電力系統(tǒng)分析第五章

第五章電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整和控制主要內(nèi)容：有功功率和頻率的調(diào)整、無功功率和電壓的調(diào)整、運行方式的優(yōu)化以及潮流的靈活控制。隱極式凸極式60×50Hz=3000r/min負荷隨時間不斷變化，必須調(diào)整發(fā)電機的出力，使之與負荷的有功功率平衡，并同時調(diào)整系統(tǒng)的頻率，使它盡量不變。負荷無功功率的變化要求對發(fā)電機和其他無功補償設備的運行進行調(diào)整，并保證合格的電壓供電質(zhì)量。分配和調(diào)整發(fā)電機功率時，需考慮它們和線路、變壓器等設備的容量限制和其他條件，保證設備和系統(tǒng)的安全性。電力系統(tǒng)的運行費用與發(fā)電機之間的功率分配密切相關，對系統(tǒng)運行方式進行決策和調(diào)整時，還必須考慮經(jīng)濟性。2/6/2023§5-1電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制穩(wěn)態(tài)運行時，全系統(tǒng)各點頻率都相等，所有發(fā)電機同步運行。一、負荷的有功功率及其頻率特性1.負荷有功功率的變化2/6/2023§5-1電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制2.負荷的頻率特性負荷有功功率隨系統(tǒng)頻率變化的特性稱為負荷有功功率的靜態(tài)頻率特性，簡稱為負荷的頻率特性。負荷按其有功功率與頻率的關系分類：(1)與頻率無關的負荷：照明、電弧爐、電阻爐、整流負荷等(2)與頻率成正比的負荷：切削機床、壓縮機、卷揚機等(3)與頻率的二次方成正比的負荷：渦流損耗等(4)與頻率的三次方成正比的負荷：風機、靜水頭阻力不大的水泵(5)與頻率的高次方成正比的負荷：靜水頭阻力很大的給水泵等KL：負荷的頻率調(diào)節(jié)效應系數(shù)，MW/Hz2/6/2023§5-1電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制標么值形式：二、頻率調(diào)整的必要性和有功功率平衡1.頻率調(diào)整的必要性電動機轉速與頻率近似成正比；頻率下降將使汽輪發(fā)電機的汽輪葉片振動增大，影響其壽命，甚至產(chǎn)生裂紋或斷裂；頻率降低時，火力發(fā)電廠由電動機驅(qū)動的動力設備由于轉速下降而使它們的出力減小，引起鍋爐和汽輪機出力降低，從而使得頻率繼續(xù)下降而產(chǎn)生惡性循環(huán)，可能出現(xiàn)頻率崩潰；核電廠的反應堆的冷卻介質(zhì)泵對頻率的要求比較嚴格，當頻率降低到一定程度時，將自動跳開，使反應堆停止運行。為防止頻率崩潰，系統(tǒng)中設置自動低頻減負荷裝置，當頻率降低到一定程度時，按頻率的高低自動分級切除部分負荷。2/6/2023§5-1電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制2.有功功率平衡和備用容量為保證電力系統(tǒng)的頻率質(zhì)量，應滿足額定頻率下系統(tǒng)有功功率平衡的要求。備用容量的種類：(1)負荷備用。一般取負荷的2%~5%。(2)事故備用。為防止發(fā)電機組發(fā)生事故設置的備用容量，一般取系統(tǒng)最大負荷的5%~10%。(3)檢修備用。(4)國民經(jīng)濟備用。負荷備用必須以熱備用的方式存在于系統(tǒng)之中。熱備用是指所有投入運行的發(fā)電機組可能發(fā)出的最大功率之和與全系統(tǒng)發(fā)電負荷之差，也稱運轉備用或旋轉備用。冷備用指系統(tǒng)中停止運行狀態(tài)，可隨時待命起動的發(fā)電機組最大出力的總和。冷備用可作為檢修備用和國民經(jīng)濟備用。2/6/2023§5-1電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制1.發(fā)電機組的自動調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)種類：(2)電氣液壓式：將轉速信號變換為電信號，再通過電氣-液壓轉換器轉換為液壓變化信號。三、發(fā)電機組的調(diào)速系統(tǒng)和頻率的一次調(diào)整通過原動機調(diào)速器的作用完成發(fā)電機組出力和頻率的調(diào)整，稱為頻率的一次調(diào)整。不同穩(wěn)態(tài)時，B點位置不變，A點回不到原來的位置，有差調(diào)節(jié)(1)機械液壓式：采用離心飛擺將轉速信號變換為位移信號。2/6/2023§5-1電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制功率-頻率電氣液壓調(diào)速系統(tǒng)：2/6/2023§5-1電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制2.發(fā)電機組有功功率靜態(tài)頻率特性有功功率靜態(tài)頻率特性：在自動調(diào)速系統(tǒng)作用下，發(fā)電機組輸出的有功功率與頻率之間的穩(wěn)態(tài)關系。fPGPsetfN0調(diào)速系統(tǒng)常用調(diào)差系數(shù)百分數(shù)σ%來反映靜態(tài)特性。單位調(diào)節(jié)功率每臺機組的調(diào)差系數(shù)可單獨整定。離心飛擺式調(diào)速系統(tǒng)，整定值通過調(diào)頻器設定；功頻電液調(diào)速系統(tǒng)可直接整定KG。例5-22/6/2023§5-1電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制3.系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整定性分析fPGPG0=PL0fN0ΔPL0oo‘fPG=PLΔPLΔPG定量分析系統(tǒng)的功率頻率特性系數(shù)或單位調(diào)節(jié)功率kr=PGN/PLN，系統(tǒng)的熱備用系數(shù)暫態(tài)過程機組慣性，n不能突變不變機組動能轉換為電功率調(diào)速系統(tǒng)工作直到達到新的平衡2/6/2023§5-1電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制四、頻率的二次、三次調(diào)整和自動發(fā)電控制1.自動發(fā)電控制的一般要求負荷變化時，一次調(diào)頻(自動調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié))可調(diào)節(jié)發(fā)電機的功率，在一定程度上滿足負荷的需要。但調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)差系數(shù)不能為零，因此一次調(diào)頻不可避免地會出現(xiàn)頻率偏差。當負荷變化較大時，頻率偏差甚至超過容許的范圍。為了進一步穩(wěn)定系統(tǒng)的頻率，需要進行頻率的二次和三次調(diào)整。調(diào)整時還需要考慮其他方面的要求：(1)控制系統(tǒng)頻率的同時，應控制省與省之間、地區(qū)與地區(qū)之間通過聯(lián)絡線交換的功率。這種控制稱為頻率和聯(lián)絡線功率控制，也稱為負荷頻率控制。(2)為了達到經(jīng)濟的目的而進行調(diào)整和控制稱為經(jīng)濟調(diào)度控制，簡稱為經(jīng)濟調(diào)度。2/6/2023§5-1電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制負荷頻率控制稱為頻率的二次調(diào)整或二次調(diào)頻；經(jīng)濟調(diào)度控制稱為頻率的三次調(diào)整或三次調(diào)頻；二次調(diào)頻和三次調(diào)頻通稱為自動發(fā)電控制。2.區(qū)域誤差控制區(qū)域1區(qū)域m區(qū)域n區(qū)域j將頻率誤差和聯(lián)絡線的凈交換功率誤差進行綜合，形成區(qū)域控制誤差。βi為區(qū)域i的功率偏差系數(shù)；Ki為區(qū)域i的頻率偏差系數(shù)。在負荷頻率控制中，各區(qū)域根據(jù)本身的區(qū)域控制誤差ACEi對該區(qū)域內(nèi)的發(fā)電機進行控制，使得在達到穩(wěn)態(tài)時，區(qū)域控制誤差ACEi為零。(1)恒定頻率控制取βi=0，Ki=12/6/2023當Ki取為KSi時，根據(jù)ACEi的大小，可分為三種情況：§5-1電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制(2)恒定凈交換功率控制取βi=1，Ki=0(3)聯(lián)絡線功率和頻率偏差控制取βi=1若Ki為區(qū)域i本身的單位調(diào)節(jié)功率KSi，-KiΔf為區(qū)域i內(nèi)與Δf相對應的負荷增量ΔPL0

。-ΔPTi為其它區(qū)域向區(qū)域i輸送的凈功率增量。-ΔPTi

-KiΔf為區(qū)域i中總的負荷增量ΔPLi

。-ACEi=0，即-ΔPTi

–KiΔf

=0，則說明通過聯(lián)絡線的凈功率ΔPTi可能改變，而本區(qū)域的負荷并未發(fā)生變化；-ACEi>0，說明區(qū)域i的負荷有所增加。反之，區(qū)域i的負荷有所減少。ACEi不但可以用來判斷負荷的變化是否發(fā)生在本區(qū)域內(nèi)，而且反映了本區(qū)域的負荷時增加還是減小以及具體的數(shù)值。2/6/2023§5-1電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制如果各區(qū)域都按照各自的ACEi進行聯(lián)絡線和頻率偏差控制，穩(wěn)態(tài)時達到ACEi=0，則各區(qū)域?qū)嶋H上負責本區(qū)域內(nèi)機組輸出功率與有功負荷之間的平衡。聯(lián)絡線的功率也不變。穩(wěn)態(tài)時：故：當Δf=0,ΔPtA=ΔPtB=0，才滿足上述條件。實際系統(tǒng)中，一般應使所有區(qū)域都采用聯(lián)絡線功率和頻率偏差控制。但有時也對容量較小的區(qū)域系統(tǒng)采用恒定凈交換功率控制，對容量較大的區(qū)域系統(tǒng)采用恒定頻率控制，使容量較小的系統(tǒng)保持凈交換功率不變，而容量較大的區(qū)域系統(tǒng)承擔全系統(tǒng)的頻率調(diào)整任務。其他區(qū)域系統(tǒng)則自我平衡負擔本區(qū)域的負荷變化。2/6/2023§5-1電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制3.自動發(fā)電控制的實現(xiàn)各機組功率給定值決定于區(qū)域控制誤差的大小和負荷變化在機組間的分配原則。按照參與自動發(fā)電控制的各機組的備用容量大小或功率調(diào)整速率進行分配，主要針對區(qū)域誤差。按照經(jīng)濟原則分配，針對負荷的變化和預測誤差作經(jīng)濟功率分配調(diào)整。實際電力系統(tǒng)中，基本上所有機組都有自動調(diào)速系統(tǒng)，頻率的一次調(diào)整靠機組的調(diào)速系統(tǒng)完成，并且連續(xù)不斷地進行，因此所有機組都參與了一次調(diào)頻。二次和三次頻率調(diào)整不是所有機組都參加，也不是連續(xù)不斷的。2/6/2023§5-1電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制按機組備用容量大小進行分配，分配系數(shù)為：PMij為機組j的極限出力，ACEi<0，取機組的最大容許出力，ACEi>0，取機組最小容許出力。按機組容許的功率調(diào)整速率分配，分配系數(shù)為：對于上面兩種情況，有若機組總出力不等于按經(jīng)濟功率分配要求的總出力，則機組將按經(jīng)濟分配系數(shù)eij的大小分擔該差值。區(qū)域i內(nèi)通過自動發(fā)電控制所增加的總出力，等于該區(qū)域總的負荷增量-ACEi，并將該分量按rij分配到各機組。2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制無功功率和電壓的控制與有功功率和頻率的控制之間有很大區(qū)別：(1)穩(wěn)態(tài)時，全系統(tǒng)的頻率相同，但各節(jié)點的電壓則不同，且電壓的容許變化范圍也可能不同。(2)調(diào)整頻率的手段只是各個發(fā)電廠的發(fā)電機組，而調(diào)整電壓的手段除各個發(fā)電機外，還有大量的無功功率補償設備和帶負荷調(diào)整分接頭變壓器，它們分散在整個電力系統(tǒng)中。在無功功率和電壓的控制中，必須對它們和發(fā)電機的控制進行協(xié)調(diào)，才能取得最佳效果，使全系統(tǒng)的功率損耗最小。一、無功負荷及負荷的靜態(tài)電壓特性1.負荷的無功功率及網(wǎng)絡中的無功功率損耗全系統(tǒng)負荷所吸收的無功功率在一天的變化情況與有功功率日負荷曲線相似，并具有一定的周期性變化。無功負荷的最大值經(jīng)常出現(xiàn)在上午的高峰負荷期間。變壓器和線路也將產(chǎn)生無功功率損耗。整個系統(tǒng)的無功功率損耗比有功功率損耗大很多。2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制2.負荷的靜態(tài)電壓特性在某一固定負荷組成情況下，負荷的總有功功率和無功功率與電壓之間的穩(wěn)態(tài)關系稱為負荷的靜態(tài)電壓特性。變電所母線或線路所供給的總負荷，除了受電器外，還包括各級有關電網(wǎng)中線路和變壓器的功率損耗，以及補償設備的功率，把這種總負荷稱為綜合負荷。ap、bp、cp和aq、bq、cq為特性系數(shù)恒定阻抗部分恒定電流部分恒定功率部分2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制二、同步發(fā)電機和無功補償設備的功率特性無功補償設備類型:同步調(diào)相機(同步補償器)、并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器、靜止無功補償器和靜止無功發(fā)生器。1.同步發(fā)電機和同步調(diào)相機同步發(fā)電機既可發(fā)出無功功率，也可吸收無功功率。發(fā)電機發(fā)出的最大無功功率取決于額定容量和額定功率因數(shù)：額定電壓下，定子繞組電流不過載的條件：QGPGoQNPNabcdfhgo’同步發(fā)電機也可以超前功率因數(shù)運行，即進相運行。2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制同步調(diào)相機可作為無功電源運行，也可作為負載運行。優(yōu)點：調(diào)節(jié)靈活，可用于控制系統(tǒng)電壓，也可用于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。缺點：設備投資和維護費用高。同步電動機也可發(fā)出無功功率。2.并聯(lián)電容器優(yōu)點：費用低，能量損耗小，可進行就地補償。缺點：電壓降低時無功顯著減小，不能連續(xù)調(diào)節(jié)。3.并聯(lián)電抗器并聯(lián)電抗器主要用來補償線路的充電功率。4.靜止無功補償器(StaticVarCompensator,SVC)SVC可對無功功率進行連續(xù)和快速的調(diào)節(jié)。組成：晶閘管調(diào)節(jié)電抗器(TCR)、晶閘管投切電容器(TSC)2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制邊界條件：對電流進行傅立葉分解，可得其基波分量為：導通角2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制靜止無功補償器將有諧波電流。晶閘管投切電容器中的晶閘管只控制電路的全通或全斷。將TCR與TSC的容量進行配合，可得到同步調(diào)相機的效果。SVC的等值伏安特性分析(TCR與FC并聯(lián))ISVC感性容性ODCABSVC相當于一個電動勢為Uref，內(nèi)電抗為Xe的同步調(diào)相機。當TCR與TSC并聯(lián)時，同理可得出等值伏安特性，但應考慮TSC的投切以及它們可能的分組和組合情況。2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制三、電壓調(diào)整的必要性和電壓質(zhì)量要求1.電壓偏移造成的影響和容許的電壓偏移電壓低于額定電壓的影響對感應式電動機的影響對火力發(fā)電廠的影響對電弧爐、白熾燈和電子設備的影響電壓高于額定電壓的主要危害是使電氣設備的絕緣降低，影響其使用壽命。各電壓等級供電電壓偏差的限值用戶電壓等級限值35kV以上用戶10%20kV及以下用戶±7%220V用戶-10%~7%2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制2.無功功率平衡單個發(fā)電機向綜合負荷供電設綜合負荷額定電壓下的無功功率為QLN。發(fā)電機的無功功率容量為QGN。若QGN>

QLN，則可調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流，改變發(fā)電機的端電壓，使電壓偏移在允許的范圍內(nèi)。若QGN<

QLN，且讓發(fā)電機供給綜合負荷所需要的無功功率，則勵磁繞組的勵磁電動勢將超出其額定值，使勵磁繞組過載。綜合負荷未經(jīng)無功補償前的功率因數(shù)為0.6~0.9，即無功功率約為其有功功率的0.5~1.3倍。發(fā)電機的額定功率因數(shù)為0.85~0.9，即發(fā)電機額定無功功率約為其有功功率的0.5~0.6倍。實際電力系統(tǒng)中，需要安裝大量的無功補償設備。無功補償設備的應用一般在做規(guī)劃時確定。2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制四、電壓調(diào)整和控制方法1.中樞點的電壓管理在系統(tǒng)中設置一定數(shù)量的“電壓中樞點”，將分散負荷對容許電壓偏差的要求，集中反映為對中樞點的電壓要求。在系統(tǒng)中采取適當?shù)碾妷赫{(diào)整措施，使得所有中樞點的電壓都能得到滿足。電壓中樞點一般包括樞紐變電所的低壓母線和具有大量本地負荷的發(fā)電機母線。中樞點電壓的決定方法：對由中樞點供電的配電網(wǎng)絡進行潮流計算，得出對中樞點的電壓的要求。根據(jù)正在運行的配電網(wǎng)絡的實際情況和經(jīng)驗來決定。中樞點電壓的調(diào)節(jié)要求：考慮最大負荷和最小負荷兩種運行方式。逆調(diào)壓要求：要求最大負荷時中樞點的電壓高于最小負荷時的電壓。2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制順調(diào)壓要求：要求中樞點的電壓在最大負荷和最小負荷期間保持在某一容許范圍內(nèi)，最大負荷時的電壓可以比最小負荷時的電壓低。2.電力系統(tǒng)中電壓調(diào)整的基本方法忽略變壓器勵磁和線路的電容以及網(wǎng)絡中的功率損耗和電壓降落的橫向分量。調(diào)整中樞點電壓的方法：改變發(fā)電機端電壓UG。改變變壓器變比k1、k2。改變網(wǎng)絡中流過的無功功率Q。改變線路的電抗。2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制(1)改變發(fā)電機端電壓進行調(diào)壓發(fā)電機端電壓由勵磁調(diào)節(jié)器控制，改變調(diào)節(jié)器的電壓整定值即可改變發(fā)電機的端電壓。注意：實際系統(tǒng)中有多個發(fā)電廠，當改變一個發(fā)電廠中發(fā)電機的端電壓時，將改變發(fā)電廠之間的無功功率分配。(2)改變變壓器變比進行調(diào)壓

1)固定分接頭變壓器求得分接頭額定電壓Ut后，可根據(jù)所要求的低壓側電壓U2是上限還是下限來選擇分接頭。2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制固定分接頭應同時滿足最大負荷和最小負荷下的電壓要求。如果Utmin<Utmax，則Ut取它們的平均值：如果Utmin>Utmax，則單靠變壓器的分接頭不能同時滿足最大負荷和最小負荷下低壓母線的電壓要求。升壓變壓器分接頭的選擇方法與降壓變壓器基本相同，只是潮流方向不同，功率從低壓側流向高壓側。三繞組變壓器分接頭的選擇方法原則上與雙繞組變壓器相同，但由于三繞組變壓器的高壓和中壓繞組都有分接頭，需要根據(jù)變壓器的運行方式依次選擇高壓和中壓側的分接頭。2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制例5-4如圖所示110kV系統(tǒng)中，已給出線路和降壓變壓器折算到高壓側的的參數(shù)以及最大和最小負荷。最大負荷時母線電壓Us為115kV，最小負荷時母線電壓為110kV。低壓母線電壓允許范圍為10~10.5kV，試選擇變壓器的分接頭。如果低壓母線在最大負荷時要求不低于10.5kV，而在最小負荷時要求不高于10kV，則分接頭應如何設置？解(1)設最大負荷時低壓母線電壓處于下限10kV。最小負荷時低壓母線電壓處于上限10.5kV。Utmax>Utmin，應能選到一個分接頭。2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制選擇與它最接近的分接頭電壓Ut=112.75kV(+1×2.5%檔)。進行校驗注意：由于相鄰兩檔分接頭的電壓差較大，為2.5%，在選擇出最近的分接頭后，有可能使得電壓超出允許的范圍。(2)低壓母線在最大負荷時電壓不低于10.5kV，要求分接頭的額定電壓不高于最小負荷時母線電壓不高于10kV，要求分接頭的額定電壓不低于2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制

2)帶負荷調(diào)壓變壓器采用帶負荷調(diào)壓變壓器時，可根據(jù)最大負荷和最小負荷時的電壓要求分別選擇分接頭。例5-5[例5-4]的系統(tǒng)中如采用帶負荷調(diào)壓變壓器，且低壓母線在最大負荷時要求不低于10.5kV，而在最小負荷時要求不高于10kV，試選擇變壓器在最大負荷和最小負荷時的分接頭，使之滿足電壓要求。解由上例的計算結果，當最大負荷時低壓母線電壓不低于10.5kV，則要求分接頭的額定電壓不高于109.97kV，因此可選擇主接頭110.0kV。2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制最小負荷時如母線電壓不高于10kV，則要求分接頭的額定電壓不低于114.33kV，因此選取+4檔分接頭，額定電壓為115.5kV。(3)并聯(lián)無功補償裝置進行調(diào)壓若變壓器變比給定，則電容器容量若電容器容量給定，則變壓器變比在最小負荷時將電容器切除，通過選取變壓器分接頭來滿足低壓母線電壓的要求。在最大負荷下，采用由最小負荷所決定的變比求出所需要的電容器容量，滿足低壓母線電壓要求。2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制除了電容器外，也可以用靜止無功補償裝置來調(diào)壓。但目前靜止無功補償裝置絕大多數(shù)安裝在用戶處，在電壓中樞點專為調(diào)壓而設置的靜止無功補償裝置幾乎沒有。例5-6[例5-4]的系統(tǒng)中如采用固定分接頭變壓器和電容器進行調(diào)壓，低壓母線在最大負荷時要求不低于10.5kV，而在最小負荷時要求不高于10kV，試選擇變壓器的分接頭和所需的最小電容器容量。解先由最小負荷電壓要求，確定變壓器分接頭。分接頭額定電壓不高于10.393×11=114.33kV，選取115.5kV(+2檔)分接頭，實際變比為115.5/11=10.5。2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制(4)改變線路電抗進行調(diào)壓在線路中串聯(lián)電容器。例5-7某35kV線路的阻抗為10+j10Ω，輸送功率為7+j6MVA，線路始端電壓為37kV，如果要求線路末端電壓不低于34kV，試確定串聯(lián)電容器容量。解2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制3.電壓調(diào)整中的一些現(xiàn)象和規(guī)律取基準功率為100MVA，基準電壓為各級網(wǎng)絡的額定電壓。變電所10kV母線的容許電壓偏差為±7%；應在9.3~10.7kV。發(fā)電廠和變電所220kV母線電壓不超過110%，即不超過242kV。情況1：發(fā)動機在最大和最小負荷下都以額定電壓運行，電壓保持10.5kV，升、降壓變壓器高壓繞組在主接頭運行，即變比分別為10.5/242和220/11。最大負荷時發(fā)電廠220kV母線電壓容許偏差為0%~10%，即在220~242kV范圍內(nèi)。2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制情況2：發(fā)電廠升壓變壓器分接頭置于2檔，其它與情況1相同。負荷發(fā)電機母線電壓(kV)發(fā)電廠高壓母線電壓(kV)變電所高壓母線電壓(kV)變電所低壓母線電壓(kV)網(wǎng)絡有功功率損耗(MW)最大負荷10.5218.83178.628.119.89最小負荷10.5238.77229.2011.191.20高壓繞組固定分接頭接2檔，變壓器變比為10.5/(1+2×0.025)×242，高壓側空載電壓升高5%，且希望網(wǎng)絡中各節(jié)點電壓都升高5%。負荷發(fā)電機母線電壓(kV)發(fā)電廠高壓母線電壓(kV)變電所高壓母線電壓(kV)變電所低壓母線電壓(kV)網(wǎng)絡有功功率損耗(MW)最大負荷10.5237.31206.489.666.88最小負荷10.5251.66243.2011.911.058%12%15%6%6%7%2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制情況3：發(fā)電廠升壓變壓器采用帶負荷調(diào)壓變壓器。帶負荷調(diào)壓變壓器每檔的電壓為額定電壓的1.25%。設在最大負荷時，置于+5檔，最小負荷時置于-6檔。負荷發(fā)電機母線電壓(kV)發(fā)電廠高壓母線電壓(kV)變電所高壓母線電壓(kV)變電所低壓母線電壓(kV)網(wǎng)絡有功功率損耗(MW)最大負荷10.5241.29211.859.956.46最小負荷10.5219.16207.5710.081.51情況4：改變發(fā)電機電壓進行調(diào)壓。改變發(fā)電機電壓進行調(diào)壓。負荷發(fā)電機母線電壓(kV)發(fā)電廠高壓母線電壓(kV)變電所高壓母線電壓(kV)變電所低壓母線電壓(kV)網(wǎng)絡有功功率損耗(MW)最大負荷11236.53205.429.616.96最小負荷10226.36215.5810.491.382/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制情況5：變電所10kV母線上安裝并聯(lián)電容器。降壓變壓器采用固定分接頭置于2檔，變比為(1+2×0.025)×220/11，并聯(lián)電容器容量為34Mvar。負荷發(fā)電機母線電壓(kV)發(fā)電廠高壓母線電壓(kV)變電所高壓母線電壓(kV)變電所低壓母線電壓(kV)網(wǎng)絡有功功率損耗(MW)最大負荷10.5229.12205.289.346.04最小負荷10.5238.77229.2010.661.20應用靜止無功補償器或同步調(diào)相機也可進行調(diào)壓。電壓調(diào)整的現(xiàn)象和規(guī)律：(1)線路和變壓器的電壓損耗與通過的無功功率有關，在最大負荷期間網(wǎng)絡中各節(jié)點的電壓偏低而在最小負荷時偏高。(2)改變固定分接頭變壓器的分接頭位置，只能使最大負荷和最小負荷時的電壓都升高(降低),對它們之間的差值影響很小。(3)采用帶負荷調(diào)壓變壓器可有效調(diào)整一個地區(qū)或一個母線電壓。2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制(4)改變發(fā)電機的運行電壓是進行電壓調(diào)整的有效措施。(5)在變電所10kV母線上安裝并聯(lián)電容器，不但可有效地進行電壓調(diào)整，而且可降低損耗。變壓器分接頭位置應與之配合。實際的電力系統(tǒng)網(wǎng)絡結構非常復雜，一般包含多個電壓等級，發(fā)電廠和變電所的數(shù)目也很多，因此需要采用多種調(diào)壓措施進行相互配合。計算方法：離線潮流計算每年或每個季度針對最大和最小兩種運行方式，反復進行潮流計算，在計算中不斷改變發(fā)電機運行電壓、變壓器分接頭位置和補償設備投切情況，通過試湊找出既滿足電壓要求，又可使網(wǎng)絡損耗最小的結果。實際運行時，參照計算結果，并進行實時的調(diào)整和控制。配電線路最大負荷時的電壓損耗的限定：

110kV~10kV線路5％380V線路5%

220V線路7％2/6/2023§5-3電力系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化全系統(tǒng)運行最為經(jīng)濟是優(yōu)化問題的一個目標。設備不發(fā)生過載和電壓滿足要求是優(yōu)化問題需要滿足的條件，稱為約束條件。負荷與電源功率的平衡也是約束條件。優(yōu)化問題的數(shù)學描述：求解問題的變量，在滿足等式和不等式函數(shù)約束的條件下，使目標函數(shù)達到最小。一、火力發(fā)電廠之間的有功功率經(jīng)濟分配1.火力發(fā)電機組的燃料消耗特性耗量特性：穩(wěn)態(tài)運行時，火力發(fā)電機組在單位時間內(nèi)所消耗的燃料與發(fā)電機發(fā)出的有功功率之間的關系。2.不計網(wǎng)損變化影響的有功經(jīng)濟分配2/6/2023§5-3電力系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化應用求條件極值的拉格朗日乘數(shù)法求解。引入一個拉格朗日乘子λ，組成拉格朗日函數(shù)：煤耗微增率：為機組i的耗量特性在PGi點的效率。等微增率準則：機組間有功功率經(jīng)濟分配的必要條件是各機組的煤耗微增率相等。拉格朗日函數(shù)取極小值的充分條件是對變量的二階偏導數(shù)小于零：燃料消耗特性都具有上凹特性機組1機組2等式約束條件2/6/2023§5-3電力系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化計算機算法：若不考慮各機組出力限制，機組間有功功率分配可用牛頓法求解。若考慮各機組出力限制，計算過程如下：(1)輸入系統(tǒng)總有功負荷和損耗、各發(fā)電機組出力的上下限和耗量特性中的系數(shù)。(2)假定所有機組的出力都不超過約束條件。2/6/2023§5-3電力系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化(3)對于未超過約束條件的機組，用牛頓迭代法求解，得出等煤耗微增率下各機組的有功出力。(4)檢查各機組的有功功率出力是否超出其上下限。若所有機組都滿足，則得出結果，計算停止；否則，進行下一步計算。(5)對于不滿足約束條件的機組，若超過上限，則其出力限制為上限，否則限制為下限。在非線性方程組中去掉相應的方程式，并在最后一個方程中，對于超過限制的機組將發(fā)電機的功率用其相應的限制值代入，然后返回到第3步。煤耗微增率表達式為發(fā)電機功率的線性函數(shù)，得到的方程組為線性方程組，可直接求解。3.計及網(wǎng)損變化影響的有功功率經(jīng)濟分配例2/6/2023§5-3電力系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化網(wǎng)絡損耗微增率：網(wǎng)絡損耗修正系數(shù)：λ稱為修正煤耗微增率二、水力發(fā)電廠和火力發(fā)電廠之間的有功功率經(jīng)濟分配1.水力發(fā)電機組的耗水量特性耗水量特性：穩(wěn)態(tài)運行時，水輪發(fā)電機組單位時間內(nèi)消耗的水量與發(fā)電機發(fā)出的有功功率之間的關系。2/6/2023§5-3電力系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化水輪發(fā)電機組有最大和最小出力限制。2.水火發(fā)電機組間有功功率經(jīng)濟分配的數(shù)學模型設系統(tǒng)有g個機組，前h個為火電機組，其余為水電機組不考慮不等式約束條件2/6/2023§5-3電力系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化水耗微增率：水電機組等值煤耗微增率水煤轉換系數(shù)水火電機組間有功功率經(jīng)濟分配的必要條件：各個火電機組的煤耗微增率和水電機組的等值微增率相等，每個水電機組各個小時水煤轉換系數(shù)不變。2/6/2023§5-3電力系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化三、電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流(OptimalPowerFlow，OPF)簡介以全系統(tǒng)的燃料消耗量最小為目標，約束條件為發(fā)電機的有功和無功出力的限制、節(jié)點電壓容許偏移的要求以及線路和變壓器功率的限制。系統(tǒng)有n個節(jié)點，前g個節(jié)點為發(fā)電機節(jié)點，功率限制支路數(shù)為l。(1)目標函數(shù)(2)等式約束(3)不等式約束2/6/2023§5-3電力系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化典型的數(shù)學規(guī)劃問題。目標函數(shù)和約束函數(shù)都是變量的非線性函數(shù)。2/6/2023§5-4電力系統(tǒng)潮流控制傳統(tǒng)的交流電力系統(tǒng)中，穩(wěn)態(tài)運行方式的調(diào)整和控制主要依靠調(diào)節(jié)發(fā)電機的有功功率和無功功率，它們的調(diào)節(jié)范圍和作用受到很大的限制。輻射型網(wǎng)絡中的潮流是不加控制也無法控制，它們完全取決于各負荷點的負荷。環(huán)形網(wǎng)絡中的潮流如不采取附加措施，將按阻抗分布因而也是無法控制的。(3-42)為保證安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟供電，網(wǎng)絡中的潮流需要控制。調(diào)整控制潮流的手段主要有：串聯(lián)電容、串聯(lián)電抗、附加串聯(lián)加壓器。串聯(lián)電容的作用是以其容抗抵償線路的電感，將其串聯(lián)在環(huán)形網(wǎng)絡中阻抗相對過大的線路上，可起轉移其它重載線路上流通功率的作用。2/6/2023§5-4電力系統(tǒng)潮流控制串聯(lián)電抗的作用與串聯(lián)電容相反，主要在限流。將其串聯(lián)在重載線路上可避免該線路過載。附加串聯(lián)加壓器的作用在于在環(huán)形網(wǎng)絡中產(chǎn)生一環(huán)流或強制循環(huán)功率與自然分布功率疊加可達到理想值。若則縱向附加電動勢橫向附加電動勢2/6/2023§5-4電力系統(tǒng)潮流控制縱、橫向串聯(lián)附加電動勢分別與強制循環(huán)功率的無功、有功分量成正比。改變帶負荷調(diào)壓變壓器的分接頭或投入和切除并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器，可起到一定的調(diào)節(jié)和控制作用，但都是靠開關的機械動作完成，其動作既緩慢又不連續(xù)，且頻繁的動作將影響它們的壽命。改變電壓的大小，將改變網(wǎng)絡中無功功率的分布；改變它們的相位，將改變網(wǎng)絡中有功功率的分布。柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS)：用于電力系統(tǒng)潮流的靈活控制和系統(tǒng)傳輸能力的提高。應用電力電子元器件構成新型的輸配電設備，用來控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運行方式、改善系統(tǒng)的安全性和動態(tài)性能，提高電能質(zhì)量。2/6/2023§5-4電力系統(tǒng)潮流控制一、晶閘管控制串聯(lián)電容器(TCSC)晶閘管控制串聯(lián)電容器又稱為可控串補，由固定電容器和晶閘管控制電抗器并聯(lián)組成，它串聯(lián)在輸電線路上。設可控串補兩端的電壓為給定正弦電壓：可控串補基波等值電抗：可控串補結構上與靜止無功補償器相似。2/6/2023§5-4電力系統(tǒng)潮流控制(1)觸發(fā)相位α=π/2電抗器電流為零，電抗器開路a(2)觸發(fā)相位γ