電力系統(tǒng)電能質(zhì)量與功率平衡培訓(xùn)課件(共61張PPT)

1、第三章 電力系統(tǒng)電能質(zhì)量與功率平衡主講：李輝三峽電力職業(yè)學(xué)院第三章 電力系統(tǒng)電能質(zhì)量與功率平衡3.1 電力系統(tǒng)電能質(zhì)量3.2 電力系統(tǒng)有功功率平衡3.3 電力系統(tǒng)有功功率最優(yōu)分配3.4 電力系統(tǒng)頻率特性3.5 電力系統(tǒng)頻率調(diào)整3.6 電力系統(tǒng)中的無(wú)功功率平衡3.7 電力系統(tǒng)的電壓管理3.8 電力系統(tǒng)無(wú)功功率3.9 電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整 概述 衡量電能質(zhì)量的主要指標(biāo)是頻率、電壓和波形頻率：電力系統(tǒng)交流電壓、電流的額定頻率是50HZ，容許偏移值為/0.20.5HZ。電壓：電力系統(tǒng)用于控制與調(diào)整電壓的母線，稱為中樞母線。中樞母線電壓容許偏移范圍應(yīng)不超過以下范圍：35KV及以上供電網(wǎng)： /5%10KV及

2、以下電壓供電網(wǎng)： /7%低壓照明網(wǎng)： 10%5 %農(nóng)村電網(wǎng)： 10%7.5 %波形：消除諧波（1）增加整流電路相數(shù)（2）降低鐵芯磁通飽和度（3）用諧振電路并聯(lián)電容器這些事故狀況下，允許基礎(chǔ)上再增加5%，正偏移不超過+10% 概述三相不平衡：電力系統(tǒng)公共接點(diǎn)正常電壓不平衡度允許值為2%，短時(shí)不得超過4%。公共電網(wǎng)諧波：總諧波畸變率0.38KV為5%，610KV為4%，3566KV為3%，110KV為2%。波動(dòng) ：公共供電點(diǎn)的電壓波動(dòng)允許值10KV及以下為2.5%，35110KV為2%，220KV及以上為1.6%。電壓閃變主要表征人眼對(duì)燈閃主觀感覺的參數(shù)。 電力系統(tǒng)中有功功率的平衡 一、頻率變化對(duì)

3、負(fù)荷和電力系統(tǒng)的影響頻率變化會(huì)引起工業(yè)用戶異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化，將會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。頻率波動(dòng)會(huì)影響電子設(shè)備的準(zhǔn)確性和性能。頻率下降將會(huì)使汽輪機(jī)葉片的振動(dòng)變大，縮短其使用壽命。頻率下降到47-48Hz時(shí)，會(huì)使火電廠由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔機(jī)（如送風(fēng)機(jī)）的出力隨之下降，從而使火電廠發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率下降，這種趨勢(shì)若不能及時(shí)制止，將會(huì)引起頻率崩潰。當(dāng)頻率降到一定數(shù)值時(shí)，會(huì)使核電廠中的反應(yīng)堆冷卻介質(zhì)泵自動(dòng)跳開，從而使反應(yīng)堆停止運(yùn)行。2. 有功功率平衡和備用容量 電力系統(tǒng)的有功功率平衡可用下式表示：線路和變壓器的總有功功率損耗發(fā)電機(jī)發(fā)出的總有功功率系統(tǒng)中所有用戶的有功負(fù)荷所有發(fā)電廠的廠用電有功負(fù)荷 為了維持頻

4、率的穩(wěn)定，電力系統(tǒng)裝設(shè)的發(fā)電機(jī)的額定容量必須大于當(dāng)前的發(fā)電負(fù)荷容量，即必須裝設(shè)備用容量。 電力系統(tǒng)中有功功率的平衡頻率下降將會(huì)使異步電動(dòng)機(jī)和變壓器的勵(lì)磁電流增加，使無(wú)功消耗增加，引起系統(tǒng)電壓下降，增加電壓調(diào)整的困難。當(dāng)頻率下降到一定值時(shí)，可能出現(xiàn)電壓雪崩現(xiàn)象。備用容量按用途分，有以下幾種： 電力系統(tǒng)中有功功率的平衡負(fù)荷備用：為滿足系統(tǒng)中短時(shí)的負(fù)荷波動(dòng)和計(jì)劃外的負(fù)荷增加而設(shè)置的備用。一般為系統(tǒng)最大負(fù)荷的2%5%。事故備用：在發(fā)電設(shè)備發(fā)生偶然性事故時(shí)，為使電力用戶不受嚴(yán)重影響，維持系統(tǒng)正常供電所需的備用。一般約為最大負(fù)荷的510。檢修備用：為保證發(fā)電設(shè)備的定期檢修而設(shè)置的備用。國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用：考慮到

5、國(guó)民經(jīng)濟(jì)超計(jì)劃增長(zhǎng)而設(shè)置的備用，一般約為最大負(fù)荷的3%5%。 上述四種備用容量一般占最大負(fù)荷的1525。 電力系統(tǒng)中有功功率的平衡熱備用（機(jī)組處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)）：運(yùn)轉(zhuǎn)中的發(fā)電設(shè)備可能發(fā)的最大功率與發(fā)電負(fù)荷之差（旋轉(zhuǎn)備用）。熱備用包括部分事故備用和全部負(fù)荷備用。冷備用（機(jī)組處于停機(jī)轉(zhuǎn)態(tài)）：未運(yùn)轉(zhuǎn)的、但能隨時(shí)啟動(dòng)的發(fā)電設(shè)備可以發(fā)的最大功率。冷備用包括部分事故備用和全部檢修備用及國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用。備用容量按投入時(shí)間分，有熱備用和冷備用兩種：3. 各類發(fā)電廠的特點(diǎn)及合理組合火電廠特點(diǎn)需要支付燃料及運(yùn)輸費(fèi)用，但不受自然條件影響?；鹆Πl(fā)電設(shè)備的效率與蒸汽參數(shù)有關(guān)。 電力系統(tǒng)中有功功率的平衡火力發(fā)電廠有功出力受鍋爐

6、、汽輪機(jī)最小技術(shù)負(fù)荷的限制，調(diào)整范圍比較小，負(fù)荷增減速度慢。機(jī)組投入和退出的運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，承擔(dān)急劇負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，耗能量多，易損壞設(shè)備。熱電廠由于采取抽汽供熱，效率高，但技術(shù)最小負(fù)荷取決于熱負(fù)荷，稱為強(qiáng)迫功率。水電廠特點(diǎn)不需要燃料費(fèi)，水力可梯級(jí)開發(fā)，連續(xù)使用，但受自然條件影響。水輪發(fā)電機(jī)的出力調(diào)節(jié)范圍大，增減負(fù)荷速度快，操作容易，可承擔(dān)急劇變化的負(fù)荷。 電力系統(tǒng)中有功功率的平衡決定發(fā)電量的除水量外還有水位差。水利樞紐兼顧發(fā)電、航運(yùn)、防洪、灌溉、漁業(yè)、旅游，不一定與電力負(fù)荷適應(yīng)，所以必須與火電配合。維持航運(yùn)、灌溉需一定水量，這部分為強(qiáng)迫功率。核電廠特點(diǎn)核電廠反應(yīng)堆的負(fù)荷基本上沒有限制，其技術(shù)最小負(fù)

7、荷主要取決于汽輪發(fā)電機(jī)。核電廠的反應(yīng)堆和汽輪機(jī)退、投、增、減負(fù)荷時(shí)也要消耗能量、花費(fèi)時(shí)間，易損壞設(shè)備，因此，在運(yùn)行中核電廠不宜帶急劇變動(dòng)的負(fù)荷。一次投資大，運(yùn)行費(fèi)低。電力系統(tǒng)中有功功率的平衡各類發(fā)電廠的合理組合充分利用水力資源，避免棄水。降低火力發(fā)電的單位煤耗，發(fā)揮高產(chǎn)機(jī)組作用。減少火電成本，多燒劣質(zhì)煤、本地煤、少燒油。考慮發(fā)電成本（燃料價(jià)格、管理水平、機(jī)組效率等），充分利用資源。 在豐水期和枯水期各類發(fā)電廠在日負(fù)荷曲線中的安排如圖5-2所示。其基本原則是：基荷由具有強(qiáng)迫功率、不可調(diào)功率或高效率的熱電廠、火電廠、核電廠、逕流式水電廠、泄洪灌溉等水電廠承擔(dān)；峰荷由具有調(diào)節(jié)水庫(kù)的水電廠、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)

8、電廠和中溫中壓火電廠等承擔(dān)。 電力系統(tǒng)中有功功率的平衡圖5-2 各類發(fā)電廠組合順序示意圖(a)枯水期 (b)豐水期 一、負(fù)荷的有功功率頻率靜特性電力系統(tǒng)的有功負(fù)荷與頻率的關(guān)系可歸納為:與頻率變化無(wú)關(guān)：照明、電阻爐、整流負(fù)荷等；與頻率一次方成正比：球磨機(jī)、切削機(jī)床、往復(fù)式水泵、壓縮機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等；與頻率二次方成正比：變壓器的渦流損耗等；與頻率三次方成正比：通風(fēng)機(jī)、靜水頭阻力不大的循環(huán)水泵等；與頻率高次方成正比：靜水頭阻力很大的水泵等。 電力系統(tǒng)負(fù)荷及電源的頻率靜態(tài)特性負(fù)荷的功率頻率特性可表示為：若以標(biāo)幺值表示，則當(dāng) ， 時(shí)，有： 式中， 為額定頻率時(shí)系統(tǒng)有功負(fù)荷； 為上述各類負(fù)荷占 的百分?jǐn)?shù)。 在

9、額定頻率附近，負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性近似為直線，如圖5-6所示。 負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性曲線的斜率稱為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)或單位調(diào)節(jié)功率，即： （MW/Hz） 用標(biāo)么值表示為：圖5-6 負(fù)荷的功頻靜特性曲線 電力系統(tǒng)負(fù)荷及電源的頻率靜態(tài)特性書本P91 關(guān)于KL*的幾點(diǎn)說明：負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)表征負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)特性，即表征隨著頻率的升高或降低負(fù)荷消耗功率增加或減少的多少。負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)是不能控制的，其大小取決于全系統(tǒng)各類負(fù)荷所占的比重，不同系統(tǒng)或同一系統(tǒng)不同時(shí)刻的 KL*值可能不同。在實(shí)際系統(tǒng)中， 一般取13。負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)是反映系統(tǒng)進(jìn)行一次調(diào)整性能的一個(gè)重要數(shù)據(jù)，它是調(diào)度部門確定

10、按頻率減負(fù)荷方案以及低頻事故切負(fù)荷來恢復(fù)頻率的計(jì)算依據(jù)。 二、發(fā)電機(jī)組的有功功率頻率靜特性 發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的調(diào)整是由原動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。 通常把由于頻率變化而引起發(fā)電機(jī)組輸出功率變化的關(guān)系稱為發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性或調(diào)節(jié)特性。1. 自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)（圖5-7）檢測(cè)部件（離心飛擺） 放大部件（錯(cuò)油門） 執(zhí)行部件（油動(dòng)機(jī)） 轉(zhuǎn)速控制部件（調(diào)頻器） 說明：調(diào)速器由前三者組成，完成頻率的一次調(diào)整；調(diào)頻器加入轉(zhuǎn)速控制部件，完成頻率的二次調(diào)整。圖5-7 離心飛擺式調(diào)速系統(tǒng)示意圖發(fā)電機(jī)組的P-f靜態(tài)特性調(diào)速器蒸汽AOBDE發(fā)電機(jī)組的P-f靜態(tài)特性蒸汽AOBDE發(fā)電機(jī)組的P-f靜態(tài)特性蒸汽AOBDE 調(diào)速系統(tǒng)

11、的工作原理：利用杠桿的作用調(diào)整汽輪機(jī)或水輪機(jī)的導(dǎo)向葉片，使其開度增大，增加進(jìn)汽量或進(jìn)水量。 一次調(diào)頻： 的位置較B高， 的位置較A略低，相應(yīng)的機(jī)組轉(zhuǎn)速較原來略低有差調(diào)節(jié)。二次調(diào)頻：在外界信號(hào)作用下，調(diào)頻器動(dòng)作將D點(diǎn)抬高，最后使 回到位置A，頻率恢復(fù)到額定頻率無(wú)差調(diào)節(jié)。 2. 發(fā)電機(jī)組的有功功率頻率靜特性 根據(jù)發(fā)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)原理，即負(fù)荷增大時(shí)，發(fā)電機(jī)出力增加，頻率降低；負(fù)荷減少時(shí)，發(fā)電機(jī)出力減少，頻率增加，可得到發(fā)電機(jī)組的有功功率頻率靜態(tài)特性如圖5-8所示。發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率：指發(fā)電機(jī)組的功率頻率靜態(tài)特性的斜率，即 用標(biāo)么值表示為： 發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率表征隨著頻率的升高或降低發(fā)電機(jī)組有

12、功出力減少或增加的多少。 圖5-8 發(fā)電機(jī)組的功頻率靜特性它與發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率的關(guān)系如下：當(dāng)取 時(shí)，其標(biāo)么值為： 上式說明：調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)就是機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率。發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù)：指發(fā)電機(jī)由空載運(yùn)行到額定運(yùn)行時(shí)頻率偏移的大小，即 說明：發(fā)電機(jī)組的調(diào)差系數(shù)或與之對(duì)應(yīng)的單位調(diào)節(jié)功率是可以整定的。但受機(jī)組調(diào)速機(jī)構(gòu)的限制，其整定范圍是有限的。在整定范圍內(nèi)，調(diào)差系數(shù)越?。磫挝徽{(diào)節(jié)功率越大），頻率偏移也越小。汽輪發(fā)電機(jī)組：水輪發(fā)電機(jī)組：或 或 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整 二、電力系統(tǒng)的有功功率平衡1. 有功功率負(fù)荷的變動(dòng)及其調(diào)整 電力系統(tǒng)的負(fù)荷隨時(shí)間變動(dòng)的規(guī)律分為三種（見圖5-1）：第一種變動(dòng)幅度很小，周期

13、又很短，這種負(fù)荷變動(dòng)有很大的偶然性（P1）。第二種變動(dòng)幅度較大，周期也較長(zhǎng)，如電爐、壓延機(jī)械、電氣機(jī)車等帶有沖擊性的負(fù)荷變動(dòng)（P2） 。 第三種負(fù)荷變動(dòng)幅度最大，周期也最長(zhǎng)，是由于生產(chǎn)、生活、氣象等變化引起的負(fù)荷變動(dòng)，這種負(fù)荷變動(dòng)基本上可以預(yù)計(jì)（P3） 。 因此，電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整大體上也可分為三種：一次調(diào)整：指由發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器進(jìn)行的、對(duì)第一種負(fù)荷變動(dòng)引起的頻率偏移的調(diào)整。二次調(diào)整：指由發(fā)電機(jī)的調(diào)頻器進(jìn)行的、對(duì)第二種負(fù)荷變動(dòng)引起的頻率偏移的調(diào)整。圖5-1 有功功率負(fù)荷的變動(dòng)三次調(diào)整：指按最優(yōu)化準(zhǔn)則分配第三種有規(guī)律變動(dòng)的負(fù)荷，即責(zé)成各發(fā)電廠按事先給定的發(fā)電負(fù)荷曲線發(fā)電。 頻率的一次調(diào)

14、整 以系統(tǒng)中只有一臺(tái)發(fā)電機(jī)帶一個(gè)綜合負(fù)荷為例進(jìn)行分析。圖5-9為頻率的一次調(diào)整示意圖。 當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加 時(shí)，負(fù)荷的功頻靜特性向上移至 ，一方面發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速變化引起頻率下降，調(diào)速器動(dòng)作，發(fā)電機(jī)出力增加 ，另一方面由于負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)減少 ，經(jīng)過一個(gè)過程，達(dá)到新的平衡點(diǎn) 。頻率變化為: 圖5-9 頻率的一次調(diào)整發(fā)電機(jī)的功率增量為： 負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)作用下降了： （f為負(fù)值） 其中，KS稱為系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率，單位Mw/Hz。用標(biāo)幺值表示為：幾點(diǎn)說明：系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率標(biāo)志了系統(tǒng)負(fù)荷增加或減少時(shí)，在原動(dòng)機(jī)調(diào)速器和負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)共同作用下系統(tǒng)頻率下降或上升的多少。因此，當(dāng)KS已知時(shí)，可以根據(jù)允許的

15、頻率變化范圍求取系統(tǒng)能夠承受多大的負(fù)荷增減。即KS越大，系統(tǒng)承受負(fù)荷的變化越大。 在上述推導(dǎo)過程中，取功率的增大或頻率的上升為正，因此，上式等號(hào)右側(cè)的負(fù)號(hào)表示，隨著負(fù)荷的增大，系統(tǒng)的頻率將下降。由KS=KG+KL可見：系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率取決于發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率和負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率。由于負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率KL不可調(diào)，因此，系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率KS的調(diào)整只能通過調(diào)整發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率KG或調(diào)速器的調(diào)差系數(shù)來實(shí)現(xiàn)。電力系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率不能過大。若KS過大 KG過大，即調(diào)差系數(shù)過小，將不能保證各發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。 使系統(tǒng)中總的發(fā)電機(jī)單位調(diào)節(jié)功率下降。 當(dāng)系統(tǒng)中有多臺(tái)發(fā)電機(jī)組時(shí)，發(fā)電機(jī)組

16、滿載后，受調(diào)速機(jī)構(gòu)的限制，發(fā)電機(jī)組不再具有調(diào)頻能力，即此時(shí)它們的單位調(diào)節(jié)功率為零，調(diào)差系數(shù)為無(wú)限大，從而使全系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的等值調(diào)差系數(shù)增大。 假設(shè)調(diào)差系數(shù)整定為零，這時(shí)，雖然負(fù)荷的變動(dòng)不會(huì)引起頻率的變動(dòng)，似乎可確保頻率恒定，但這樣將會(huì)出現(xiàn)負(fù)荷變化量在各發(fā)電機(jī)組間的分配無(wú)法固定，從而出現(xiàn)各發(fā)電機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)不能穩(wěn)定工作的問題。例如，設(shè)系統(tǒng)中有n臺(tái)發(fā)電機(jī)組，n臺(tái)機(jī)組都參加調(diào)整時(shí)有： 當(dāng)n臺(tái)機(jī)組中只有m臺(tái)機(jī)組都參加調(diào)整，即m+1、m+2、 n臺(tái)機(jī)組不參加調(diào)整時(shí)有顯然即系統(tǒng)中總的發(fā)電機(jī)單位調(diào)節(jié)功率下降了。 可見，頻率的一次調(diào)整是有差調(diào)整，即調(diào)整后的頻率不可能回到原來的值。因此，一次調(diào)頻只能適應(yīng)負(fù)荷變化

17、幅度小、周期短的不規(guī)則變化情況。 頻率的二次調(diào)整頻率的二次調(diào)整就是手動(dòng)或自動(dòng)地操作調(diào)頻器使發(fā)電機(jī)組的功頻靜特性平行移動(dòng)，從而改變發(fā)電機(jī)的有功功率，以保持系統(tǒng)頻率不變或在允許范圍內(nèi)。如圖5-10所示。 當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加 時(shí)，如不進(jìn)行二次調(diào)整，運(yùn)行點(diǎn)轉(zhuǎn)為 ，系統(tǒng)頻率為 ，頻率變化為 。 二次調(diào)頻通過調(diào)頻器的作用將發(fā)電機(jī)的功頻靜特性移到 ，運(yùn)行點(diǎn)移到 ，系統(tǒng)頻率為 ，頻率變化 圖5-10 頻率的二次調(diào)整由圖5-10可知，系統(tǒng)負(fù)荷增量 由三部分組成：由于調(diào)速器的調(diào)整作用而增大的發(fā)電機(jī)組功率： （一次調(diào)整）由于調(diào)頻器的調(diào)整作用而增大的發(fā)電機(jī)組功率： （二次調(diào)整）由于負(fù)荷負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)作用而減少的負(fù)荷功率：

18、 （f為負(fù)值） 當(dāng)時(shí)，即二次調(diào)頻增發(fā)的功率與系統(tǒng)的負(fù)荷增量相等時(shí)，則，頻率將始終不變，亦即實(shí)現(xiàn)了無(wú)差調(diào)節(jié)。無(wú)差調(diào)節(jié)如圖5-10中虛線所示。若系統(tǒng)中有n臺(tái)機(jī)組且由第n臺(tái)機(jī)組擔(dān)負(fù)二次調(diào)整任務(wù)，即只有一臺(tái)機(jī)組進(jìn)行二次調(diào)整、n臺(tái)機(jī)組進(jìn)行一次調(diào)整，則有： 經(jīng)比較可見，由于n臺(tái)機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率KGN遠(yuǎn)大于一臺(tái)機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率KG，因此，在同樣的功率盈虧 下，系統(tǒng)的頻率變化要比僅有一臺(tái)機(jī)組時(shí)小得多。 需要指出：電力系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)均裝有調(diào)速器，因此每臺(tái)機(jī)組都參與一次調(diào)頻（除機(jī)組滿載）；而二次調(diào)頻只有極少數(shù)的發(fā)電廠（調(diào)頻廠）參與。 調(diào)頻廠應(yīng)滿足的條件：調(diào)頻廠的選擇原則：系統(tǒng)中有水電廠時(shí)，選擇水電廠做調(diào)頻廠；

19、當(dāng)水電廠不能做調(diào)頻廠時(shí)，選擇中溫中壓火電廠做調(diào)頻廠。調(diào)整的容量應(yīng)足夠大；調(diào)整的速度應(yīng)足夠快；調(diào)整范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性能應(yīng)該好；注意系統(tǒng)內(nèi)及互聯(lián)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)問題。1. 同步發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，可發(fā)出無(wú)功功率為 下圖為發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行時(shí)的相量圖。圖中： 轉(zhuǎn)子電流（ 代表空載電動(dòng)勢(shì)） ； 定子電流（ 代表電壓降 ） ； 電力系統(tǒng)的無(wú)功功率電源 在不同功率因數(shù)下，發(fā)電機(jī)發(fā)出的P和Q受到以下限制：以A為圓心，AC為半徑的圓弧表示受定子額定電流的限制；以O(shè)為圓心，OC為半徑的圓弧表示受轉(zhuǎn)子額定電流的限制；水平線DC表示受原動(dòng)機(jī)出力的限制。 DB 當(dāng)功率因數(shù)較小時(shí)，可多發(fā)Q，但受轉(zhuǎn)子電流的影響，只能按BC

20、調(diào)節(jié)，此時(shí)SSN ；當(dāng)功率因數(shù)較大時(shí)，可多發(fā)P，但受汽輪機(jī)額定功率的限制，只能沿CD調(diào)節(jié)，此時(shí)定、轉(zhuǎn)子電流均未到額定電流，SSN 。 可見，發(fā)電機(jī)只有在額定電壓、電流、功率因數(shù)下運(yùn)行時(shí)，視在功率才能達(dá)額定值，其容量才能最充分利用。 當(dāng)系統(tǒng)中無(wú)功電源不足時(shí)，可利用發(fā)電機(jī)降低功率因數(shù)運(yùn)行，多發(fā)無(wú)功以提高電壓水平，但發(fā)電機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)不能超過P-Q極限圖的范圍。2. 同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)實(shí)質(zhì)上是只能發(fā)出無(wú)功功率的發(fā)電機(jī)。 過勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，向系統(tǒng)供給無(wú)功功率，起無(wú)功電源的作用；欠勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，從系統(tǒng)吸收感性無(wú)功功率，起無(wú)功負(fù)荷作用。欠勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)的容量是過勵(lì)磁運(yùn)行容量的5060。說明：裝有自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置的調(diào)相

21、機(jī)可以平滑調(diào)節(jié)無(wú)功功率的大小和方向來維持系統(tǒng)的電壓，但由于它的有功損耗損耗大（約為額定容量的1.55%），響應(yīng)速度較慢，投資大，維護(hù)量大，現(xiàn)已逐漸被靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置所取代。3. 并聯(lián)電容器（靜電電容器） 并聯(lián)電容器只能向系統(tǒng)供應(yīng)感性無(wú)功功率。它所供應(yīng)的感性無(wú)功與其端電壓的平方成正比，即 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障電壓下將時(shí)，電容器無(wú)功輸出的減少將導(dǎo)致電壓繼續(xù)下降。因此，電容器的無(wú)功功率調(diào)節(jié)性能比較差。 優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行方式靈活 （既可集中使用，又可分散安裝），單位容量投資較少，維護(hù)檢修方便，有功功率損耗小（約為額定容量的0.30.5%）。4. 靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）靜止無(wú)功補(bǔ)償器由靜電電容器與電抗器并聯(lián)組成。

22、它利用電容器可發(fā)出感性無(wú)功功率，電抗器可吸收感性無(wú)功功率的特點(diǎn)，再配以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)裝置，即可成為平滑調(diào)節(jié)輸出無(wú)功功率的裝置。常用的靜止無(wú)功補(bǔ)償器有可控飽和電抗器型、自飽和電抗器型、可控硅控制電抗器，其電路原理圖如圖6-8所示。SVC的工作原理：調(diào)節(jié)電抗器的無(wú)功功率，使之隨負(fù)荷的變化能作相反方向的變化，以維持電網(wǎng)供給的無(wú)功功率恒定，從而使母線電壓保持不變。優(yōu)點(diǎn)：能快速調(diào)節(jié)無(wú)功功率以適應(yīng)動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償?shù)男枰徽{(diào)節(jié)連續(xù)平滑，對(duì)系統(tǒng)不會(huì)引起大的波動(dòng)；濾波電路可以消除高次諧波對(duì)負(fù)荷的干擾；運(yùn)行維護(hù)方便，功率損耗?。粚?duì)不平衡的負(fù)荷變動(dòng)有較高的補(bǔ)償能力，可以做到分相補(bǔ)償；對(duì)沖擊性負(fù)荷的適應(yīng)性較強(qiáng)。 圖6-8 靜

23、止無(wú)功補(bǔ)償器(a)可控飽和電抗器型 (b)自飽和電抗器型 (c)可控硅控制電抗器 一、無(wú)功功率負(fù)荷和無(wú)功功率損耗無(wú)功功率負(fù)荷：主要是異步電動(dòng)機(jī)。其消耗的無(wú)功功率為為勵(lì)磁電抗消耗的無(wú)功功率為漏抗消耗的無(wú)功功率 由電動(dòng)機(jī)的無(wú)功功率電壓特性曲線可知：在額定電壓附近，電動(dòng)機(jī)的無(wú)功功率隨電壓的升降而增減；當(dāng)電壓明顯低于額定值時(shí)，無(wú)功功率隨電壓的下降而增大。5.2 電力系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡勵(lì)磁無(wú)功損耗：繞組漏抗中的無(wú)功損耗：輸電線路的無(wú)功損耗并聯(lián)電納中的無(wú)功損耗：又稱充電功率，與線路電壓的平方成正比，呈容性。串聯(lián)電抗中的損耗：與負(fù)荷電流的平方成正比，呈感性。無(wú)功功率損耗：變壓器的無(wú)功損耗： 三、無(wú)功功率平衡

24、電源供應(yīng)的無(wú)功功率之和，它包括發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率和各種無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備供給的無(wú)功功率負(fù)荷消耗的無(wú)功功率之和，可按負(fù)荷的有功功率和功率因數(shù)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)無(wú)功功率損耗之和，它包括變壓器、線路電抗和線路電納中的無(wú)功功率損耗無(wú)功功率平衡計(jì)算的前提是系統(tǒng)的電壓水平正常。如果不能在正常電壓水平下保證無(wú)功功率平衡，系統(tǒng)的電壓質(zhì)量就不能保證。和有功功率一樣，系統(tǒng)中的無(wú)功功率也應(yīng)有一定的備用容量，否則，當(dāng)負(fù)荷增大時(shí)，電壓質(zhì)量將無(wú)法保證。幾點(diǎn)說明：為改善電壓質(zhì)量和降低網(wǎng)損，應(yīng)盡量避免通過電網(wǎng)輸送大量的無(wú)功功率。無(wú)功平衡是一個(gè)比有功平衡更復(fù)雜的問題。不僅要考慮總的無(wú)功功率平衡，還要考慮分地區(qū)的無(wú)功平衡，還要計(jì)及超高壓線路的充電

25、功率、網(wǎng)損、線路改造、新變壓器投運(yùn)及大用戶對(duì)無(wú)功平衡的影響。應(yīng)根據(jù)無(wú)功功率平衡的計(jì)算結(jié)果，確定補(bǔ)償設(shè)備的容量，并按就地平衡的原則進(jìn)行補(bǔ)償容量的分配。小容量的、分散的無(wú)功補(bǔ)償可采用靜電電容器；大容量的配置在系統(tǒng)中樞點(diǎn)的無(wú)功補(bǔ)償 則宜采用同步調(diào)相機(jī)或SVC。 電力系統(tǒng)的電壓偏移與電壓管理 一、電力系統(tǒng)電壓偏移的原因及影響電力系統(tǒng)電壓偏移的原因：負(fù)荷大小的改變；個(gè)別設(shè)備的檢修或故障退出，造成電力網(wǎng)阻抗參數(shù)改變，引起電壓損耗改變；電力系統(tǒng)接線方式的改變。電力系統(tǒng)電壓偏移的影響：設(shè)備的損壞，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的降低，系統(tǒng)性“電壓崩潰”，造成大面積停電。（1）異步電機(jī)發(fā)熱，壽命降低。（2）電爐降低生產(chǎn)率。（3

26、）電壓降低時(shí)，照明燈發(fā)光不足，影響人的視力和工作效率；電壓偏高時(shí)，壽命會(huì)減短。（4）電壓降低時(shí)，功率損耗加大；電壓升高時(shí)，電氣設(shè)備的絕緣受到損害。 電力系統(tǒng)的電壓偏移與電壓管理 二、中樞點(diǎn)的電壓管理電力系統(tǒng)進(jìn)行電壓調(diào)整的目的，就是要采取各種措施，使用戶處的電壓偏移保持在允許的范圍之內(nèi)。電力系統(tǒng)電壓的監(jiān)視和調(diào)整可以通過監(jiān)視、調(diào)整電壓中樞點(diǎn)的電壓而實(shí)現(xiàn)。電壓中樞點(diǎn)是指某些可以反映系統(tǒng)電壓水平的主要發(fā)電廠或樞紐變電所的母線。1.電壓中樞點(diǎn)的選擇區(qū)域性水、火電廠的高壓母線；樞紐變電所大型的二次母線；有大量地方負(fù)荷的發(fā)電廠母線；城市直降變電所的二次母線。2. 中樞點(diǎn)的調(diào)壓方式逆調(diào)壓： 最大負(fù)荷時(shí)升高中樞

27、點(diǎn)電壓，但不超過線路額定電壓的105%，最小負(fù)荷時(shí)降低中樞點(diǎn)電壓，但不低于線路的額定電壓。適用于供電線路較長(zhǎng)、負(fù)荷變化較大的中樞點(diǎn)。順調(diào)壓：最大負(fù)荷時(shí)允許中樞點(diǎn)電壓降低，但不低于線路額定電壓的102.5% ，最小負(fù)荷時(shí)允許中樞點(diǎn)電壓升高，但不高于線路額定電壓的107.5%。 適用于供電線路不長(zhǎng)，負(fù)荷變動(dòng)不大的中樞點(diǎn)。常調(diào)壓：中樞點(diǎn)電壓保持基本不變，一般為線路額定電壓的102105， 適用于線路長(zhǎng)度、負(fù)荷變動(dòng)情況介于上述兩者之間的情況。這三種調(diào)壓方式中，逆調(diào)壓方式要求最高，實(shí)現(xiàn)較難，常調(diào)壓次之，順調(diào)壓較容易。線路額定電壓電源電壓電壓降負(fù)荷功率線路損耗由上式可見，調(diào)整負(fù)荷節(jié)點(diǎn)b的電壓可以采取以下措

28、施： 調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流以改變發(fā)電機(jī)端電壓 UG 進(jìn)行調(diào)壓 ；選擇適當(dāng)變壓器變比K進(jìn)行調(diào)壓 ； 改變輸電線路的參數(shù)R和X進(jìn)行調(diào)壓 ；改變無(wú)功功率Q的分布進(jìn)行調(diào)壓 。 由圖可知：負(fù)荷節(jié)點(diǎn)b的電壓為： 一、改變發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)壓改變發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)壓是一種不需耗費(fèi)投資而且最直接的調(diào)壓方法。大中型同步發(fā)電機(jī)都裝有自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置，根據(jù)運(yùn)行情況調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流以改變發(fā)電機(jī)端電壓可以達(dá)到調(diào)壓的目的。對(duì)于不同類型的供電網(wǎng)絡(luò)，發(fā)電機(jī)調(diào)壓所起作用不同：由孤立的發(fā)電廠不經(jīng)升壓直接供電的小型電力網(wǎng)，改變發(fā)電機(jī)端電壓就可以滿足荷點(diǎn)的電壓質(zhì)量要求，不必另外再增加調(diào) 壓設(shè)備。對(duì)供電線路較長(zhǎng)、供電范圍較大的多電壓等級(jí)電網(wǎng)，

29、由于不同運(yùn)行方式下電壓損耗的變化幅度太大，單靠發(fā)電機(jī)調(diào)壓不能滿足負(fù)荷點(diǎn)電壓的需求。此時(shí)發(fā)電機(jī)調(diào)壓主要是為了滿足近處地方負(fù)荷的電壓質(zhì)量要求。對(duì)于由若干發(fā)電廠并列運(yùn)行的電力系統(tǒng)，進(jìn)行電壓調(diào)整的電廠需有相當(dāng)充裕的無(wú)功容量?jī)?chǔ)備，利用發(fā)電機(jī)調(diào)壓一般不易滿足要求。另外調(diào)整個(gè)別發(fā)電廠的母線電壓，會(huì)引起無(wú)功功率重新分配，可能同無(wú)功功率的經(jīng)濟(jì)分配發(fā)生矛盾。此時(shí)發(fā)電機(jī)調(diào)壓只能作為一種輔助性的調(diào)壓措施。 3. 有載調(diào)壓變壓器當(dāng)最大、最小負(fù)荷時(shí)電壓變化幅度超過了分接頭的調(diào)整范圍(5)，或者調(diào)壓要求的變化趨勢(shì)與實(shí)際的相反(例如逆調(diào)壓)時(shí)，則利用普通變壓器將無(wú)法滿足調(diào)壓要求，這時(shí)可采用有載調(diào)壓變壓器。 有載調(diào)壓變壓器的高

30、壓側(cè)除主繞組外，還有一個(gè)可調(diào)分接頭的調(diào)壓繞組，它可以在帶負(fù)荷情況下切換分接頭，調(diào)壓范圍也比較大，一般在15%以上。目前我國(guó)110kV電壓級(jí)的有載調(diào)壓變壓器有七個(gè)分接頭，調(diào)壓范圍為11032.5，220kV電壓級(jí)的有載調(diào)壓變壓器有九個(gè)分接頭，調(diào)壓范圍為22042.5。 圖為具有調(diào)壓繞組有載調(diào)壓變壓器的接線圖。用于在切換過程中限制兩個(gè)分接頭間的短路電流 它的主繞組上連接一個(gè)具有若干分接頭的調(diào)壓繞組，依靠特殊的切換裝置可以帶負(fù)荷改變分接頭。切換裝置有兩個(gè)可動(dòng)觸頭，改變分接頭時(shí)，先將一個(gè)動(dòng)觸頭移到選定的分接頭上，然后再將另一個(gè)動(dòng)觸頭移到該分接頭上，這樣在分接頭切換過程中才不致使變壓器開路。 圖 有載調(diào)

31、壓變壓器接線圖 三、改變網(wǎng)絡(luò)中無(wú)功功率分布進(jìn)行調(diào)壓無(wú)功功率的產(chǎn)生基本上不消耗能源，但是無(wú)功功率沿電力網(wǎng)傳送卻要引起有功功率損耗和電壓損耗。改變無(wú)功功率分布可以減少線路上的功率損耗和電壓損耗，從而改善用戶處的電壓質(zhì)量。 改變無(wú)功功率分布調(diào)壓的方法，是在用戶處就地補(bǔ)償（并聯(lián)補(bǔ)償）無(wú)功功率電源，以減少電網(wǎng)傳輸?shù)臒o(wú)功功率。 當(dāng)電力系統(tǒng)的無(wú)功電源不足時(shí)，單靠改變變壓器的變比是不能滿足調(diào)壓要求的，需要在適當(dāng)?shù)奈恢脤?duì)所缺的無(wú)功進(jìn)行補(bǔ)償。4. 補(bǔ)償度：補(bǔ)償所需的容抗值XC與被補(bǔ)償線路原來的感抗值XL之比，稱為補(bǔ)償度，即5. 并聯(lián)電容器補(bǔ)償與串聯(lián)電容器補(bǔ)償?shù)谋容^為減少同樣的電壓損耗，需設(shè)置的串聯(lián)電容器的容量為并

32、聯(lián)電容器容量的（1725）%。串聯(lián)電容器具有負(fù)值的電壓降落，起直接抵償電力線路電壓降落的作用；而并聯(lián)電容器借減少電力線路上流過的無(wú)功功率減少線路的電壓降落，在最大負(fù)荷時(shí)全部投入，最小負(fù)荷時(shí)又切除，需要時(shí)間過程。因此，串聯(lián)電容器適用于電壓波動(dòng)頻繁的場(chǎng)合，而并聯(lián)電容器則不適用。串聯(lián)電容器提高線路末端電壓的數(shù)值QXC/U （即調(diào)壓效果）隨無(wú)功負(fù)荷增大而增大、無(wú)功負(fù)荷的減小而減小，恰與調(diào)壓的要求一致。這是串聯(lián)電容器調(diào)壓的顯著優(yōu)點(diǎn)。但對(duì)負(fù)荷功率因數(shù)較高或?qū)Ь€截面較細(xì)的線路，由于PR/U的比重大，串聯(lián)補(bǔ)償?shù)男Ч苄?。故串?lián)電容器一般用在供電電壓為35kV或10kV、負(fù)荷波動(dòng)大而頻繁、功率因數(shù)又很低的配電線路上。并聯(lián)電容器可以減少電力線路上通過的無(wú)功功率，直接起減少線路有功功率損耗的作用；而串聯(lián)電容器主要借提高電力線路的電壓水平減少線路的有功損耗。因此，若設(shè)置的電容器容量相等，并聯(lián)電容器在減少電力線路有功功率損耗方面的作用較串聯(lián)電容器大。在超高壓輸電線路上，串聯(lián)電容器補(bǔ)償可以提高輸送容量和改善系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。5.電力系統(tǒng)的綜合調(diào)壓利用發(fā)電機(jī)調(diào)壓不需要任何附加投資，只需調(diào)節(jié)一下勵(lì)磁電流，因此應(yīng)優(yōu)先考慮。合理選擇變壓器的分接頭能明顯改善電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，也不需要附加投資，應(yīng)充分利用。在無(wú)功功率不足的系