電力系統(tǒng)的無功功率平衡.ppt

《電力系統(tǒng)的無功功率平衡.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《電力系統(tǒng)的無功功率平衡.ppt（17頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、電力系統(tǒng)基礎,湖南大學電氣與信息工程學院 劉光曄 2011年2月,華中科技大學何仰贊 溫增銀編,第十二章 電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整,12-1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡 12-2 電壓調(diào)整的基本概念 12-3 電壓調(diào)整的措施 12-4 調(diào)壓措施的應用,12-1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡,一、無功功率負荷和無功功率損耗,1.無功功率負荷,變壓器的無功功率損耗在系統(tǒng)的無功需求中占有相當?shù)谋戎亍?如：5級變壓器，無功率損耗約為額定功率的（7%+50% ）。,2.變壓器的無功損耗,3.輸電線路的無功損耗,110kV及以上:傳輸功率較大時,為無功負載,傳輸功率較小(小于自然功率)時,為無功電源,負荷功

2、率因數(shù)cos=0.60. 9,二、無功功率電源,在額定狀態(tài)下運行時，可發(fā)出無功功。,1.發(fā)電機,欠勵運行（進相運行）時，可以吸收系統(tǒng)中多余的無功功率。,2.同步調(diào)相機,過勵磁運行時，為無功電源;,欠勵運行時，起無功負荷作用。,優(yōu)點,裝有自動勵磁調(diào)節(jié)裝置的同步調(diào)相機能根據(jù)裝設地點電壓的數(shù)值平滑改變輸出（或吸收）無功功率。 特別是有強行勵磁裝置時，在系統(tǒng)故障情況下，能調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓，有利于提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。,缺點,同步調(diào)相機是旋轉(zhuǎn)機械，運行維護復雜；有功功率損耗大；投資費用較大（宜于大容量集中使用）；相應速度慢難以適應動態(tài)無功控制的要求。,定子額定電流約束：有功功率變化，對無功調(diào)節(jié)影響。轉(zhuǎn)子額定電流約

3、束：有功功率變化，對無功調(diào)節(jié)影響。,3.靜電電容器：只能吸收容性無功,供給無功功率,優(yōu)點：,單位容量投資費用較小，且與容量的大小無關; 維護方便；運行時功率損耗較小。,安裝方便靈活（容量大小、集中分散），可就地提供 無功功率，以降低網(wǎng)絡的電能損耗;,缺點：,正調(diào)節(jié)效應（無功功率受節(jié)點電壓影響），調(diào)節(jié)性能較差（不連續(xù)）。,4.靜止無功補償器（Static Var Compensator）SVC（靜止補償器）,由靜電電容器與電抗器并聯(lián)組成。,能夠快速平滑地調(diào)節(jié)無功功率，動態(tài)性能好;,結(jié)構：,2晶閘管控制電抗器TCR固定電容器;,1飽和電抗器固定電容器;,3晶閘管控制電抗器TCR晶閘管投切電容器TS

4、C。,優(yōu)點：,運行維護簡單，功率損耗較小; 響應時間較短，對于沖擊負荷有較強的適應性;,能夠平滑地改變輸出（或吸收）的無功功率。,常見類型：,正調(diào)節(jié)效應，電壓支撐不穩(wěn)定,5.靜止無功發(fā)生器（Static Var Generator，SVG）,也稱為靜止同步補償器 (Static Synchronous Compensator, STATCOM）,優(yōu)點：,,SVG,SVC (CS用于斜率校正),對于系統(tǒng)中的沖擊負荷，為了迅速有效調(diào)壓，應優(yōu)先選用那種無功補償設備。,是新型無功補償設備。傳統(tǒng)無功補償設備是基于改變參數(shù)的原理。 STATCOM則是采用基于電壓變換器的原理，在原理上較傳統(tǒng)無功補償設備是一

5、個重大進步。,填空舉例：,或靜止調(diào)相機 (Static Condencer(Converter), STATCON）,Advanced Static Var Generator (ASVG),靈活交流輸電(FACTS)：基于電力電子技術的系統(tǒng)或其他靜態(tài)設備，能提高可控性和傳輸容量的交流輸電系統(tǒng)。由美國電力科學研究院的N.G.Hingorani博士在1986年提出。,靜止補償器相比，響應速度快，運行范圍寬，諧波電流含量少；電壓較低時仍可向系統(tǒng)注入較大的無功電流，它的儲能元件（如電容器） 容量遠比它所提供的無功容量要小。如果直流側(cè)與超導儲能裝置連接，還可以向系統(tǒng)注入(或吸收)有功功率，提高系統(tǒng)的穩(wěn)

6、定性。是一個重要的FACTS控制器。,無功功率和電壓的關系,三、無功功率平衡,無功平衡關系式：,無功功率會產(chǎn)生較大的電壓損耗和網(wǎng)絡功率損耗，因此，應盡量避免通過電網(wǎng)元件大量地傳送無功功率。,要求分地區(qū)分電壓級地進行無功功率平衡。,四、無功功率平衡和電壓水平的關系,任何時刻都有,無功功率和電壓的關系：以簡單網(wǎng)絡為例,力求實現(xiàn)在額定電壓下的系統(tǒng)無功功率平衡，并根據(jù)這個要求裝設必要的功補償裝置。,負調(diào)節(jié)效應，穩(wěn)定性好,12-2 電壓調(diào)整的基本概念,一、允許電壓偏移,電壓偏移過大的危害（電壓調(diào)整的必要性）,電壓過低，影響用戶正常工作；,電壓降低，會使網(wǎng)絡中的功率損耗和能量損耗加大；,電壓過低，可能會危

7、及電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性；,電壓過高，各種電氣設備的絕緣可能受到損害； 電壓過高，在超高壓網(wǎng)絡中增加電暈損耗等。,允許偏移,35kV， 10；, 10kV， 7；,220V單相供電，+710。,二、中樞點的電壓管理,中樞點,區(qū)域性水、火電廠的高壓母線； 樞紐變電所的二次母線； 有大量地方負荷的發(fā)電機電壓母線。,中樞點電壓允許偏移范圍,反映系統(tǒng)電壓水平的主要發(fā)電廠或變電所母線,中樞點O向兩用戶VA和VB供電。 假定VA和VB允許變化范圍：(0.951.05)VN。,如果中樞點無公共允許范圍，則必須在負荷點增加調(diào)壓設備,只要簡單設想便可知道：,中樞點的調(diào)壓方式,逆調(diào)壓,順調(diào)壓,常調(diào)壓,在大負荷時升高

8、至線路額定電壓以上5 ，小負荷時降低至線路的額定電壓的調(diào)壓方式。,在大負荷時允許中樞點電壓低一些，但不低于線路的額定電壓的102.5；小負荷時允許其電壓高一些，但不超過線路額定電壓的107.5。,在任何負荷下，中樞點的電壓保持為大約恒定的數(shù)值，一般較線路額定電壓高2%5%。,適用于供電線路較長、負荷變動較大的中樞點。不符合電壓自然變化規(guī)律，不易實現(xiàn),適用于供電距離近，或負荷變動不大的變電所。符合電壓自然變化規(guī)律，容易實現(xiàn),應用介于以上兩者之間。,三、電壓調(diào)整的基本原理,可見，為了調(diào)整用戶端電壓Vb，可采取以下調(diào)壓措施：,調(diào)節(jié)勵磁電流以改變發(fā)電機端電壓VG；,適當選擇變壓器變比；,改變線路的參數(shù)

9、；,改變無功功率的分布。,b點電壓為：,簡單電力系統(tǒng)如下圖，要求調(diào)節(jié)負荷節(jié)點b的電壓,12-3 電壓調(diào)整的措施,一、發(fā)電機調(diào)壓,條件：同步發(fā)電機可在額定電壓95%105%范圍內(nèi)保持額定功率運行。 系統(tǒng)：發(fā)電機直接向用戶供電，線路不長電壓，損耗不大。 調(diào)壓方式：逆調(diào)壓。 特點：無需額外調(diào)壓設備，經(jīng)濟。,,,最大負荷時，電壓損耗10%,最小負荷時，電壓損耗4%,二、改變變壓器變比調(diào)壓,1變壓器繞分接頭結(jié)構,高壓側(cè)中壓側(cè)（三繞組變）有多個分接頭選擇，如VN5%，VN22.5%。,有載調(diào)壓變壓器與普通變壓器區(qū)別,2降變壓器分接頭選擇,已知V1、V2和P+jQ 選擇V1t,觀察理想變壓器兩側(cè)電壓比得到

10、,所以,電壓損耗,,最大負荷時,最小負荷時,取平均值,選取最接近的標準分接頭，并校驗低壓母線電壓。解V2（分母V2與Vt1交換），可校驗是否滿足要求。,V1t : V2N,低壓側(cè)固定,高壓側(cè)可調(diào),V1 - VT,,,同時滿足兩種狀態(tài)的要求，需要折中,三、利用無功功率補償調(diào)壓,3升壓變壓器分接頭選擇 注意：高壓側(cè)可調(diào)，故本教材將高壓側(cè)總標注為1側(cè),計算V1tmax， V1tmax及V1tav,,問題：已知負荷P+jQ，節(jié)點2歸算到高壓側(cè)的電壓V2 及要求補償后歸算到高壓側(cè)的電壓為V2C。計算補償容量QC=?,假設補償容量為QC,得到,補償升高的電壓，應近似等于注入QC產(chǎn)生的電壓降落縱分量,補償后

11、電壓升高值為（V2 CV2 ）,即,例：已知線路加變壓器阻抗9.88+j21.825 (高壓側(cè)), 負荷(4.8+j3.6)/(2.4+j1.8)MVA 及V1:36 kV, 要求V2:10.2510.75 kV ；降壓變: (35 32.5%) /10.5 kV，容量8MVA。試選擇分接頭，并校驗。,解V1并校驗,實用計算：,已知補償前的歸算值V2 ，補償后的實際值為V2 C。,設變比為k，則V2 C = k V2C,1補償設備為電容器時,選與Vt最接近的分接頭V1t，則變比為,即,2補償設備為同步調(diào)相機時,,兩式相除得到,根據(jù)變比，可求出QC,設V2min 和 V2min 為最小負荷時低壓

12、母線的歸算電壓和要求保持的實際電壓。,有,四、線路串聯(lián)電容補償調(diào)壓（實質(zhì)是改變線路參數(shù)）,加串聯(lián)補償前電壓損耗 V,加串聯(lián)補償XC后電壓損耗 VC,所以,設電容器串聯(lián)n臺，并聯(lián)m臺,每臺額定容量為QNC，,根據(jù)每相補償電抗XC ，確定每相電抗器串并聯(lián)臺數(shù)。,且要求,則總補償容量為,即,補償升高的電壓(V VC),升高的電壓應等于XC上的電壓降落縱分量,即,12-4 調(diào)壓措施的應用,電壓質(zhì)量問題，從全局來講是電力系統(tǒng)的電壓水平問題。電壓調(diào)整的必要條件是，系統(tǒng)擁有的無功功率電源必須滿足在正常電壓水平下的無功需求。,1利用發(fā)電機調(diào)壓：經(jīng)濟方便、無需附加投資，但調(diào)整范圍小。發(fā)電機的無功輸出不能超過允許的限值。,2選擇變壓器的分接頭調(diào)壓：系統(tǒng)的無功功率供應必須比較充裕。在系統(tǒng)無功不足時，不宜采用調(diào)整變壓器分接頭的辦法來提高電壓。,10kV及以下電壓級的電力網(wǎng)，由于負荷分散、容量不大，常按允許電壓損耗來選擇導線截面以解決電壓質(zhì)量問題。 (PR/V占有較大比重),3并聯(lián)電容補償和串聯(lián)電容補償調(diào)壓：作用都在于減少電壓損耗中的QX/V分量，并聯(lián)補償能減少Q(mào)，串聯(lián)補償能減少X。只有在電壓損耗中QX/V分量占有較大比重時，其調(diào)壓效果才明顯。,調(diào)壓措施的應用范圍分析：,