電力系統(tǒng)的無功功率和電壓調(diào)整李庚銀新教材

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1、第六章 電力系統(tǒng)的無功功率和電壓調(diào)整,,第六章的思路,提出問題：電壓是衡量電能質(zhì)量的重要指標之一。電壓的波動超過允許范圍，對電力系統(tǒng)的影響很大。電壓為什么會經(jīng)常波動？ 分析問題：電壓的波動是由于系統(tǒng)中無功功率的不平衡引起的。系統(tǒng)中感性無功過剩，則電壓升高；感性無功不足，則電壓下降。 解決問題：無功補償，無功電源的最優(yōu)分布,第一節(jié) 電力系統(tǒng)中無功功率的平衡,一、無功功率負荷和無功功率損耗 1.無功功率負荷 2.變壓器中的無功功率損耗 3.電力線路上的無功功率損耗 二、無功功率電源 1.發(fā)電機 2.電容器和調(diào)相機 3.靜止補償器和靜止調(diào)相機 4.并聯(lián)電抗器,無功功率負荷,大多數(shù)用電設(shè)備是異步電動機

2、，消耗感性無功功率。功率因數(shù)為0.60.9。 右圖是綜合負荷的靜態(tài)電壓特性。感性無功多，則電壓升高；感性無功不足，則電壓下降。,變壓器中的無功功率損耗,勵磁支路(BT)的損耗和繞組漏抗(XT)中的損耗，都是消耗感性無功功率。 一臺變壓器或一級變壓器中損耗并不大，約為額定容量的百分之幾；而多電壓級網(wǎng)絡(luò)，則損耗很可觀。,五級變壓的網(wǎng)絡(luò)變壓器無功損耗,電力線路上的無功功率損耗,串聯(lián)電抗中的無功功率消耗感性無功，與負荷電流的平方成正比； 并聯(lián)電納中消耗容性無功功率，或者說發(fā)出感性無功功率，也叫充電功率，與線路電壓的平方成正比；,,,無功功率電源,1.發(fā)電機： 同步發(fā)電機發(fā)出感性無功 有時進相運行吸收感

3、性無功,發(fā)電機穩(wěn)態(tài)運行時的相量圖,電壓與電流的關(guān)系,功角與有功，無功的關(guān)系,隱極式發(fā)電機功率特性方程,,,坐標軸變化--端電壓變?yōu)樗捷S,,,長度變化所有相量乘以UN/Xd,決定隱極式發(fā)電機組運行極限的因素,定子繞組溫升約束 取決于發(fā)電機的視在功率。以O(shè)點為圓心，以O(shè)B為半徑的圓弧S。,,勵磁繞組溫升約束。取決于發(fā)電機的空載電勢。以O(shè)點為圓心，以O(shè)B為半徑的圓弧F。,,原動機功率約束。即發(fā)電機的額定功率。直線BC。,,其他約束。當發(fā)電機以超前功率因數(shù)運行的場合。綜合為圓弧T。,發(fā)電機運行極限總結(jié),發(fā)電機運行極限是:OA,AB,BC,虛線T,2.電容器： 發(fā)出感性無功，成組投切 3調(diào)相機： 只發(fā)

4、無功的發(fā)電機 過激運行發(fā)出感性無功 欠激運行吸收感性無功 逐漸被淘汰。,無功功率電源,無功功率電源,3.靜止補償器和靜止調(diào)相機 屬于靈活交流輸電范疇 靜止補償器簡稱SVC 4.并聯(lián)電抗器： 吸收過剩的感性無功 用在高壓空載或輕載的線路 能提高輸送能力，降低過電壓,無功功率平衡,這個平衡是在一定電壓水平下的平衡,無功備用：最大無功功率負荷的7%8%,第二節(jié) 電力系統(tǒng)中無功功率的最優(yōu)分布,提高負荷的自然功率因數(shù)，可以降低負荷從電網(wǎng)中取用的無功，減少網(wǎng)損； 負荷的自然功率因數(shù)是0.60.9，電動機的負荷率越低，功率因數(shù)越低； 將異步電動機同步化運；,第二節(jié) 電力系統(tǒng)中無功功率的最優(yōu)分布,一、無功功率

5、電源的最優(yōu)分布 二、無功功率負荷的最優(yōu)補償,無功功率電源的最優(yōu)分布,研究的是：在無功電源總量是定值時，每個節(jié)點安裝多少無功電源，使全網(wǎng)的有功損耗最少？ 等網(wǎng)損微增率準則,無功功率負荷的最優(yōu)補償,如何確定無功補償容量、補償設(shè)備的分布使無功補償獲得的收益最大？ 最優(yōu)網(wǎng)損微增率準則,一、無功功率電源的最優(yōu)分布,目標： 網(wǎng)損最小 約束： 無功功率平衡（等約束） 節(jié)點無功電源范圍（不等約束） 節(jié)點電壓范圍（不等約束）,等網(wǎng)損微增率準則,目標函數(shù)： 約束條件： 構(gòu)造拉格朗日函數(shù)：,,二、無功功率負荷的最優(yōu)補償,補償容量的確定、最優(yōu)補償設(shè)備的分布和最優(yōu)補償順序的選擇 目標：該節(jié)點進行無功補償，效益最大,減少

6、的電能損耗費,設(shè)備投資,節(jié)省的電能費： 設(shè)備投資：,最優(yōu)網(wǎng)損微增率,最優(yōu)網(wǎng)損微增率,第三節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整,一、調(diào)整電壓的必要性 對電力用戶的影響 a.因為所有用電設(shè)備均按照在額定電壓下運行而設(shè)計，故當其端電壓偏離其額定電壓時，用電設(shè)備的性能將會受到影響，有時甚至縮短用電設(shè)備的壽命。 b.因為異步電動機的轉(zhuǎn)矩（即輸出功率）與其端電壓的平方成正比，所以端電壓下降過多，引起電力用戶的電動機停止運轉(zhuǎn)或不能啟動，影響電力用戶的正常工作。 c.電力系統(tǒng)電壓的不穩(wěn)定，將會影響電熱和電子設(shè)備的使用壽命和使用效率。,對電力系統(tǒng)本身的影響 a.發(fā)電機： 電力系統(tǒng)電壓降低后，發(fā)電機的定子電流將因其功率因數(shù)的增

7、大而增大，為使發(fā)電機定子繞組不致過熱，不得不降低發(fā)電機的輸出功率； b.變壓器： 電力系統(tǒng)電壓降低后，變壓器的勵磁電流也增大，為使變壓器鐵芯不致過熱，不得不降低變壓器的負荷功率； c.輔機： 發(fā)電廠的廠用機械大都是異步電動機，系統(tǒng)電壓降低后，電動機的轉(zhuǎn)差增大，轉(zhuǎn)速下降，輸出功率迅速減小，影響發(fā)電廠鍋爐、汽機的工作，進而影響發(fā)電機的輸出功率； d.絕緣： 電力系統(tǒng)電壓過高將使所有電氣設(shè)備的絕緣受損，且變壓器、電動機等的鐵芯要飽和，損耗增大，溫升增加，壽命縮短。,異步電動機的電壓特性,,照明負荷的電壓特性,,電壓崩潰現(xiàn)象,,電壓崩潰實例,20世紀70年代以來，世界上許多國家的電力系統(tǒng)相繼發(fā)生了電壓

8、崩潰事故，造成了巨大的經(jīng)濟損失和社會影響。 1978年I2月19日法國電力系統(tǒng)發(fā)生的電壓崩潰事故，失去負荷29 GW和100GWh，直接經(jīng)濟損失達2億到3億美元; 1987年7月23日東京電力系統(tǒng)的電壓崩潰事故，導(dǎo)致失去8168 MW的負荷，涉及2800多萬用戶，,二、電壓波動和電壓管理,將電壓的變化分兩類 （1）電壓波動：指幅度小，周期短，如沖擊性或間歇性負荷； （2）電壓調(diào)整：針對幅度大，周期長，如生產(chǎn)、生活和氣象變化引起的。,限制電壓波動的措施,電容器：抵償線路的電抗，限制電壓波動； 電抗器：維持母線電壓 調(diào)相機：給波動的負荷提供波動的無功 靜止補償器：可以消除電壓的波動,2 電壓管理,

9、電壓中樞點：指那些能夠反映系統(tǒng)電壓水平的主要發(fā)電廠或樞紐變電所的電壓母線。 電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整問題實質(zhì)上就是保證電力系統(tǒng)各電壓中樞點的電壓偏移不超過允許范圍的問題,電壓中樞點一般選擇為以下地點,區(qū)域性水、火電廠的高壓母線； 樞紐變電所的二次母線； 有大量地方性負荷的發(fā)電廠母線； 城鎮(zhèn)直降變電所的二次母線。,,,,電壓中樞點的調(diào)壓方式 （調(diào)壓規(guī)則）,逆調(diào)壓 順調(diào)壓 常調(diào)壓。,逆調(diào)壓（逆著電壓降落的自然規(guī)律）,逆調(diào)壓是指在最大負荷時提高電壓中樞點的電壓，在最小負荷時降低中樞點的電壓的調(diào)壓方式。 適用于電力線路較長、負荷變動較大且各負荷變動規(guī)律大致相同的中樞點。 這種調(diào)壓方式在最大負荷時提高電壓中樞

10、點的電壓（一般為線路額定電壓的105），用以抵償最大負荷引起的電壓損耗增大，在最小負荷時降低中樞點的電壓（一般為線路額定電壓），用以防止負荷點電壓過高。,順調(diào)壓（順著電壓降落的自然規(guī)律）,所謂順調(diào)壓是指在最大負荷時允許中樞點電壓略低，在最小負荷時允許中樞點電壓略高的調(diào)壓方式。 適用于電力線路不長、負荷變動不大的中樞點。 這種調(diào)壓方式在最大負荷時中樞點電壓允許不低于線路額定電壓的102.5，在最小負荷時中樞點電壓允許不高于線路額定電壓的107.5。,常調(diào)壓,所謂常調(diào)壓（又稱恒調(diào)壓）是指在任何負荷下，中樞點電壓基本保持一恒定值的調(diào)壓方式，這是一種介于逆調(diào)壓和順調(diào)壓要求之間的調(diào)壓方式。 適用于負荷變

11、動甚小、線路電壓損耗也很小的的中樞點。 這種調(diào)壓方式，在任何負荷下，中樞點電壓基本保持在線路額定電壓的102105,三、借改變發(fā)電機端電壓調(diào)壓,,太遠，發(fā)電機調(diào)壓效果不好,,四、借改變變壓器的變比調(diào)壓,變壓器的分接頭或分接開關(guān)：一般安裝在變壓器的高壓側(cè)。 用變壓器調(diào)壓，就是改變分接頭的位置,,10.5/242(1+22.5%),11/220(1+22.5%),變壓器的分接頭（抽頭）,各種補償設(shè)備的調(diào)節(jié)方法： 并聯(lián)電容器：不能調(diào)節(jié)，只能成組投切 調(diào)相機：改變勵磁電流 靜止補償器：飽和電抗器型不可控，能限制電壓波動；晶閘管控制電抗器型改變觸發(fā)角。,第四節(jié) 借補償設(shè)備調(diào)壓和組合調(diào)壓,第四節(jié) 借補償設(shè)備調(diào)壓和組合調(diào)壓,補償設(shè)備容量的計算 電容器在最大負荷時投入，輕負荷時部分或全部退出 調(diào)相機最大負荷時過激，投入1 調(diào)相機最小負荷時欠激，投入-1/2,調(diào)壓措施的比較,發(fā)電機調(diào)壓 無功功率比較充裕時，改變變壓器分接頭調(diào)壓 無功功率不足的條件下，不宜采用調(diào)整變壓器分接頭的辦法實現(xiàn)調(diào)壓，需要考慮增加無功補償設(shè)備調(diào)壓的手段，如并聯(lián)調(diào)相機、靜止補償器、電容器等，或在電力線路上串聯(lián)電容器。 調(diào)相機設(shè)置在中樞點 串聯(lián)電容補償，減小電壓損耗效果好 并聯(lián)電容補償，減小功率損耗效果好,作業(yè),計算題 6-2，6-4,6-9,6-12,