电力系统分析基础(第六章)PPT课件.ppt

North China Electric Power University,电力工程系,Department of Electrical Engineering,电力系统分析基础,Power System Analysis Basis,（,六,）,任 建 文,第六章,电力系统的无功功率与电压调整,本章主要内容：,1,、,无功负荷和无功电源及无功功率平衡,2,、,电压降落（损耗、偏移）、功率损耗的计算,3,、,无功功率的经济分布；无功电源的最优分布；无功负荷的最优补偿,频率调整和电压调整的相同和不同之处,调频,频率唯一,集中调整,只能调原动机功率,调压,电压水平各点不同,调整分散,手段多样（有多种无功电源）,由上可以看出：维持电压稳定，应该尽量减少无功的传输，采取就地平衡分析无功功率和电压分布之间的关系,无功损耗 有功损耗,;,电压降受无功功率的影响较大,;,无功功率的流动从,U,h,U,L,第一节,电力系统无功功率的平衡,一、,概念性问题,:,无功功率,无功电源,Q,G,无功负荷,Q,L,无功损耗,Q,无功功率平衡,运行中的平衡：,Q,G,=,Q,L,+,Q,规划中的平衡：,无功容量,=,无功电源功率,+,备用无功电源功率（,7,8%,）,二、,无功功率负荷和无功功率损耗,1,、无功功率负荷,负荷在端电压变化时，出力、效率影响较大,白炽灯的电压特性,异步电机的电压特性,转,矩,U,2,U,带不动,启动不了,烧电机,吸收无功（异步电机）,对于,Q,X,，当,U,转动力矩增大，,Sr,2,（,1-s,）,/sI Q,X,对于,Q,U,，,由于,X,U,的饱和，,X,U,Q,U,异步电机的无功功率特性,综合无功负荷的静态特性,2,、变压器的无功功率损耗,励磁,支路,空载电流,I,0,的百分比值，约,1-2%,绕组漏抗,满载时基本上等于短路电压,U,K,的百分 比值，约,10%,对多级电压网,相当可观，可达负荷的,57%,3,、电力线路上的无功功率损耗,并联电纳,充电功率,U,2,，,容性,并联电抗,感性,I,2,35KV,及以下,感性无功,110KV,及以上,传输功率较大时,感性无功,传输功率较小时,容性无功,三、无功功率电源,定子绕组不超过额定电流,励磁绕组不超过额定电流,受原动机出力限制,进相,运行时受定子端部发热限制,留,稳定储备,发电机、调相器,静,止,电容器、静止补偿器,1,、发电机,发电机只有在额定电压、电流、功率因数下运行时，视在功率才能达到额定值，其容量才能最充分地利用,系统中有功功率备用容量充裕时，可使靠近负荷中心的发电机在降低有功负荷的条件下运行，这时发电机的视在功率虽较额定值小，但可利用的无功功率却较在额定有功负荷下大。

实质上是只发无功功率的发电机,2,、同步调相机,不带有功负荷的同步发电机,不带机械负荷的同步电动机,运行,过激运行,向系统发出无功,欠激运行,向系统吸收无功（容量为过激的,50%,）,优点,平滑调节,既发无功，又可吸收无功,装有励磁调节装置时，维持系统电压不变,装有强磁时，故障情况下，调整电压，维持稳定,缺点,消耗一定的有功，容量越小，比重越大,(1.5-5%),小,容量单位投资费用大，宜集中使用,水轮机有时作调相运行，汽轮机较难,损耗大,内部发热,内部膨胀,增大系统中短路时的短路电流,3,、静电电容器,Q,C,=U,2,/X,C,，,只能向系统提供无功，不能吸收无功,可集中使用，可分散使用,功耗小，,0.3%-0.5%,（额定容量）,调节不是连续的，不平滑，调节范围小,电压下降时，,Q,C,下降，导致,U,进一步下降,单位容量投资比调相机便宜,4,、静止补偿器,电容与电抗并联，配以调接装置，可平滑地改变输出,70,年代开始使用，有前途的三种类型为：,类型,直流助磁饱和电抗器型,可控硅控制电抗器型,自饱和电抗器型,共同点：电容支路,同步频率下感性无功功率电源,C,和,Lf,构成谐振，兼作高次谐波滤波器,不可控,不同点：电抗器支路,可控硅,直流助磁,自饱和,不可控,饱和电抗器,可控的,不饱和,优点：,极好的调节性能,可用于冲击性负荷的无功补偿,维护简单,原理：自饱和型,损耗小，不超过,1%,应用越来越多,四、无功功率的平衡,系统中功率平衡：,Q,GC,-Q,L,-Q,=0,电源：,Q,GC,=Q,G,+Q,C,=Q,G,+Q,C1,+Q,C2,+Q,C3,发电机,调,相机,电容器,静止补偿器,负荷：,未改善,COS,=0.6-0.9,规程规定不低于,0.9,可按此取,Q,L,损耗：,Q,=Q,T,+Q,X,+Q,b,变压器,线路电抗,线路电纳,无功,备用,:,为最大无功负荷的,7%-8%,注意：,系统中无功率平衡的前提是系统的电压水平正常,无功不足时应就地补偿,第二节,电力系统无功功率的经济分布,一、,无功功率电源的最优分布,无功经济分布,无功电源的最优分布,等网损微增率,无功负荷的最优补偿,无功经济当量,目标函数：,P,=P,(Q,Gi,),目的：降低网络中的有功损耗,等约束条件：,不等约束条件：,拉格朗日函数：,最优分布,求拉格朗日函数的极值：,可改写为：,无功网损微增率,有功网损微增率,二、如何进行,无功功率最优分布的计算,一般的原则是：,计算,潮流,分布,按有功最优分布结果给出各节点,（,除平衡节点外）的,P,给出,P,、,Q,节点的,Q,给出,P,、,U,节点的,U,计算,网损,微增,率,由,潮流计算得各无功电源点的,值,0,时，减少该电源的,Q,，,可降低网损,进行调整,重设电源节点的无功,Q,Gi,和,PU,节点的电压，进行潮流计算，求总网损、网损微增率，判断平衡节点的,P,，,直到,P,最小,当,P,不再减小时，各节点网损微增率未必相等，因为受不等条件限制,例题：如图，有功功率两电厂均分，求最优无功分配,解：,按网损等微增率准则确定无功功率分配：,由功率平衡条件得：,联合求解得：,Q,1,0.248,，,Q,2,0.688,不计无功网损修正时：,得：,Q,1,0.268,，,Q,2,0.670,三、无功功率负荷的最优补偿,负荷的自然功率因数,电动机容量不能太大（重要措施）,限制电动机的空载运行,同步电机代替异同步电机（收、发）,(,补偿前,0.6-0.9),最优补偿,补偿容量的确定,补偿设备的分布,补偿顺序的选择,规划阶段,年节约费用,:,为单位电能损耗价格,(,元,/kw,h),max,最大负荷损耗小时数,装设补偿设备的投资费用,:,为折旧维修率,投资回收率,K,C,为单位 容量补偿设备投资,(,元,/kvar),结论,最有网损微增率（也称无功经济当量）,最优网损微增率准则：,只有在网损微增率具有负值且小于,r,eq,的节点设置,先后顺序：以网损微增率的大小为序，首先从,最小的开始,第三节,电力系统的电压调整,一、,电力系统电压偏移的原因及影响,无功充足,电压水平较好的必要条件，不是充分条件,调压,合理分布无功，维持电压质量,原因（随运行方式的改变而改变）,由于,R,很小，,U,主要受,Q,的影响,负荷大小的变化,电力网阻抗参数的变化（设备故障或检修退出）,电力系统接线的改变,偏移的影响,电压过低,发电机：,U,，,，,I,发电机过热,异步电机：,U,，,转差率,，,各绕组,I,，,温升,，,，,寿命,，,出力,P,，,起动过程长,烧,电机,电炉：,PU,2,电灯：亮度和发光效率大幅下降,电压过低,设备绝缘受损,变压器、电动机铁芯饱和，损耗,，,寿命,白炽灯寿命大为缩短,严重时，无功不足，电压崩溃,电力系统允许的电压偏移,35KV,及以上电压供电的负荷,5%,10KV,及以下电压供电的负荷,7%,低压照明负荷,+5%-10%,农村电网,+5%-10%,事故状态下，允许在上述基础上再增加,5%,，但正偏移不超过,+10%,二、中枢点的电压管理,电压中枢点的选择,集中负荷的母线作为电压中枢点,大型发电厂的高压母线,枢纽变电所的二次母线,有大量负荷的发电厂母线,中枢点电压与负荷的关系,适应：线路长，负荷变化大,方式：,难易,程度：实现较难,有时中枢点电压不能满足要求，见书上,P226-227,的例子,中枢点电压调整方式,逆调,压,最大负荷时提高中枢点电压,1.05U,N,最小负荷时降低中枢点电压,1.00U,N,适应：线路不长，负荷变化不大,方式：,难易,程度：最易实现,顺调压,最大负荷时允许中枢点电压低一些,1.025U,N,最小负荷时允许中枢点电压高一些,1.075U,N,适应：中型网络，负荷变化缴小,方式：保持在较线路额定高,2%-5%,难易,程度：较易实现,常调,压,三、电力系统的电压调整,忽略：线路对地电容、变压器励磁支路参数、横向压降,调压比调频复杂，频率系统为一，电压不为一,改变电压水平,调压,措施,利用发电机调压,U,G,改变励磁电流,改变变压器分接头,k,1,，,k,2,改变电压损耗,改变功率分布（主要是,Q,）,使,U,减少,改变线路参数,R+jX,（,主要是,X,）,减少,U,改变发电机端电压调压,发电机电压,U,G,可在,5%,的范围内保持发额定功率,发电机直接供电系统（线路不长，损耗不大）,调节励磁，改变机端电压，实现逆调压满足电压的要求,例：,最大负荷时：,U,max,=20%,，,最大负荷时：,U,min,=8%,U,max,-U,min,=12%,，,发电机逆调,5%,故最终相差,7%,，在,10%,的范围内,调节原理：,转子电压负反馈的作用是提高调节系统的稳定性，它的输出正比于转子电压的变化率,例：发电机经多级电压向负荷供电，不能保证电压质量要求,最大负荷时：,U,max,=34%,，,最大负荷时：,U,min,=14%,U,max,-U,min,=20%,，,发电机逆调,5%,故最终相差,15%,，超出,10%,的范围内,改变变压器分接头进行调压,双绕组变压器分接头选择,最大负荷时：,U,Imax,，,U,Imax,，,U,imax,，,U,imax,为已知,双绕组变压器高压侧,6300KVA,以下三个分接头,U,N,5%,三绕组变压器高、中压侧,8000KVA,以上五个分接头,U,N,2.5%,装有,3-5,个分接头,最小负荷时：,选一接近值作分接头,U,tImax,，,U,tImin,，,U,tI,对于升压变压器：,因,正常运行时，变压器分接头不能调整，故取平均值,返回校验,求低压母线电压,计算电压偏移,%,选分接头,110KV,例子：,U,I,在,113-115KV,时，允许,U,i,在,10-11KV,，,求变压器分接头,校验：,解：,普通三绕组变压器分接头的选择,高、中压侧有分接头，低压侧没有,高、低压侧,确定高压绕组的分接头（低压侧要求）,高、中压侧,确定中压绕组的分接头,例题：,P233,，,例,8-3,有载调压变压器调整分接头,带电调整，允许最大、最小负荷时分设不同抽头,计算方法同双绕组，可分设,调整范围大,15%,以上,110KV,，,U,N,3,2.5%,（,七级）,220KV,，,U,N,4,2.5%,（,九级）,三绕组,高压侧装有载调压分接头,低压侧装有普通分接头,有载调压原理,无功功率充足时，采用有载调压可满足一般的调压要求,长线供电,负荷变化大,联络线两端,某些发电厂的变压器,无功功率充足时,并补,串补,利用并联补偿设备调压,调相机,作用,发无功，就地补偿，减少压降,各种补偿设备的调节方式,截面积小,RX,，,不可用,并补,截面积大,RX,，,明显,静止补偿器,电容器,调,相机,改变励磁电流,i,f,静止补偿器（直流助磁）,改变助磁电流,i,f,电容全部投入,电容全部退出,静止补偿器（可控硅）,改变可控角,补偿设备容量的确定,补偿前：,补偿后：,补偿容量,Q,C,与补偿前后低压母线电压,U,i,，,U,ic,有关：,Q,C,的确定应满足调压要求，设低压母线调压要求电压为,U,ic,，则,U,ic,=,kU,ic,。

存在,Q,C,与,k,的选择配合问题,最小负荷时：将电容器全部切除，选变压器分接头。