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文檔簡介
1、第五章 電力系統(tǒng)無功功率平衡和電壓調(diào)整 無功功率平衡調(diào)壓的原理調(diào)壓的措施.電壓偏移過大對電力系統(tǒng)本身以及用電設備會帶來不良的影響。(1)效率下降,經(jīng)濟性變差。(2)電壓過高,照明設備壽命下降,影響絕緣。(3)電壓過低,電機發(fā)熱。(4)系統(tǒng)電壓崩潰可能使所有節(jié)點電壓都保持為額定值?(1)設備及線路壓降(2)負荷波動(3)運行方式改變(4)無功不足 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:35kV及以上供電電壓正負偏移的絕對值之和不超過10%;10kV及以下在7%以內(nèi)。 電壓調(diào)整的必要性. 圖 沿線路各點電壓的變化 .第一節(jié) 電力系統(tǒng)的無功功率平衡 電壓是衡量電能質量的重要指標。 電力系
2、統(tǒng)的運行電壓水平取決于無功功率的平衡。系統(tǒng)中各種無功電源的無功出力應能滿足系統(tǒng)負荷和網(wǎng)絡損耗在額定電壓下對無功功率的需求,否則電壓就會偏離額定值。 .1無功功率負荷 一、無功功率負荷和無功功率損耗異步電動機圖12-1 異步電動機的簡化等值電路 jX電壓下降,轉差增大,定子電流增大.jX 圖12-2 異步電動機的無功功率與端電壓的關系 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.2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VS%=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
3、變壓器中無功功率損耗的數(shù)值是相當可觀的。RT+jXT變壓器.3輸電線路的無功損耗圖12-3 輸電線路的型等值電路 . 線路的無功總損耗為一般情況下,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。.二、無功功率電源電力系統(tǒng)的無功功率電源有發(fā)電機、同步調(diào)相機、靜電電容器及靜止補償器,后三種裝置又稱為無功補償裝置。1. 發(fā)電機發(fā)電機在額定狀態(tài)下運行時,可發(fā)出無功功率: .發(fā)電機在非額定功率因數(shù)下運行時可能發(fā)出的無功功率。圖12-4 發(fā)電機的P-Q極限 .(1)當發(fā)電機低于額定功率因數(shù)運行時,能增加輸出的無功功率,但發(fā)電機的視在功率因取
4、決于勵磁電流不超過額定值的條件,將低于其額定值。(2)當發(fā)電機高于額定功率因數(shù)運行時,勵磁電流不再是限制條件,原動機的機械功率又成了限制條件。(3)發(fā)電機只有在額定電壓、額定電流和額定功率因數(shù)(即運行點C)下運行時視在功率才能達到額定值,使其容量得到最充分的利用。.2. 同步調(diào)相機同步調(diào)相機相當于空載運行的同步電動機。在過勵磁運行時,它向系統(tǒng)供給感性無功功率而起無功電源的作用,能提高系統(tǒng)電壓;在欠勵磁運行時(欠勵磁最大容量只有過勵磁容量的(50% 65%)),它從系統(tǒng)吸取感性無功功率而起無功負荷作用,可降低系統(tǒng)電壓。它能根據(jù)裝設地點電壓的數(shù)值平滑改變輸出(或吸?。┑臒o功功率,進行電壓調(diào)節(jié)。因而
5、調(diào)節(jié)性能較好。 .缺點:同步調(diào)相機是旋轉機械,運行維護比較復雜;有功功率損耗較大,在滿負荷時約為額定容量的(1.55)%,容量越小,百分值越大;小容量的調(diào)相機每kVA容量的投資費用也較大。故同步調(diào)相機宜大容量集中使用,容量小于5MVA的一般不裝設。同步調(diào)相機常安裝在樞紐變電所 。.靜電電容器可按三角形和星形接法連接在變電所母線上。它供給的無功功率QC值與所在節(jié)點電壓的平方成正比,即 缺點:電容器的無功功率調(diào)節(jié)性能比較差。優(yōu)點:靜電電容器的裝設容量可大可小,既可集中使用,又可以分散安裝。且電容器每單位容量的投資費用較小,運行時功率損耗亦較小,維護也較方便。QC=V 2/XC3. 靜電電容器.靜止
6、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。4. 靜止補償器.圖5-6 靜止無功補償器的原理圖 (a)可控飽和電抗器型;(b)自飽和電抗器型;(c)可控硅控制電抗器型;(d) 可控硅控制電抗器和可控硅投切電容器組合型.三、無功功率平衡電力系統(tǒng)無功功率平衡的基本要求:系統(tǒng)中的無功電源可以發(fā)出的無功功率應該大于或至少等于負荷所需的無功功率和網(wǎng)絡中的無功損耗。 Qres0表示系統(tǒng)中無功功率可以平衡且有適量的備用;Qres0.95)或導線截面小的線路,由于PR/V分量的比重大,串聯(lián)補償?shù)恼{(diào)壓
7、效果就很小。 .補償所需的容抗值XC和被補償線路原來的感抗值XL之比kc=XC/XL稱為補償度。在配電網(wǎng)絡中以調(diào)壓為目的的串聯(lián)電容補償,其補償度常接近于1或大于1。.電力線路采用串聯(lián)電容補償,也帶來一些特殊問題,因此作為改善電壓質量的措施,串聯(lián)電容器只用于110kV以下電壓等級、長度特別大或有沖擊負荷的架空分支線路上。 10kV及以下電壓的架空線路,由于RL/XL很大,所以使用串聯(lián)電容補償是不經(jīng)濟和不合理的。 220kV以上電壓等級的遠距離輸電線路中采用串聯(lián)電容補償,其作用在于提高運行穩(wěn)定性和輸電能力。 .發(fā)電機調(diào)壓 大中型同步發(fā)電機都裝有自動勵磁調(diào)節(jié)裝置(AVR),根據(jù)運行情況調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁
8、電流以改變發(fā)電機機端電壓(一般有5%的調(diào)節(jié)范圍)以達到調(diào)壓的目的。 但在這某些情況下,改變發(fā)電機機端電壓調(diào)壓只能作為一種輔助性的調(diào)壓措施。 .電網(wǎng)被劃分為彼此解耦的區(qū)域,各區(qū)域選擇1個或多個中樞母線和多臺控制發(fā)電機,整個控制系統(tǒng)由一級電壓控制、二級電壓控制、三級電壓控制組成 .電壓調(diào)整總結 發(fā)電機調(diào)壓主要適用于地方性供電網(wǎng),對于區(qū)域性電力網(wǎng)僅作為輔助調(diào)壓措施。 在系統(tǒng)無功功率充裕時,首先應考慮采用改變變壓器變比調(diào)壓。對于無載調(diào)壓變壓器,一般只適用于季節(jié)性負荷變化的情況。 當系統(tǒng)無功電源不足時,必須增設無功補償容量。無功功率的就地補償雖需增加投資,但這樣不僅能提高運行電壓水平,還能通過減少無功功率在網(wǎng)絡中的傳輸而降低網(wǎng)絡的有功功率損耗。 串聯(lián)電容補償可用于配電網(wǎng)的調(diào)壓,同時,串聯(lián)電容補償用于超高壓輸電線可帶來對潮流控制、系統(tǒng)穩(wěn)定性的提高等方面的綜合效益。.第六節(jié) 電力系統(tǒng)無功功率的最優(yōu)分配一、無功負荷的最優(yōu)分配1、等網(wǎng)損微增率準則無功經(jīng)濟分布的目標:在有功負荷分布已確定的前提下,調(diào)整無功電源之間的負荷分布,使有功網(wǎng)損達到最小。網(wǎng)絡
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