電力系統(tǒng)分析(8)

1、1/53 第第8 8章章 電力系統(tǒng)的無功平衡和電壓調(diào)電力系統(tǒng)的無功平衡和電壓調(diào) 整整 一電力系統(tǒng)的無功功率平衡一電力系統(tǒng)的無功功率平衡 二電壓調(diào)整的概念二電壓調(diào)整的概念 三三. . 電壓調(diào)整的方式電壓調(diào)整的方式 四電壓調(diào)整的方法四電壓調(diào)整的方法 2/53 思考題思考題 1. 電壓與功率的關(guān)系。電壓與功率的關(guān)系。 2. 電力系統(tǒng)主要無功源有那些？電力系統(tǒng)主要無功源有那些？ 3. 發(fā)電機輸出功率受到什么限制？發(fā)電機輸出功率受到什么限制？ 4. 同步調(diào)相機與電容器各自的優(yōu)缺點？同步調(diào)相機與電容器各自的優(yōu)缺點？ 5. 調(diào)壓方式和手段及適用場合。調(diào)壓方式和手段及適用場合。 6. 中樞點及其電壓允許范圍。

2、中樞點及其電壓允許范圍。 3/53 8.1 8.1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡電力系統(tǒng)的無功功率平衡 1) 1) 無功功率平衡無功功率平衡分層分區(qū)、就地平衡分層分區(qū)、就地平衡 運行電壓水平：取決于無功功率平衡運行電壓水平：取決于無功功率平衡 )()()( LossLDG tQtQtQ n無功電源無功電源發(fā)電機、調(diào)相機、電容器、靜止補償器發(fā)電機、調(diào)相機、電容器、靜止補償器 n無功負荷無功負荷主要是異步電動機主要是異步電動機 n無功損耗無功損耗變壓器、線路變壓器、線路 4/53 8.1 8.1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡電力系統(tǒng)的無功功率平衡 2) 2) 無功電源無功電源發(fā)電機發(fā)電機 調(diào)節(jié)勵磁改變無功 Q

3、 P N I N U dN jxI qN E OO A B C D E 勵磁電流限制 定子電流限制 原動機功率限制 并列運行穩(wěn)定限制 5/53 8.1 8.1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡電力系統(tǒng)的無功功率平衡 2) 2) 無功電源無功電源調(diào)相機調(diào)相機 l相當于相當于空載空載運行的運行的同步同步發(fā)電發(fā)電機機。 l 平滑平滑調(diào)節(jié)無功。調(diào)節(jié)無功。過過勵磁運行，勵磁運行，發(fā)出發(fā)出感性無功；感性無功； 欠欠勵磁運行，勵磁運行，吸收吸收感性無功。感性無功。 l欠勵磁容量為額定的欠勵磁容量為額定的50506565。 l旋轉(zhuǎn)機械，運行旋轉(zhuǎn)機械，運行維護復雜維護復雜；費用高；有功；費用高；有功損耗大損耗大 ( (1

4、.51.5%5%)5%)。 l宜于大容量宜于大容量集中使用集中使用。 連續(xù)、快速、范圍大 昂貴、麻煩、不靈活 6/53 8.1 8.1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡電力系統(tǒng)的無功功率平衡 2) 2) 無功電源無功電源靜電電容器靜電電容器 CC XVQ/ 2 l電電壓壓下下降降，輸出，輸出減少減少，不利于調(diào)，不利于調(diào)壓；壓； l不能連續(xù)平滑調(diào)節(jié)無功。不能連續(xù)平滑調(diào)節(jié)無功。只發(fā)出只發(fā)出感性無感性無功；功； l無旋轉(zhuǎn)機械，運行無旋轉(zhuǎn)機械，運行維護維護方便；費用低；有功方便；費用低；有功損耗損耗 小小(0.3%0.5%)； l裝設(shè)容量可大可小，可集中補償也可就地裝設(shè)容量可大可小，可集中補償也可就地補償；補償

5、； 經(jīng)濟、方便、靈活 離散、慢速、范圍小 7/53 8.1 8.1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡電力系統(tǒng)的無功功率平衡 2) 2) 無功電源無功電源靜止補償器靜止補償器 n可可快速快速、平滑平滑調(diào)節(jié)無功、可調(diào)節(jié)無功、可容容性可性可感感性，能滿足性，能滿足 動態(tài)無功補償需要；動態(tài)無功補償需要； n與與調(diào)相機比，運行維護方便；費用低；有功損耗調(diào)相機比，運行維護方便；費用低；有功損耗 小。小。 8/53 8.1 8.1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡電力系統(tǒng)的無功功率平衡 2) 2) 無功電源無功電源靜止補償器靜止補償器 n晶閘管控制電抗器型晶閘管控制電抗器型 L 控制電流 C c L 9/53 8.1 8.1

6、電力系統(tǒng)的無功功率平衡電力系統(tǒng)的無功功率平衡 2) 2) 無功電源無功電源靜止補償器靜止補償器 n可控飽和電抗器型可控飽和電抗器型 dc w dc I ac w L C c L 10/53 8.1 8.1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡電力系統(tǒng)的無功功率平衡 2) 2) 無功電源無功電源靜止補償器靜止補償器 n自控飽和電抗器型自控飽和電抗器型 L C c L 11/53 8.1 8.1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡電力系統(tǒng)的無功功率平衡 2) 2) 無功電源無功電源靜止補償器靜止補償器 n晶閘管晶閘管控制控制和晶閘管和晶閘管投切投切電容器電容器組合型組合型 L C c L C 12/53 8.1 8.1 電

7、力系統(tǒng)的無功功率平衡電力系統(tǒng)的無功功率平衡 3) 3) 無功負荷無功負荷異步電動機異步電動機 XI X V QQQ m mM 2 2 勵磁損耗勵磁損耗 漏磁損耗漏磁損耗 13/53 8.1 8.1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡電力系統(tǒng)的無功功率平衡 4) 4) 無功損耗無功損耗變壓器變壓器 TTTT XIBVQQQ 22 0 勵磁損耗勵磁損耗 漏抗損耗漏抗損耗 14/53 8.1 8.1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡電力系統(tǒng)的無功功率平衡 4) 4) 無功損耗無功損耗線路線路 )( 2 2 2 2 1 2 VV B XIQQQ BXL 電抗損耗電抗損耗 充電功率充電功率 15/53 8.2 8.2 電壓調(diào)

8、整的概念電壓調(diào)整的概念 1) 1) 電壓偏移電壓偏移 n35kV及以上供電電壓正、負偏移的絕對值之和及以上供電電壓正、負偏移的絕對值之和 不大于不大于10；同方向偏移，最大值不超過；同方向偏移，最大值不超過10。 n10kV及以下允許偏移為及以下允許偏移為7。 n220V單相供電電壓偏移為單相供電電壓偏移為7和和10。 V V V N N (%) 電壓偏移 16/53 8.2 8.2 電壓調(diào)整的概念電壓調(diào)整的概念 2) 2) 中樞點和監(jiān)測點中樞點和監(jiān)測點 n電壓中樞點：電力系統(tǒng)中重要的電壓中樞點：電力系統(tǒng)中重要的電壓支撐節(jié)點電壓支撐節(jié)點。 n電壓監(jiān)測點：電壓監(jiān)測點：監(jiān)測監(jiān)測電力系統(tǒng)電壓值和電力

9、系統(tǒng)電壓值和考核考核電壓質(zhì)電壓質(zhì) 量的量的節(jié)點節(jié)點 n中樞點一定監(jiān)測，監(jiān)測點不一定是中樞點。中樞點一定監(jiān)測，監(jiān)測點不一定是中樞點。 17/53 8.2 8.2 電壓調(diào)整的概念電壓調(diào)整的概念 3) 3) 中樞點中樞點電壓與負荷點電壓的關(guān)系電壓與負荷點電壓的關(guān)系 O i j Si t 816240 Uoi t 816240 0.04UN 0.1UN 要求：要求：(0.951.05)UN Uo = (0.951.05)UN + 0.04UN =(0.991.09)UN (08)h Uo = (0.951.05)UN + 0.1UN =(1.051.15)UN (824)h 18/53 8.2 8.2

10、 電壓調(diào)整的概念電壓調(diào)整的概念 3) 3) 中樞點中樞點電壓與負荷點電壓的關(guān)系電壓與負荷點電壓的關(guān)系 Sj t 816240 Uoj t 816240 0.01UN 0.03UN Uo = (0.951.05)UN + 0.01UN =(0.961.06)UN (016)h Uo = (0.951.05)UN + 0.03UN =(0.981.08)UN (1624)h 19/53 8.2 8.2 電壓調(diào)整的概念電壓調(diào)整的概念 3) 3) 中樞點中樞點電壓與負荷點電壓的關(guān)系電壓與負荷點電壓的關(guān)系 Uo t 816240 0.96UN UN 0.98UN 0.99UN 1.05UN 1.08UN

11、 1.06UN 1.09UN 1.15UN Uo =(0.961.06)UN(016)h Uo =(0.981.08)UN(1624)h Uo =(0.991.09)UN(08)h Uo =(1.051.15)UN(824)h 20/53 8.3 8.3 電壓調(diào)整的方式電壓調(diào)整的方式 1) 1) 中樞點電壓調(diào)整方式中樞點電壓調(diào)整方式 n順調(diào)壓順調(diào)壓供電線路供電線路不長不長，負荷，負荷變動不大變動不大 小負荷大負荷 U t 1.075VN 1.025VN O i j O UOO UOi UOj UOO小， UO高UOO大， UO低 21/53 8.3 8.3 電壓調(diào)整的方式電壓調(diào)整的方式 1)

12、1) 中樞點電壓調(diào)整方式中樞點電壓調(diào)整方式 n逆調(diào)壓供電線路較長、負荷變動較大逆調(diào)壓供電線路較長、負荷變動較大 U t 1.05VN VN 小負荷大負荷 O i j O UOO UOi UOj UO高 UO低 22/53 8.3 8.3 電壓調(diào)整的方式電壓調(diào)整的方式 1) 1) 中樞點電壓調(diào)整方式中樞點電壓調(diào)整方式 n恒調(diào)壓恒調(diào)壓介于介于“逆調(diào)壓逆調(diào)壓”和和“順調(diào)壓順調(diào)壓”之間之間 t V 1.021.05VN 小負荷大負荷 23/53 8.3 8.3 電壓調(diào)整的方式電壓調(diào)整的方式 2) 2) 電壓中樞點設(shè)置原則電壓中樞點設(shè)置原則 n區(qū)域性區(qū)域性水、火水、火電廠電廠的高壓母線的高壓母線 n分區(qū)

13、分區(qū)選擇母線選擇母線短路容量較大短路容量較大的的220kV變電所母線變電所母線 n有有大量地方負荷大量地方負荷的發(fā)的發(fā)電廠電廠母線母線 24/53 8.4 8.4 電壓調(diào)整的方法電壓調(diào)整的方法 n發(fā)電機發(fā)電機調(diào)壓：改變勵磁電流調(diào)壓：改變勵磁電流 n改變改變變壓器變壓器變比調(diào)壓變比調(diào)壓 n利用利用無功無功功率功率補償補償調(diào)壓：電容器調(diào)壓：電容器/調(diào)相機調(diào)相機/靜止補靜止補 償器償器 n改變輸電改變輸電線路線路的的參數(shù)參數(shù)調(diào)壓：串聯(lián)補償調(diào)壓：串聯(lián)補償 N U QXPR U 25/53 8.4 8.4 電壓調(diào)整的方法電壓調(diào)整的方法 l改變改變變壓器變比調(diào)變壓器變比調(diào)壓壓 UUU 12 GT2 2 T

14、1 L 1 2 1 2 k : 1 2 2 /UUk 2N1jt /UUk 2N 2 1 1jt U U UU U 不變 電壓為什么降？電壓為什么降？ 2 2 2N 1jt U U U U 26/53 8.4 8.4 電壓調(diào)整的方法電壓調(diào)整的方法 l改變改變變壓器變比調(diào)變壓器變比調(diào)壓壓 最大負荷時最大負荷時 2N max2 maxmax1 max1jt U U UU U 最小負荷時最小負荷時 2N min2 minmin1 min1jt U U UU U 2/ )( min1jtmax1jt1jt UUU 2 1 2 k : 1 2 2 2N 1jt U U U U 27/53 8.4 8.4

15、 電壓調(diào)整的方法電壓調(diào)整的方法 某降壓變電所的變壓器的變比為 11022.5%/10.5kV，阻抗為2.44+j40，最大負荷 為28+j14MVA，高壓側(cè)電壓為113kV，最小負荷為 20+j6MVA，高壓側(cè)電壓為115kV；低壓側(cè)母線電壓 允許變壓范圍為1011kV。求變壓器的分接頭位置。 例1 GT 21 28/53 8.4 8.4 電壓調(diào)整的方法電壓調(diào)整的方法 解 1) 最大負荷時，變壓器 二次側(cè)電壓折算到高壓 值是 kV5 .107 113 401444. 228 113 max2 U 2) 最小負荷時，變壓器二次側(cè)電壓折算 到高壓值是 kV7 .112 115 40644. 220

16、 115 min2 U 2 1 2 k : 1 29/53 8.4 8.4 電壓調(diào)整的方法電壓調(diào)整的方法 解 3) 最大負荷時，變壓器分接頭 kV88.1125 .10 10 5 .107 max1jt U 4) 最小負荷時，變壓器分接頭 kV57.1075 .10 11 7 .112 min1jt U kV22.1102/ )57.10788.112(2/ )( min1jtmax1jt1jt UUU 5) 變壓器分接頭取值 變壓器分接頭取值110kV 2 2 2N 1jt U U U U 30/53 8.4 8.4 電壓調(diào)整的方法電壓調(diào)整的方法 解 6) 校驗最大負荷和最小負荷的變壓器二

17、次側(cè)電壓 kV29.10 110 5 .10 5 .107 max2 U 電壓合格 kV76.10 110 5 .10 7 .112 min2 U 2 2 2N 1jt U U U U 31/53 8.4 8.4 電壓調(diào)整的方法電壓調(diào)整的方法 調(diào)壓繞組 切換裝置 出線 ka kb k1 k2 低 壓 繞 組 高 壓 繞 組 有載調(diào)壓變壓器原理 32/53 8.4 8.4 電壓調(diào)整的方法電壓調(diào)整的方法 5.3.5 合理使用合理使用調(diào)壓方法方法 l無功無功不足不足，增加無功電源，優(yōu)先采用電容器或，增加無功電源，優(yōu)先采用電容器或 靜止補償器。采用變壓器調(diào)壓只能改善局部地靜止補償器。采用變壓器調(diào)壓只能

18、改善局部地 區(qū)的電壓，造成無功進一步不平衡，引起電壓區(qū)的電壓，造成無功進一步不平衡，引起電壓 崩潰。崩潰。 l無功分配無功分配不合理不合理，采用變壓器調(diào)壓。，采用變壓器調(diào)壓。 33/53 第第9 9章章 電力系統(tǒng)的有功平衡和頻率調(diào)整電力系統(tǒng)的有功平衡和頻率調(diào)整 一電力系統(tǒng)的有功功率平衡一電力系統(tǒng)的有功功率平衡 二頻率調(diào)整的概念二頻率調(diào)整的概念 三三. . 頻率調(diào)整的方式頻率調(diào)整的方式 34/53 思考題思考題 1. 頻率與功率的關(guān)系。頻率與功率的關(guān)系。 2. 發(fā)電機的功頻特性。發(fā)電機的功頻特性。 3. 負荷的頻率調(diào)節(jié)效應。負荷的頻率調(diào)節(jié)效應。 4. 頻率的一次、二次調(diào)整。頻率的一次、二次調(diào)整。

19、 35/53 9.1 9.1 電力系統(tǒng)的有功功率平衡電力系統(tǒng)的有功功率平衡 1) 1) 有功功率平衡有功功率平衡 運行運行頻率高低頻率高低：取決于：取決于有功有功功率功率平衡平衡 )()()( LossLDG tPtPtP 36/53 9.1 9.1 電力系統(tǒng)的有功功率平衡電力系統(tǒng)的有功功率平衡 2) 2) 有功負荷的特點有功負荷的特點 nP1：周期：周期短短，變動，變動幅度小幅度小， 偶然偶然性性 nP2：周期：周期較長較長，變動幅度，變動幅度 較大較大，大的沖擊負荷。電，大的沖擊負荷。電 爐、延壓機、電氣機車、爐、延壓機、電氣機車、 工業(yè)大電機工業(yè)大電機 nP3：周期：周期最長最長，變動幅

20、度，變動幅度 最大最大。 t P P1 P2 P3 37/53 9.1 9.1 電力系統(tǒng)的有功功率平衡電力系統(tǒng)的有功功率平衡 3) 3) 有功發(fā)電計劃有功發(fā)電計劃 n機組組合機組組合 n經(jīng)濟調(diào)度：經(jīng)濟調(diào)度： 等耗量微增率準則等耗量微增率準則 網(wǎng)損修正網(wǎng)損修正 38/53 9.1 9.1 電力系統(tǒng)的有功功率平衡電力系統(tǒng)的有功功率平衡 4) 4) 有功發(fā)電計劃的一般原則有功發(fā)電計劃的一般原則 n盡量避免棄水盡量避免棄水 n降低火電煤耗降低火電煤耗 n增加燃用劣質(zhì)煤、當?shù)孛?，減少燒油增加燃用劣質(zhì)煤、當?shù)孛海瑴p少燒油 n核電承擔基荷核電承擔基荷 39/53 9.1 9.1 電力系統(tǒng)的有功功率平衡電力系

21、統(tǒng)的有功功率平衡 4) 4) 有功發(fā)電計劃的一般原則有功發(fā)電計劃的一般原則 枯水期枯水期豐水期豐水期 無調(diào)節(jié)水電廠和其他強迫功率水電廠和熱電廠的強迫功率 核電廠 核電廠 燃燒劣質(zhì)和當?shù)厝剂匣痣姀S 燃燒劣質(zhì)和當?shù)厝剂匣痣姀S 熱電廠可調(diào)功率 熱電廠可調(diào)功率 高溫高壓火電廠高溫高壓火電廠 中溫中壓火電廠 水電廠可調(diào)功率 中溫中壓火電廠 40/53 9.2 9.2 頻率調(diào)整的概念頻率調(diào)整的概念 1) 1) 頻率偏差頻率偏差 n額定頻率額定頻率50Hz； n頻率偏差范圍為頻率偏差范圍為0.20.5Hz。 41/53 9.2 9.2 頻率調(diào)整的概念頻率調(diào)整的概念 2) 2) 發(fā)電機發(fā)電機的的功頻靜特性功頻

22、靜特性 f* PG* 1 1 *G * * P f R 發(fā)電機組的調(diào)差系數(shù)100% N N0 f ff R * *G * * 1 f P R KG 功頻靜特性系數(shù) 42/53 9.2 9.2 頻率調(diào)整的概念頻率調(diào)整的概念 3) 3) 負荷負荷的的功頻靜特性功頻靜特性 f PLD fN PLN n nLD fafaaP *10* f P K l l 負荷的單位調(diào)節(jié)功率 * * * f P K l l N N l l P f K N N / / ff PP ll 43/53 9.3 9.3 頻率調(diào)整的方式頻率調(diào)整的方式 1) 1) 調(diào)頻方式調(diào)頻方式 l一次一次調(diào)頻調(diào)頻有差有差調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) 針對負荷中P

23、1變化引起頻率變化的調(diào)整 調(diào)整手段：調(diào)速器系統(tǒng) l二次二次調(diào)頻調(diào)頻無差無差調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) 針對負荷中P2變化引起頻率變化的調(diào)整 調(diào)整手段：在發(fā)電機組上裝設(shè)調(diào)頻器系統(tǒng)/AGC l三次三次調(diào)頻調(diào)頻無差無差調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) 針對負荷中P3變化引起頻率變化的調(diào)整 調(diào)整手段：機組組合/經(jīng)濟調(diào)度 44/53 9.3 9.3 頻率調(diào)整的方式頻率調(diào)整的方式 根據(jù)發(fā)電機組和負荷的功頻靜特性 調(diào)整手段：調(diào)速器系統(tǒng) 2) 2) 一次調(diào)頻一次調(diào)頻 l P fKfKP Gll 0 l m i GiS KKK 1 fKfKKP SlGl )( 0 f P f1 P1P2 G P 0l P f2 系統(tǒng)的單位調(diào)系統(tǒng)的單位調(diào) 節(jié)系數(shù)節(jié)系數(shù)

24、45/53 9.3 9.3 頻率調(diào)整的方式頻率調(diào)整的方式 根據(jù)發(fā)電機組和負荷的功頻靜特性 調(diào)整手段：調(diào)速器和調(diào)頻器 3) 3) 二次調(diào)頻二次調(diào)頻 fKfKKPP SlGGl )( 00 f P f1 P1P2 G P 0l P l P f2 系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)系數(shù)系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)系數(shù) 發(fā)電機二次調(diào)頻發(fā)電機二次調(diào)頻 增發(fā)量增發(fā)量PG0 f3 lGGl PPPP 00 fKfKPP lGGl 00 P3 46/53 9.3 9.3 頻率調(diào)整的方式頻率調(diào)整的方式 4) 4) 調(diào)頻廠選擇調(diào)頻廠選擇 n具有足夠的容量具有足夠的容量 n具有較快的調(diào)整速度具有較快的調(diào)整速度 n調(diào)整范圍內(nèi)的經(jīng)濟性要好調(diào)整范圍內(nèi)的經(jīng)

25、濟性要好 n主調(diào)頻廠主調(diào)頻廠+輔調(diào)頻廠輔調(diào)頻廠 n一般為系統(tǒng)中容量較大的水電廠一般為系統(tǒng)中容量較大的水電廠 nAGC 47/53 9.3 9.3 頻率調(diào)整的方式頻率調(diào)整的方式 兩系統(tǒng)由聯(lián)絡線連接為一聯(lián)合系統(tǒng)。正常運行 時，聯(lián)絡線上無交換功率。兩系統(tǒng)的容量分別為 1500MW和1000MW；單位調(diào)節(jié)功率(以各自系統(tǒng)容 量為基準)分別 KGA* = 25，KlA* = 1.5，KGB* = 20，KlB* = 1.3。設(shè)A系統(tǒng)負荷增加100MW，計算下列情況下 的頻率和聯(lián)絡線的交換功率：(1) 兩系統(tǒng)機組都參加 一次調(diào)頻；(2) 兩系統(tǒng)機組都不參加一次調(diào)頻；(3) B 系統(tǒng)機組不參加一次調(diào)頻； (4) A系統(tǒng)機組不參加一 次調(diào)頻。 例1 PAB 48/53 9.3 9.3 頻率調(diào)整的方式頻率調(diào)整的方式 解 MW/Hz750 50 1500 25 * N GAN GAGA f P KK 單位調(diào)節(jié)功率的有名值 MW/Hz45 50 1500 5 . 1 * N GAN lAlA f P KK MW/Hz400 50 1000 20 * N GBN GBGB f P KK MW/Hz26 50 1000 3 . 1 * N GBN lBlB f P KK 0 lBGBGA PPPMW100 lA PMW100 A P0 B P 49/53 9.3 9.3 頻率調(diào)整的方式頻率調(diào)整的方式 (