電力系統(tǒng)分析六

1、第六章電力系統(tǒng)無(wú)功功率和電壓調(diào)整主要內(nèi)容:電力系統(tǒng)中無(wú)功功率的平衡電力系統(tǒng)中無(wú)功功率的最優(yōu)分配電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整9/5/2022第一節(jié)電力系統(tǒng)中無(wú)功功率的平衡一.無(wú)功功率負(fù)荷和無(wú)功功率損耗.無(wú)功負(fù)荷： 以滯后功率因數(shù)運(yùn)行的設(shè)備的無(wú)功部分. 無(wú)功損耗：線路 消耗QL（感性）提供QC（充電 功率）9/5/2022變壓器 消耗QL消耗QC消耗QL9/5/2022二.無(wú)功功率電源.發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)是目前唯一的有功電源，又是基本的無(wú)功電源,發(fā)QG的能力與同時(shí)發(fā)出PG有關(guān),由發(fā)電機(jī)的 PQ極限曲線決定系統(tǒng)中有備用有功電源時(shí),可將負(fù)荷中心的發(fā)電機(jī)降低功率因數(shù)運(yùn)行，少發(fā)有功、多發(fā)無(wú)功, 有利于無(wú)功的局部平衡，提高

2、系統(tǒng)電壓水平。PQ極限曲線9/5/2022.電容器和調(diào)相機(jī)電容器優(yōu)點(diǎn)：組合靈活，可分散、集中，可分相補(bǔ)償；投資少、有功損耗少(額定容量的0.30.5%)缺點(diǎn)：電壓下降時(shí)急劇下降, 不利于電壓穩(wěn)定同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)是特殊狀態(tài)下的同步電機(jī)可視為不發(fā)pG的同步電機(jī)或不帶PD的同步電機(jī)9/5/2022過(guò)激運(yùn)行時(shí)發(fā)出QG（無(wú)功電源)欠激運(yùn)行時(shí)吸收QG（無(wú)功負(fù)荷）優(yōu)點(diǎn)：調(diào)節(jié)平滑、系統(tǒng)故障時(shí)也能調(diào)、可作無(wú)功負(fù)荷。缺點(diǎn)： 損耗大(額定容量的1.55%)，投資大、維護(hù)量大。 9/5/2022.靜止補(bǔ)償器和靜止調(diào)相機(jī) 靜止無(wú)功補(bǔ)償器 9/5/2022運(yùn)行在水平區(qū)段： 從無(wú)功補(bǔ)償角度來(lái)看：優(yōu)點(diǎn): 調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，反應(yīng)

3、速度快，特性平滑, 可分相補(bǔ)償, 維護(hù)簡(jiǎn)單, 損耗小。缺點(diǎn): 最大補(bǔ)償量正比于電壓平方, 電壓低時(shí)補(bǔ)償量小；諧波對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生污染。9/5/2022靜止調(diào)相機(jī)9/5/2022當(dāng)UaUAK時(shí)，調(diào)相機(jī)向系統(tǒng)輸出感性無(wú)功功率當(dāng)UaUA/K時(shí)，將由系統(tǒng)輸入感性無(wú)功功率由于此處換流器交流側(cè)電壓Ua完全可控，不存在靜止補(bǔ)償器因端電壓取決于系統(tǒng)電壓而帶來(lái)的缺陷.并聯(lián)電抗器（消耗無(wú)功）對(duì)高壓遠(yuǎn)距離輸電線路而言，它有提高輸送能力，降低過(guò)電壓等作用9/5/2022三.無(wú)功功率的平衡規(guī)劃設(shè)計(jì)： 運(yùn)行中： 電源負(fù)荷損耗備用設(shè)備9/5/2022.電壓水平的確定 負(fù)荷的無(wú)功電壓靜態(tài)特性系統(tǒng)的無(wú)功電壓靜態(tài)特性9/5/202

4、2電壓水平的確定 U9/5/2022.無(wú)功補(bǔ)償：設(shè)置除發(fā)電機(jī)以外的無(wú)功電源以滿足系統(tǒng)電壓要求原因：實(shí)際的負(fù)荷功率因數(shù)低（.左右），而發(fā)電機(jī)的高（.）網(wǎng)損中無(wú)功損耗有功損耗無(wú)功功率不能遠(yuǎn)距離輸送 所以：就地進(jìn)行補(bǔ)償，另裝無(wú)功電源 無(wú)功平衡要求：全系統(tǒng)平衡(運(yùn)行、規(guī)劃設(shè)計(jì))局部地區(qū)基本平衡、避免無(wú)功遠(yuǎn)距離輸送。9/5/2022第二節(jié) 無(wú)功功率的最優(yōu)分布一.減少系統(tǒng)對(duì)無(wú)功的需求1.為什么要減少無(wú)功的需求 因?yàn)槊鎸?duì)十分低劣的負(fù)荷自然功率因數(shù)談無(wú)功功率的最優(yōu)分布,顯然是舍本逐末的.2.減少無(wú)功需求的措施不使電動(dòng)機(jī)的容量過(guò)多地超過(guò)被拖動(dòng)機(jī)械所需的功率在某些設(shè)備上以同步電動(dòng)機(jī)代替異步電動(dòng)機(jī)異步機(jī)同步化9/5

5、/2022二.無(wú)功功率電源的最優(yōu)分布優(yōu)化無(wú)功功率電源分布的目的:降低網(wǎng)絡(luò)中有功功率的損耗數(shù)學(xué)模型:目標(biāo)函數(shù):約束條件:結(jié)論: 運(yùn)用拉格朗日乘數(shù)法得出最優(yōu)分布的條件: 1.等網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則9/5/20222.無(wú)功功率電源的最優(yōu)分布: 確立了最優(yōu)分布的等網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則然后由條件列出方程組，解出各解，就可得到電源的最優(yōu)分布3.注意: 當(dāng)某點(diǎn)求出的無(wú)功容量超過(guò)了不等式的約束條件時(shí)，應(yīng)取這點(diǎn)的無(wú)功即為它的極限，然后由其他點(diǎn)繼續(xù)做計(jì)算求出無(wú)功功率9/5/2022三.無(wú)功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配.最優(yōu)網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則在系統(tǒng)中某節(jié)點(diǎn)i設(shè)置為無(wú)功功率補(bǔ)償?shù)南葲Q條件是由于設(shè)置補(bǔ)償設(shè)備而節(jié)約的費(fèi)用大于為設(shè)置補(bǔ)償設(shè)備而耗費(fèi)的

6、費(fèi)用以數(shù)學(xué)表示式表示則為：從而，確定節(jié)點(diǎn)i的最優(yōu)補(bǔ)償設(shè)備的條件是：9/5/2022由于為單位電能損耗價(jià)格，分別為折舊率和投資回收率P0,P分別為設(shè)置補(bǔ)償設(shè)備前后全網(wǎng)最大負(fù)荷下的有功功率損耗Kc為電容補(bǔ)償設(shè)備投資9/5/2022可得：令上式對(duì)Qci的偏導(dǎo)數(shù)為零，可得式中等號(hào)左側(cè)是節(jié)點(diǎn)i的網(wǎng)損微增率，等號(hào)右側(cè)響應(yīng)地就稱(chēng)最優(yōu)網(wǎng)損微增率，且為負(fù)值，表示每增加單位容量無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備所能減少的有功損耗。9/5/2022 由上式可列出最優(yōu)網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則eq表示最優(yōu)網(wǎng)損微增效。此準(zhǔn)則表明，只應(yīng)在網(wǎng)損微增率具有負(fù)值，且小于eq的節(jié)點(diǎn)設(shè)置無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備等網(wǎng)損微增率是無(wú)功電源最優(yōu)分布的準(zhǔn)則，而最優(yōu)網(wǎng)損微增率或無(wú)功功

7、率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量則是衡量無(wú)功負(fù)荷最優(yōu)補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)則。 9/5/2022第三節(jié) 電力系統(tǒng)電壓調(diào)整1.電壓偏移對(duì)負(fù)荷的影響 照明、電熱、電動(dòng)機(jī)、家用電器2.電壓偏移對(duì)電力系統(tǒng)的影響 功率損耗、電能損耗、設(shè)備絕緣、運(yùn)行穩(wěn)定 性、電暈損耗一.調(diào)壓的必要性9/5/2022二、調(diào)壓的整體思想1.什么是電壓中樞點(diǎn) 中樞點(diǎn): 大型發(fā)電廠的高壓母線、大型變電所的二次母線、有大量地方負(fù)荷的發(fā)電廠母線 如下圖所示: 9/5/20222.調(diào)壓的整體思想 因?yàn)楹芏嘭?fù)荷都由這些中樞點(diǎn)供電,并且中樞點(diǎn)至各負(fù)荷點(diǎn)在最大最小負(fù)荷時(shí)電壓損耗之差不能大于負(fù)荷點(diǎn)允許上下限電壓之差,所以如能控制住這些點(diǎn)的電壓偏移就能控制系統(tǒng)中大部分負(fù)荷的電壓偏

8、移. 三調(diào)壓方式.逆調(diào)壓.順調(diào)壓.恒調(diào)壓9/5/2022逆調(diào)壓: 最大負(fù)荷時(shí),保持中樞點(diǎn)電壓比線路額定電壓高5%; 最小負(fù)荷時(shí), 使中樞點(diǎn)電壓降至線路額定電壓。 適用范圍：中樞點(diǎn)到各負(fù)荷點(diǎn)線路長(zhǎng)、負(fù)荷變化較大，變化規(guī)律大致相同。2.順調(diào)壓： 最大負(fù)荷時(shí)電壓不低于線路額定電壓102.5%; 最小負(fù)荷時(shí)電壓不高于線路額定電壓的107.5%。 適用范圍: 電壓損耗小, 負(fù)荷變動(dòng)小, 用戶(hù)允許電壓偏移大。 3 .恒調(diào)壓： 中樞點(diǎn)電壓保持在比線路額定電壓高25%。 適用范圍: 電壓損耗較小, 負(fù)荷變動(dòng)較小。 9/5/2022四.電壓控制原理 UG T1 L T2 UDR+jX9/5/2022使UD變化的

9、措施：1調(diào)整UG；2 調(diào)整變比K1、K2； 3改變功率分布(以Q為主)； 4改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)R+jX(以X為主);怎么實(shí)現(xiàn)？9/5/2022五調(diào)壓措施：.利用發(fā)電機(jī)調(diào)壓.改變變壓器變比調(diào)壓.利用無(wú)功補(bǔ)償調(diào)壓9/5/2022.利用發(fā)電機(jī)調(diào)壓9/5/2022兩個(gè)問(wèn)題:對(duì)于較長(zhǎng)線路、多電壓級(jí)輸電,此時(shí)僅靠調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)不能 滿足要求多機(jī)系統(tǒng)中,與無(wú)功備用、無(wú)功的經(jīng)濟(jì)分配有矛盾。 適用于小系統(tǒng)、線路長(zhǎng)；易于實(shí)現(xiàn)逆調(diào)壓此調(diào)壓僅作輔助措施9/5/2022.改變變壓器變比調(diào)壓電力變壓器主接頭、分接頭條件: 從整個(gè)系統(tǒng)來(lái)看, 必須無(wú)功電源充足。變壓器本身不是無(wú)功電源, 當(dāng)系統(tǒng)中無(wú)功電源不足時(shí), 達(dá)不到調(diào)壓要求。雙繞組

10、變壓器無(wú)載調(diào)壓降壓變：UH：高壓側(cè)實(shí)際電壓(由潮流計(jì)算獲得)；UL：低壓側(cè)希望電壓(由調(diào)壓要求獲得)；UTH：高壓側(cè)欲選分接頭電壓； UTL：低壓側(cè)固定接頭電壓，UNL。9/5/2022如下圖所示：UH ZT P+jQ UTH/UTL UL 考慮不同負(fù)荷時(shí)的調(diào)壓要求: 最大負(fù)荷時(shí): 最小負(fù)荷時(shí): 普通雙繞組變壓器, 須停電換分接頭, 所以取平均值兼顧:9/5/2022 規(guī)格化為UTHN： 校驗(yàn): 誤差應(yīng)小于半個(gè)分接頭電壓。如不合格, 一是改變UTHN；二是采用兩個(gè)分接頭帶負(fù)荷調(diào)分接頭(一般用于逆調(diào)壓) 9/5/2022 升壓變壓器 PH+jQH P+jQ已知低壓希望電壓, 求高壓分接頭 UHZ

11、T UL 9/5/2022雙繞組變壓器有載調(diào)壓： 當(dāng)無(wú)載調(diào)壓不論怎樣選擇分接頭，低壓母線的實(shí)際電壓總不能滿足要求時(shí)，這時(shí)可使用有載調(diào)壓變壓器它不僅可在有載情況下更改分接頭，而且調(diào)節(jié)范圍也較大，只是經(jīng)濟(jì)性稍差一些.利用無(wú)功補(bǔ)償調(diào)壓：并聯(lián)補(bǔ)償原理: 減少無(wú)功流動(dòng)，直接減少線路有功損耗，減少電壓損耗，從而提高電壓補(bǔ)償容量的計(jì)算 設(shè)有下圖所示模型:9/5/2022U1 K:1 U2 P+jQ R+jXjQC無(wú)補(bǔ)償時(shí)：補(bǔ)償后： 其中，設(shè)補(bǔ)償前、后U1不變：9/5/2022最小補(bǔ)償容量的確定: 1)電容器: 特點(diǎn): 只能發(fā)感性無(wú)功, 可全部或部分切除，不能平滑調(diào)節(jié).分兩步計(jì)算: 最小負(fù)荷時(shí)，無(wú)功電源不缺，

12、全部切除電容，利用變壓器調(diào)壓滿足要求(確定K)9/5/2022U2cm: 由調(diào)壓要求確定的低壓側(cè)希望電壓(最小負(fù)荷時(shí))規(guī)格化為 最大負(fù)荷時(shí)，K已定，確定QC: U2cm: 最大負(fù)荷時(shí)，由調(diào)壓要求確定的低壓希望電壓；U2M: 最大負(fù)荷時(shí)，補(bǔ)償前低壓側(cè)歸算到高壓側(cè)的實(shí)際電壓.規(guī)格化QC，并校驗(yàn)U2CM、U2Cm是否達(dá)到要求。2) 同步調(diào)相機(jī)： 特點(diǎn): 能作無(wú)功電源(發(fā)感性無(wú)功)；又能作無(wú)功負(fù)荷(吸 感性無(wú)功)，但此時(shí)最多為容量的50%；能平滑調(diào)節(jié)。 計(jì)算: 最大負(fù)荷時(shí)：做無(wú)功電源！9/5/2022U2CM 、 U2Cm最大最小負(fù)荷時(shí)低壓側(cè)希望電壓(調(diào)壓要求)；U2M 、 U2m補(bǔ)償前，最大最小負(fù)荷

13、時(shí)低壓側(cè)歸算到高壓側(cè)的實(shí)際電壓。 最小負(fù)荷時(shí)：求出K，規(guī)格化，然后求QSC ，再規(guī)格化后校驗(yàn)。 說(shuō)明： X：代表電壓恒定點(diǎn)到補(bǔ)償點(diǎn)的電抗之和中途有負(fù)荷 點(diǎn)時(shí)，該負(fù)荷可不考慮為無(wú)功負(fù)荷！9/5/2022 利用串聯(lián)補(bǔ)償調(diào)壓 : 原理:串聯(lián)補(bǔ)償就是在系統(tǒng)中串入電容 ， 提高電壓水平而減少有功損耗，等容量下不如并補(bǔ)作用強(qiáng)，并且由XC上負(fù)電壓 損耗抵償XL上的電壓損耗適用范圍:用于電壓波動(dòng)頻繁、功率因數(shù)低的場(chǎng)合 說(shuō)明: (1) 在考慮各種調(diào)壓措施時(shí)，要兼顧經(jīng)濟(jì)性等要求。在高壓線路中，串補(bǔ)還是提高穩(wěn)定性的措施之一。 (2) 在離需要調(diào)整電壓的中樞點(diǎn)附近的調(diào)壓設(shè)備的調(diào)節(jié)效應(yīng)好。一般分散調(diào)節(jié)，在此基礎(chǔ)上集中控

14、制。9/5/2022例題:簡(jiǎn)單系統(tǒng)接線如下圖所示.降壓變電所低壓側(cè)母線要求常調(diào)壓,保持10.5kv.試確定下列無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)的設(shè)備容量：()補(bǔ)償設(shè)備采用電容器;(2)補(bǔ)償設(shè)備采用調(diào)相機(jī)解法9/5/2022懇請(qǐng)各位專(zhuān)家指正！謝 謝！9/5/2022定子繞組溫升約束勵(lì)磁繞組溫升約束原動(dòng)機(jī)功率約束其它約束返回9/5/2022 解:設(shè)置補(bǔ)償前,最大負(fù)荷時(shí)變電所低壓側(cè)歸算至高壓側(cè)的電壓為最小負(fù)荷時(shí)為9/5/20221 補(bǔ)償設(shè)備采用電容器時(shí)按常調(diào)壓要求確定最小負(fù)荷時(shí)補(bǔ)償設(shè)備全部退出運(yùn)行條件下應(yīng)選用的分接頭電壓:選用 110+2.5即112.75kv的分節(jié)頭，按最大負(fù)荷時(shí)的調(diào)壓要求確定9/5/2022驗(yàn)算電壓偏移:最大負(fù)荷時(shí)補(bǔ)償設(shè)備全部投入低壓母線實(shí)際電壓為最小負(fù)荷時(shí)補(bǔ)償設(shè)備全部退出,已知 可得低壓側(cè)實(shí)際電壓為最大負(fù)荷時(shí)電壓偏移為9/5/2022最小負(fù)荷時(shí)電壓偏移為可見(jiàn)選擇的電容器容量能滿足常調(diào)壓的要求2 補(bǔ)償設(shè)備采用調(diào)相機(jī)時(shí)首先確定應(yīng)選用的變比解得k=9.91，從而選用主接頭110kv，按最大負(fù)荷時(shí)調(diào)壓要求確定Q