电力系统自动化-15-电力系统无功功率和电压调整(四)VIP

电力系统分析,第五章电力系统无功功率和电压调整,第五章电力系统无功功率和电压控制,5.1电力系统无功功率的平衡,5.2电力系统无功功率的最优分布,5.3电力系统的电压管理,5.4电力系统电压调整的措施,5.4电力系统电压调整的措施,四、线路串联电容补偿改善电压质量,未加串联电容前：,加了串联电容后：,补偿前后U1保持不变，负荷端电压由U2U2C，可得：,因此，根据线路末端电压需要提高的数值（V-Vc），就可求得需要补偿的电容器的容抗值XC。,如果每台电容器的额定电流为INC，额定电压为VNC，额定容量为QNC=VNCINC，则可根据通过的最大负荷电流Icmax和所需的容抗值XC分别计算电容器串、并联的台数n，m以及三相电容器的总容量QC。,串联电容器组,确定线路上串联接入的电容器的个数：,串联分压并联分流,三相总共需要的电容器台数为3mn。安装时，全部电容器串、并联后装在绝缘平台上。,nVNCICmaxXC,mINCICmax,串联电容补偿前后的沿线电压分布（a）负荷集中在线路末端（b）沿线路有若干个负荷,电容器安装地点的选择：使沿线电压尽可能均匀,串联电容器提升的末端电压的数值QXC/V(即调压效果)随无功负荷增大而增大、无功负荷的减小而减小，恰与调压的要求一致。这是串联电容器调压的一个显著优点。但对负荷功率因数高(cos0.95)或导线截面小的线路，由于PR/V分量的比重大，串联补偿的调压效果就很小。,补偿所需的容抗值XC和被补偿线路原来的感抗值XL之比,kc=XC/XL,称为补偿度。在配电网络中以调压为目的的串联电容补偿，其补偿度常接近于1或大于1。,电力线路采用串联电容补偿，也带来一些特殊问题，因此作为改善电压质量的措施，串联电容器只用于110kV以下电压等级、长度特别大或有冲击负荷的架空分支线路上。10kV及以下电压的架空线路，由于RL/XL较大，所以使用串联电容补偿是不经济和不合理的。220kV以上电压等级的远距离输电线路中采用串联电容补偿，其作用在于提高运行稳定性和输电能力。,输送功率为7+j6(MVA),线路首端电压为35kV.欲使线路末端电压33kV,试确定串联补偿容量.,解题思路分析：,需要计算V及Vc,题目已给出:,V1=35kV,Q1=6MVar,据:,mICN,nVCN,n,m,校验,计算只涉及到最大负荷状态.,注意,V2c33kV,解:,Z=(10+j10),S=7+j6(MVA),V1=35kV,补偿前电压损失,补偿后电压损失Vc,按题目要求:,V2c33kV,Vc=V1-V2c=35-33=2kV,已知:,将数据代入:,V1=35kV,V=3.71kV,Vc=2kV,Q1=6MVar,其中:,计算,选择电容器:,VcN=0.6kV,QcN=20kvar,由此得:,额定值,选择串联电容器的个数,m,n,实际值,说明:,ICN,nVCN,取m=5,n=3,则:,d:实际值,校验,由计算知:,补偿电容器组(m=5,n=3)的容抗,将此电容器组串联到线路上,计算Vd2进行校验,33kV,所选电容器组满足要求,5.4电力系统电压调整的措施,五、几种调压措施的比较分析1.改变发电机端电压调压：该调压手段是一种不需要耗费资金、且最直接的调压方法，因而是在几种常见的调压措施中首先考虑采用的方法；改变发电机端电压调压通常采用的是逆调压方式。2.改变变压器变比调压：该调压手段是借助改变变压器的分接头进行调压的调压方法。当电力系统的无功功率供应比较充裕时，利用改变变压器的变比调压可以取得成效。3.利用无功补偿设备调压：如果系统无功功率电源不足，仅靠前两种调压方法都无法满足调压要求，此时必须在适当地点利用无功补偿设备对所缺无功功率进行补偿，用以减少电力线路上流动的无功功率，从而减少电力线路功率损耗和电压损耗，进而提高各负荷点的电压。,控制变量U1、U2、K、q；状态变量：Q、U3；参数：P、U3n、R、X,调度中心,主干电网主干输电线和环网的无功功率分布,中枢点（发电厂母线、枢纽变电站母线）的电压设定值,协调各地区的电压水平,区域,本区域电网电压的调节控制,就地无功功率平衡,（2）综合调压的原则,23,（3）改变电网运行方式调压,当地区调度员采取上述几种基本的调压措施后，仍不能达到规定电压的范围时，应立即报告上级调度员采取措施改善地区电压水平。,24,25,如何调整合理？,B站,C站,A站,线路B,线路C,220kV,35kV,110kV,36.3,10kV,10.32,10.35,10.42,P:50.2Q:20.3,P:30.1Q:13.5,P:20.3Q:9.5,分层：220kV主变或关口将高压网（省网）和地区网解耦,分区：区域自适应嵌套划分，使无功尽量小区域平衡,26,5.2电力系统无功功率的最优分布,无功功率最优分布分为：无功功率电源的最优分布无功功率负荷的最优补偿,有功功率损耗P与系统中各点的注入功率有关，而在有功功率最优分配方案确定之后，各节点的PiPGiPLDi是已知的，且各节点的负荷无功QLDi是已知的，则P与各无功功率电源发出的无功QGi有关。,一、无功功率电源的最优分布1、目的：在有功负荷最优分配方案确定后，调整各无功功率电源的出力，使全网中总的有功功率损耗P最小，这就是无功功率电源最优分布的目标函数。,5.2电力系统无功功率的最优分布,目标函数：,等式约束条件：,不等式约束条件：,忽略不等式约束，构造拉格朗日目标函数：,2、无功功率电源的最优分布原则等网损微增率准则,5.2电力系统无功功率的最优分布,求解可得：,不计无功网损时：,这就是等网损微增率准则，此时系统总有功损耗最小。,5.2电力系统无功功率的最优分布,计及网损时，上述准则照样成立：,其中：,表示有功网损对第i个无功电源的微增率；,无功功率网损修正系数,表示无功网损对第i个无功电源的微增率。,实际计算时，当QGi出现越限的情况，即逾越它的上限QGimax或下限QGimin时，可取QGiQGimax或QGiQGimin。,无功功率电源最优控制方法,在无功电源配备充足、布局合理的条件下，无功功率电源最优控制方法如下：根据有功负荷经济分配的结果进行功率分布的计算利用以上结果，可以求出各个无功电源点的值。经过又一次的功率分布计算，可以算出总的网络有功损耗，网络损耗的变化实际上都反映在平衡发电机的功率变化上。因此，如果控制无功功率电源的分配，还能够使平衡机的输出功率继续减少，那么这种控制就应该继续下去，直到平衡机输出功率不能再减少为止。,5.2电力系统无功功率的最优分布,例题52：某60kV的简化等值网络如图所示：各线段电阻已标注在图中，。设无功功率补偿设备的总容量为17Mvar，在不计无功功率网损的条件下，试确定这些无功功率补偿设备容量的最优分布。,5.2电力系统无功功率的最优分布,解：设各无功功率补偿设备的容量为QC1、QC2、QC3、QC4，不计无功功率网损时，无功功率流动引起的有功功率网损P为：,5.2电力系统无功功率的最优分布,网损微增率为：,5.2电力系统无功功率的最优分布,经校验，越下限0Mvar，因此，置，重新进行分配计算：,按网损微增率相等分配各无功功率补偿设备的容量：,解之得：,等式约束条件为：,按网损微增率相等重新分配剩余各无功功率补偿设备的容量，联立等式约束条件：,5.2电力系统无功功率的最优分布,网损微增率为：,解之得：,经校验，均满足要求。,5.2电力系统无功功率的最优分布,二、无功负荷的最优补偿,目标函数：,最优网损微增率准则：,38,四、AVC介绍,(一）AVC的概念在自动装置的作用和给定电压约束条件下，发电机的励磁、变电站和用户无功补偿装置的出力以及变压器的分接头都能按指令自动进行闭环调整，使其注入电网的无功逐渐接近电网要求的最优值，从而使全网有接近最优的无功电压潮流，这个过程叫自动电压控制，简称AVC。,(二）AVC基本功能主要功能：全网无功优化控制，全网电压优化调节，控制全网关口力率，全网控制自动协调，优化动作次数，安全运行措施，分析及统计确定无功补偿点。作用：保证电网安全稳定运行；保证电压和电网关口功率因数合格；优化网络无功分配，即尽可能减少线路无功传输、降低电网因无功潮流不合理引起的有功损耗。,39,40,(三）AVC工作过程,41,AVC工作流程图,变电站调压一般采用有载调压变压器（OLTC）和无功补偿设备（通常并联电容器组）。有载调压变压器可以在带负载的情况下切换分接头位置，从而改变变压器的变比，起到调整电压和和降低损耗的作用。,变电站九区图控制策略介绍1、有载调压与无功补偿的区别,42,控制无功补偿设备的投切，可改变网络中无功功率的分布，改善功率因数，减少网损和电压损耗，改善用户的电压质量。以上两种调节和控制的措施，都有调整电压和改变无功分布的作用，但它们的作用原理和后果有所不同。,43,利用改变有载调压变压器的分接头位置进行调压时，调压措施本身不产生无功功率，但系统消耗的无功功率与电压水平有关，因此在系统无功功率不足的情况下，不能用改变变比的办法来提高系统的电压水平，否则电压水平调的越高，该地区的无功功率就越不足，反而导致恶性循环。所以在系统缺乏无功的情况下，可以利用补偿电容器进行调压。,44,因此，必须把调节分接头与无功补偿设备的投、切两者结合起来，进行合理的调控，才能起到既改善电压水平，又降低网损的效果。,45,2、九区图的基本原理,简单系统接线图,46,九区图控制策略是按照固定的电压和无功功率（或功率因数）上下限将电压-无功平面划分为9个区域。,47,48,根据变电站电压无功综合控制（VQC）的调控要求，应将受控母线（即主变低压侧母线）电压控制在规定的电压上下限之间，确保电压合格；同时尽量将无功功率（或功率因数）控制在规定的无功功率（或功率因数）上下限之间；若不能使电压、无功功率（或功率因数）同时满足要求，则优先保证电压合格。,49,2区：电压越上限，无功功率越上限，先升档降压至电压合格；若分接头档位已上调至最高档，而电压仍高于上限，则强切电容。3区：电压正常，无功功率越上限，投入并联电容器组；若无电容器组可投，则维持。4区：电压越下限，无功功率越上限，先投入并联电容器组使无功功率合格；若无电容可投或电容器组投完后而电压仍低于下限，则再降档升压至电压合格。,50,5区：电压越下限，无功功率合格，降档升压至电压合格；若分接头档位已调至最低档，而电压仍低于下限，则强行投入并联电容器组（强投电容）。6区：电压越下限，无功功率越下限，降档升压至电压合格；若分接头档位已调至最低档，而电压仍低于下限，则强投电容。7区：电压合格，无功功率越下限，切除并联电容器组；若无并联电容器组可切，则维持。,51,8区：电压越上限，无功功率越下限，先切除并联电容器组；若无电容可切或电容器组切完后而电压仍高于上限，则再升档降压至电压合格。九区图的电压、无功上下限一般某个负荷时段取固定值（可将1天分为12、24或48个负荷时段分别整定上下限值），并按逆调压原则自动调整电压下限值。,52,变电站负荷越大、电压下限值越高，即在高峰负荷时适当提高运行电压，将电压下限值提高；同理，在低谷负荷时适当降低运行电压，将电压下限值降低。,53,九区图各区域的控制策略示意图：,54,55,3、AVC主要策略,原则：优先级顺序：电压功率因数无功1）系统优先考虑10kV电压，然后是220kV（关口）变电站功率因数，最后是无功。,56,2）在电压越限和功率因数越限矛盾的情况下，优先考虑电压。（功率因数还有其他调节手段）3）功率因数越限需调节电容器，电压预算不通过时，考虑调挡后投切电容器4）无功优化时进行功率因数预算,电压越限调节电容器原则：电压越上限，优先切容量小的电容器，同容量电容器优先切动作次数少的。电压越下限，优先投容量大的电容器，同容量电容器的优先投动作次数少的。,57,（1）在调度端进行电网无功优化计算，把结果下发到电网各可控节点（发电厂、变电站）。（2）电厂AVC装置根据下发的指令调整电厂的高压母线电压或机组的无功出力。（3）变电站AVC装置根据下发指令调整主变分接头，投、切变电站低压无功补偿设备。,58,(四）AVC控制手段,（1）提高电压合格率（2）优化电网无功潮流，使网损