12.电力系统无功功率和电压调整

第十二章 电力系统的 无功功率平衡和电压调整,电压是衡量电能质量的一个重要指标。 质量合格的电压应该在供电电压偏移， 电压波动和闪变，电网谐波和三相不对 称程度这四个方面都能满足有关国家标 准规定的要求,概述,概述,电压偏差:在某一时段内，电压幅值缓慢变化而偏离额定值的程度，以电压实际值与额定值之差U或其百分值U%来表示. 电压偏差的大小，主要取决于电力系统运行方式，线路阻抗以及无功负荷的变化。 电压波动和闪变:在某一时段内，电压急剧变化而偏离额定值的现象，称为电压波动。电压变化的速率大于每秒1%的，即为电压急剧变化。电压波动主要是大型用电设备负载快速变化引起的冲击性负荷造成的，大型电动机的直接起停及加减载都会有冲击负荷的产生。电压波动是否会引起闪变，主要决定于电压波动的频度、波动量和电光源的类型以及工作场所对照明质量的要求。,概述,电压稳定的重要性 引起效率下降、经济性能变差，影响生活质量： 如电动机输出功率.照明亮度等都受到影响。 缩短寿命,甚至造成损坏：白炽灯、电动机、绝 降低生产率，出废品、次品 对电力系统，过低：使网络功率损耗加大，危及稳 定运行，过高：绝缘，增加电晕损耗。,概述,我国规定的电压偏移： 35kV及以上： ±10% 10kV以下： ±7% 220V单相供电电压： +7%，-10%,保证用户电压接近额定值是电力系统电压调整的基本任务.其取决于无功功率平衡 允许合理的无功功率源配置是保证电压合理的关键,本节的基本内容,为什么V和Q联系起来?-电压调整的基本原理. 无功电源有那些?无功负荷有那些? 调压方法：总结起来一共有四种: 调励磁,调变比,改变参数,改无功功率分布 调压方法的应用 学习方法：注重基本概念，结合基本原理 联系现实相关,注意总结.,12-1: 电力系统的无功功率平衡,目录,12-2: 电压调整的基本概念,12-3: 电压调整的措施,12-4: 调压措施的应用,121 电力系统无功功率平衡,无功功率和电压的关系,无功功率平衡与电压水平的关系,121 电力系统无功功率平衡,121 电力系统无功功率平衡,无功功率平衡与电压水平的关系,121 电力系统无功功率平衡,无功功率平衡与电压水平的关系,总之，实现无功功率在额定电压下的平衡是保证电压质量的基本条件,例122,121 电力系统无功功率平衡,121 电力系统无功功率平衡,例122,121 电力系统无功功率平衡,无功功率平衡,无功负荷与无功电源失去平衡时，会 引起系统电压的升高或下降,无功功率的平衡应本着分层、分区、 就地平衡的原则,无功电源的无功输出应能满足系统负 荷和网络损耗在额定电压下对无功功 率的需求,121 电力系统无功功率平衡,异步电动机是电力系统主要的无功负荷 系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定,无功功率负荷,121 电力系统无功功率平衡,无功功率损耗,变压器的无功损耗,输电线路的无功损耗,变压器的无功损耗,变压器的无功损耗QLT包括励磁损耗Q0和漏抗中的 损耗QT QLTQ0QTV2BT(S/V)2XT SN (VN/V)2,输电线路的无功损耗 QL QB QL+QB,121 电力系统无功功率平衡,无功功率损耗,变压器的无功损耗,输电线路的无功损耗,输电线路的无功损耗,输电线路损耗,35KV及以下的架空线路,110KV及以上的架空线路,121 电力系统无功功率平衡,121 电力系统无功功率平衡,无功功率电源,发电机,同步调相机,静电电容器,静止无功补偿器,静止无功发生器,121 电力系统无功功率平衡,无功功率电源,发电机,发电机,发电机是唯一的有功功率电源，又是最基本的无功功率电源,P=Ssin=Ptg,121 电力系统无功功率平衡,无功功率电源,发电机,同步调相机,静电电容器,静止无功补偿器,静止无功发生器,121 电力系统无功功率平衡,无功功率电源,同步调相机,同步调相机相当于空载运行的同步发电机。在过励磁运行时，向系统供给无功功率，起无功电源的作用；在欠励磁运行时，它吸收感性无功功率，起无功负荷作用。由于响应速度较慢，难以适应动态无功控制的要求，20世纪70年代以来已逐渐被静止无功补偿装置所取代,同步调相机,121 电力系统无功功率平衡,无功功率电源,发电机,同步调相机,静电电容器,静止无功补偿器,静止无功发生器,121 电力系统无功功率平衡,无功功率电源,静电电容器,静电电容器,静电电容器供给的无功功率Qc与所在节点的电压V的平方成正比，即 QcV2/Xc 式中，Xc1/wc为静电电容器的电抗。当节点电压下降时，它供给系统的无功功率将减少。因此，当系统发生故障或由于其他原因电压下将时，电容器无功输出的减少将导致电压继续下降。换言之，电容器的无功功率调节性能比较差,121 电力系统无功功率平衡,无功功率电源,发电机,同步调相机,静电电容器,静止无功补偿器,静止无功发生器,121 电力系统无功功率平衡,无功功率电源,静止无功补偿器,静止无功补偿器,SVC由静电电容器与电抗器并联组成，SVC在我国电力系统中将得到广泛应用,121 电力系统无功功率平衡,无功功率电源,发电机,同步调相机,静电电容器,静止无功补偿器,静止无功发生器,121 电力系统无功功率平衡,无功功率电源,静止无功发生器,静止无功发生器,它是一种更为先进的静止型无功补偿装置(SVG),它的主体是电压源型逆变器。适当控制逆变器的输出电压，就可以灵活地改变SVG地运行工况，使其处于容性负荷、感性负荷或零负荷状态。与SVC比较，SVG具有相应快、运行范围宽、谐波电流含量少等优点。尤其是电压较低时仍可向系统注入较大的无功电流,121 电力系统无功功率平衡,无功功率电源,发电机,同步调相机,静电电容器,静止无功补偿器,静止无功发生器,121 电力系统无功功率平衡,无功功率平衡,无功功率平衡的基本要求 无功电源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之和 系统还必须配置一定的无功备用容量 尽量避免通过电网元件大量的传送无功功率，应该分地区分电压级地进行无功功率平衡 一般情况下按照正常最大和最小负荷的运行方式计算无功平衡，必要时还应校验某些设备检修时或故障后运行方式下的无功功率平衡,121 电力系统无功功率平衡,无功功率平衡,系统无功功率平衡关系式： QGCQLDQLQres QGC为电源供应的无功功率之和，QLD为无功负荷之和，QL为网络无功功率损耗之和，Qres为无功功率备用 Qres0表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用；Qres0表示系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装置,121 电力系统无功功率平衡,无功功率平衡,系统电源的总无功出力QGC包括发电机的无功功率QG和各种无功补偿设备的无功功率QC，即 QGCQGQG 总无功负荷QLD按负荷的有功功率和功率因数计算。 网络的总无功损耗QL包括变压器的无功损耗QLT、线路电抗的无功损耗QL和线路电纳的无功功率QB，即 QL QLTQLQB,121 电力系统无功功率平衡,总之，无功平衡是一个比有功平衡更复杂的问题。 一方面，不仅要考虑总的无功功率平衡还要考虑分地区的无功平衡，还要计及超高压线路充电功率、网损、线路改造、投运、新变压器投运及大用户各种对无功平衡有影响的化,一般无功功率按照就地平衡的原则进行补偿容量 的分配。小容量的、分散的无功补偿可采用静电 电容器；大容量的配置在系统中枢点的无功补偿 则宜采用同步调相机或SVC,本节课后讨论,讨 论,无功功率不能远距离传送，必须分区、分 级（就地）平衡,动态无功功率平衡,无功功率平衡的双重含义：规划平衡和实 际平衡，无功功率不够的含义,无功功率平衡和电压水平的关系,无功功率不能远距离传送，必须分区、分 级（就地）平衡,动态无功功率平衡,无功功率平衡的双重含义：规划平衡和实 际平衡，无功功率不够的含义,无功功率平衡和电压水平的关系,122 电压调整的基本概念,电压是电能质量的重要指标之一。 电压质量对电力系统的安全与经济 运行，对保证用户安全生产和产品 质量以及电气设备的安全与寿命有 重要的影响。因此电压调整具有一 定的重要性,电压偏移的危害,各种用电设备都是按额定电压设计制造的。这些设备在额定电压下运行才能取得最佳效果,电压降低,电压降低,电压过低,电压过高,会使网络中功率和能量的损耗加大,122 电压调整的基本概念,电压偏移的危害,各种用电设备都是按额定电压设计制造的。这些设备在额定电压下运行才能取得最佳效果,电压降低,电压过低,电压过低,电压过高,有可能危机电力系统运行稳定性,122 电压调整的基本概念,电压偏移的危害,各种用电设备都是按额定电压设计制造的。这些设备在额定电压下运行才能取得最佳效果,电压降低,电压过低,电压过高,电压过高,各种电气设备的绝缘可能受到损害，在超高压网络中还将增加电晕损耗等,122 电压调整的基本概念,35KV及以上：±5,10KV及以下：±7,低压照明：+7，-10,允许电压偏移指标,允许电压偏移指标,122 电压调整的基本概念,事故 分析,122 电压调整的基本概念,事故 分析,122 电压调整的基本概念,中枢 点的 定义,电力系统中重要的电压支撑点 电力系统中负荷点数目众多又很分散，有必要选择一些有代表性的负荷点 这些点的电压质量符合要求，其它各点的电压质量也能基本满足要求,中枢 点的 选择,区域性水、火电厂的高压母线 枢纽变电所的二次母线 有大量地方负荷的发电机电压母线 中枢点设置数量不少于全网220KV及以上电压等级变电所总数的7,122 电压调整的基本概念,中枢点的电压管理,122 电压调整的基本概念,中枢点的电压允许变化范围的确定,中枢点向两个负荷点供电,中枢点向多个负荷点供电,如果中枢点是发电机母线,在任何时候，各个负荷点所要求的中枢点允许变 化范围都有公共部分,122 电压调整的基本概念,中枢点向两个负荷点供电,122 电压调整的基本概念,由图可见，尽管A、B两负荷点的电压有10的变化范围，但是由于两处负荷大小和变化规律不同，两段线路的电压损耗值及变化规律亦不相同。为同时满足两负荷点的电压质量要求，中枢点电压的允许变化范围就大大缩小，最大时为7，最小时仅有1,中枢点向两个负荷点供电,122 电压调整的基本概念,中枢点的电压允许变化范围的确定,中枢点向两个负荷点供电,中枢点向多个负荷点供电,如果中枢点是发电机母线,在任何时候，各个负荷点所要求的中枢点允许变 化范围都有公共部分,中枢点向多个负荷点供电,122 电压调整的基本概念,中枢点向多个负荷点供电,其电压允许变化范围可按两种极端情况确定：在地区负荷最大时，电压最低的负荷点的允许电压下限加上到中枢点的电压损耗等于中枢点的最低电压；在地区负荷最小时，电压最高负荷点的允许电压上限加上到中枢点的电压损耗等于中枢点的最高电压,122 电压调整的基本概念,中枢点的电压允许变化范围的确定,中枢点向两个负荷点供电,中枢点向多个负荷点供电,如果中枢点是发电机母线,在任何时候，各个负荷点所要求的中枢点允许变 化范围都有公共部分,如果中枢点是发电机母线,122 电压调整的基本概念,如果中枢点是发电机的电压母线,除了上述要求外，还应受厂用电设备与发电机的最高允许电压以及为保持系统稳定的最低允许电压的限制,122 电压调整的基本概念,中枢点的电压允许变化范围的确定,中枢点向两个负荷点供电,中枢点向多个负荷点供电,如果中枢点是发电机母线,如果在任何时候，各个负荷点所要求的中枢点允 许变化范围都有公共部分,如果在任何时候，各个负荷点所要求的中枢点允 许变化范围都有公共部分,122 电压调整的基本概念,如果在任何时候中枢点电压允许变化范围都有 公共部分,那么，调整中枢