電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)第六章課件

NorthChinaElectricPowerUniversity電力工程系DepartmentofElectricalEngineering電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)PowerSystemAnalysisBasis

（六）任建文第六章電力系統(tǒng)的無功功率與電壓調(diào)整本章主要內(nèi)容：1、無功負(fù)荷和無功電源及無功功率平衡

2、電壓降落（損耗、偏移）、功率損耗的計算

3、無功功率的經(jīng)濟(jì)分布；無功電源的最優(yōu)分布 ；無功負(fù)荷的最優(yōu)補(bǔ)償頻率調(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(jī)功率調(diào)壓電壓水平各點(diǎn)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(yīng)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Uh→UL二、無功功率負(fù)荷和無功功率損耗1、無功功率負(fù)荷負(fù)荷在端電壓變化時，出力、效率影響較大白熾燈的電壓特性異步電機(jī)的電壓特性轉(zhuǎn)矩∝U2,U↓帶不動啟動不了燒電機(jī)吸收無功（異步電機(jī)）對于QX，當(dāng)U↑轉(zhuǎn)動力矩增大，S↓→r’2（1-s）/s↑→I↓→QX↓對于QU，由于XU的飽和，XU↓→QU↑↑異步電機(jī)的無功功率特性綜合無功負(fù)荷的靜態(tài)特性2、變壓器的無功功率損耗勵磁支路—空載電流I0的百分比值，約1-2%繞組漏抗—滿載時基本上等于短路電壓UK的百分 比值，約10%對多級電壓網(wǎng)—相當(dāng)可觀，可達(dá)負(fù)荷的57%3、電力線路上的無功功率損耗并聯(lián)電納—充電功率∝U2，容性并聯(lián)電抗—感性∝I235KV及以下—感性無功110KV及以上傳輸功率較大時—感性無功傳輸功率較小時—容性無功實(shí)質(zhì)上是只發(fā)無功功率的發(fā)電機(jī)2、同步調(diào)相機(jī)不帶有功負(fù)荷的同步發(fā)電機(jī)不帶機(jī)械負(fù)荷的同步電動機(jī)運(yùn)行過激運(yùn)行—向系統(tǒng)發(fā)出無功欠激運(yùn)行—向系統(tǒng)吸收無功（容量為過激的50%）優(yōu)點(diǎn)平滑調(diào)節(jié)—既發(fā)無功，又可吸收無功裝有勵磁調(diào)節(jié)裝置時，維持系統(tǒng)電壓不變裝有強(qiáng)磁時，故障情況下，調(diào)整電壓，維持穩(wěn)定缺點(diǎn)消耗一定的有功，容量越小，比重越大(1.5-5%)小容量單位投資費(fèi)用大，宜集中使用水輪機(jī)有時作調(diào)相運(yùn)行，汽輪機(jī)較難損耗大內(nèi)部發(fā)熱內(nèi)部膨脹增大系統(tǒng)中短路時的短路電流3、靜電電容器QC=U2/XC，只能向系統(tǒng)提供無功，不能吸收無功可集中使用，可分散使用功耗小，0.3%--0.5%（額定容量）調(diào)節(jié)不是連續(xù)的，不平滑，調(diào)節(jié)范圍小電壓下降時，QC下降，導(dǎo)致U進(jìn)一步下降單位容量投資比調(diào)相機(jī)便宜4、靜止補(bǔ)償器電容與電抗并聯(lián)，配以調(diào)接裝置，可平滑地改變輸出70年代開始使用，有前途的三種類型為：類型直流助磁飽和電抗器型可控硅控制電抗器型自飽和電抗器型共同點(diǎn)：電容支路同步頻率下感性無功功率電源C和Lf構(gòu)成諧振，兼作高次諧波濾波器不可控不同點(diǎn)：電抗器支路可控硅——————直流助磁—————自飽和———不可控飽和電抗器可控的不飽和四、無功功率的平衡系統(tǒng)中功率平衡：ΣQGC-ΣQL-ΔQΣ=0電源：ΣQGC=ΣQG+ΣQC=ΣQG+ΣQC1+ΣQC2+ΣQC3發(fā)電機(jī)調(diào)相機(jī)電容器靜止補(bǔ)償器負(fù)荷：未改善COSΦ=0.6-0.9規(guī)程規(guī)定不低于0.9,可按此取QL損耗：ΔQΣ=ΔQT+ΔQX+ΔQb變壓器線路電抗線路電納無功備用:為最大無功負(fù)荷的7%--8%注意：系統(tǒng)中無功率平衡的前提是系統(tǒng)的電壓水平正常無功不足時應(yīng)就地補(bǔ)償?shù)诙?jié)電力系統(tǒng)無功功率的經(jīng)濟(jì)分布一、無功功率電源的最優(yōu)分布無功經(jīng)濟(jì)分布無功電源的最優(yōu)分布—等網(wǎng)損微增率無功負(fù)荷的最優(yōu)補(bǔ)償—無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量目標(biāo)函數(shù)：ΔPΣ=ΔPΣ(QGi)目的：降低網(wǎng)絡(luò)中的有功損耗等約束條件：不等約束條件：拉格朗日函數(shù)：最優(yōu)分布——求拉格朗日函數(shù)的極值：可改寫為：無功網(wǎng)損微增率有功網(wǎng)損微增率二、如何進(jìn)行無功功率最優(yōu)分布的計算例題：如圖，有功功率兩電廠均分，求最優(yōu)無功分配解：按網(wǎng)損等微增率準(zhǔn)則確定無功功率分配：由功率平衡條件得：聯(lián)合求解得：Q1≈0.248，Q2≈0.688不計無功網(wǎng)損修正時：得：Q1≈0.268，Q2≈0.670三、無功功率負(fù)荷的最優(yōu)補(bǔ)償負(fù)荷的自然功率因數(shù)電動機(jī)容量不能太大（重要措施）限制電動機(jī)的空載運(yùn)行同步電機(jī)代替異同步電機(jī)（收、發(fā)）(補(bǔ)償前0.6-0.9)最優(yōu)補(bǔ)償補(bǔ)償容量的確定補(bǔ)償設(shè)備的分布補(bǔ)償順序的選擇規(guī)劃階段年節(jié)約費(fèi)用:β為單位電能損耗價格(元/kw·h),τmax最大負(fù)荷損耗小時數(shù)

裝設(shè)補(bǔ)償設(shè)備的投資費(fèi)用:α為折舊維修率,γ投資回收率,KC為單位容量補(bǔ)償設(shè)備投資(元/kvar)第三節(jié)電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整一、電力系統(tǒng)電壓偏移的原因及影響無功充足—電壓水平較好的必要條件，不是充分條件調(diào)壓———合理分布無功，維持電壓質(zhì)量原因（隨運(yùn)行方式的改變而改變）由于R很小，ΔU主要受Q的影響負(fù)荷大小的變化電力網(wǎng)阻抗參數(shù)的變化（設(shè)備故障或檢修退出）電力系統(tǒng)接線的改變偏移的影響電壓過低發(fā)電機(jī)：U↘，δ↗，I↗→發(fā)電機(jī)過熱異步電機(jī)：U↘，轉(zhuǎn)差率σ↗，各繞組I↗，溫升↗，μ↘，壽命↘，出力P↘，起動過程長→燒電機(jī)電爐：P∝U2電燈：亮度和發(fā)光效率大幅下降電壓過低設(shè)備絕緣受損變壓器、電動機(jī)鐵芯飽和，損耗↗，壽命↘白熾燈壽命大為縮短嚴(yán)重時，無功不足，電壓崩潰電力系統(tǒng)允許的電壓偏移

35KV及以上電壓供電的負(fù)荷 ±5%

10KV及以下電壓供電的負(fù)荷 ±7%低壓照明負(fù)荷 +5%—-10%農(nóng)村電網(wǎng)

+5%—-10%事故狀態(tài)下，允許在上述基礎(chǔ)上再增加5%，但正偏 移不超過+10%二、中樞點(diǎn)的電壓管理電壓中樞點(diǎn)的選擇集中負(fù)荷的母線作為電壓中樞點(diǎn)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(fù)荷的發(fā)電廠母線三、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(fù)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(jī)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改變發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)壓發(fā)電機(jī)電壓UG可在5%的范圍內(nèi)保持發(fā)額定功率發(fā)電機(jī)直接供電系統(tǒng)（線路不長，損耗不大）調(diào)節(jié)勵磁，改變機(jī)端電壓，實(shí)現(xiàn)逆調(diào)壓滿足電壓的要求例：最大負(fù)荷時：ΣΔUmax=20%，最大負(fù)荷時：ΣΔUmin=8%ΣΔUmax-ΣΔUmin=12%，發(fā)電機(jī)逆調(diào)5%故最終相差7%，在10%的范圍內(nèi)選一接近值作分接頭UtImax，UtImin，UtI對于升壓變壓器：因正常運(yùn)行時，變壓器分接頭不能調(diào)整，故取平均值返回校驗(yàn)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(yàn)：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例題：P233，例8-3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(fù)荷時分設(shè)不同抽頭計算方法同雙繞組，可分設(shè)調(diào)整范圍大15%以上110KV，UN32.5%（七級）220KV，UN42.5%（九級）三繞組高壓側(cè)裝有載調(diào)壓分接頭低壓側(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(fù)荷變化大聯(lián)絡(luò)線兩端某些發(fā)電廠的變壓器無功功率充足時并補(bǔ)串補(bǔ)利用并聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備調(diào)壓調(diào)相機(jī)作用發(fā)無功，就地補(bǔ)償，減少壓降各種補(bǔ)償設(shè)備的調(diào)節(jié)方式截面積小R>X，不可用并補(bǔ)截面積大R<X，明顯靜止補(bǔ)償器電容器調(diào)相機(jī)改變勵磁電流if靜止補(bǔ)償器（直流助磁）改變助磁電流if電容全部投入電容全部退出靜止補(bǔ)償器（可控硅）改變可控角α補(bǔ)償設(shè)備容量的確定補(bǔ)償前：補(bǔ)償后：補(bǔ)償容量QC與補(bǔ)償前后低壓母線電壓Ui，Uic有關(guān)：QC的確定應(yīng)滿足調(diào)壓要求，設(shè)低壓母線調(diào)壓要求電壓為

U’ic，則Uic=kU’ic。存在QC與k的選擇配合問題最小負(fù)荷時：將電容器全部切除，選變壓器分接頭 UtI=UiminUNi/U’imin，從而k=UtI/UNi最大負(fù)荷時：發(fā)額定容量的無功最大負(fù)荷時：全部投入電容最小負(fù)荷時：吸收（50%-60%）QNC同步調(diào)相機(jī)改變輸電線路參數(shù)進(jìn)行調(diào)壓對于負(fù)荷功率因數(shù)較低的線路，采用該方法較有效合理使用調(diào)壓設(shè)備進(jìn)行調(diào)壓優(yōu)先利用發(fā)電機(jī)調(diào)壓，95%-105%范圍，有母線負(fù)荷時，逆調(diào)壓充分利用變壓器調(diào)壓——不能改變無功不足，只能調(diào)整無功分布（普通、有載）無功不足時調(diào)相機(jī)—平滑調(diào)壓，需維護(hù)，放在樞紐變靜止補(bǔ)償器并聯(lián)電容器串聯(lián)電容器35或10KV，負(fù)荷波動大而頻繁、功率因 數(shù)低的配電線路220KV及以上，提高輸送容量和穩(wěn)定能力110KV及以下，改善線路的電壓質(zhì)量超高壓（330KV以上）并聯(lián)電抗器，吸收線路的充電功率作業(yè)：

某發(fā)電廠有一臺變比為121/6.3KV，容量為31.5MVA的升壓變壓器，折算到121KV側(cè)的ZT=2.95+48.8Ω，變壓器高壓側(cè)最大負(fù)荷為30MVA，COS=0