電力系統運行特性及分析

電力工程概論第七章電力系統運行特性及分析1整理課件電力系統穩(wěn)態(tài)分析電力系統穩(wěn)態(tài)分析主要研究電力系統穩(wěn)態(tài)運行方式的性能，包括系統有功功率和無功功率的平衡，網絡節(jié)點電壓和支路功率的分布等，解決系統有功功率和頻率調整，無功功率和電壓控制問題。

2整理課件第一節(jié)電力系統的潮流分布電力系統的潮流分布是指電力系統在某一穩(wěn)態(tài)的正常運行方式下，電力網絡各處〔節(jié)點〕的功率和電壓的分布。3整理課件潮流計算的定義潮流計算是按給定的電力系統接線方式、參數和運行條件，確定電力系統各局部穩(wěn)態(tài)運行狀態(tài)參量的計算。通常給定的運行條件有系統中各電源和負載節(jié)點的功率、樞紐點電壓、平衡節(jié)點的電壓和相位角。待求的運行狀態(tài)參量包括各節(jié)點的電壓及其相位角以及流經各元件的功率、網絡的功率損耗等。4整理課件潮流計算的目的5整理課件6整理課件一、輸電線路的等值電路1、輸電線路的參數架空輸電線路參數有四個電阻r0：反映線路通過電流時產生的有功功率損耗效應。電感L0：反映載流導體的磁場效應。電導g0：線路帶電時絕緣介質中產生的泄漏電流及導體附近空氣游離而產生有功功率損耗。電容C0

：帶電導體周圍的電場效應。輸電線路的以上四個參數沿線路均勻分布。7整理課件1〕.電阻有色金屬導線單位長度的直流電阻：考慮如下三個因素：〔1〕交流集膚效應和鄰近效應?！?〕絞線的實際長度比導線長度長2～3％?！?〕導線的實際截面比標稱截面略小。因此交流電阻率比直流電阻率略為增大：銅：18.8鋁：31.5精確計算時進行溫度修正：

為溫度系數：銅：鋁:8整理課件2〕.電抗三相導線排列對稱，那么三相電抗相等。三相導線排列不對稱，那么進行整體循環(huán)換位后三相電抗相等。9整理課件2〕.電抗單導線每相單位長度電抗：xl=w(4.6lgDm/r+0.5μ)*10-4(Ω/Km)

式中：Dm為三相導線間幾何均距，

Xl=0.1445lgDm/r+0.015710整理課件3〕.等值電容和電納單導線

11整理課件4〕.輸電線路的電導：用來反映泄漏電流和空氣游離所引起的有功功率損耗。〔1〕正常情況下，泄漏電流很小，可以忽略，主要考慮電暈現象引起的功率損耗?！?〕電暈：局部場強較高，超過空氣的擊穿場強時，空氣發(fā)生游離，從而產生局部放電現象。

12整理課件〔3〕當運行電壓過高或氣象條件變壞時，將產生電暈現象，從而產生電暈損耗△Pg,那么電導為：

VL：線電壓。

13整理課件1〕.短輸電線路：電導和電納忽略不計長度<100km電壓60kV以下短的電纜線線路阻抗2、輸電線路等值電路14整理課件2.〕、中長度的輸電線路可作出π型等值電路參數：

Y=G+jB=(gl+Jbl)=jB=jbl15整理課件3〕例題2—1例2-1：有一長度為100km，10kv的輸電線路、導線型號為LGJ-185,導線水平排列，相間距離為4m,求線路參數及輸電線路的等值電路。16整理課件二、變壓器等值電路1、變壓器參數17整理課件變壓器的試驗數據：短路損耗ΔPs，短路電壓Vs%空載損耗ΔP0，空載電流I0%電阻RT

注意單位

ΔPs為kW,SN為kVA,VN為kV,IN為A，RT為Ω。

18整理課件電抗

電導

19整理課件電納

20整理課件2、變壓器等值電路雙繞組變壓器三繞組變壓器21整理課件三、發(fā)電機的參數及等值電路1、發(fā)電機的參數22整理課件2、發(fā)電機的等值電路23整理課件四、負荷的參數及其等值電路24整理課件25整理課件二、電力系統潮流計算1、手工計算例2-2如下圖簡單電力系統，各元件參數標于圖中，試用有名值計算該系統的潮流分布。〔U3=10.2KV〕26整理課件3系統12TSL=16+j8MVAL=1ooKm

r1=0.17Ω/Km

x1=0.36Ω/Km

b1=2.96*10-6Ω/Km

110/11KV

SN=20MVA

△PK=135KW

Us%=10.5

△P0=22KW

I0%=0.827整理課件U1U3’U2ZlZTY1/2Y1/2YTS1S1’S2‘S2S2”S3SL1)、等值電路圖28整理課件U1U3’U217+j38.64.08+j63.52Y1/2j1.48*10-4（1.82—j13.2）*10-4S1S1’S2‘S2S2”S3SL參數計算?Syl?SyT29整理課件2)、潮流分布計算?S=[(P2+Q2)/U2]*(R+jX)?U=(P*R+Q*X)/UδU=(P*X-Q*R)/U?U——電壓降落的縱向分量δU——電壓降落的橫向分量?SYT=(GT+jBT〕*U2?Syl=-1/2*Yl*U230整理課件系統潮流分布如圖SL=16+j810.2KV系統113.24KV107.8KVT17.025+J6.82

16.54+J9.3431整理課件2、計算機算法32整理課件33整理課件34整理課件35整理課件36整理課件37整理課件38整理課件39整理課件40整理課件41整理課件42整理課件43整理課件44整理課件第二節(jié)電力系統頻率特性及調整一.電力系統頻率變化的影響對用戶的影響〔1〕異步電機轉速〔2〕異步電機功率〔3〕電子設備對發(fā)電廠和電力系統的影響〔1〕對發(fā)電廠廠用機械設備運行的影響〔2〕對汽輪機葉片的影響〔3〕對異步電機及變壓器勵磁的影響45整理課件

二、系統負荷可以看作由以下三種具有不同變化規(guī)律的變動負荷組成：

〔1〕變動周期小于10s，變化幅度小〔3〕變動周期最大，變化幅度最大：氣象、生產、生活規(guī)律〔2〕變動周期在〔10s，180s〕，變化幅度較大調速器頻率的一次調整調頻器頻率的二次調整根據預測負荷，在各機組間進行最優(yōu)負荷分配頻率的三次調整46整理課件47整理課件三、有功功率平衡與備用容量備用容量：15%～20%作用：為了保證供電可靠性及電能質量合格，系統電源容量應大于發(fā)電負荷定義：備用容量＝系統可用電源容量－發(fā)電負荷分類：

有功功率平衡：按作用分：(1)負荷備用：滿足負荷波動、方案外的負荷增量2%~5%(2)事故備用：發(fā)電機因故退出運行能頂上的容量5%~10%(3)檢修備用：發(fā)電機方案檢修4%~5%(4)國民經濟備用：滿足工農業(yè)超方案增長3%~5%按其存在形式分：

(1)熱備用

(2)冷備用48整理課件備用容量8760t(h)P(MW)發(fā)電負荷備用容量新增容量49整理課件四、電力系統的頻率特性1、電力系統負荷的有功功率--頻率靜態(tài)特性50整理課件負荷的有功功率－頻率靜態(tài)特性簡化表達當頻率偏離額定值不大時，負荷有功－頻率靜態(tài)特性用一條近似直線來表示。負荷的頻率調節(jié)效應系數或稱為負荷的頻率調節(jié)效應，表示負荷隨頻率的變化程度。51整理課件2、發(fā)電機組的有功功率--頻率靜態(tài)特性當系統頻率變化時，汽輪機調速系統將自動的改變進氣量，以相應的增減發(fā)電機輸出的功率，調整結束后到達新的穩(wěn)態(tài)。這種反映由頻率變化而引起汽輪機輸出功率變化的關系，稱為發(fā)電機組有功功率--頻率靜態(tài)特性52整理課件53整理課件54

〔1〕靜態(tài)調差系數:某臺機組負荷改變時相應的頻率偏移假設2為額定運行點，1為空載運行點：54整理課件55

單位調節(jié)功率:調差系數的倒數，表示頻率變化時發(fā)電機組輸出功率的變化量。

調差系數越小，單位調節(jié)功率越大，頻率偏移越小。55整理課件五、頻率的一次調整56整理課件57整理課件六、頻率的二次調整58整理課件59整理課件60整理課件一、無功功率負荷和無功功率損耗1．無功功率負荷各種用電設備中，除相對很小的白熾燈照明負荷只消耗有功功率、為數不多的同步電動機可發(fā)出一局部無功功率外，大多數都要消耗無功功率。因此，無論工業(yè)或農業(yè)用戶都以滯后功率因數運行，其值約為0.6~0.9。無功功率負荷曲線的變化規(guī)律雖大體與有功功率相似，也并非完全亦步亦趨。第三節(jié)電力系統電壓的管理及調整61整理課件2．變壓器中的無功功率損耗變壓器中的無功功率損耗分兩局部，即勵磁支路損耗和繞組漏抗中損耗。其中，勵磁支路損耗的百分值根本上等于空載電流I0的百分值，約為1％~2％；繞組漏抗中損耗。在變壓器滿載時，根本上等于短路電壓Uk的百分值，約為10％。但對多電壓級網絡。變壓器中的無功功率損耗就相當可觀。RTjXTU1N.-jBTGT62整理課件3．電力線路上的無功功率損耗電力線路上的無功功率損耗也分兩局部，即并聯電納和串聯電抗中的無功功率損耗。并聯電納中的這種損耗又稱充電功率，與線路電壓的平方成正比，呈容性。串聯電抗中的這種損耗與負荷電流的平方成正比，呈感性。RjXU1.U2.63整理課件1．發(fā)電機同步發(fā)電機既是有功功率電源，又是最根本的無功功率電源。二、無功功率電源2．電容器和調相機并聯電容器只能向系統供給感性無功功率。它所供給的感性無功功率與其端電壓約平方成正比。64整理課件調相機實質上是只能發(fā)無功功率的發(fā)電機。它在過激運行時向系統供給感性無功功率，欠激運行時從系統吸取感性無功功率。欠激運行時的容量約為過激運行時容量的50%。這些也就是作為無功功率電源的調相機的運行極限?！?5整理課件3．靜止補償器和靜止凋相機靜止補償器和靜止調相機是分別與電容器和調相機相對應而又同屬“靈活交流輸電系統〞范疇的兩種無功功率電源。前者出現在70年代初，是這一“家族〞的最早成員。目前已為人們所熟知；后者那么尚待擴大試運行的規(guī)模。靜止補償器的全稱為靜止無功功率補償器(SVC)，有各種不同型式。目前常用的有晶閘管控制電抗器型(TCR型)、晶閘管開關電容器型(TSC型)和飽和電抗器型(SR型)三種。66整理課件67整理課件68整理課件四、電力系統的電壓管理69整理課件1.調整電壓的必要性電力系統的電壓和頻率一樣也需要經常調整。由于電壓偏移過大時，會影響工農業(yè)生產產品的質量和產量，損壞設備，甚至引起系統性的“電壓崩潰〞，造成大面積停電。70整理課件2.電壓管理電壓中樞點就是那些反映系統電壓水平的主要發(fā)電廠的高壓母線、樞紐變電所低壓母線或有大量地方負荷的發(fā)電機母線?！?〕中樞點的電壓偏移根據負荷對電壓的要求，任何時刻應滿足：ABO71整理課件72整理課件73整理課件74整理課件75整理課件76整理課件2.電壓管理〔1〕中樞點的電壓偏移需綜合考慮A、B對電壓中樞點O點的要求。要同時滿足兩個負荷對電壓質量的要求，中樞點電壓的允許變動范圍減小。在實際電力系統中，由同一中樞點供電的負荷可能很多，且中樞點到負荷處線路上的電壓損耗的大小和變化規(guī)律的差異可能很大，完全可能出現在某些時段內，中樞點電壓取任何值均不能滿足要求，這時須采取其他措施〔如在負荷處進行無功補償，改變變壓器變比等〕。77整理課件2.電壓管理〔2〕中樞點電壓的調整方式逆調壓：對于供電線路較長，負荷波動較大的網絡，考慮在最大負荷時線路上的電壓損耗增加，這時適當提高中樞點電壓以補償增大的電壓損耗，比線路UN高5％〔即1.05UN〕；最小負荷時線路上電壓損耗減小，降低中樞點電壓為UN。順調壓：負荷變動小，供電線路不長，在允許電壓偏移范圍內某個值或較小的范圍內，最大負荷時電壓可以低一些，但≥1.025UN，小負荷時電壓可以高一些，但≤1.075UN。78整理課件〔2〕中樞點電壓的調整方式常調壓〔恒