第四章电力系统电压调整和无功功率控制技术

2019/8/4电力系统自动化1无功电源发电机调相机电容器、静止补偿器分散在变电所无需消耗能源系统无功损耗有功损耗全系统各点电压水平不同，电压分散控制，手段多样有功控制在电厂全系统有统一的f大部分设备是感性元件无功电源：是指无需消耗能源的电源设备第四章电力系统电压调整和无功功率控制技术2019/8/4电力系统自动化2第四章电力系统电压调整和无功功率控制技术第三节电力系统电压控制的措施第一节电力系统电压控制的意义第二节电力系统无功功率平衡与电压的关系第四节电力系统电压综合控制2019/8/4电力系统自动化3第一节电力系统电压控制的意义电压-电能质量指标⑴电压降低对发电机运行产生影响⑵电压降低对负荷产生影响⑶电压降低对系统产生影响定子电流增加（保证输出功率）限制发出有功（定子电流受限）电动机（电流增加，n↓…)电热设备（降低发热量，照度变化）…降低影响稳定性升高威胁设备绝缘电压降低的影响：网损、电晕等2019/8/4电力系统自动化4我国对电压偏差的规定：10kV及以下电压供电的负荷35kV及以上电压供电的负荷低压照明负荷农村电网（正常）（事故）7%5%+5%-10%+7.5%-10%+10%-15%2019/8/4电力系统自动化5第二节电力系统无功功率平衡与电压的关系（从整个系统看问题）GDLQQQGQ：电源无功GQi发电机供应CQi无功补偿设配供应C1Q调相机C2Q并联电容器C3Q静止补偿器LQ：无功损耗GTQ变压器无功损耗xQ线路电抗无功损耗BQ()线路电阻无功损耗定性实际是电源DQ：负荷消耗2019/8/4电力系统自动化6分析讨论：无功平衡与电压水平UGUDDPjQGUUDDPjQdXDYqEjX正常额定状态（电压额定）发电机GU线路（网络）DNQXΔU=UNUU负荷无功负荷GQ增加：U增大'''GDLQQQNU（维持，无功平衡）GDLQQQ（平衡的）新的平衡GUUGGUU(Q)增加多GGUU(Q)增加少若发电机增励磁GU增加GU补充UHNU=UUGHDHLHQQQLNU=UUGLDLLLQQQ2019/8/4电力系统自动化7电力系统无功-电压静态特性AU=U运行点A：LAQCUU增励磁运行点：='AAAUUU'不增励磁运行点：=可采用其他的补偿控制措施（增加电源无功电源）在负荷中心地区设置：防止无功远距离传输增加DQAU'AU0Q'1'2U0Q2GQ1LDQQA'AC2019/8/4电力系统自动化8电力系统的无功功率电源⑴同步发电机（唯一的有功电源，也是基本的无功电源）发电机的P-Q曲线：输出P与Q的关系Ncos(cos)低运行：NSQ受励磁电源限制，不能到达（大）cos(cos)N高运行：NP受原动力功率限制，是限制条件并联稳定性、发热是限制条件GNGNNUISN只有、、cos下才可。EFI很小，无限制cos超前运行：（Ⅱ象限）4040NP(MW)PNSQ(Mvar)800.40.50.8cos=0.85励磁限制NQ2019/8/4电力系统自动化9⑵同步调相机及同步电动机同步调相机：特殊运行状态下的同步电动机不带有功负荷的同步发电机不带机械负荷的同步发电机过激运行：向系统提供感性无功功率欠激运行：从系统吸收感性无功功率实现调压同步电动机：过激运行时向系统提供感性无功改变励磁→平滑改变无功大小方向输出无功功率随端压的下降而增加2019/8/4电力系统自动化10⑶并联电容器（吸收容性无功，即发出感性无功）22QccUUCX集中使用，分散使用;分相补偿;随时投入（切除）;c,QU时补偿（不足）不足:2019/8/4电力系统自动化11⑷静止无功功率补偿器（SVC:StaticVARCompensator）工作原理UQiQLQLCQCQDCL容性感性0UICILINU饱和电抗器并联电容器正常NU0LCII无功负荷突增→U↓：()LCIU容性超前抑制电压下降容性感性0UINULCI用无功说明：系统送iDLCQQQQDQ负荷变化，引起各无功变化：iDLCQQQQDSVCQ如果能补偿：DLCQQQiQ0U则，不变化2019/8/4电力系统自动化12⑸高压输电线路的充电功率（线路电纳作用）2LLQUB固定的无功电源下面的问题：怎样应用这些无功电源实现电压调节无功控制2019/8/4电力系统自动化13第三节电力系统电压控制的措施用户电压：P+jQGU11:K2K:1BUR+jXUBG12G12NPRQXU(UKU)/K(UK)/KUBU与有关的因素可采用的电压控制方式：BU⑴控制和调节发电机励磁，改变⑵控制变比12K,K⑷改变网络参数R+jX(X),U主要是减小⑶改变输送功率P+jQ(Q),U主要是减小PRQX(RX)2019/8/4电力系统自动化14一、发电机控制电压适用：发电机直接供电的小系统，供电线路不长，不大U问题：长线，多电压等级，不能满足要求BU与无功经济分配可能有矛盾是一种辅助性控制措施（不需要设备，经济，优先用）2019/8/4电力系统自动化15二、控制变压器变比调压调整分接头双绕组：在高压侧三绕组：在中、高压侧实质：改变无功功率的分布（变压器不是无功电源）应用基本条件：全系统无功电源充足（否则有负调压）ex.双绕组变压器6300kVA及以下，3个分接头NNN1.05UU0.95U（主轴头）8000kVA及以下，5个分接头NNNNN1.05U1.025UU0.95U0.925U、、（主轴头）问题：选用哪个分接头？2N1tPjQUU在时保持需要的2019/8/4电力系统自动化1621tUU计算保持需要的TTT1U(RR+XQ)/U21TU(UU)/K普通双绕组变，只有固定分接头（不能带负荷调）：计算（最大最小负荷）：算术平均值实际分接头：选择接近值为，再用最大、最小负荷校验。1tU2U1tav1max1minU(UU)/21tmax1maxTmax2N2maxU(UU)U/U1tmin1minTmin2N2minU(UU)U/U降压变压器P+jQ1UK:1TTR+jX2UTTR+jX归到高压侧TU归到高压侧1t2NUK=U其中实际变比1T1t2N2UUUUU2019/8/4电力系统自动化17三、利用无功功率补偿设备调压（还可以降低电网有功损耗）作用：重负荷时发出感性无功功率，提高负荷端电压问题：补偿多少?补偿设备容量计算：并联补偿设备：调相机，静止无功补偿器，并联电容器补偿负荷的无功需求简单电力系统1U2UR+jXCjQP+jQ不考虑线路对地电容，变压器励磁功率无补偿时'12'2PRQXUUU（归算到高压侧）补偿后CQ'C12c'2cPR(Q-Q)XUUU（归到高压侧）2019/8/4电力系统自动化18'''2cC2c2''2c2UPRQXPRQXQ=UUXUU''C22c''22cPR(Q-Q)XPRQXUUUU如果补偿前后不变，（发电机出口保持不变）1U则变到需要补偿：'2U'2cU'''2cC2c2UQ=U-UX''22cUU与不会差很大低压侧电压（补偿后、前的实际电压）：'2c2cUU=K'22UU=K'22c2C2cUUQ=U-KXK有需求K、CQ2019/8/4电力系统自动化19⑴补偿设备为电容器组容量的计算重负荷时投入轻负荷时退出-选择K选择K：用“最小负荷”2minU'2minU：归到高压侧的电压：实际电压't2min2min2NUUUU'2mint2N2minUUUU选与靠近值为tU1tU则1t2tUKU是发感性无功2maxU'2maxU：补偿前（归到高压侧）：补偿后（实际）'22cmax2maxC2cmaxUUQ=U-KXK确定：用“最大负荷”CQ从产品目录中选合适的设备2019/8/4电力系统自动化20⑵补偿设备为同步调相机容量的计算过励运行：发感性无功—最大负荷CQ欠励运行：吸收感性无功—最小负荷C1Q2最佳利用率最大负荷：'22cmax2maxC2cmaxUUQ=U-KXK最小负荷：'22cmin2minC2cminUU1-Q=U-K2XK解出：''2cmax2max2cmin2min222cmax2cminUU2UUK=UU2019/8/4电力系统自动化21T-1T-2R+jx1226+j130（归算到高压侧）minS10j7.5MVAmaxS20j15MVA例４-２11022.5%/11kV12U118kV,U10.5kV要求保持忽略变压器励磁支路线路对他电容确定各端无功补偿设备容量：①电容器②调相机T-22019/8/4电力系统自动化22解：最大负荷归到高压侧最小负荷归到高压侧'2maxU89.37(KV)'2minU105.61(KV)P.111①选择变比最小负荷'2mint2N2minU105.61UU11110.69(KV)U10.5规格化取110+0%抽头1t1t2NU110K10U110(KV),K10U即CQ:确定用最大负荷'22cmax2maxC2cmaxUUQ=U-KXK210.589.37(10.5-)10()13010产品目录选2019/8/4电力系统自动化23②选择变比''2cmax2max2cmin2min222cmax2cminUU2UUK=UU2210.589.37210.5105.61=10.5210.5规格化11022.5%/110kV得K=9.5调相机容量'22cmax2maxC2cmaxUUQ=U-KXK210.589.3=10.5-9.57.96(MVA)1309.5（产品目录中选）最后：选定后校验CQ2U2019/8/4电力系统自动化24四、利用串联电容器控制电压补偿输电线路中的感抗xQUU减小中的→提高末端电压1UR+jXC-jX2UP+jQ122PRQXUUU无补偿有补偿C12c2cPRQ(X-X)UUU补偿前后相同，可得1U2cC2c22c2UPRQXPRQXXUUQUU有多种（串并联组成）mn补偿度CcLxKx一般1-4有例题P.1132019/8/4电力系统自动化25“串补”与“并补”“四”与“三”都可以提高，减小有功损耗2U“串补”：“并补”：2UU直接减小提高一般22QUU(U)减小线路上传输减小提高效果差间接提高减少同一电压损耗值：串联电容器容量为（15%—25%）并联电容器容量2019/8/4电力系统自动化26五、电力系统电压控制措施的比较发电机调压：不需附加设备有载调压：灵活方便，但系统需无功电源充裕补偿设备：增加无功电源2019/8/4电力系统自动化27第四节电力系统电压综合控制以上措施各有优缺点组合综合控制1U11R+jX2U22R+jX1:KP+jQ3UP+j(Q+q)T2G1Gq综合控制控制点靠近控制母线，较好的控制效果：分散控制-就地无功平衡集中控制电网无功分布、无功电源，阻线电压设定值-调度：2019/8/4电力系统自动化28练习、思考题：1、从发电机、电力系统、负荷三个方面说明电压控制的意义。2、利用负荷的无功-电压的特性和电源的无功-电压的特性，分析说明电力系统无功功率平衡与电压的关系？3、电力系统无功功率电源有哪些？怎样提供无功功率？4、电力系统电压控制有那些措施？5、控制变压器变比调压是怎样实现的？有什么应用条件？6、利用无功功率补偿设备调压与利用串联电容器控制电压是怎样实现的？有什么区别？