有無功調(diào)節(jié)基礎(chǔ)講解

1、 第九章 有、無功調(diào)節(jié) 1、電力系統(tǒng)的有功平衡 2、電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整 3、電力系統(tǒng)的無功平衡 4、中樞點(diǎn)的電壓管理 5、電力系統(tǒng)的調(diào)壓措施一、電力系統(tǒng)的有功功率平衡1、典型的負(fù)荷種類： 負(fù)荷變動幅度小，周期又很短(如P1)，這種負(fù)荷的變動具有很大的偶然性； 負(fù)荷變動幅度較大，周期也較長（如P2）工業(yè)中大電機(jī)、電爐、延壓機(jī)、電氣機(jī)車等用戶的開停，它們具有一定的沖擊性； 負(fù)荷變動幅度最大，周期也最長，且變化較緩慢（如P3）人們生產(chǎn)、生活及氣象條件的變化等引起的，這種負(fù)荷變化基本上可以預(yù)計(jì)。圖9-1 有功負(fù)荷的變動2、有功功率電源和備用容量有功功率的平衡 ： 為系統(tǒng)中所有電源發(fā)出的有功之和 系統(tǒng)中

2、所有負(fù)荷消耗的有功之和 全網(wǎng)絡(luò)中有功功率損耗之和二、電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整1、頻率調(diào)整的必要性 影響異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸出功率； 影響按額定頻率設(shè)計(jì)電氣設(shè)備； 頻率降低，無功損耗增加。2、 頻率與有功平衡的關(guān)系 負(fù)荷變化發(fā)電機(jī)輸出電磁功率變化原動機(jī)輸入功率相對遲緩轉(zhuǎn)矩差引起轉(zhuǎn)速變化頻率變化調(diào)速器、調(diào)頻器、自動發(fā)電控制動作調(diào)整。維持額定頻率50Hz0.2-0.5Hz4、電力系統(tǒng)負(fù)荷的頻率特性根據(jù)所需的有功功率與頻率的關(guān)系可將負(fù)荷分成以下幾類： (1)與頻率變化無關(guān)的負(fù)荷，如照明、電弧爐、電阻爐和整流負(fù)荷等。 (2)與頻率的一次方成正比的負(fù)荷，負(fù)荷的阻力矩等于常數(shù)的屬于此類，如球磨機(jī)、切削機(jī)床、往復(fù)式

3、水泵、壓縮機(jī)和卷揚(yáng)機(jī)等。 (3)與頻率的二次方成正比的負(fù)荷，如變壓器中的渦流損耗。 (4)與頻率的三次方成正比的負(fù)荷，如通風(fēng)機(jī)、靜水頭阻力不大的循環(huán)水泵等。 (5)與頻率的更高次方成正比的負(fù)荷，如靜水頭阻力很大的給水泵。系統(tǒng)的電壓不變，有功負(fù)荷隨頻率的變化為：標(biāo)么制下： 一、系統(tǒng)負(fù)荷的有功功率頻率靜態(tài)特性 圖9-5 有功負(fù)荷頻率靜態(tài)特性近似為直線負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)圖9-5 有功負(fù)荷頻率靜態(tài)特性 KL，稱為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)。在實(shí)際系統(tǒng)中KL*13，它表示頻率變化1時，負(fù)荷有功功率相應(yīng)變化(13)。圖9-4 調(diào)速器的作用下的發(fā)電機(jī)功率頻率特性曲線發(fā)電機(jī)的調(diào)差特性： 有調(diào)速系統(tǒng)時：頻率下降，發(fā)

4、電機(jī)輸出功率增加，反之也然。此時，原動機(jī)的靜態(tài)頻特性成為一族受原動機(jī)功率限制的曲線。 發(fā)電機(jī)輸出功率與頻率關(guān)系可近似地用直線3-2-1表示，稱為發(fā)電機(jī)組的功率一頻率靜態(tài)特性。2發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)調(diào)差系數(shù) 在發(fā)電機(jī)組的功頻靜態(tài)特性上任取兩點(diǎn)1和2。機(jī)組的靜態(tài)調(diào)差系數(shù)為：調(diào)差系數(shù)也叫調(diào)差率，可定量表明某臺機(jī)組負(fù)荷改變時相應(yīng)的轉(zhuǎn)速(系統(tǒng)頻率)偏移的程度。 調(diào)差系數(shù)的大小對頻率偏移的影響很大，調(diào)差系數(shù)愈小(即單位調(diào)節(jié)功率愈大)，頻率偏移亦愈小。但是因受機(jī)組調(diào)速機(jī)構(gòu)的限制，調(diào)差系數(shù)的調(diào)整范圍是有限的， 通常取 汽輪發(fā)電機(jī)組： *=0.040.06，KG*2516.7； 水輪發(fā)電機(jī)組： *=0.020.04，

5、KG*5025。5、電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整(1)、頻率的一次調(diào)整(有差調(diào)節(jié)) 發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性和負(fù)荷的功率頻率的調(diào)節(jié)效應(yīng)結(jié)合起來，由調(diào)速器完成的頻率調(diào)整稱為系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整。 圖96所示為系統(tǒng)頻率一次調(diào)整的特性曲線。發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性和負(fù)荷的功率頻率特性曲線相交于O點(diǎn)，即原始運(yùn)行點(diǎn)。此時系統(tǒng) 因此，電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)節(jié)是有差調(diào)整。 即依靠調(diào)速器進(jìn)行的一次調(diào)整只能限制周期較短、幅度較小的負(fù)荷變動引起的頻率偏移較小的情況。 而負(fù)荷變動周期較長、幅度較大的調(diào)頻任務(wù)自然落到頻率的二次調(diào)整上。系統(tǒng)頻率的二次調(diào)整 負(fù)荷突然增大PL0后，運(yùn)行點(diǎn)從O跳至A，由于頻率的一次調(diào)整，穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)轉(zhuǎn)移到O，即

6、頻率將下降到f0 ，功率增加至P0 頻率偏移f 。 若頻率偏移超出允許范圍，則需要發(fā)電機(jī)的調(diào)頻器動作，以增加發(fā)電機(jī)組發(fā)出的有功功率，應(yīng)使發(fā)電機(jī)的功率頻率特性向上平行移動，即發(fā)電機(jī)組的二次調(diào)整，并增發(fā)PG0，則運(yùn)行點(diǎn)將從O轉(zhuǎn)移到O”點(diǎn)，對應(yīng)頻率為f0”。有功功率為P0”， 這樣，由于頻率進(jìn)行了二次調(diào)整，使頻率偏差由一次調(diào)整時的f減少為f”，供給負(fù)荷的有功功率由P增至P”，實(shí)現(xiàn)了電力系統(tǒng)頻率的二次調(diào)整(有差調(diào)整) 。 若平行移動至虛線Af、也可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頻率的無差調(diào)整。 頻率的二次凋整時，電力系統(tǒng)的負(fù)荷增量是由參與二次調(diào)頻的一臺或幾臺主調(diào)頻機(jī)組承擔(dān)。 如果參與二次調(diào)頻的所有機(jī)組仍不足以承擔(dān)系統(tǒng)負(fù)荷

7、變化的需求時，則應(yīng)進(jìn)行頻率的三次調(diào)整，即由調(diào)度中心下達(dá)執(zhí)行預(yù)定的日發(fā)電計(jì)劃，使不參與調(diào)頻的有關(guān)的發(fā)電機(jī)組在某一段時間內(nèi)增大或減少出力，維持系統(tǒng)有功功率的大體平衡，以確保二次調(diào)頻機(jī)組能夠承擔(dān)負(fù)荷變化的需求，使系統(tǒng)頻率變化在允許范圍內(nèi)。(2)、調(diào)頻廠擔(dān)負(fù)二次調(diào)頻任務(wù)的電廠稱為調(diào)頻廠 調(diào)頻廠的條件：具有足夠的容量；具有較快的調(diào)整速度；調(diào)整范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性要好。 火電廠受鍋爐技術(shù)最小負(fù)荷的限制，水電廠的調(diào)整容量大于火電廠，水電廠的調(diào)整速度較快，且適宜承擔(dān)急劇變動的負(fù)荷。一般應(yīng)選擇系統(tǒng)中容量較大的水電廠作為調(diào)頻廠。若水電廠調(diào)節(jié)容量不足或無水電廠時，可選中溫中壓火電廠作為調(diào)頻廠。 總結(jié)：各類負(fù)荷變動與頻率調(diào)

8、整第一種負(fù)荷波動，頻率的“一次調(diào)整” ；由調(diào)速器自動完成第二種負(fù)荷變動，頻率的“二次調(diào)整” ；調(diào)頻器手動或自動完成第三種負(fù)荷變動頻率的“三次調(diào)整，通過對第三種變動的負(fù)荷預(yù)計(jì)，由調(diào)度部門預(yù)先編制日負(fù)荷曲線，按最優(yōu)化準(zhǔn)則在各發(fā)電廠間分配負(fù)荷，它屬于電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的問題，或稱經(jīng)濟(jì)調(diào)度。 關(guān)于自動發(fā)電控制 自動發(fā)電控制AGC(AutomaticGenerationContr01)是電力系統(tǒng)運(yùn)行中一個基本的和重要的計(jì)算機(jī)實(shí)時控制功能。自動發(fā)電控制有四個基本目標(biāo)： 使全系統(tǒng)的發(fā)電出力和負(fù)荷功率相匹配； 將電力系統(tǒng)的頻率偏差調(diào)節(jié)到零，保持系統(tǒng)頻率為額定值； 控制區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線的交換功率與計(jì)劃值相等，實(shí)現(xiàn)各區(qū)

9、域內(nèi)有功功率的平衡； 在區(qū)域內(nèi)各發(fā)電廠間進(jìn)行負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配。 上述第一個目標(biāo)與所有發(fā)電機(jī)的調(diào)速器有關(guān)，即與頻率的一次調(diào)整有關(guān)。 第二和第三個目標(biāo)與頻率的二次調(diào)整有關(guān)，也稱為負(fù)荷頻率控制 LFC(LoadFrequencyContr01)。 通常所說的AGC是指前三項(xiàng)目標(biāo)。包括第四項(xiàng)目標(biāo)時，往往稱為AGCEDC(經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制，即Economic Dispatching Contr0l)，但也有把EDC功能包括在AGC功能之中的。由調(diào)速器實(shí)現(xiàn)調(diào)頻，其響應(yīng)速度較快，可適應(yīng)小負(fù)荷短時間的波動； 對周期在10s至多23min以內(nèi)而幅度變化較大的負(fù)荷，已經(jīng)不能由調(diào)速器本身的調(diào)頻特性來進(jìn)行，需要由電力系統(tǒng)控

10、制中心，根據(jù)系統(tǒng)的頻率以及與其他地區(qū)相連的輸電線上的功率的偏移程度，啟動AGC來進(jìn)行控制；對于周期在三分鐘以上的負(fù)荷波動，可以根據(jù)負(fù)荷曲線和預(yù)測幾分鐘后總負(fù)荷變化趨勢，由計(jì)算機(jī)算出發(fā)電機(jī)組最經(jīng)濟(jì)的輸出功率，然后發(fā)出控制命令到各發(fā)電廠進(jìn)行調(diào)整，即按經(jīng)濟(jì)調(diào)度實(shí)現(xiàn)負(fù)荷分配控制。 發(fā)電機(jī)組上的調(diào)速器能根據(jù)電力系統(tǒng)頻率變化自動地調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出功率，所以在某種意義上講也具有自動發(fā)電控制的功能，但通常不稱為自動發(fā)電控制。 這里指的AGC是一種控制性能比較完善和作用較好的發(fā)電機(jī)輸出功率的自動控制。它利用電子計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)控制功能，是一個小型的計(jì)算機(jī)閉環(huán)控制系統(tǒng)。1. 無功電源 無功電源包括發(fā)電機(jī)、同步調(diào)相機(jī)、

11、靜電電容器及靜止補(bǔ)償器等。發(fā)電機(jī)額定狀態(tài)下： QGN=SGNsinN=PGNtgN 三、電力系統(tǒng)的無功平衡圖9-8 發(fā)電機(jī)有功與無功功率的出力圖發(fā)電機(jī)無功與電壓等的關(guān)系:可得 當(dāng)P為一定值時，得1發(fā)電機(jī)無功與電壓的靜態(tài)特性2異步電動機(jī)無功與電壓的靜態(tài)特性圖9-9 無功與電壓靜態(tài)特性曲線電容器：無功功率與電壓靜特性關(guān)系：同步調(diào)相機(jī)： 相當(dāng)于空載運(yùn)行的同步電動機(jī)，在過勵磁運(yùn)行時，同步調(diào)相機(jī)向系統(tǒng)輸送無功功率，欠勵磁運(yùn)行時，它從系統(tǒng)吸收無功功率，無功功率與電壓靜特性與發(fā)電機(jī)相似。 調(diào)相機(jī)與電容器的比較：調(diào)相機(jī)：能平滑調(diào)節(jié)，具有正的調(diào)節(jié)效應(yīng) ，維護(hù)復(fù)雜，響應(yīng)慢，損耗大電容器：成組地投入切除,具有負(fù)的調(diào)

12、節(jié)效應(yīng)，維護(hù)簡單，響應(yīng)快，損耗小 無功負(fù)荷：電力系統(tǒng)的無功負(fù)荷與電壓的靜態(tài)特性主要由異步電動機(jī)決定異步電動機(jī)的無功消耗 ：Qm異步電動機(jī)的激磁功率，它與施加于異步電動機(jī)的電壓平方成正比。Q異步電動機(jī)漏抗X中的無功損耗，它與負(fù)荷電流平方成正比。2 . 無功負(fù)荷和無功損耗靜止無功補(bǔ)償器： 由晶閘管控制的可調(diào)電抗器與電容器并聯(lián)組成，既可發(fā)出無功功率，又可吸收無功功率，且調(diào)節(jié)平滑，安全，經(jīng)濟(jì)，維護(hù)方便。無功損耗： 網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗包括變壓器和輸電線路的損耗。 變壓器的無功功率損耗在系統(tǒng)的無功需求中占有相當(dāng)?shù)谋戎兀篞0變壓器空載無功損耗，它與所施的電壓平方成正比；QT變壓器繞組漏抗中的無功損耗，與通過變

13、壓器的電流平方成正比。若I0(%)=2.5、 Uk(%)=10.5、且變壓器額定功率運(yùn)行、則無功功率損耗將達(dá)到其額定容量的13 。輸電線路無功損耗：當(dāng)線路傳輸功率較大，電抗中消耗的無功功率大于電容中發(fā)出的無功功率時，線路等值為消耗無功；當(dāng)傳輸功率較小、線路運(yùn)行電壓水平較高，電容中產(chǎn)生的無功功率大于電抗中消耗的無功功率時，線路等值為無功電源。無功平衡在電力系統(tǒng)運(yùn)行的任何時刻，電源發(fā)出的無功功率總是等于同時刻系統(tǒng)負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)的無功損耗之和： QGC(t)=QLD(t)+ (t) 3.無功功率的平衡與運(yùn)行電壓水平圖9-10 無功平衡與電壓水平的關(guān)系無功功率與運(yùn)行電壓水平 為保證系統(tǒng)電壓質(zhì)量，在進(jìn)行規(guī)劃

14、設(shè)計(jì)和運(yùn)行時，需制訂無功功率的供需平衡關(guān)系，并保證系統(tǒng)有一定的備用容量。 無功備用容量一般為無功負(fù)荷的7%8% 無功功率的就地平衡 無功電源不足時，應(yīng)增設(shè)無功補(bǔ)償裝置。無功補(bǔ)償裝置應(yīng)盡可能裝在負(fù)荷中心，以做到無功功率的就地平衡，減少無功功率在網(wǎng)絡(luò)中傳輸而引起的網(wǎng)絡(luò)功率損耗和電壓損耗 四、中樞點(diǎn)的電壓管理 中樞點(diǎn)指反映系統(tǒng)電壓水平的主要發(fā)電廠或樞紐變電站的母線，系統(tǒng)中大部分負(fù)荷由這些節(jié)點(diǎn)供電。根據(jù)負(fù)荷對電壓的要求及電壓損耗的實(shí)際情況，確定中樞點(diǎn)的電壓允許調(diào)整范圍。圖9-11 簡單電力網(wǎng)電壓損耗(a)網(wǎng)絡(luò)接線；(b)日負(fù)荷曲線；(c)電壓損耗曲線調(diào)壓方式逆調(diào)壓：大負(fù)荷時，電壓損耗大，將中樞點(diǎn)的電壓

15、適當(dāng)升高些(比線路額定電壓高5%)，小負(fù)荷時將中樞點(diǎn)電壓適當(dāng)降低(取線路的額定電壓) 適合于供電線路較長，負(fù)荷變動較大的中樞點(diǎn)順調(diào)壓：在大負(fù)荷時允許中樞點(diǎn)電壓不低于線路額定電壓的102.5%，小負(fù)荷時不高于線路額定電壓107.5% 適合于供電線路不長，負(fù)荷變動不大的中樞點(diǎn)常調(diào)壓：即在任何負(fù)荷下都保持中樞點(diǎn)電壓為線路額定電壓的102%105%負(fù)荷點(diǎn)電壓UA和UB的允許變化范圍均為(0.951.05)UN 滿足負(fù)荷節(jié)點(diǎn)A的調(diào)壓要求，中樞點(diǎn)電壓應(yīng)控制的變化范圍是：08時：U(A)=UA+UA=(0.951.05)UN+0.04UN=(0.991.09)UN824時：U(A)=UA+UA=(0.951

16、.05)UN+0.1UN=(1.051.15)UN 滿足負(fù)荷節(jié)點(diǎn)B的調(diào)壓要求在016時，U(B)=UB+UB=(0.961.06)UN；在1624時，U(B)=UB+UB=(0.981.08)UN 五、電力系統(tǒng)的調(diào)壓措施調(diào)壓的原理發(fā)電機(jī)通過升壓變壓器、線路和降壓變壓器向用戶供電,要求調(diào)整負(fù)荷節(jié)點(diǎn)b的電壓Ub。略去線路的電容充電功率和變壓器的激磁功率，變壓器的參數(shù)均已歸算到高壓側(cè)。 b點(diǎn)的電壓 ：圖9-13 電壓調(diào)整原理圖調(diào)壓的措施 改變發(fā)電機(jī)端電壓UG改變變壓器比K增設(shè)無功補(bǔ)償裝置，以改變無功功率分布改變輸電線路的參數(shù) 調(diào)壓措施1：發(fā)電機(jī)調(diào)壓 在負(fù)荷增大時，損耗增加，用戶端電壓降低，這時增加發(fā)

17、電機(jī)勵磁電流，提高發(fā)電機(jī)的端電壓；在負(fù)荷減小時，損耗減少，用戶端電壓升高，這時減少發(fā)電機(jī)勵磁電流，降低發(fā)電機(jī)的端電壓。按規(guī)定，發(fā)電機(jī)運(yùn)行電壓的變化范圍在發(fā)電機(jī)額定電壓的+5%以內(nèi)。計(jì)算電壓損耗歸算到高壓側(cè)的變壓器電壓損耗為：若低壓側(cè)要求的電壓為U2 ,則有：式中，KT=U1t/U2N變壓器的變比確定分接頭電壓： 按兩種極端情況(變壓器通過最大負(fù)荷和最小負(fù)荷的情況)下的調(diào)壓要求計(jì)算。調(diào)壓措施2： 改變變壓器變比調(diào)壓變壓器通過最大負(fù)荷時對分接頭電壓的要求為： U1tmax=(U1max-Umax)U2N/U2max 變壓器通過最小負(fù)荷時對分接頭電壓的要求為： U1tmin=(U1min-Umin)

18、U2N/U2min 考慮到在最大和最小負(fù)荷時變壓器要用同一分接頭，故取U1max和U1tmin的算術(shù)平均值： 再根據(jù)U1t av值選擇一個與它最接近的變壓器標(biāo)準(zhǔn)分接頭電壓校驗(yàn)所選的分接頭在最大負(fù)荷和最小負(fù)荷時變壓器低壓母線上的實(shí)際電壓是否符合調(diào)壓要求。升壓變壓器的分接頭選擇 與上述降壓變壓器的選擇方法基本相同。但在通常的運(yùn)行方式下，升壓變壓器的功率方向與降壓變壓器相反，是從低壓側(cè)流向高壓側(cè)的。故電壓損耗項(xiàng)UT前的符號應(yīng)相反 。 通過在負(fù)荷側(cè)安裝同步調(diào)相機(jī)、并聯(lián)電容器或靜止補(bǔ)償器，以減少通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臒o功功率，降低網(wǎng)絡(luò)的電壓損耗而達(dá)到調(diào)壓的目的 。調(diào)壓措施3: 利用無功功率補(bǔ)償調(diào)壓在未裝補(bǔ)償裝置

19、時，電力網(wǎng)首端電壓：在負(fù)荷側(cè)裝設(shè)容量為QC的無功補(bǔ)償裝置后，電力網(wǎng)的首端電壓：若首端電壓U1保持不變，則有：補(bǔ)償容量為： 簡化： 如變壓器變比為KT，則： 式中，U2C變壓器低壓側(cè)實(shí)際要求的電壓值。靜止電容器容量的選擇： 考慮在最小負(fù)荷時將電容器全部切除，在最大負(fù)荷時全部投入的運(yùn)行方式 ，無功補(bǔ)償容量還與變壓器變比的選擇有關(guān)。按在最小負(fù)荷時不補(bǔ)償(即電容器不投入)來確定變壓器分接頭。式中 ，U2min最小負(fù)荷時變壓器低壓母線歸算到高壓側(cè)的電壓和低壓母線要求的電壓值。 按最大負(fù)荷時的調(diào)壓要求計(jì)算無功補(bǔ)償容量 式中， 和U2Cmax最大負(fù)荷時變壓器低壓母線歸算到高壓側(cè)的電壓值和低壓母線要求的電壓值。同步調(diào)相機(jī)容量的選擇 考慮在最大負(fù)荷時同步調(diào)相機(jī)滿發(fā)無功： 在最小負(fù)荷時同步調(diào)相機(jī)吸收無功功率，考慮到同步調(diào)相機(jī)通常設(shè)計(jì)在只能吸收(0.50.6)QCN的無功功率 兩式相除可解出變比KT，選擇與KT值最接近的變壓器高壓繞組分接頭電壓，即確定了變壓器實(shí)際變比再將實(shí)際變比代入以上兩式中任一式即可求出為滿足調(diào)壓要求所需的調(diào)相機(jī)容量QCN。 對于10kV及以下電壓等級的電力網(wǎng)中電阻比較大的線路，考慮增大導(dǎo)線截面以減小線路的電阻 對于X比R大的35