《无功调压》PPT课件.ppt

第四章 电力系统无功平衡和电压调整,电气与自动化工程学院 唐小波,利用无功功率补偿调压,几种调压措施的比较,电压调整的基本概念,电力系统的无功功率平衡,发电机调压,改变变压器变比调压,第四章,4.1 电力系统的无功功率平衡,一、无功功率负荷和无功功率损耗 1. 无功负荷 异步电动机的无功损耗包括励磁功率 和漏抗中无功损耗 ，呈二次曲线。,一、无功功率负荷和无功功率损耗,2. 变压器的无功功率损耗 变压器的无功损耗包括励磁损耗 和漏抗损耗,一、无功功率负荷和无功功率损耗（续1）,3. 输电线路的无功功率损耗 电力线路的无功损耗也有两部分组成，并联导纳中的无功损耗（容性） 和串联阻抗中的无功损耗（感性） 。,35kV及以下的线路， 为正，消耗无功；330kV及以上线路， 为负，为无功电源；110kV和220kV线路，需通过具体计算确定。,二、无功电源,无功 电源,同步调相机,静止补偿器,静电电容器,发电机,1. 发电机,定子绕组温升约束 励磁绕组温升约束 原动机功率约束 其他约束,2. 同步调相机,实质上是空载运行的同步电动机，过励磁运行时发出无功，欠励磁运行时吸收无功。额定容量定义为过励磁运行时的额定无功功率，而欠励磁容量通常为过励磁容量的5065。 优点：能连续调节，调节范围宽。 缺点：旋转设备，运行维护复杂，有功损耗大（额定容量的1.55），成本高。容量越小，单位投资越大，有功损耗的百分比值越大，所以宜大容量地（5Mvar）装设于枢纽变电所。,3. 电容器,缺点：电压越高，发出的无功越大；电压越低，发出的无功越小。具有正的调节效应，调节性能不理想。（电源应具有负的调节效应，负荷具有正的调节效应，才能保证运行的稳定性）。 优点：运行维护简单，有功损耗小（约为容量的0.30.5），成本低，装设灵活方便，故得到广泛应用。,4. 静止无功补偿器（SVC）,动态：可以根据运行状态的变化自动调节发出的无功。 电容C发出无功；电抗器L吸收无功；电容器CK经耦合电感线圈LK组成滤波电路，滤去高次谐波，以免产生电压和电流畸变；可控硅有适当控制回路，控制导通角的大小。 优点：能快速平滑地调节无功，对冲击负荷有较强的适应性，运行维护简单，损耗较小，还能分相补偿。,三、无功功率平衡,当P为一定值时，得,三、无功功率平衡（续1）,Qres0表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用； Qres0表示系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装置。,4.2 电压调整的基本概念,电力系统电压调整的基本概念,调整目标,基本原理,一、电压调整的意义和目标,动力设备 照明设备 功率损耗,一、电压调整的意义和目标（续1）,GB12325-90中华人民共和国国家标准 电能质量 供电电压允许偏差规定： （1）35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10。 注：如供电电压上下偏差同号(均为正或负)时按较大的偏差绝对值作为衡量依据。 （2）10kV 及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的7% （3）220V 单相供电电压允许偏差为额定电压的7%、-10%,一、电压调整的意义和目标（续2）,SD3251989电力系统电压和无功电力技术导则规定： （1）35kV 及以上用户供电电压正负偏差绝对值之和不超过额定电压的10%。 （2）10kV 用户的电压允许偏差值为系统额定电压的7%。 （3）380V 用户的电压允许偏差值为系统额定电压的7%。 （4）220V 用户的电压允许偏差值为系统额定电压的+5%、 -10%。 （5）特殊用户的电压允许偏差值按供用电合同商定的数值确定。,一、电压调整的意义和目标（续2）,导则规定： 高压供电的工业用户和高压装有带负荷调压装置的电力用户，功率因数为0.9以上； 其他100MVA及以上电力用户和大、中型电力排灌站，功率因数为0.85以上； 农业用电功率因数在0.8以上。 对电网规定： 500（330）kV线路的充电功率应基本上予以补偿，从最小负荷至满负荷情况下无功功率均应基本平衡； 220kV变压器二次的功率因数不小于0.95； 110kV至35kV变压器二次的功率因数不小于0.9。,二、电压控制的策略,选择合适的中枢点；确定中枢点电压的允许偏移范围；采用一定的方法将中枢点的电压偏移控制在允许范围内。 电压中枢点：具有代表性的电厂和变电所作为电压质量的监视和控制点。,二、电压控制的策略（续1）,电压中枢点的选择 区域性水、火电厂的高压母线 枢纽变电所的低压母线 有大量地方性负荷的发电厂母线,二、电压控制的策略（续2）,中枢点电压允许偏移范围的确定 中枢点的最低电压等于在地区负荷最大时，电压最低一点的用户电压的下限加上该用户到中枢点的电压损失；中枢点的最高电压等于地区负荷最小时，电压最高点的用户电压的上限加上该用户到中枢点的电压损失。,二、电压控制的策略（续3）,二、电压控制的策略（续4）,二、电压控制的策略（续5）,中枢点电压调整方法 逆调压，在电压允许偏移范围内，供电电压的调整使在电网高峰负荷时的电压值高于电网低谷负荷时的电压值。 恒调压，任何情况下均保持中枢点的电压为一基本不变的值。 顺调压，高峰负荷时中枢点的电压低于低谷负荷时的电压。,二、电压控制的策略（续5）,适用范围 逆调压：中枢点至负荷点的线路较长，各负荷变化规律大致相同，且变化幅度较大的情况。 恒调压：负荷变动较小的情况。 顺调压：负荷变动较小，线路损耗也小，或者用户处电压偏移允许较大的情况。,三、电压调整的基本原理,4.3 发电机调压,自动励磁装置，调节励磁电流，可以改变发电机空载电势，从而改变发电机的端电压。 在发电机不经升压直接向用户供电的简单系统中，如供电线路不长、线路上电压损耗不大，一般可借调节发电机励磁改变其母线电压。 采用逆调压方式，最大负荷 ，最小负荷时 。 大型电力系统中发电厂调压一般只作为辅助性调压措施。,4.4 改变变压器变比调压,一、变压器类型的选择 普通变压器结构简单，成本低，运行维护方便，使用最多。 有载调压变压器和加压调压变压器结构复杂，成本高，运行维护不便，在特殊情况下选用。选用变压器应进行技术经济比较，并遵循电力部门的相关规定。,一、变压器类型的选择,电力系统电压和无功电力技术导则规定 发电机升压变压器一般可选用无励磁调压型，330kV、500kV 级升压变压器经调压计算论证可行时也可采用不设分接头的变压器。 发电厂的联络变压器经调压计算论证有必要时可选用有载调压型，330kV、500kV 级降压变压器宜选用无励磁调压型经调压计算论证确有必要且技术经济比较合理时可选用有载调压型。 直接向10kV 配电网供电的降压变压器应选用有载调压型，经调压计算仅此一级调压尚不能满足电压控制的要求时可在其电源侧各级降压变压器中再采用一级有载调压型变压器。 电力用户对电压质量的要求高于导则条规定的数值时，该用户的受电变压器应选用有载调压型。,二、调节范围的确定,变压器分接开关调压范围应经调压计算确定，无励磁调压变压器一般可选22.5%(10kV 配电变压器为5%)； 对于有载调压变压器，63kV 及以上电压等级的宜选8(1.251.5)% ，35kV 电压等级的宜选32.5% ，位于负荷中心地区发电厂的升压变压器其高压侧分接开关的调压范围应适当下降2.5% 5.0%，位于系统送端发电厂附近降压变电所的变压器其高压侧调压范围应适当上移2.5%5%。,三、变压器分接头的选择,.降压变压器分接头的选择,分别算出最大负荷和最小负荷所要求的分接头电压,然后取其算术平均值,.降压变压器分接头的选择,例5-2 一降压变压器归算到高压侧的参数、负载及分接头范围如图所示，经潮流计算得到最大负荷时高压侧电压为110kV，最小负荷时为115kV。要求低压侧母线上电压不超过66.6kV的范围，试选择分接头。,2. 升压变压器分接头的选择,升压变压器与降压变压器不同之处在于，其二次绕组大多数和发电机直接相连，从而，而降压变压器低压绕组的额定电压一般为1.1UN。,3. 三绕组变压器分接头的选择,高压侧有电源的三绕组降压变压器 首先根据低压母线对调压的要求，选择高压绕组的分接头；然后再根据中压侧所要求的电压和选定的高压绕组的分接头来确定中压绕组的分接头。 低压侧有电源的三绕组升压变压器 高压和中压绕组的分接头可以根据其电压和电源侧电压的情况分别进行选择，而不必考虑它们之间的影响。,四、有载调压变压器,五、加压调压变压器,五、加压调压变压器（续1）,五、加压调压变压器（续2）,五、加压调压变压器（续3）,4.5 利用无功功率补偿调压,一、并联补偿调压,一、并联补偿调压,设补偿前后供电点的电压U1不变,上式第二项为补偿前后电压损耗的变化量，很小，可略去。设变压器的变比为k：1,补偿容量QC与变压器变比有关，选择变压器变比的原则是既满足调压要求，又使补偿容量最小。,一、并联补偿调压,1. 并联电容器 按最小负荷时全部退出，最大负荷时全部投入的原则选择变压器变比，即按最小负荷时没有补偿情况确定变压器变比,对k规格化，选取最接近的分接头，然后在最大负荷时求出所需的无功补偿容量,2. 同步调相机补偿,对于同步调相机，按最小负荷时欠励磁运行，最大负荷时过励磁运行的原则选择变压器的变比。注意欠励磁时同步调相机吸收无功，同时其满额运行的容量与过励磁的满额容量不同，为其倍（一般为0.50.65）。,静止无功补偿器计算方法同调相机,一、并联补偿调压,例5-3 简单电力系统及其等值电路如图所示。发电机维持端电压UG10.5kV不变，变压器T1变比k1已选定，现用户要求实现恒调压，使U210.5kV，试确定负荷端应装无功补偿设备电容器和同步调相机的容量。计算中不计变压器和输电线路的并联导纳及电压降落的横分量。,二、串联补偿调压,所谓串联补偿调压是将电容器串联在主电路中以减小线路电抗，从而线路末端的电压。 补偿前的电压损耗为,补偿后的电压损耗为,二、串联补偿调压（续1）,提高的末端电压为,如要求提高的电压为 ， 则所需的容抗为,二、串联补偿调压（续2）,串联补偿电容器由许多单个的电容器串、并联组成。电容器组的串数m和每串中电容器个数n,式中，Imax为最大负荷电流。 所需的串联补偿电容器容量为,二、串联补偿调压（续3）,串联补偿电容器的安装地点 应该既使负荷点电压在允许范围之内，又使沿输电线电压尽可能均匀，同时还应使故障时流过电容器的短路电流不致过大。 当负荷集中在辐射型网络末端时，串补电容就装在线路末端； 当沿线有多个负荷时，装于全线电压降的1/2处较为合适,二、串联补偿调压（续4）,串联补偿的调节效果 无功负荷大时，调压效果大，无功负荷小时调压效果小，具有正的调节效应，有利于维护电压运行的稳定性。如果负荷的功率因数很高，则流过线路的无功功率小，串联电容调压的效果小。,所以串联补偿调压主要用于110kV以下功率因数较低的辐射型配电线路。,二、串联补偿调压（续5）,例 一35kV配电线路的阻抗为Z10+j10，首端输送的最大功率为。线路首端电压为37kV，为使线路末端电压不低于35kV，为了使线路末端电压不低于35kV，求串联补偿容量。设选用纸质油浸电容器，额定容量为20kvar，额定电压为0.6kV。如线路末端采用并联补偿，求所需的并联补偿容量，并比较两种补偿方案的功率损耗。,4.6 几种调压措施的比较,一、各种调压方式的比较 发电机调压：简单灵活，无需投资，应充分利用，是发电机直接供电的小系统的主要调压手段。在多机系统中，调节发电机的励磁电流会引起发电机间无功功率的重新分配，应根据发电机与系统的连接方式和承担的有功负荷情况，合理整定，考虑的因素较多。,一、各种调压方式的比较,变压器调压：变压器调压只能改变电压的高低，从而改变无功功率的流向和分布，而不能发出或吸收无功，所以变压器调压只能用于系统无功充裕时。,一、各种调压方式的比较（续1）,普通变压器只能无载调节分接头，所以只能适用于电压波动幅度不大且调压要求不高时。 有载调压变压器调节灵活，调节范围大，但结构复杂，投资大，运行管理与维护要求高，一般用于重要的枢纽变电所和调压要求较高的用户。 加压调压变压器对于辐射形线路主要用于调压，对于环网还能改善功率分布。装设在系统间联络线上的串联加压器，还可以起隔离作用，使两个系统的电压调整互不影响。,一、各种调压方式的比较（续2）,必须指出，在系统无功不足的条件下，不宜采用调整变压器分接头的方法来提高电压。因为当某一地区的电压由于变压器分接头的改变而升高后，该地区所需的无功功率也增大了，这可能扩大系统的无功缺额，从而导致整个系统的电压水平更加下降。,一、各种调压方式的比较（续3）,并联补偿调压：达到无功功率分层分区平衡的主要手段。可分散于用户，此时主要用并联电容器提高用户的功率因数，应具有按电压、功率因素自动投切的功能；可集中装于电压中枢点，此时宜采用同步调相机或静止无功补偿器。并联补偿调压灵活方便，还可以减小网损，但需增加投资。,从调压角度看，并联补偿和串联补偿的作用都在于减小电压损耗中的QX/V分量，因此只有在电压损耗中QX/V分量占有较大比重时，其调压效果才明显。,一、各种调压方式的比较（续4）,串联补偿调压：对于35kV或110kV的较长线路，导线截面较大（在70mm2以上），负荷波动大而频繁，功率因数又偏低时，采用串联补