電力系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡.ppt

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1、電力系統(tǒng)基礎(chǔ),湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院 劉光曄 2011年2月,華中科技大學(xué)何仰贊 溫增銀編,第十二章 電力系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡和電壓調(diào)整,12-1 電力系統(tǒng)的無(wú)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(yīng)用,12-1 電力系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡,一、無(wú)功功率負(fù)荷和無(wú)功功率損耗,1.無(wú)功功率負(fù)荷,變壓器的無(wú)功功率損耗在系統(tǒng)的無(wú)功需求中占有相當(dāng)?shù)谋戎亍?如：5級(jí)變壓器，無(wú)功率損耗約為額定功率的（7%+50% ）。,2.變壓器的無(wú)功損耗,3.輸電線路的無(wú)功損耗,110kV及以上:傳輸功率較大時(shí),為無(wú)功負(fù)載,傳輸功率較小(小于自然功率)時(shí),為無(wú)功電源,負(fù)荷功

2、率因數(shù)cos=0.60. 9,二、無(wú)功功率電源,在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，可發(fā)出無(wú)功功。,1.發(fā)電機(jī),欠勵(lì)運(yùn)行（進(jìn)相運(yùn)行）時(shí)，可以吸收系統(tǒng)中多余的無(wú)功功率。,2.同步調(diào)相機(jī),過(guò)勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，為無(wú)功電源;,欠勵(lì)運(yùn)行時(shí)，起無(wú)功負(fù)荷作用。,優(yōu)點(diǎn),裝有自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的同步調(diào)相機(jī)能根據(jù)裝設(shè)地點(diǎn)電壓的數(shù)值平滑改變輸出（或吸收）無(wú)功功率。 特別是有強(qiáng)行勵(lì)磁裝置時(shí)，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(diǎn),同步調(diào)相機(jī)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜；有功功率損耗大；投資費(fèi)用較大（宜于大容量集中使用）；相應(yīng)速度慢難以適應(yīng)動(dòng)態(tài)無(wú)功控制的要求。,定子額定電流約束：有功功率變化，對(duì)無(wú)功調(diào)節(jié)影響。轉(zhuǎn)子額定電流約

3、束：有功功率變化，對(duì)無(wú)功調(diào)節(jié)影響。,3.靜電電容器：只能吸收容性無(wú)功,供給無(wú)功功率,優(yōu)點(diǎn)：,單位容量投資費(fèi)用較小，且與容量的大小無(wú)關(guān); 維護(hù)方便；運(yùn)行時(shí)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(wú)功功率，以降低網(wǎng)絡(luò)的電能損耗;,缺點(diǎn)：,正調(diào)節(jié)效應(yīng)（無(wú)功功率受節(jié)點(diǎn)電壓影響），調(diào)節(jié)性能較差（不連續(xù)）。,4.靜止無(wú)功補(bǔ)償器（Static Var Compensator）SVC（靜止補(bǔ)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(wú)功功率，動(dòng)態(tài)性能好;,結(jié)構(gòu)：,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(diǎn)：,運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，功率損耗較小; 響應(yīng)時(shí)間較短，對(duì)于沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)性;,能夠平滑地改變輸出（或吸收）的無(wú)功功率。,常見(jiàn)類型：,正調(diào)節(jié)效應(yīng)，電壓支撐不穩(wěn)定,5.靜止無(wú)功發(fā)生器（Static Var Generator，SVG）,也稱為靜止同步補(bǔ)償器 (Static Synchronous Compensator, STATCOM）,優(yōu)點(diǎn)：,,SVG,SVC (CS用于斜率校正),對(duì)于系統(tǒng)中的沖擊負(fù)荷，為了迅速有效調(diào)壓，應(yīng)優(yōu)先選用那種無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。,是新型無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。傳統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)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(wú)功補(bǔ)償設(shè)備是一

5、個(gè)重大進(jìn)步。,填空舉例：,或靜止調(diào)相機(jī) (Static Condencer(Converter), STATCON）,Advanced Static Var Generator (ASVG),靈活交流輸電(FACTS)：基于電力電子技術(shù)的系統(tǒng)或其他靜態(tài)設(shè)備，能提高可控性和傳輸容量的交流輸電系統(tǒng)。由美國(guó)電力科學(xué)研究院的N.G.Hingorani博士在1986年提出。,靜止補(bǔ)償器相比，響應(yīng)速度快，運(yùn)行范圍寬，諧波電流含量少；電壓較低時(shí)仍可向系統(tǒng)注入較大的無(wú)功電流，它的儲(chǔ)能元件（如電容器） 容量遠(yuǎn)比它所提供的無(wú)功容量要小。如果直流側(cè)與超導(dǎo)儲(chǔ)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(gè)重要的FACTS控制器。,無(wú)功功率和電壓的關(guān)系,三、無(wú)功功率平衡,無(wú)功平衡關(guān)系式：,無(wú)功功率會(huì)產(chǎn)生較大的電壓損耗和網(wǎng)絡(luò)功率損耗，因此，應(yīng)盡量避免通過(guò)電網(wǎng)元件大量地傳送無(wú)功功率。,要求分地區(qū)分電壓級(jí)地進(jìn)行無(wú)功功率平衡。,四、無(wú)功功率平衡和電壓水平的關(guān)系,任何時(shí)刻都有,無(wú)功功率和電壓的關(guān)系：以簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)為例,力求實(shí)現(xiàn)在額定電壓下的系統(tǒng)無(wú)功功率平衡，并根據(jù)這個(gè)要求裝設(shè)必要的功補(bǔ)償裝置。,負(fù)調(diào)節(jié)效應(yīng)，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(guò)大的危害（電壓調(diào)整的必要性）,電壓過(guò)低，影響用戶正常工作；,電壓降低，會(huì)使網(wǎng)絡(luò)中的功率損耗和能量損耗加大；,電壓過(guò)低，可能會(huì)危

7、及電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性；,電壓過(guò)高，各種電氣設(shè)備的絕緣可能受到損害； 電壓過(guò)高，在超高壓網(wǎng)絡(luò)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(diǎn)的電壓管理,中樞點(diǎn),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(fù)荷的發(fā)電機(jī)電壓母線。,中樞點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)無(wú)公共允許范圍，則必須在負(fù)荷點(diǎn)增加調(diào)壓設(shè)備,只要簡(jiǎn)單設(shè)想便可知道：,中樞點(diǎn)的調(diào)壓方式,逆調(diào)壓,順調(diào)壓,常調(diào)壓,在大負(fù)荷時(shí)升高

8、至線路額定電壓以上5 ，小負(fù)荷時(shí)降低至線路的額定電壓的調(diào)壓方式。,在大負(fù)荷時(shí)允許中樞點(diǎn)電壓低一些，但不低于線路的額定電壓的102.5；小負(fù)荷時(shí)允許其電壓高一些，但不超過(guò)線路額定電壓的107.5。,在任何負(fù)荷下，中樞點(diǎn)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(zhǎng)、負(fù)荷變動(dòng)較大的中樞點(diǎn)。不符合電壓自然變化規(guī)律，不易實(shí)現(xiàn),適用于供電距離近，或負(fù)荷變動(dòng)不大的變電所。符合電壓自然變化規(guī)律，容易實(shí)現(xiàn),應(yīng)用介于以上兩者之間。,三、電壓調(diào)整的基本原理,可見(jiàn)，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(lì)磁電流以改變發(fā)電機(jī)端電壓VG；,適當(dāng)選擇變壓器變比；,改變線路的參數(shù)

9、；,改變無(wú)功功率的分布。,b點(diǎn)電壓為：,簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)如下圖，要求調(diào)節(jié)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)b的電壓,12-3 電壓調(diào)整的措施,一、發(fā)電機(jī)調(diào)壓,條件：同步發(fā)電機(jī)可在額定電壓95%105%范圍內(nèi)保持額定功率運(yùn)行。 系統(tǒng)：發(fā)電機(jī)直接向用戶供電，線路不長(zhǎng)電壓，損耗不大。 調(diào)壓方式：逆調(diào)壓。 特點(diǎn)：無(wú)需額外調(diào)壓設(shè)備，經(jīng)濟(jì)。,,,最大負(fù)荷時(shí)，電壓損耗10%,最小負(fù)荷時(shí)，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(gòu),高壓側(cè)中壓側(cè)（三繞組變）有多個(gè)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(fù)荷時(shí),最小負(fù)荷時(shí),取平均值,選取最接近的標(biāo)準(zhǔn)分接頭，并校驗(yàn)低壓母線電壓。解V2（分母V2與Vt1交換），可校驗(yàn)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(shí)滿足兩種狀態(tài)的要求，需要折中,三、利用無(wú)功功率補(bǔ)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(biāo)注為1側(cè),計(jì)算V1tmax， V1tmax及V1tav,,問(wèn)題：已知負(fù)荷P+jQ，節(jié)點(diǎn)2歸算到高壓側(cè)的電壓V2 及要求補(bǔ)償后歸算到高壓側(cè)的電壓為V2C。計(jì)算補(bǔ)償容量QC=?,假設(shè)補(bǔ)償容量為QC,得到,補(bǔ)償升高的電壓，應(yīng)近似等于注入QC產(chǎn)生的電壓降落縱分量,補(bǔ)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(fù)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(yàn)。,解V1并校驗(yàn),實(shí)用計(jì)算：,已知補(bǔ)償前的歸算值V2 ，補(bǔ)償后的實(shí)際值為V2 C。,設(shè)變比為k，則V2 C = k V2C,1補(bǔ)償設(shè)備為電容器時(shí),選與Vt最接近的分接頭V1t，則變比為,即,2補(bǔ)償設(shè)備為同步調(diào)相機(jī)時(shí),,兩式相除得到,根據(jù)變比，可求出QC,設(shè)V2min 和 V2min 為最小負(fù)荷時(shí)低壓

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