电力系统的无功功率和电压调整

[e-mail]广西大学电气工程学院第六章电力系统的无功功率和电压调整[e-mail]1.无功功率的最优分配2.电力系统的最优调整本章的主要内容[e-mail]一、无功功率负荷与无功功率损耗1.无功功率负荷未经补偿的综合负荷的自然功率因数为0.6~0.9，以滞后功率因数运行，低值对应与异步电动机比例较高的负荷，高值对应于采用大容量同步电动机的场合。负荷无功功率的峰值与有功功率的不一定同时出现，其峰值出现在工业负荷最大的时刻，一般在白天。第一节电力系统中无功功率的平衡[e-mail]无功功率负荷•异步电动机在无功负荷中占的比重很大。系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定。•异步电动机的无功功率：•具有正的调节效应:dQ/dU0200)(NmNPPQQQQQDU负荷的无功特性[e-mail]第一节电力系统中无功功率的平衡负荷功率因数的规定高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调整电压装置的电力用户功率因数≥0.9；其他100kVA及以上电力用户和大、中型电力排灌站，功率因数为0.85以上；趸售和农业用电，功率因数为0.80以上。[e-mail]第一节电力系统中无功功率的平衡电网功率因数的规定500（330）kV线路的充电功率应基本予以补偿；220kV变压器二次的功率因数≥0.95；110kV～35kV变压器二次的功率因数≥0.9。[e-mail]第一节电力系统中无功功率的平衡2.变压器中的无功功率损耗励磁支路的功率损耗：其百分值基本上等于空载电流I0的百分值，约为1%-2%。绕组漏抗中的功率损耗：在变压器满载时，基本上等于短路电压Uk的百分值，约为10%。20%%100100kTNNIUSQSS[e-mail]第一节电力系统中无功功率的平衡3.线路上的无功功率损耗并联电纳的无功功率损耗（充电功率），与线路电压的平方成正比，为容性；串联电抗的无功功率，与负荷电流的平方成正比，为感性；输送的有功功率（，）自然功率。22221112212LBPQUUQQXBU[e-mail]二、无功功率电源1.发电机基本的无功功率电源，可以通过调节发电机的励磁电流来改变发电机发出的无功功率，增加励磁电流，可以增加无功功率的输出；反之，减少无功功率输出。第一节电力系统中无功功率的平衡PQABCD0P–Q极限图[e-mail]2.电容器并联于变电所运行，发出的无功为具有正调节效应（dQ/dU0）特点：1）特性不理想，不能连续调节；2）运行维护简单，有功损耗小，成本低，装设灵活方便。第一节电力系统中无功功率的平衡CUXUQCC22[e-mail]3.调相机实质上是只能发无功功率的发电机。运行方式：1）过励磁：发出无功2）欠励磁：吸收无功欠励磁容量≈50％过励磁容量特点：1）能连续调节，调节范围宽；2）运行维护较复杂，有功损耗较大，成本较高；3）适用于大容量地装设于枢纽变电所。第一节电力系统中无功功率的平衡[e-mail]4.静止补偿器和静止调相机静止补偿器和静止调相机：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。特点：1）能快速平滑地调节无功，运行维护简单，损耗较小，能分相补偿；2）会产生高次谐波。第一节电力系统中无功功率的平衡[e-mail]5.并联电抗器就感性无功功率而言，并联电抗器显然不是电源而是负荷，但在某些电力系统中的确装有这种设备，用以吸取轻载或空载线路过剩的感性无功功率。而对高压远距离输电线路而言，它还有提高输送能力，降低过电压等作用。第一节电力系统中无功功率的平衡[e-mail]主要无功电源设备的比较性能电容器调相机静止补偿器TCR型TSC型SR型调节范围超前超前/滞后超前/滞后超前超前/滞后控制方式不连续连续连续不连续连续调节灵活性差好很好好差启动速度中等慢很好快快反应速度快慢快快快调节精度差好很好差好产生高次谐波无少多无少电压调节效应负正正（一定范围内）负正（一定范围内）承受过电压能力无好中等无好有功功率损耗0.3%～0.5%1.5%～3.0%1%0.3%～0.5%1%单位容量投资低高中等中等中等维护检修方便不方便方便方便不常维修其他过负荷能力较强；增大系统短路电流过负荷能力强；噪声大[e-mail]第一节电力系统中无功功率的平衡三、无功功率的平衡要求：1.无功电源要充足2.无功电源的配置要合理3.采用一定的调节措施便可实现电压调整的目标0QQQLGCQUNUUQQLGCNQGCQ无功功率平衡和系统电压水平的关系[e-mail]无功配置原则电力系统的无功电源与无功负荷，在高峰或低谷时都应采用分（电压）层和分（供电）区基本平衡的原则进行配置和运行，并应具有灵活的无功调节能力与检修备用。为了控制电压在允许的范围内，必须保证有充足的无功电源，在全网平衡的基础上，留有备用的容量。电力系统的无功容量是有功容量的1.5～1.7倍。[e-mail]第二节电力系统中无功功率的最优分布无功功率的最优分布包括两方面的内容：1.无功功率电源的最优分布2.无功功率负荷的最优补偿[e-mail]第二节电力系统中无功功率的最优分布一、无功功率电源的最优分布目标函数约束条件maxminmaxmin110iiiGiGiGiniLimiGiUUUQQQQQQ)(),,,(21GiGnGGQPQQQP[e-mail]无功功率电源最优分布的求解拉格朗日函数极值条件0),,2,1(0111**QQQCniQQQPQCniLimiGiGiGiGiQQQQPCniLimiGiGi11*)(等网损微增率准则无功功率平衡[e-mail]第二节电力系统中无功功率的最优分布二、无功功率负荷的最优补偿所谓无功功率负荷补偿是指最优补偿容量的确定、最优补偿设备的分布和最优补偿顺序的选择等问题。即解决无功补偿设备投入及运行成本与装设补偿设备后所节约的能源损耗费用二者之间的经济效益的最优化问题。[e-mail]第三节电力系统的电压调整一、调整电压的必要性所有的用电设备都是按运行在额定电压时效率为最高设计的，偏离额定电压必然导致效率下降，经济性变差；电压降低将使发电机定子电流增大，引起定子绕组过热损坏；由于系统无功短缺，电压水平低下，某些枢纽变电所母线电压在微小扰动下顷刻间大幅下降，引起电压崩溃，这是严重导致系统瓦解的灾难性事故。[e-mail]调压的目标电压偏移：指线路始端或末端电压与线路额定电压的数值差。35kV及以上：-10%~10%10kV及以下：-7%~7%电力系统调压的目的是保证系统中各负荷点的电压在允许的偏移范围内。？用什么来调压，怎么调压[e-mail]无功功率与电压的关系一个是控制变量，一个是状态变量。节点电压有效值的大小对无功功率分布起决定作用。无功功率对电压水平有决定性影响。电力系统当中，各种用电设备吸收的无功功率与所加电压有关。当系统出现无功功率缺额，系统所接的各负荷的电压将下降，减少其向系统吸收的无功功率，才能获得无功功率的平衡。电压的控制也就是无功控制。[e-mail]无功功率与电压的关系节点电压有效值的大小对无功功率分布起决定作用jjjiUQRPXjUQXPRUUcossinijiijjQXPXUUjUjUUUcossinijijjUUUUPQUXXR+jXUiUjP+jQ超高压线路ijjUUQUX[e-mail]无功功率与电压的关系无功功率对节点电压有效值起决定性影响jjjiUQRPXjUQXPRUUR+jXUiUjP+jQ超高压线路ijjPRQXUUUijjQXUUU[e-mail]第三节电力系统的电压调整二、电压波动和电压管理电压波动由冲击性或间歇性负荷引起；习惯上所谓的电压调整仅针对周期长、波及面大，主要由生产、生活和气象变化引起的负荷和电压变动。[e-mail]电压调整中枢点电压管理（电压控制的策略）电压中枢点：指某些可反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电所的母线。系统电压的监视和调整可以通过监视、调整电压中枢点的电压而实现。因很多负荷都由这些中枢点供电，如能控制住这些点的电压偏移，也就控制住了系统中大部分负荷的电压偏移。[e-mail]中枢点电压调整中枢点电压调整：寻求满足中枢点周围各点负荷电压质量的公共部分。中枢点电压调整的确定：根据各负荷的日负荷曲线和对电压质量的要求，进行一系列潮流计算及电压控制方式等分析研究，才能最后确定这些中枢点的允许电压偏移上下限曲线。[e-mail]中枢点的调压方式1.逆调压高峰负荷，升高中枢点电压5%，为1.05UN低谷负荷，中枢点电压为额定值，为UN适用于由该中枢点供电线路较长、负荷变化范围较大等场合。[e-mail]中枢点的调压方式2.顺调压高峰负荷，中枢点电压不低于1.025UN或某值；低谷负荷，中枢点电压不高于1.075UN或某值；适用于用户对电压要求不高或线路较短、负荷变化不大等场合。[e-mail]中枢点的调压方式3.常调压高峰、低谷负荷，要求在任何负荷时中枢点电压基本保持不变且略大于UN，例如1.025UN或1.02～1.05UN间的某一值。[e-mail]电压调整的基本原理1'122GGbbPRQXUkUkUUUkk~GT1T2UbLUG1:k1k2:1R+jXP+jQ简单电力系统的电压调整[e-mail]电压调整的基本原理调节励磁电流以改变发电机端电压适当选择变压器的变比改变线路参数无功功率补偿[e-mail]电压调整的措施－发电机1.应用发电机调节电压（辅助性）发电机端电压有由自动励磁调节装置控制，可根据运行情况调节励磁电流来改变端电压；发电机端电压的调节受发电机无功功率极限的限制，当发电机输出的无功功率达到其上限或下限时，发电机就不能继续进行调压；由发电机直接供电的小系统，有可能只依靠发电机调压满足各用户的电压要求。对于大系统，尤其是线路很长且多级电压的电力网，单靠发电机调压就无法满足系统中各点的电压要求，必须与其他调压方法相配合。[e-mail]电压调整的措施－变压器变比2.改变变压器变比调压变压器分为两种：普通变压器：分接头开关无消弧能力，只能在停电时切换，必须事先选择一个合适的分接头；有载调压变压器：具有调压绕组的有载调压变压器：能够带负载调节分接头，可随时根据需要调节变压器分接头以满足调压要求；带附加调压器的加压调压变压器。[e-mail]电压调整的措施－变压器变比变压器变比的调节范围普通变压器宜选±2×2.5%10kV配变为±5%；有载调压变压器63kV及以上宜选±8×1.25～1.5%35kV宜选±3×[e-mail]电压调整的措施－变压器变比（1）降压变压器分接头的选择1()/TTTUPRQXU1122TtNUUUUU21/()TUUUk12/tNkUU降压变压器分接头计算RT+jX