2121kUQXPRkUkUkUUNGGb要求对负荷点b的电压进行调整三.借改变发电机端电压调整通过自动励磁调节装置→If→Eq→UG，不需另增设备，简便可行且经济。由发电机不经升压直接供电的地方负荷，实行逆调压。三.借改变发电机端电压调整G%10maxU%4minU%4maxU%6maxU%6.1minU%4.2minU+5%-5%-9%+1%-5%-4%-5.6%+4.4%+2%发电机经多级变压向负荷供电时，仅借发电机调压往往不能满足负荷对电压质量的要求(If≤IfN），这时需借助其他措施。四.借改变变压器变比调压GgUGUIUiUJUjUgUiUjUigj双绕组变压器的高压绕组和三绕组的高、中压绕组有若干分接头可供选择，如有UN±5％、UN±2×2.5％或UN±4×2％。其中对应于UN的分接头常称主接头或主抽头。合理选择变压器的分接头也可调压。四.借改变变压器变比调压（1）对于双绕组降压变压器iIUiUiUiIUiUiiUS~。，要求选择，，低压侧期望电压给定intaxtiiinaxUUUUSUSUImImminmaxminImmaxIm,,,,NitIiiiIiUUkkUUUiNiiItIUUUUUmaxmaxImImmaxiNiiaxaxtUUUUUS时，minminImImminiNiiinintUUUUUS时，四.借改变变压器变比调压（1）对于双绕组降压变压器i普通变压器在运行中不能倒换接头，只有停运时才能调整，因此，必须在投运前选择好合适的接头以满足各种负荷要求。为使最大、最小负荷两种情况下变电所低压母线实际电压偏离要求的U‘imax，U’imin大体相等，分接头电压应取UtImax，UtImin的平均值。2ImImintaxttIUUU根据UtI选择一最接近的分接头，再按选定的分接头校验低压母线上的实际电压能否满足要求。四.借改变变压器变比调压（2）对于双绕组升压变压器ggUGUgUg。，要求选择，，低压侧期望电压给定minmaxminmaxminminmaxma