電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整

1、西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東第二章 第八節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整劉軒東西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東電壓調(diào)整的基本概念為什么要進行電壓調(diào)整：電壓是衡量電能質(zhì)量的主要指標之一，電壓偏移超過允許值，會給電力系統(tǒng)的經(jīng)濟和安全等方面帶來非常不利的影響。電壓偏移的定義：上式中， U為系統(tǒng)母線電壓；單位為kV UN為母線的額定電壓，kV保證電壓偏移在允許的范圍內(nèi)，是電力系統(tǒng)運行的主要要求之一。還有什么指標？電力系統(tǒng)的要求：安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東我國規(guī)定的電壓偏移的范圍：35kV及以上供電電壓：5%10kV及以下三相供電電壓： 7%

2、220kV單相供電電壓：+5%-10%農(nóng)村電網(wǎng)： 正常運行情況：+7.5%-10 事故運行情況：+10%-15%西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東電壓監(jiān)視中樞點（電壓中樞點）主要包括： 區(qū)域性發(fā)電廠的高壓母線 樞紐變電站的二次母線 有大量地方性負荷的發(fā)電廠母線若這些主要節(jié)點電壓滿足要求，則這些節(jié)點附近的其他節(jié)點電壓也能滿足要求電壓調(diào)整的主要方式： 1、順調(diào)壓 2、逆調(diào)壓 3、恒調(diào)壓西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東1、順調(diào)壓最大負荷運行方式時，中樞點的電壓不應(yīng)低于線路額定電壓的102.5%；最小負荷運行方式時，中樞點的電壓不應(yīng)高于線路額定電壓的107.5%；適用于供電線路不長，負荷變動不大

3、的中樞點西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東2、逆調(diào)壓最大負荷運行方式時，中樞點的電壓要比線路額定電壓高5%；最小負荷運行方式時，中樞點的電壓要等于線路的額定電壓；適用于供電線路較長，負荷變動較大的中樞點3、恒調(diào)壓最大和最小負荷方式時保持中樞點電壓為線路額定電壓的1.021.05倍；也稱為常調(diào)壓。西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東電壓調(diào)整的基本原理k1：升壓變壓器變比k2：降壓變壓器變比R+X：歸算到高壓側(cè)的變壓器和線路的總阻抗忽略掉變壓器勵磁支路和線路的并聯(lián)支路以及網(wǎng)絡(luò)的功率損耗，則負荷點的電壓可表示為：電壓調(diào)整措施：1、改變發(fā)電機端電壓調(diào)壓 2、 改變變壓器的變比調(diào)壓3、改變網(wǎng)絡(luò)的無功分

4、布調(diào)壓 4、 改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)調(diào)壓西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東2.8.2利用發(fā)電機調(diào)壓2.7節(jié)中講過發(fā)電機可作為無功功率電源 改變發(fā)電機端電壓的電壓調(diào)節(jié)方法不用另外增加設(shè)備，在各種調(diào)壓方式中應(yīng)該優(yōu)先考慮。其主要特點為： 通過改變發(fā)電的勵磁電流來實現(xiàn)逆調(diào)壓 是一種經(jīng)濟、直接的調(diào)壓手段 實質(zhì)上是調(diào)節(jié)發(fā)電機無功出力。由發(fā)電機直接供電的小系統(tǒng)調(diào)壓方法：最大負荷時，系統(tǒng)電壓損耗最大，發(fā)電機保持較高的端電壓，以提高網(wǎng)絡(luò)電壓最小負荷時，發(fā)電機應(yīng)維持低一些的電壓，以滿足電力網(wǎng)絡(luò)電壓的要求存在問題：難以兼顧機端負荷和遠方負荷的要求；多級電壓系統(tǒng)中，只能作為輔助調(diào)壓措施。因此，不能完全依靠發(fā)電機進行電壓調(diào)節(jié)。

5、西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東2.8.3改變變壓器變比調(diào)壓降壓變壓器及其等值電路不考慮變壓器功率損耗時：U2N為降壓變壓器低壓側(cè)額定電壓，U1t為降壓變壓器高壓側(cè)某分接頭電壓，將變比用分接頭電壓表示，可求得變壓器高壓側(cè)分接頭電壓：此時求得的變壓器分接頭，只是某一種運行方式下的分接頭，不能滿足各種不同運行方式的要求，在實際計算中，分別取最大負荷和最小負荷兩種情況，計算出高壓側(cè)最高電壓和最低電壓，然后取平均值。先決條件：電網(wǎng)無功電源容量充足西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東U2max、U2min分別為最大、最小負荷時變壓器低壓側(cè)要求的電壓。存在問題： 根據(jù)此種方法確定的U1t如果不是變壓器

6、所具有的分接頭電壓，則根據(jù)U1t選擇一個最接近的實際分接頭電壓，然后校驗所選的分接頭是否能夠滿足低壓側(cè)母線電壓的要求； 若U2max和U2min均在要求范圍內(nèi)，則認為該分接頭滿足調(diào)壓要求； 若U2max和U2min相差較大，可能無論選擇哪個分接頭都無法滿足調(diào)壓要求！第二種情況發(fā)生時，必須要與其他調(diào)壓方式進行配合才能達到調(diào)壓目的。西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東現(xiàn)在回顧剛才的推導(dǎo)過程，掌握分接頭的選擇步驟：1、最大負荷時，分接頭電壓的計算；2、最小負荷時，分接頭電壓的計算；3、分接頭電壓平均值的計算；4、標準分接頭電壓的選擇；5、最大、最小負荷時，變壓器低壓側(cè)實際運行電壓的校驗。變壓器變比調(diào)

7、壓的先決條件？電網(wǎng)中無功電源容量充足若該條件不滿足，只靠改變變壓器的分接頭，是無法達到調(diào)壓目的的。此時必須合理的加裝無功補償裝置。Why？該方法的實質(zhì)是改變無功的分布，若無功容量不足，何來改變分布？西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東2.8.4并聯(lián)無功補償裝置調(diào)壓基本思路：在電力系統(tǒng)適當?shù)攸c加裝無功補償裝置，減少線路和變壓器中輸送的無功功率，從而改變線路和變壓器的電壓損耗，達到調(diào)壓的目的。當線路末端未裝無功補償裝置，且不計電壓降落的橫分量時，等值電源母線電壓為：其中，R和X 為歸算到高壓側(cè)的總電阻和電抗，U2為未裝無功補償設(shè)備時，變壓器二次側(cè)電壓歸算到高壓側(cè)的值。西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室

8、劉軒東而當變壓器低壓母線上加裝無功補償設(shè)備之后，等值電路為：此時，等值電源母線電壓為：所需補償?shù)臒o功功率為：由于補償前后，變壓器低壓側(cè)的電壓變化不大，因此第二項可以忽略補償容量：調(diào)壓的要求變壓器變比西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東并聯(lián)無功補償措施的選取并聯(lián)電容器（并補）最小負荷時，全部切除，按照最小負荷選擇變壓器變比；最大負荷時，全部投入，按照最大負荷選安裝容量；基本思路：1、按照最小負荷時，低壓側(cè)要求的電壓U2min，確定分接頭電壓（k）；2、按照最大負荷時，低壓側(cè)要求的電壓U2max，以及已經(jīng)確定的k值，確定補償容量Qc西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東并聯(lián)無功補償措施的選取同步調(diào)相

9、機（并補）最小負荷時，欠激運行，作為無功負荷，吸收感性無功；最大負荷時，過激運行，作為無功電源，輸出感性無功?；舅悸罚?、最大負荷時調(diào)相機應(yīng)選取的額定容量：2、最小負荷時調(diào)相機吸收的感性無功：3、兩式相除，得到變壓器的變比：在高壓網(wǎng)中，電阻遠小于電抗，無功功率所引起的電壓損耗占很大比例，因此，在高壓網(wǎng)中并聯(lián)無功補償設(shè)備有明顯的調(diào)壓效果，但在低壓網(wǎng)中，電阻較大，改變無功功率分布進行調(diào)壓的效果不大。西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東2.8.5線路串聯(lián)電容補償裝置調(diào)壓適用情況和基本思路：當線路比較長，負荷變動較大，或者向沖擊負荷供電時，在線路串聯(lián)電容器，利用容性電抗來抵消線路的一部分感性電抗，使

10、得線路等值參數(shù)X變小，從而可以改變電壓損耗，達到調(diào)節(jié)電壓的目的。未串聯(lián)電容，電壓損耗：串聯(lián)電容后，電壓損耗：補償后電壓提升：電容補償裝置的容抗西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東由于串聯(lián)電容器的額定電壓最高約為12kV（電壓低），額定容量約為2040 Mvar（容量小），所以實際運行中采用的串聯(lián)電容補償裝置都是由許多個電容串、并聯(lián)組成的串聯(lián)電容器組。串聯(lián)電容器組的并聯(lián)支路數(shù)m，可根據(jù)線路通過的最大負荷電流Imax來確定，假設(shè)每臺電容器的額定電流為ICN：每一并聯(lián)支路串聯(lián)電容器數(shù)n，可根據(jù)最大電流通過Xc時的電壓降ImaxXc來確定，設(shè)每臺電容器的額定電壓為UCN：每一并聯(lián)支路串聯(lián)電容器數(shù)n，可

11、根據(jù)最大電流通過Xc時的電壓降ImaxXc來確定，設(shè)每臺電容器的額定電壓為UCN：基本原則：三相需要串聯(lián)電容器組總?cè)萘繛椋?mnQcn西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東串補的功能串補能夠自動跟蹤負荷，進行電壓調(diào)節(jié)，瞬時性能好；串補多用于負荷經(jīng)常波動，功率因素不高的35kV及以下電壓的配電網(wǎng)中；超高壓電網(wǎng)中串聯(lián)電容補償主要用于提高超高壓電力網(wǎng)的輸送容量和穩(wěn)定性。西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東串補和并補的比較并補串補減少Q(mào)流動，直接減少有功功率損耗通過提高U而減小有功功率損耗，等容量下不如并補作用強通過減少無功流動而減小電壓損耗，不如串補明顯（無功變化）由Xc上負電壓損耗抵償XL上的電壓損

12、耗，適用于電壓波動頻繁、功率因素低的場合P=（P2+Q2）R/U2U=QX/U西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東調(diào)壓方式的選擇無功電源缺乏時：電容器、靜止補償器、調(diào)相機無功電源充足：調(diào)節(jié)變壓器抽頭（變比）發(fā)電機調(diào)壓：幅度有限，對于機壓負荷最有效實際電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整時一個復(fù)雜的綜合性問題各種調(diào)壓措施要互相配合，使全網(wǎng)的無功功率分布合理。西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東第二章 第九節(jié) 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整劉軒東西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東頻率是衡量電能質(zhì)量的一個重要指標回憶一下其他的指標是什么？頻率變化帶來的危害：1、異步電動機：頻率改變，轉(zhuǎn)速改

13、變2、電子設(shè)備：對頻率非常敏感3、威脅電力系統(tǒng)自身的正常安全運行因此，要求電力系統(tǒng)提供頻率合格的優(yōu)質(zhì)電能產(chǎn)品。西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東對于電力系統(tǒng)而言，保證系統(tǒng)頻率合乎標準是電力系統(tǒng)運行調(diào)整的一項基本任務(wù)目前頻率標準是什么樣的？我國規(guī)定的額定頻率為50Hz大容量系統(tǒng)允許的頻率偏差為：0.2Hz中小容量系統(tǒng)允許的頻率偏差為： 0.5Hz發(fā)達國家（澳大利亞）要求：50 0.1Hz隨著頻率自動控制技術(shù)的進步，我國部分地區(qū)，如華東電網(wǎng)已經(jīng)達到了50 0.1Hz的技術(shù)水平西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東 電網(wǎng) f ：發(fā)電機轉(zhuǎn)速 的體現(xiàn) 當發(fā)電機 與 平衡時， 和 f 不變 負荷 隨機變化

14、 隨機變化， 無法突變 f 隨機變化 結(jié)論：頻率偏移不可避免，但應(yīng)及時調(diào)整，使功率平衡MPEPDPEPMP有功功率平衡和頻率的關(guān)系發(fā)電廠到電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)f：電網(wǎng)頻率；PM發(fā)電機輸入機械功率，受慣性影響，變化緩慢；PE發(fā)電機輸出電磁功率，受負荷結(jié)構(gòu)、運行方式影響，瞬時變化。西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東實際日負荷的組成P1：變化幅度小，變化周期較短（一般為10s以內(nèi)）的負荷分量，中小設(shè)備的投入和切除引起，隨機性非常大； P2：變化幅度較大、變化周期較長（一般為10s3min）的負荷分量 ，如工業(yè)電爐、電力機車，壓延機械等沖擊性負荷；P3：變化緩慢的持續(xù)變動負荷，是日負荷曲線的基本部分，由國民經(jīng)

15、濟、生產(chǎn)、生活和氣象變化等因素決定的。P1、P2是難以預(yù)測的，通過原動機的調(diào)速器、調(diào)頻器調(diào)節(jié)發(fā)電機的輸入功率來隨時平衡負荷的變化；P3通過歷年運行統(tǒng)計資料和負荷可能變化的趨勢進行預(yù)測。西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東有功功率平衡系統(tǒng)總備用容量總和電廠自用電消耗有功電網(wǎng)損耗有功總和負荷消耗有功總和發(fā)電廠有功總和BCLFBCLFPPPPPPPPPP備用容量：作用：為了保證供電可靠性及電能質(zhì)量合格，系統(tǒng)電源容量應(yīng)大于發(fā)電負荷定義：備用容量=系統(tǒng)可用電源容量-發(fā)電負荷有功功率電源發(fā)出的功率在任何時間都應(yīng)與系統(tǒng)的負荷和總網(wǎng)損平衡而對于裝機容量來說，還必須考慮一定數(shù)量的備用容量。西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)

16、教研室 劉軒東(1) 負荷備用：滿足負荷波動、計劃外的負荷增量(2) 事故備用：發(fā)電機因事故退出運行能頂上的容量(3) 檢修備用：發(fā)電機計劃檢修(4) 國民經(jīng)濟備用：滿足工農(nóng)業(yè)超計劃增長備用容量的分類存在形式作用熱備用冷備用運轉(zhuǎn)中的發(fā)電設(shè)備可能產(chǎn)生的最大功率與實際發(fā)電量之差，隱含在系統(tǒng)運行中的機組中，即需即用從供電可靠性和電能質(zhì)量來看，越多越好，但熱備用過大，大量發(fā)電機低于額定功率運行，效率低下設(shè)備完好而有待投入運行的放電設(shè)備的最大可能出力，能聽命于調(diào)度隨時啟動，可作為檢修備用、國民經(jīng)濟備用和部分事故備用西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東負荷的功頻靜特性在額定功率附近，負荷的功頻靜特性可以近

17、似用一條直線表示。其斜率為：kL為負荷的功頻靜特性系數(shù)，它表示負荷吸收的有功功率隨頻率變化的大小頻率下降時，負荷吸收的有功功率自動減小；頻率上升時，負荷吸收的有功功率自動增加。負荷的這種特性有利于系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定當負荷變化時，系統(tǒng)頻率也相應(yīng)的發(fā)生變化，如圖中的P1、P2西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東發(fā)電機的功頻靜特性發(fā)電機組的速度調(diào)節(jié)是由原動機附設(shè)的調(diào)速器來實現(xiàn)的，因此，發(fā)電機的功頻靜特性取決于原動機的調(diào)速系統(tǒng)。外界負荷增大時，發(fā)電機輸入功率小于輸出功率，轉(zhuǎn)速和頻率下降，調(diào)速器使發(fā)電機轉(zhuǎn)速和頻率上升，但受調(diào)速器本身的影響，轉(zhuǎn)速和頻率略低于負荷變化前的值外界負荷減小時，發(fā)電機輸入功率大于輸出

18、功率，轉(zhuǎn)速和頻率增加，調(diào)速器使發(fā)電機轉(zhuǎn)速和頻率下降，但略高于原來的值。因此，調(diào)速器的調(diào)節(jié)是一個有差調(diào)節(jié)的過程，功頻靜特性曲線近似為一條直線。1GPGNPGPf2fNf0GPf12用靜態(tài)調(diào)差系數(shù)來表示發(fā)電機的功頻靜特性。 f和 p是負相關(guān)的量，兩者的符號始終相反的。調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)為發(fā)電機功頻靜特性系數(shù)，用kG表示kG可調(diào)節(jié)，負號表示f、PG變化方向相反kG的大小與機組類型、調(diào)速機構(gòu)有關(guān) 25西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東發(fā)電機組的調(diào)頻原理機組裝有調(diào)速器負荷變化時，調(diào)速器能夠反映頻率f的變化一次調(diào)頻：由調(diào)速器自動調(diào)節(jié)負荷變化引起的頻率偏移二次調(diào)頻：由調(diào)頻器來調(diào)節(jié)其有功功率的輸出，使發(fā)電機組頻率靜特性曲線上下移動。西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東發(fā)電機組的頻率調(diào)節(jié)fPPG頻率特性P