華科版電力系統(tǒng)分析的無功功率平衡和電壓調整

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1、p電力系統(tǒng)的無功功率平衡u無功負荷和無功電源及其無功電壓特性u無功功率平衡與電網(wǎng)電壓水平的關系p電壓調整的基本概念u允許電壓偏移u中樞電壓管理p電壓調整的措施p調壓措施的應用CH 12 電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調整 電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調整無功功率負荷p異步電動機u等值電路 u因為異步電動機在電力系統(tǒng)負荷（特別是無功負荷）中占比重很大，系統(tǒng)無功負荷的電壓特性主要由異步電動機決定mjX jX RsIIV 2 2M m mVQ Q Q I XX u異步電動機的無功功率和有功功率u異步電動機的無功電壓特性受載系數(shù)負載不變電壓降低無功損耗反而升高2M (1 )I RP ss MNPP 受飽

2、和影響，勵磁功率稍高于二次曲線 電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調整無功功率負荷p變壓器的無功損耗 TjB T TR jX ITG1V 2V22LT 0 T T T22 0 S NN N% % 100 100 SQ Q Q V B XVI V S VS S V u變壓器的無功損耗 u變壓器等值電路p輸電線路的無功損耗 2 2 2 21 1 2 2L 2 21 22 2B 1 22P Q P QQ X XV VBQ V V u輸電線路的無功消耗 u輸電線路等值電路2Bj L LR jX1V 2V1 1P jQ 2 2P jQ2Bj 35kV線路充電功率很?。?10kV及以上線路輕載時為無功電源，重載

3、時消耗無功 功率。 電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調整無功功率電源p發(fā)電機P-Q極限djXNIE NV _ sincosd N N GNd N N GNAB X I QAD X I P 受額定勵磁電流限制，發(fā)電機電抗壓降限值，以O點為圓心，OC為半徑進相運行的穩(wěn)定約束和定子繞組端部溫升受定子額定電流限制，發(fā)電機電抗壓降限值，以A點為圓心，AC為半徑u OC空載電勢u OA機端電壓u AC發(fā)電機電抗壓降，正比于視在功率；u AD正比于機端有功功率u AB正比于機端無功功率u DC原動機輸入功率（額定有功功率）約束 電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調整無功功率電源u旋轉元件，運行維護復雜；u有功損耗較大

4、，滿負荷時約為額定容量的1.5%5%，容量越小，比例越大； u小容量機組投資費用高（每kVA），僅利于集中大容量使用；u響應速度較慢，難以適應動態(tài)無功控制的要求u 20世紀70年代后，逐漸為靜止無功補償器取代；djXIE VE V IdjX I VEI djX Ip同步調相機u過勵磁運行，向電網(wǎng)輸出感性無功功率；u欠勵磁運行，從電網(wǎng)吸收感性無功功率；u欠勵磁最大容量為過勵磁容量的50%65%；u可實現(xiàn)無功電壓連續(xù)調節(jié)；u具有強勵功能，有利于提高穩(wěn)定性 電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調整無功功率電源p靜電電容器u輸出無功與節(jié)點電壓平方成正比，無功功率調節(jié)性能較差；u裝設容量可達可小，既可集中安裝，

5、亦可分散安裝；u單位容量投資費用較小，與總容量無關；u運行損耗約為額定容量的0.3%0.5%；u無旋轉元件，運行維護方便；u可根據(jù)負荷變化，分組投切電容器，實現(xiàn)補償功率的分級調節(jié)（不連續(xù)）；u目前廣泛低壓配網(wǎng)中廣泛采用的無功補償技術 u工程上遇到由于諧波引起的電容器損壞事故較為突出，值得關注 電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調整無功功率電源p靜止無功補償器飽和電抗器型靜止補償器 電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調整無功功率電源p靜止無功補償器晶閘管控制電抗器型靜止補償器 uTCR支路正負半周內部分導通u等值電感可連續(xù)調節(jié)u有諧波 電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調整無功功率電源p靜止無功補償器晶閘管投切電

6、容器型靜止補償器 uTSC：整周波投切，不產(chǎn)生諧波u分級調節(jié)u快速響應 電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調整無功功率電源p靜止無功補償器靜止無功發(fā)生器（SVG：Static Var G enerator）djXIAV SV AV SV IdjX I SVAVI djX Iu與SVC相比，響應速度更快，運行范圍更寬，諧波電流含量更少u電壓較低時仍可向系統(tǒng)注入較大的無功電流u儲能電容的容量遠小于裝置無功容量 電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調整無功功率平衡p無功功率平衡的基本概念u系統(tǒng)無功電源容量大于無功負荷與無功損耗之和，并具有備用容量GC LD L resQ Q Q Q u無功電源總出力包括發(fā)電機無功

7、功率和各種無功補償設備的無功功率 GC G CQ Q Q u發(fā)電機無功功率按額定功率因數(shù)計算，無功負荷按照負荷有功功率和功率因數(shù)計算 u無功電源總出力包括發(fā)電機無功功率和各種無功補償設備的無功功率L LT L BQ Q Q Q u無功功率分地區(qū)、分電壓等級就地平衡避免無功大容量遠距離傳送2 2 2L P QP RV PR QXV V 超高壓線路并聯(lián)高壓電抗：90%QB變電站低容低抗、配電網(wǎng)電容補償 35kV及以上工業(yè)負荷，cos 0.9 電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調整無功功率平衡p無功功率平衡與電壓水平的關系sinEVP X 2cosEV VQ X X jXIE VP jQ EVI jXIQ

8、 VaVaV11 22aa cO2 22EV VQ PX X u P為一定值，Q(V)特性曲線為下開口拋物線；u調節(jié)勵磁電流，改變E可調整Q(V)特性u系統(tǒng)無功電源輸出不足，運行電壓水平偏低；u系統(tǒng)無功電源輸出過剩，運行電壓水平偏高；u實現(xiàn)額定電壓水平下的無功功率平衡，據(jù)此配置無功電源設備 電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調整無功功率平衡p無功功率平衡與電壓水平的關系-Ex12-2 40X P jQ1V 2V LD LDP jQ 2 221 2 2VV VQ PX X 21 LD LD LD-N NLD NLD N115kV, 40MW, M Mvar VV P Q Q VQ VQ V - 2-

9、2已 知 ： ；（ 1） 若 =20 var， 試 根 據(jù) 無 功 功 率 平 衡 條 件 確 定 ；（ 2） 若 增 加 10 ， 試 確 定 22LD-2 LD-N 110VQ Q MvarQ kVV3025201510102 104 106 108 110LD-1( )Q VLD-2( )Q V( )Q VV2/kV 103 104 105 106 107Q/Mvar 28.19 25.91 23.59 21.21 18.79QLD-1 17.54 17.88 18.22 18.57 18.92Q LD-2 26.30 26.82 27.33 27.86 28.39 電力系統(tǒng)的無功功率平

10、衡和電壓調整電壓調整的基本概念p電壓偏移過大的危害u電壓偏低對系統(tǒng)和用戶的影響電動機輸出轉矩降低或定子電 流增大，失速甚至停轉；電熱設備生產(chǎn)效率降低照明光線不足，影響人的視力網(wǎng)絡功率和能量損耗增加降低系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性 u電壓偏高對系統(tǒng)和用戶的影響電氣設備絕緣受損，壽命縮短超高壓網(wǎng)絡電暈損耗p允許電壓偏移u 35kV及以上供電電壓：正、負偏移的絕對值之和不超過10%VN；上下偏移同號時，按較大偏移絕對值衡量u 10kV及以下三相供電電壓：7%VNu 220V單相供電電壓：+7% -10%VNp中樞點的電壓管理u中樞點的概念區(qū)域性水、火電廠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

11、 電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調整電壓調整的基本概念p中樞點的電壓管理確定允許電壓運行范圍O AASB BSVA： (0.951.05)VN時 間VOA VOA08 0.04 0.991.09824 0.1 1.051.15VB： (0.951.05)VN時 間 VOB VOB016 0.01 0.961.06824 0.03 0.981.08 N0.01V N0.03VN0.1VN0.04VV AV BV0 8 16 24/t h0 8 16 24/t h0.960.991.061.09 0.981.051.081.15NV V 0 8 16 24/t hminAS maxAS minBS

12、maxBSS1% 電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調整電壓調整的基本概念p中樞點的電壓管理調壓方式u逆調壓大負荷時，線路電壓損耗大，提高中樞點電壓，使負荷點電壓不至太低；小負荷時，線路電壓損耗小，降低中樞點電壓，使負荷點電壓不至太高；考慮發(fā)電機電壓一定，大負荷時中樞點電壓會低一些，小負荷時則高一些，因此，逆調壓要求較高，較難實現(xiàn)；u順調壓大負荷時，允許中樞點電壓低一些，但不低于線路額定電壓的102.5%； 小負荷時，允許中樞點電壓高一些，但不高于線路額定電壓的107.5%；u恒調壓任何情況下，維持中樞點電壓大約恒定，一般較線路額定電壓高2%5%； 電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調整電壓調整的原理和措

13、施p電壓調整的基本原理u調節(jié)勵磁電流改變VGu適當選擇變壓器變比ku改變線路參數(shù)u改變無功功率分布1:k1VG k2:1VbG R+jX P+jQ 1 2 1 2b G G PR QXV V k V k V k kV p電壓調整的措施u發(fā)電機調壓u改變變壓器變比u無功補償調壓采用靜電電容器采用同步調相機4%2%G 4%2% 3%1% 電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調整電壓調整的原理和措施u改變變壓器變比調壓采用固定分接頭的變壓器調壓，電壓損耗不會改變，負荷變化時次級電壓變化幅度也不會改變；如果電壓損耗超過分接頭可調整范圍（ 5%），或者調壓要求與實際的相反（如逆調壓），采用普通變壓器的分接頭調整

14、將無法滿足調壓要求；采用有載調壓方式，可根據(jù)負荷狀態(tài)確定合適分接頭，從而縮小次級電壓變化幅度，甚至改變電壓變化趨勢；可用于有載調壓的有：載調壓變壓器和加壓調壓變壓器；有載調壓變壓器：可帶負載調節(jié)分接頭，分接頭調節(jié)范圍比較大； 加壓調壓器：與主變壓器配合使用，相當于有載調壓變壓器； 電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調整電壓調整的原理和措施 1 2 21 2 2 Cc cPR QXV V VPR Q Q XV V V u利用無功補償調壓V1 V2R+jX P+jQjQCV1 k:1V2=V2cR+jX P+jQjQC2cV 2 2 2 2 2cC c cV PR QX PR QXQ V VX V V

15、2 2 2cC cVQ V VX 2 2c cV kV 22 2 22 2 2c cC c ckV k V VQ kV V VX X k u補償容量與調壓要求和變壓器變比選擇均有關u變比 k 選取原則：滿足調壓要求的前提下，使得無功補償容量最小u低壓配電線路和電纜線路，RX，PR/V占電壓損耗較大，無功補償調壓效果一般； 電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調整電壓調整的原理和措施u利用無功補償調壓靜電電容器最小負荷時，無電容器補償，確定變壓器分接頭位置；最大負荷時，全部電容器投入，按調壓要求確定補償容量u利用無功補償調壓同步調相機最小負荷時，調相機按(0.50.65)額定容量欠勵磁運行； 最大負荷時

16、，調相機按額定容量過勵磁運行V1 k:1V2=V2cR+jX P+jQjQC2cV 22 max 2max2 maxcC cV VQ V kX k 2 2min2min 2min 2 2minNt N t V VV V V V V V 12tNVk V 22 max 2max2 max 22 min 2min2 mincC ccC cV VQ V kX kV VQ V kX k 2 max 2max 2 min 2min2 22 max 2 minc cc cV V V Vk V V 電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調整電壓調整的原理和措施u線路串聯(lián)電容補償調壓 1 11 11 1( )CC PR

17、 Q X XPR Q XV VV V V1 V2R+jXP1+jQ1 -jXC 1 11 1 CCC CQ XV V V V V VX Q CV V ： 線 路 末 端 電 壓 需 提 高 的 數(shù) 值 u確定串聯(lián)電容器臺數(shù)及總容量nm ICmaxmax3 3NC CNC C CC NC NC NCmI InV I XQ mnQ mnV I u串聯(lián)電容器提升末端電壓：QX/V隨無功負荷增大而增大，與調壓要求一致；u功率因數(shù)高或RX的線路，由于電壓損耗中QX/V分量小，調壓效果不明顯； 電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調整電壓調整的原理和措施p各種調壓措施的簡要述評u發(fā)電機調壓不需增加費用，是發(fā)電機直

18、接供電的小系統(tǒng)的主要調壓手段；u多機系統(tǒng)中，調節(jié)任一臺發(fā)電機勵磁電流，會引起發(fā)電機間無功功率重新分配，應根據(jù)發(fā)電機與系統(tǒng)連接方式和承擔有功功率情況，合理確定調壓整定值；u系統(tǒng)無功電源充足時，可通過改變變壓器變比進行調壓，電壓變化幅度較大或要求逆調壓時，宜采用變壓器有載調壓方式；u系統(tǒng)無功不足時，不宜采用改變變壓器變比的方式調壓；u并聯(lián)電容器和串聯(lián)電容器補償?shù)淖饔迷谟跍p少電壓損耗的QX/V分量；只有該分量占比重較大時，調壓效果才明顯； u并聯(lián)電容補償和串聯(lián)電容補償需要增加設備費用，并聯(lián)補償可以減小網(wǎng)損； 本 章 小 結p電力系統(tǒng)各類無功負荷與無功電源，以及各自的無功電壓特性；p系統(tǒng)無功功率平衡的基本原則：分層分區(qū)，就地平衡u為什么無功功率不宜大量遠距離傳送？p無功功率平衡與電壓水平的關系p系統(tǒng)電壓偏移的允許值與中樞點電壓的管理、以及電壓調整的原理p各類調壓措施基本原理、特點以及調壓計算方法u系統(tǒng)無功功率供應不足時，為什么不宜采用改變變壓器變比調壓？u并聯(lián)電容器補償和串聯(lián)電容器補償?shù)恼{壓原理及其適用場合 習 題 Ex 12-1， 12-7*