電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析(第六章)PPT(王)

第六章電力系統(tǒng)的無功功率和電壓調(diào)整本章主要內(nèi)容：1、無功負荷和無功電源及無功功率平衡2、電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整

第一節(jié)電力系統(tǒng)中無功功率的平衡一、電壓偏移的要求和影響1、電壓偏移的要求

電壓質(zhì)量表示方法—用電壓偏移表示：

我國的電力系統(tǒng)一般規(guī)定一個電壓偏移的最大允許范圍，例如《電能質(zhì)量-供電電壓偏差》（GB/T12325-2008）中規(guī)定:35kV及以上供電電壓正、負偏差的絕對值之和不超過標稱電壓的10%；20kV及以下三相供電電壓偏差為標稱電壓的±7%；220V單相供電電壓偏差為標稱電壓的+7%，-10%。

事故時，電壓偏差允許加大5%，但正偏移≯10%。農(nóng)村電網(wǎng):+7.5%～10%。2、電壓偏移的影響①電壓過低的影響

◆發(fā)電機有功出力下降電壓過低時（如低于95%UN)，電流將增大（如增大到105%IN）時，為防止定子繞組過熱，必須降低發(fā)電機有功出力?！艚档妥儔浩鱾鬏?shù)墓β?/p>

電壓降低電流增大，為防止變壓器線圈過熱，必須降低變壓器的傳輸功率。

◆電燈的光通量降低電壓下降10%，30%；

◆電爐等電阻性設備功率急劇下降

◆異步電動機轉(zhuǎn)矩下降，定子、轉(zhuǎn)子繞組發(fā)熱；

◆系統(tǒng)網(wǎng)損增大，系統(tǒng)運行穩(wěn)定性變差，甚至可能導致“系統(tǒng)電壓崩潰”。②電壓過高的影響◆影響電氣設備的絕緣；

◆電動機、變壓器的鐵芯飽和，鐵損增大，溫度升高，壽命縮短；

◆白熾燈使用壽命縮短。3、電力系統(tǒng)電壓的特點

與電力系統(tǒng)的頻率只有一個不同，系統(tǒng)中各點電壓不等，因此不可能維持電力系統(tǒng)所有設備的電壓都在額定值。

頻率調(diào)整和電壓調(diào)整的相同和不同之處調(diào)頻頻率唯一集中調(diào)整只能調(diào)原動機功率調(diào)壓電壓水平各點不同調(diào)整分散手段多樣（有多種無功電源）

由上可以看出：維持電壓穩(wěn)定，應該盡量減少無功的傳輸，采取就地平衡。

分析無功功率和電壓分布之間的關(guān)系無功損耗﹥﹥有功損耗；電壓降受無功功率的影響較大；無功功率的流動從電壓高的一端Uh→低的一端UL二、電力系統(tǒng)的無功功率與電壓的關(guān)系無功—靜態(tài)電壓特性1、負荷的無功功率和電網(wǎng)無功損耗—靜態(tài)電壓特性①異步電動機的無功功率jX受載系數(shù):實際負載和額定負載之比。在額定電壓附近，電動機的無功功率隨電壓的升降而增減QM的第一項與電壓的平方成正比。QM的第二項Qσ為漏抗中的無功損耗，與電流的平方成正比。如果負載功率PM不變，則因PM=I2r(1-s)/s，當U下降時，s增大，I增大，Qσ也要增大。②電力變壓器的無功損耗

假定一臺變壓器的空載電流I0%=2.5，短路電壓US%=10.5，在額定滿載下運行時，無功功率的消耗將達額定容量的13%。如果從電源到用戶需要經(jīng)過好幾級變壓，則變壓器中無功功率損耗的數(shù)值是相當可觀的。③輸電線路的無功損耗

一般情況下，35kV及以下系統(tǒng)消耗無功功率；110kV及以上系統(tǒng)，輕載或空載時，成為無功電源，傳輸功率較大時，消耗無功功率。④電力系統(tǒng)的無功消耗2、無功電源—靜態(tài)電壓特性①同步發(fā)電機

◆調(diào)整發(fā)電機勵磁電流，可以調(diào)整發(fā)電機無功出力；

◆發(fā)電機無功功率調(diào)整范圍為：②調(diào)相機

調(diào)相機相當于空載運行的同步發(fā)電機。

過激運行發(fā)電機輸出感性無功功率，為無功電源；欠激運行發(fā)電機吸收感性無功功率，為無功負荷。③并聯(lián)電力電容器

吸收容性無功，輸出感性無功。

④靜止補償器

靜止補償器由靜電電容器與電抗器并聯(lián)組成。電容器可發(fā)出無功功率，電抗器可吸收無功功率，兩者結(jié)合起來，再配以適當?shù)恼{(diào)節(jié)裝置，就能夠平滑地改變輸出（或吸收）的無功功率。(a)可控電抗器型TCR型；(b)可控硅投切電容器型TSC型；(c)自飽和電抗器型SR型；無功—靜態(tài)電壓特性電容器、調(diào)相機和靜止補償器的比較性能電容器調(diào)相機靜止補償器TCR型TSC型SR型調(diào)節(jié)范圍超前超前/滯后超前/滯后超前超前/滯后控制方式不連續(xù)連續(xù)連續(xù)不連續(xù)連續(xù)調(diào)節(jié)靈活性差好很好好差啟動速度中等慢很快快快反應速度快慢快快快調(diào)節(jié)精度差好很好差好產(chǎn)生高次諧波無少多無少電壓調(diào)節(jié)效應負正正（一定范圍）負正（一定范圍）⑤系統(tǒng)無功電源綜合靜態(tài)電壓特性

原因：系統(tǒng)中無功補償裝置電容器占多數(shù)。三、電力系統(tǒng)的無功功率平衡與電壓水平1、電力系統(tǒng)的無功功率平衡2、電力系統(tǒng)電壓水平與無功功率平衡的關(guān)系

◆要保持電力系統(tǒng)在額定電壓水平下運行，就必須保證在額定電壓水平下的無功功率平衡；◆無功不足，系統(tǒng)在一個低于額定電壓的水平下達到平衡；◆無功過剩，系統(tǒng)在一個高于額定電壓的水平下達到平衡。3、電力系統(tǒng)的無功平衡計算

電力系統(tǒng)應定期進行無功功率平衡計算，計算必須在額定電壓水平下進行。無功平衡的計算機計算步驟：①參照過去運行資料確定未來、代表日預想有功負荷曲線；②確定出現(xiàn)無功功率日最大負荷時系統(tǒng)有功負荷的分配；③假設無功電源容量、配置以及某些樞紐點的電壓水平；④進行潮流分布計算；⑤根據(jù)潮流計算，統(tǒng)計無功平衡關(guān)系中的各項數(shù)據(jù)，判斷系統(tǒng)無功功率能否平衡；⑥如不能平衡，調(diào)整假設條件，重新計算。如始終不能平衡，則考慮增加無功電源。4、無功備用容量

為應付計劃外的無功負荷、無功負荷波動，電力系統(tǒng)無功電源除滿足預測最大無功負荷需求外，還應當留有一定的備用容量，否則當負荷增大時系統(tǒng)電壓水平將得不到保障。

無功備用容量通常取最大無功負荷的7%～8%。第二節(jié)電力系統(tǒng)的電壓管理一、系統(tǒng)電壓波動1、電壓波動原因

◆

無功負荷波動

◆設備及線路壓降變化

◆運行方式改變

◆無功不足或過剩2、電壓波動分類

①由生產(chǎn)、生活和氣象變化引起的負荷波動引起的電壓波動（稱為電壓偏移）

特點：周期長、波及面大

措施：電壓調(diào)整

②由沖擊性負荷或間歇性負荷引起的負荷波動引起的電壓波動

特點：周期短、波及面較小，但其幅值有時很大，影響也不容忽略。

措施：電壓波動限制

二、電壓波動限制措施①由大容量變電所以專用母線或線路單獨向這類負荷供電

②在發(fā)生電壓波動的地點和電源之間設置串聯(lián)電容器

設置電容器前：較大，影響一般負荷的工作；

設置電容器后：，顯然同樣的負荷變化引起的電壓波動要小。如果串聯(lián)電容器的容抗選擇適當，就可將電壓偏移限制在允許的范圍之內(nèi)。

③在波動負荷附近裝設調(diào)相機，并在線路首端串聯(lián)電抗器

采取措施前：

采取措施后：

若補償容量選擇適當則可將母線的電壓波動限制在允許的范圍。④在波動負荷供電線路上設置靜止補償器

三、電壓管理1、電壓管理

對第一類負荷波動引起的電壓偏移的調(diào)整—一般意義上的電壓調(diào)整。2、電壓管理目的在系統(tǒng)任何運行方式下，都將系統(tǒng)中各用電設備的電壓偏移限制在允許范圍。3、電壓中樞點

①電壓中樞點

某些可以反映電力系統(tǒng)總體電壓水平的發(fā)電廠和變電站的母線稱為系統(tǒng)電壓中樞點。

運行中只要將電力系統(tǒng)電壓中樞點的電壓偏移限制在一定范圍，就可以將系統(tǒng)中絕大部分用電設備的電壓偏移限制在允許范圍。電壓中樞點的選擇：集中負荷的母線作為電壓中樞點大型發(fā)電廠的高壓母線樞紐變電所的二次母線有大量負荷的發(fā)電廠母線

②運行中電力系統(tǒng)電壓中樞點允許電壓偏移的確定

根據(jù)負荷和電網(wǎng)參數(shù)通過計算確定。

③規(guī)劃設計中的電力系統(tǒng)

根據(jù)負荷性質(zhì)、供電范圍確定電壓中樞點調(diào)壓方式。

有三種：

◆逆調(diào)壓方式◆順調(diào)壓方式◆恒調(diào)壓方式適應：線路長，負荷變化大方式：難易程度：實現(xiàn)較難逆調(diào)壓最大負荷時提高中樞點電壓 1.05UN最小負荷時降低中樞點電壓 1.00UN適應：線路不長，負荷變化不大方式：難易程度：最易實現(xiàn)順調(diào)壓最大負荷時允許中樞點電壓低一些1.025UN最小負荷時允許中樞點電壓高一些1.075UN適應：中型網(wǎng)絡，負荷變化較小方式：保持在比線路額定電壓高2%-5%難易程度：較易實現(xiàn)常調(diào)壓第三節(jié)電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整忽略：線路對地電容、變壓器勵磁支路參數(shù)、橫向壓降調(diào)壓比調(diào)頻復雜，頻率系統(tǒng)為一，電壓不為一改變電壓水平調(diào)壓措施利用發(fā)電機調(diào)壓UG—改變勵磁電流改變變壓器分接頭k1，k2改變電壓損耗改變功率分布（主要是Q）—使ΔU減少改變線路參數(shù)R+jX（主要是X）—減少ΔU一、改變發(fā)電機端電壓調(diào)壓發(fā)電機電壓UG可在5%的范圍內(nèi)保持發(fā)額定有功功率發(fā)電機直接供電系統(tǒng)（線路不長，損耗不大）調(diào)節(jié)勵磁，改變機端電壓，實現(xiàn)逆調(diào)壓滿足電壓的要求例：最大負荷時：ΣΔUmax=20%，最大負荷時：ΣΔUmin=8%ΣΔUmax-ΣΔUmin=12%，發(fā)電機逆調(diào)5%故最終相差7%，在10%的范圍內(nèi)例：發(fā)電機經(jīng)多級電壓向負荷供電，不能保證電壓質(zhì)量要求最大負荷時：ΣΔUmax=34%，最大負荷時：ΣΔUmin=14%ΣΔUmax-ΣΔUmin=20%，發(fā)電機逆調(diào)5%故最終相差15%，超出10%的范圍內(nèi)二、改變變壓器分接頭進行調(diào)壓雙繞組變壓器分接頭選擇最大負荷時：UImax，ΔUImax，Uimax，

U’imax為已知雙繞組變壓器高壓側(cè)6300kVA以下三個分接頭 UN±5%三繞組變壓器高、中壓側(cè)8000kVA以上五個分接頭 UN±2×2.5%裝有3-5個分接頭最小負荷時：

選一接近值作分接頭UtImax，UtImin，UtI因正常運行時，變壓器分接頭不能調(diào)整，故取平均值

返回校驗求低壓母線電壓計算電壓偏移%選分接頭110kV例子：UI在113-115kV時，允許U’i在10-11kV，求變壓器分接頭校驗：解：普通三繞組變壓器分接頭的選擇高、中壓側(cè)有分接頭，低壓側(cè)沒有高、低壓側(cè)——確定高壓繞組的分接頭（低壓側(cè)要求）高、中壓側(cè)——確定中壓繞組的分接頭有載調(diào)壓變壓器調(diào)整分接頭帶電調(diào)整，允許最大、最小負荷時分設不同抽頭計算方法同雙繞組，可分設調(diào)整范圍大15%以上110kV，UN32.5%（七級）、UN81.25%（17級）220kV，UN42.5%（九級）三繞組高壓側(cè)裝有載調(diào)壓分接頭中壓側(cè)裝有普通分接頭有載調(diào)壓原理：無功功率充足時，采用有載調(diào)壓可滿足一般的調(diào)壓要求長線供電負荷變化大聯(lián)絡線兩端某些發(fā)電廠的變壓器無功功率不充足時并補串補三、利用并聯(lián)補償設備調(diào)壓調(diào)相機作用發(fā)無功，就地補償，減少壓降各種補償設備的調(diào)節(jié)方式截面積小R>X，不可用并補截面積大R<X，明顯靜止補償器