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(fù)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(gè)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(fù)偏差的絕對(duì)值之和不超過標(biāo)稱電壓的10%；20kV及以下三相供電電壓偏差為標(biāo)稱電壓的±7%；220V單相供電電壓偏差為標(biāo)稱電壓的+7%，-10%。

事故時(shí)，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(jī)有功出力下降電壓過低時(shí)（如低于95%UN)，電流將增大（如增大到105%IN）時(shí)，為防止定子繞組過熱，必須降低發(fā)電機(jī)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(shè)備功率急劇下降

◆異步電動(dòng)機(jī)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(yùn)行穩(wěn)定性變差，甚至可能導(dǎo)致“系統(tǒng)電壓崩潰”。②電壓過高的影響◆影響電氣設(shè)備的絕緣；

◆電動(dòng)機(jī)、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(diǎn)

與電力系統(tǒng)的頻率只有一個(gè)不同，系統(tǒng)中各點(diǎn)電壓不等，因此不可能維持電力系統(tǒng)所有設(shè)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(dòng)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(dòng)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(fù)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(dòng)機(jī)的無功功率jX受載系數(shù):實(shí)際負(fù)載和額定負(fù)載之比。在額定電壓附近，電動(dòng)機(jī)的無功功率隨電壓的升降而增減QM的第一項(xiàng)與電壓的平方成正比。QM的第二項(xiàng)Qσ為漏抗中的無功損耗，與電流的平方成正比。如果負(fù)載功率PM不變，則因PM=I2r(1-s)/s，當(dāng)U下降時(shí)，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(tái)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(yùn)行時(shí)，無功功率的消耗將達(dá)額定容量的13%。如果從電源到用戶需要經(jīng)過好幾級(jí)變壓，則變壓器中無功功率損耗的數(shù)值是相當(dāng)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(shí)，成為無功電源，傳輸功率較大時(shí)，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(jī)

◆調(diào)整發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，可以調(diào)整發(fā)電機(jī)無功出力；

◆發(fā)電機(jī)無功功率調(diào)整范圍為：②調(diào)相機(jī)

調(diào)相機(jī)相當(dāng)于空載運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)。

過激運(yùn)行發(fā)電機(jī)輸出感性無功功率，為無功電源；欠激運(yùn)行發(fā)電機(jī)吸收感性無功功率，為無功負(fù)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(bǔ)償器

靜止補(bǔ)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(dāng)?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(jī)和靜止補(bǔ)償器的比較性能電容器調(diào)相機(jī)靜止補(bǔ)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(dòng)速度中等慢很快快快反應(yīng)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(yīng)負(fù)正正（一定范圍）負(fù)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(bǔ)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(yùn)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(gè)低于額定電壓的水平下達(dá)到平衡；◆無功過剩，系統(tǒng)在一個(gè)高于額定電壓的水平下達(dá)到平衡。3、電力系統(tǒng)的無功平衡計(jì)算

電力系統(tǒng)應(yīng)定期進(jìn)行無功功率平衡計(jì)算，計(jì)算必須在額定電壓水平下進(jìn)行。無功平衡的計(jì)算機(jī)計(jì)算步驟：①參照過去運(yùn)行資料確定未來、代表日預(yù)想有功負(fù)荷曲線；②確定出現(xiàn)無功功率日最大負(fù)荷時(shí)系統(tǒng)有功負(fù)荷的分配；③假設(shè)無功電源容量、配置以及某些樞紐點(diǎn)的電壓水平；④進(jìn)行潮流分布計(jì)算；⑤根據(jù)潮流計(jì)算，統(tǒng)計(jì)無功平衡關(guān)系中的各項(xiàng)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(shè)條件，重新計(jì)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(yīng)付計(jì)劃外的無功負(fù)荷、無功負(fù)荷波動(dòng)，電力系統(tǒng)無功電源除滿足預(yù)測(cè)最大無功負(fù)荷需求外，還應(yīng)當(dāng)留有一定的備用容量，否則當(dāng)負(fù)荷增大時(shí)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(fù)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(dòng)1、電壓波動(dòng)原因

◆

無功負(fù)荷波動(dòng)

◆設(shè)備及線路壓降變化

◆運(yùn)行方式改變

◆無功不足或過剩2、電壓波動(dòng)分類

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

特點(diǎn)：周期長(zhǎng)、波及面大

措施：電壓調(diào)整

②由沖擊性負(fù)荷或間歇性負(fù)荷引起的負(fù)荷波動(dòng)引起的電壓波動(dòng)

特點(diǎn)：周期短、波及面較小，但其幅值有時(shí)很大，影響也不容忽略。

措施：電壓波動(dòng)限制

二、電壓波動(dòng)限制措施①由大容量變電所以專用母線或線路單獨(dú)向這類負(fù)荷供電

②在發(fā)生電壓波動(dòng)的地點(diǎn)和電源之間設(shè)置串聯(lián)電容器

設(shè)置電容器前：較大，影響一般負(fù)荷的工作；

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

③在波動(dòng)負(fù)荷附近裝設(shè)調(diào)相機(jī)，并在線路首端串聯(lián)電抗器

采取措施前：

采取措施后：

若補(bǔ)償容量選擇適當(dāng)則可將母線的電壓波動(dòng)限制在允許的范圍。④在波動(dòng)負(fù)荷供電線路上設(shè)置靜止補(bǔ)償器

三、電壓管理1、電壓管理

對(duì)第一類負(fù)荷波動(dòng)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(yùn)行方式下，都將系統(tǒng)中各用電設(shè)備的電壓偏移限制在允許范圍。3、電壓中樞點(diǎn)

①電壓中樞點(diǎn)

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(diǎn)。

運(yùn)行中只要將電力系統(tǒng)電壓中樞點(diǎn)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(shè)備的電壓偏移限制在允許范圍。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

②運(yùn)行中電力系統(tǒng)電壓中樞點(diǎn)允許電壓偏移的確定

根據(jù)負(fù)荷和電網(wǎng)參數(shù)通過計(jì)算確定。

③規(guī)劃設(shè)計(jì)中的電力系統(tǒng)

根據(jù)負(fù)荷性質(zhì)、供電范圍確定電壓中樞點(diǎn)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(yīng)：線路長(zhǎng)，負(fù)荷變化大方式：難易程度：實(shí)現(xiàn)較難逆調(diào)壓最大負(fù)荷時(shí)提高中樞點(diǎn)電壓 1.05UN最小負(fù)荷時(shí)降低中樞點(diǎn)電壓 1.00UN適應(yīng)：線路不長(zhǎng)，負(fù)荷變化不大方式：難易程度：最易實(shí)現(xiàn)順調(diào)壓最大負(fù)荷時(shí)允許中樞點(diǎn)電壓低一些1.025UN最小負(fù)荷時(shí)允許中樞點(diǎn)電壓高一些1.075UN適應(yīng)：中型網(wǎng)絡(luò)，負(fù)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(shí)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(duì)地電容、變壓器勵(lì)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(lì)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(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)額定有功功率發(fā)電機(jī)直接供電系統(tǒng)（線路不長(zhǎng)，損耗不大）調(diào)節(jié)勵(lì)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(shí)：ΣΔUmax=20%，最大負(fù)荷時(shí)：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)例：發(fā)電機(jī)經(jīng)多級(jí)電壓向負(fù)荷供電，不能保證電壓質(zhì)量要求最大負(fù)荷時(shí)：ΣΔUmax=34%，最大負(fù)荷時(shí)：ΣΔUmin=14%ΣΔUmax-ΣΔUmin=20%，發(fā)電機(jī)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(jìn)行調(diào)壓雙繞組變壓器分接頭選擇最大負(fù)荷時(shí)：UImax，ΔUImax，Uimax，

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

選一接近值作分接頭UtImax，UtImin，UtI因正常運(yùn)行時(shí)，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(jì)算電壓偏移%選分接頭110kV例子：UI在113-115kV時(shí)，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(shí)分設(shè)不同抽頭計(jì)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(jí)）、UN81.25%（17級(jí)）220kV，UN42.5%（九級(jí)）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(shí)，采用有載調(diào)壓可滿足一般的調(diào)壓要求長(zhǎng)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不充足時(shí)并補(bǔ)串補(bǔ)三、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