电力系统分析_第五章

1、 12022-5-8第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制隐极式隐极式凸极式凸极式fn606050Hz=3000r/min 电能质量：电压、频率、可靠性。电能质量：电压、频率、可靠性。电压和频率变化的原因是电源和负载的功率不平衡。电压和频率变化的原因是电源和负载的功率不平衡。正常稳态运行情况下的调整和控制正常稳态运行情况下的调整和控制 主要内容：主要内容：有功功率和频率的调整有功功率和频率的调整、无功功率和电压的调整无功功率和电压的调整、运行方式的运行方式的优化优化以及以及潮流的灵活控制潮流的灵活控制。 22022-5-8第五章第五章 电力系统正常运行方

2、式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制(1) 负荷随时间不断变化，必须调整发电机的出力，使之与负荷负荷随时间不断变化，必须调整发电机的出力，使之与负荷的有功功率平衡，并同时调整系统的频率，使它尽量不变。的有功功率平衡，并同时调整系统的频率，使它尽量不变。(2) 负荷无功功率的变化要求对发电机和其他无功补偿设备的运负荷无功功率的变化要求对发电机和其他无功补偿设备的运行进行调整，并保证合格的电压供电质量。行进行调整，并保证合格的电压供电质量。(3) 分配和调整发电机功率时，需考虑它们和线路、变压器等设分配和调整发电机功率时，需考虑它们和线路、变压器等设备的容量限制和其他条件，保证设备和系统

3、的安全性。备的容量限制和其他条件，保证设备和系统的安全性。(4) 电力系统的运行费用与发电机之间的功率分配密切相关，对电力系统的运行费用与发电机之间的功率分配密切相关，对系统运行方式进行决策和调整时，还必须考虑经济性。系统运行方式进行决策和调整时，还必须考虑经济性。从以下几个方面理解调整和控制：从以下几个方面理解调整和控制： 32022-5-85-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制 稳态运行时，全系统各点频率都相等，所有发电机同步运行。稳态运行时，全系统各点频率都相等，所有发电机同步运行。pfn/60一、负荷的有功功率及其频率特性一、负荷的有功功率及其频率

4、特性1. 日负荷曲线日负荷曲线 负荷曲线：负荷随时间变化的曲线。负荷曲线：负荷随时间变化的曲线。( )Pf t 42022-5-85-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制 负荷曲线：负荷随时间变化的曲线。负荷曲线：负荷随时间变化的曲线。 52022-5-85-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制2. 负荷的频率特性负荷的频率特性 负荷有功功率随系统频率变化的特性称为负荷有功功率的负荷有功功率随系统频率变化的特性称为负荷有功功率的静态静态频率特性，简称为负荷的频率特性。频率特性，简称为负荷的频率特性。负荷按其有功功率与频率的

5、关系分类：负荷按其有功功率与频率的关系分类：(1)与频率无关的负荷与频率无关的负荷(2)与频率成正比的负荷与频率成正比的负荷(3)与频率的二次方成正比的负荷与频率的二次方成正比的负荷(4)与频率的三次方成正比的负荷与频率的三次方成正比的负荷(5)与频率的高次方成正比的负荷与频率的高次方成正比的负荷 62022-5-85-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制nNnNNNLNLffaffaffaffaaPP33221013210naaaaannLfafafafaaP*3*32*2*10*fKPLLKL：负荷的频率调节效应系数，：负荷的频率调节效应系数，MW/Hz

6、标么值形式：标么值形式：*fKPLLLNNLLPfKK* 72022-5-85-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制二、频率调整的必要性和有功功率平衡二、频率调整的必要性和有功功率平衡1. 频率调整的必要性频率调整的必要性(1) 电动机转速与频率近似成正比，频率变化会引起电动机转速电动机转速与频率近似成正比，频率变化会引起电动机转速的变化，影响产品质量。的变化，影响产品质量。(3) 频率下降将使汽轮发电机的汽轮叶片振动增大，影响其寿命，频率下降将使汽轮发电机的汽轮叶片振动增大，影响其寿命，甚至产生裂纹或断裂；甚至产生裂纹或断裂；(4) 频率降低时，火力发电厂

7、由电动机驱动的动力设备由于转速频率降低时，火力发电厂由电动机驱动的动力设备由于转速下降而使它们的出力减小，引起锅炉和汽轮机出力降低，从下降而使它们的出力减小，引起锅炉和汽轮机出力降低，从而使得频率继续下降而产生恶性循环，可能出现频率崩溃；而使得频率继续下降而产生恶性循环，可能出现频率崩溃；(5) 核电厂的反应堆的冷却介质泵对频率的要求比较严格，当频核电厂的反应堆的冷却介质泵对频率的要求比较严格，当频率降低到一定程度时，将自动跳开，使反应堆停止运行。率降低到一定程度时，将自动跳开，使反应堆停止运行。 为防止频率崩溃，系统中设置自动低频减负荷装置，当频率为防止频率崩溃，系统中设置自动低频减负荷装置

8、，当频率降低到一定程度时，按频率的高低自动分级切除部分负荷。降低到一定程度时，按频率的高低自动分级切除部分负荷。频率变化的影响及危害：频率变化的影响及危害：(2) 对电子设备来说，系统频率的不稳定影响其正常工作。对电子设备来说，系统频率的不稳定影响其正常工作。 82022-5-85-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制2. 有功功率平衡和备用容量有功功率平衡和备用容量 为保证电力系统的频率质量，应满足额定频率下系统有功功为保证电力系统的频率质量，应满足额定频率下系统有功功率平衡的要求。率平衡的要求。 系统中还必须安排适当的备用容量。备用容量的种类：系统中还必

9、须安排适当的备用容量。备用容量的种类：(1)负荷备用。为了适应系统中短时的负荷波动，以及因负荷预负荷备用。为了适应系统中短时的负荷波动，以及因负荷预测不准或计划外负荷增加而设置的备用容量。一般取负荷的测不准或计划外负荷增加而设置的备用容量。一般取负荷的2%5%。(2)事故备用。为防止发电机组发生事故设置的备用容量，一般事故备用。为防止发电机组发生事故设置的备用容量，一般取系统最大负荷的取系统最大负荷的5%10%。(3)检修备用。为系统中的发电设备能进行定期检修而设置的备检修备用。为系统中的发电设备能进行定期检修而设置的备用容量。用容量。(4)国民经济备用。适应负荷的超计划增长而设置的备用容量。

10、国民经济备用。适应负荷的超计划增长而设置的备用容量。 发电机可用出力的总和并不一定就是它们的有功容量总和，这是因为在运行过程发电机可用出力的总和并不一定就是它们的有功容量总和，这是因为在运行过程中，既不是所有发电机组都不间断地投入运行，也不是所有投入运行的发电机组都中，既不是所有发电机组都不间断地投入运行，也不是所有投入运行的发电机组都能按其额定容量发电。能按其额定容量发电。 92022-5-85-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制 负荷备用必须以热备用的方式存在于系统之中。负荷备用必须以热备用的方式存在于系统之中。 热备用是指所有投入运行的发电机

11、组可能发出的最大功率之热备用是指所有投入运行的发电机组可能发出的最大功率之和与全系统发电负荷之差，也称运转备用或旋转备用。和与全系统发电负荷之差，也称运转备用或旋转备用。 冷备用指系统中停止运行状态，可随时待命起动的发电机组冷备用指系统中停止运行状态，可随时待命起动的发电机组最大出力的总和。最大出力的总和。 冷备用可作为检修备用和国民经济备用。冷备用可作为检修备用和国民经济备用。0maxmax1RLgiGNiPPPP发电机可用发电机可用有功出力有功出力全系统总的全系统总的最大负荷最大负荷全系统最大有功功率全系统最大有功功率损耗和厂用电损耗和厂用电全系统总有功功率全系统总有功功率备用容量备用容量

12、 102022-5-85-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制1. 发电机组的自动调速系统发电机组的自动调速系统 调速系统种类：调速系统种类：三、发电机组的调速系统和频率的一次调整三、发电机组的调速系统和频率的一次调整 通过原动机调速器的作用完成发电机组出力和频率的调整，通过原动机调速器的作用完成发电机组出力和频率的调整，称为称为频率的一次调整频率的一次调整。(1)机械液压式：采用离心飞摆将转速信号变换为位移信号。机械液压式：采用离心飞摆将转速信号变换为位移信号。测出同步发电机转速，与额定值的偏差，调整原动机调速器，测出同步发电机转速，与额定值的偏差，调整原

13、动机调速器，调发电机转速，调其出力及频率。调发电机转速，调其出力及频率。误差信号误差信号1个个转速信号。转速信号。 液压系统可靠性高。液压系统可靠性高。 112022-5-85-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制不同稳态时，不同稳态时，B点位置不点位置不变，变，A点回不到原来的位点回不到原来的位置，置，有差调节有差调节 122022-5-85-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制功率功率-频率电气液压调速系统：频率电气液压调速系统：ffKPPUsetGGseterr(2)电气液压式：将转速信号变换为电信号，再通过

14、电气电气液压式：将转速信号变换为电信号，再通过电气-液压转液压转换器转换为液压变化信号。换器转换为液压变化信号。 132022-5-85-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制2. 发电机组有功功率静态频率特性发电机组有功功率静态频率特性 有功功率静态频率特性：在自动调速系统作用下，发电机组有功功率静态频率特性：在自动调速系统作用下，发电机组输出的有功功率与频率之间的稳态关系。输出的有功功率与频率之间的稳态关系。fPGPsetfN00ffKPPUsetGGseterrffKPPsetGsetGNsetfffffsetGGPPPMW/HzfPKGGGNN

15、GGNNGGPfKfPfPK* 调速系统常用调差系数百分数调速系统常用调差系数百分数%来反映静态特性。来反映静态特性。100%1*GK单位调节功率单位调节功率 每台机组的调差系数可单独整定。离心飞摆式调速系统，整每台机组的调差系数可单独整定。离心飞摆式调速系统，整定值通过调频器设定；功频电液调速系统可直接整定定值通过调频器设定；功频电液调速系统可直接整定KG。令令GGPKf则则 142022-5-85-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制321GGGGPPPPGNNGGPfKK*100%1*GK解解 例例5-2 设某一电力系统中所含机组台数、单机容量

16、及其调速系统的调设某一电力系统中所含机组台数、单机容量及其调速系统的调差系数发表如下表。计算系统全部发电机的单位调节功率及其标么值。差系数发表如下表。计算系统全部发电机的单位调节功率及其标么值。机组形式机组形式单机容量单机容量(MW)台数台数总容量总容量(MW)调差系数调差系数%水轮机组水轮机组22549002.5汽轮机组汽轮机组2001020004.0汽轮机组汽轮机组300721005.04225MW机组机组, KG*=100/2.5=40, KG=40(4225)/50=720(MW/Hz)10200MW机组机组, KG*=100/4.0=25, KG=25(10200)/50=1000(

17、MW/Hz)7300MW机组机组, KG*=100/5.0=20, KG=20(7300)/50=840(MW/Hz)fKPGGfKKKGGG321fKfKfKGGG321fKGMW/Hz25608401000720GKMW500021002000900GNP6 .255000/502560*GK 152022-5-85-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制3. 系统频率的一次调整系统频率的一次调整 定性分析定性分析fPGPG0=PL0fN0PL0oofPG=PLPLPG 暂态过程暂态过程调节过程调节过程LP机组惯性，机组惯性，n不能突变不能突变GP

18、不变不变LGPP 机组动能转换为电功率机组动能转换为电功率n调速系调速系统工作统工作GP直到达到新的平衡直到达到新的平衡LP负荷增加负荷增加f 162022-5-85-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制3. 系统频率的一次调整系统频率的一次调整fPGPG0=PL0fN0PL0oofPG=PLPLPG 定量分析定量分析GLLPPP0NffffKPGGfKPLLLGLPPP0fKKLGfKSfPKKKLLGS0系统的功率频率特性系数或单位调节功率系统的功率频率特性系数或单位调节功率GNNGGPfKK*LNNLLPfKK*fPfPKfPKLNLNLNGN

19、G0*0*SLLGrKfPKKkkr=PGN/PLN，系统的热备用系数系统的热备用系数(5-12)(5-10)(5-8) 172022-5-85-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制四、频率的二次、三次调整和自动发电控制四、频率的二次、三次调整和自动发电控制1. 自动发电控制的一般要求自动发电控制的一般要求(1)控制系统频率的同时，应控制省与省之间、地区与地区之间控制系统频率的同时，应控制省与省之间、地区与地区之间通过联络线交换的功率。这种控制称为频率和联络线功率控通过联络线交换的功率。这种控制称为频率和联络线功率控制，也称为负荷频率控制。制，也称为

20、负荷频率控制。(2)为了达到经济的目的而进行调整和控制称为经济调度控制，为了达到经济的目的而进行调整和控制称为经济调度控制，简称为经济调度。简称为经济调度。 负荷频率控制称为频率的二次调整或二次调频；负荷频率控制称为频率的二次调整或二次调频； 经济调度控制称为频率的三次调整或三次调频；经济调度控制称为频率的三次调整或三次调频； 二次调频和三次调频通称为自动发电控制。二次调频和三次调频通称为自动发电控制。2. 区域误差控制区域误差控制区域区域1区域区域m区域区域n区域区域jTijPLiP 将频率误差和联络线的将频率误差和联络线的净交换功率误差进行综净交换功率误差进行综合，形成区域控制误差。合，形

21、成区域控制误差。fKPACEiTiiiTspiiijTijTiPPP 182022-5-85-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制 i为区域为区域i的功率偏差系数；的功率偏差系数；Ki为区域为区域i的频率偏差系数。的频率偏差系数。 在负荷频率控制中，各区域根据本身的区域控制误差在负荷频率控制中，各区域根据本身的区域控制误差ACEi对对该区域内的发电机进行控制，使得在达到稳态时，区域控制该区域内的发电机进行控制，使得在达到稳态时，区域控制误差误差ACEi为零。为零。(1)恒定频率控制恒定频率控制取取i =0，Ki =1ffKPACEiTiii(2)恒定

22、净交换功率控制恒定净交换功率控制取取i =1，Ki =0fKPACEiTiiiTiP(3)联络线功率和频率偏差控制联络线功率和频率偏差控制取取i =1fKPACEiTiifKPSL0若若Ki为区域为区域i本身的单位调节功率本身的单位调节功率KSi，-Kif为区域为区域i内与内与f相对应的负荷增量。相对应的负荷增量。-PTi为其它区域向区域为其它区域向区域i输送的净功率增量。输送的净功率增量。-PTi -Kif为区域为区域i中总的负荷增量中总的负荷增量PLi 。 192022-5-85-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制 当当Ki取为取为KSi时，根

23、据时，根据ACEi的大小，可分为三种情况：的大小，可分为三种情况： -ACEi=0，即，即-PTi Kif =0，则说明通过联络线的净功率，则说明通过联络线的净功率PTi可能改变，而本区域的负荷并未发生变化；可能改变，而本区域的负荷并未发生变化； -ACEi0，说明区域，说明区域i的负荷有所增加。反之，区域的负荷有所增加。反之，区域i的负荷有的负荷有所减少。所减少。3. 自动发电控制的实现自动发电控制的实现 各机组功率给定值决定各机组功率给定值决定于区域控制误差的大小于区域控制误差的大小和负荷变化在机组间的和负荷变化在机组间的分配原则。分配原则。 按照参与自动发电控制按照参与自动发电控制 的各

24、机组的备用容量大的各机组的备用容量大 小或功率调整速率进行分配，主要针对区域误差。小或功率调整速率进行分配，主要针对区域误差。 按照经济原则分配，针对负荷的变化和预测误差作经济功率按照经济原则分配，针对负荷的变化和预测误差作经济功率分配调整。分配调整。 202022-5-85-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制 按机组备用容量大小进行分配，分配系数为：按机组备用容量大小进行分配，分配系数为：ijGijMijGijMijijPPPPr PMij为机组为机组j的极限出力，的极限出力，ACEi0 ，取机组最小容许出力。，取机组最小容许出力。 按机组容许的

25、功率调整速率分配，分配系数为：按机组容许的功率调整速率分配，分配系数为：ijijijijSSr 对于上面两种情况，有对于上面两种情况，有1ijijriijijeijijGijijeijsijACErPPePP1ijijeiijGijijsijACEPP 若机组总出力不等于按经济功率分配要求的总出力，则机组若机组总出力不等于按经济功率分配要求的总出力，则机组将按经济分配系数将按经济分配系数eij的大小分担该差值。的大小分担该差值。 区域区域i内通过自动发电控制所增加的总出力，等于该区域总的内通过自动发电控制所增加的总出力，等于该区域总的负荷增量负荷增量-ACEi，并将该分量按，并将该分量按rij

26、分配到各机组。分配到各机组。 212022-5-8(2)调整频率的手段只是各个发电厂的发电机组，而调整电压调整频率的手段只是各个发电厂的发电机组，而调整电压的手段除各个发电机外，还有大量的无功功率补偿设备和的手段除各个发电机外，还有大量的无功功率补偿设备和带负荷调整分接头变压器，它们分散在整个电力系统中。带负荷调整分接头变压器，它们分散在整个电力系统中。在无功功率和电压的控制中，必须对它们和发电机的控制进在无功功率和电压的控制中，必须对它们和发电机的控制进行协调，才能取得最佳效果，使全系统的功率损耗最小。行协调，才能取得最佳效果，使全系统的功率损耗最小。5-2 5-2 电力系统无功功率和电压的

27、调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制 无功功率和电压的控制与有功功率和频率的控制之间有很大无功功率和电压的控制与有功功率和频率的控制之间有很大区别：区别：(1)稳态时，全系统的频率相同，但各节点的电压则不同，且电稳态时，全系统的频率相同，但各节点的电压则不同，且电压的容许变化范围也可能不同。压的容许变化范围也可能不同。 电压是电力系统电能质量的另一个重要指标。电压是电力系统电能质量的另一个重要指标。 线路和变压器中的电压损耗与通过他们的功率有关，而在线路和变压器中的电压损耗与通过他们的功率有关，而在高压系统中又主要决定于通过的无功功率。高压系统中又主要决定于通过的无功功率。 22202

28、2-5-85-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制一、无功负荷及负荷的静态电压特性一、无功负荷及负荷的静态电压特性1. 负荷的无功功率及网络中的无功功率损耗负荷的无功功率及网络中的无功功率损耗 (1)全系统负荷所吸收的无功功率在一天的变化情况与有功全系统负荷所吸收的无功功率在一天的变化情况与有功功率日负荷曲线相似，并具有一定的周期性变化。功率日负荷曲线相似，并具有一定的周期性变化。*注：无功负荷的最大值经常出现在上午的高峰负荷期间。注：无功负荷的最大值经常出现在上午的高峰负荷期间。 有功负荷的最大值经常出现在夜晚的高峰负荷期间。有功负荷的最大值经常出

29、现在夜晚的高峰负荷期间。 (2)变压器和线路也将产生无功功率损耗。变压器和线路也将产生无功功率损耗。 (3)整个系统的无功功率损耗比有功功率损耗大很多。整个系统的无功功率损耗比有功功率损耗大很多。 各种用电设备中，除了白炽灯和电热器等电阻性负荷只取用各种用电设备中，除了白炽灯和电热器等电阻性负荷只取用有功功率外，其他都需要从电网吸收感性无功功率才能运行。有功功率外，其他都需要从电网吸收感性无功功率才能运行。*变压器中无功损耗包括两部分：励磁无功损耗、漏抗中无功损耗。变压器中无功损耗包括两部分：励磁无功损耗、漏抗中无功损耗。*线路中无功损耗包括两部分：电流流过电抗后的无功损耗、分布电容发出的无功

30、。线路中无功损耗包括两部分：电流流过电抗后的无功损耗、分布电容发出的无功。*整个电力系统，从发电机到用户往往要经过多级变压器进行多次升压和降压，而每整个电力系统，从发电机到用户往往要经过多级变压器进行多次升压和降压，而每经过一个变压器都要产生无功功率损耗。经过一个变压器都要产生无功功率损耗。 232022-5-85-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制2. 负荷的静态电压特性负荷的静态电压特性 在某一固定负荷组成情况下，负荷的总有功功率和无功功率在某一固定负荷组成情况下，负荷的总有功功率和无功功率与电压之间的稳态关系称为与电压之间的稳态关系称为负荷的

31、静态电压特性负荷的静态电压特性。 变电所母线或线路所供给的总负荷，除了受电器外，还包括变电所母线或线路所供给的总负荷，除了受电器外，还包括各级有关电网中线路和变压器的功率损耗，以及补偿设备的各级有关电网中线路和变压器的功率损耗，以及补偿设备的功率，把这种总负荷称为功率，把这种总负荷称为综合负荷综合负荷。pNpNpLNLcUUbUUaPP2qNqNqLNLcUUbUUaQQ2ap、bp、cp和和aq、bq、cq为特性系数为特性系数1pppcba1qqqcbapppLcUbUaP*2*qqqLcUbUaQ*2*恒定阻抗部分恒定阻抗部分恒定电流部分恒定电流部分恒定功率部分恒定功率部分 242022-

32、5-85-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制二、同步发电机和无功补偿设备的功率特性二、同步发电机和无功补偿设备的功率特性 无功补偿设备类型无功补偿设备类型: 同步调相机同步调相机(同步补偿器同步补偿器)、并联电容器、并联电容器、并联电抗器、静止无功补偿器和静止无功发生器。并联电抗器、静止无功补偿器和静止无功发生器。1. 同步发电机和同步调相机同步发电机和同步调相机 同步发电机既可发出无功功率，也可吸收无功功率。同步发电机既可发出无功功率，也可吸收无功功率。 发电机发出的最大无功功率取决于额定容量和额定功率因数：发电机发出的最大无功功率取决于额定容量

33、和额定功率因数：NNNSQsin 额定电压下，定子绕组电流不过载的条件：额定电压下，定子绕组电流不过载的条件：222NGGSQP 同步发电机也可以超前功率因数运行，即进相运行。同步发电机也可以超前功率因数运行，即进相运行。 252022-5-85-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制QGPGoQNPNabcdNNN0EdNXIjNUNIfhgodNXU/2dNXUE/0 同步发电机也可以超前功率因数运行，即进相运行。同步发电机也可以超前功率因数运行，即进相运行。 262022-5-85-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和

34、电压的调整和控制 同步调相机可作为无功电源运行，也可作为负载运行。同步调相机可作为无功电源运行，也可作为负载运行。 优点：调节灵活，可用于控制系统电压，也可用于提高系统优点：调节灵活，可用于控制系统电压，也可用于提高系统的稳定性。的稳定性。 缺点：设备投资和维护费用高。缺点：设备投资和维护费用高。 同步电动机也可发出无功功率。同步电动机也可发出无功功率。2. 并联电容器并联电容器 优点：费用低，能量损耗小，可进行就地补偿。优点：费用低，能量损耗小，可进行就地补偿。 缺点：电压降低时无功显著减小，不能连续调节。缺点：电压降低时无功显著减小，不能连续调节。3. 并联电抗器并联电抗器 并联电抗器主要

35、用来补偿线路的充电功率。并联电抗器主要用来补偿线路的充电功率。4. 静止无功补偿器静止无功补偿器(Static Var Compensator, SVC) SVC可对无功功率进行连续和快速的调节。可对无功功率进行连续和快速的调节。 组成：晶闸管调节电抗器组成：晶闸管调节电抗器(TCR)、晶闸管投切电容器、晶闸管投切电容器(TSC) 272022-5-85-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制边界条件：边界条件： tUtuttiLNcos2ddt 0ti sinsin2tLUtiNt对电流进行傅立叶分解，可得其基波分量为：对电流进行傅立叶分解，可得其基

36、波分量为： tLUtiNsin2sin221 静止无功补偿器将有谐波电流。静止无功补偿器将有谐波电流。 晶闸管投切电容器中的晶闸管只控制电路的全通或全断。晶闸管投切电容器中的晶闸管只控制电路的全通或全断。 将将TCR与与TSC的容量进行配合，可得到同步调相机的效果。的容量进行配合，可得到同步调相机的效果。 282022-5-85-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制三、电压调节的必要性和电压质量要求三、电压调节的必要性和电压质量要求1. 电压偏移造成的影响和容许的电压偏移电压偏移造成的影响和容许的电压偏移 电压低于额定电压的影响电压低于额定电压的影响

37、 对感应式电动机的影响对感应式电动机的影响 对火力发电厂的影响对火力发电厂的影响 对电弧炉、白炽灯和电子设备的影响对电弧炉、白炽灯和电子设备的影响 电压高于额定电压的主要危害是使电气设备的绝缘降低，影电压高于额定电压的主要危害是使电气设备的绝缘降低，影响其使用寿命。响其使用寿命。各电压等级用户的容许电压偏移各电压等级用户的容许电压偏移用户电压等级用户电压等级容许电压偏移容许电压偏移用户电压等级用户电压等级容许电压偏移容许电压偏移35kV以上用户以上用户10%380V用户用户7%10kV用户用户7%220V用户用户-10%5% 发电厂和变电所的发电厂和变电所的330kV和和500kV母线：母线：

38、110%； 220kV母线：母线：0%10%；110kV和和35kV母线：母线：-3%7%。 292022-5-85-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制2. 无功功率平衡无功功率平衡NN0EdNXIjNUNIsinNNIU 单个发电机向综合负荷供电单个发电机向综合负荷供电设综合负荷额定电压下的无功功率为设综合负荷额定电压下的无功功率为QLN。发电机的无功功率容量为发电机的无功功率容量为QGN。若若QGN QLN ，则可调节发电机，则可调节发电机的励磁电流，改变发电机的端的励磁电流，改变发电机的端电压，使电压偏移在允许的范围内。电压，使电压偏移在允许

39、的范围内。若若QGN QLN ，且让发电机供给综合负荷所需要的无功功率，则，且让发电机供给综合负荷所需要的无功功率，则励磁绕组的励磁电动势将超出其额定值，使励磁绕组过载。励磁绕组的励磁电动势将超出其额定值，使励磁绕组过载。 综合负荷未经无功补偿前的功率因数为综合负荷未经无功补偿前的功率因数为0.60.9，即无功功率，即无功功率约为其有功功率的约为其有功功率的0.51.3倍。倍。 发电机的额定功率因数为发电机的额定功率因数为0.850.9，即发电机额定无功功率约，即发电机额定无功功率约为其有功功率的为其有功功率的0.50.6倍。倍。 实际电力系统中，需要安装大量的无功补偿设备。实际电力系统中，需

40、要安装大量的无功补偿设备。 无功补偿设备的应用一般在做规划时确定。无功补偿设备的应用一般在做规划时确定。 302022-5-85-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制四、电压调整和控制方法四、电压调整和控制方法1. 中枢点的电压管理中枢点的电压管理什么是电压中枢点什么是电压中枢点电压中枢点是指某些可以反映系统电压水平的主要发电厂或电压中枢点是指某些可以反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电所母线。枢纽变电所母线。区域性发电厂和枢纽变电所的高压母线区域性发电厂和枢纽变电所的高压母线枢纽变电所二次母线枢纽变电所二次母线有大量地方负荷的发电厂母线有大量地方负荷的发

41、电厂母线城市直降变电所二次母线城市直降变电所二次母线调压的基本思想调压的基本思想很多负荷都由这些中枢点供电，如能控制住这些点的电压偏移，也就控制很多负荷都由这些中枢点供电，如能控制住这些点的电压偏移，也就控制住了系统中大部分负荷的电压偏移。于是，电力系统电压调整问题也就转住了系统中大部分负荷的电压偏移。于是，电力系统电压调整问题也就转变为保证各中枢点的电压偏移不超出给定范围的问题。变为保证各中枢点的电压偏移不超出给定范围的问题。 312022-5-85-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制中枢点的调压方式中枢点的调压方式 逆调压、顺调压和恒调压三类。逆调压、

42、顺调压和恒调压三类。1) 逆调压：逆调压：最大负荷时升高中枢点电压，最小负荷时降低中枢点电压。最大负荷时升高中枢点电压，最小负荷时降低中枢点电压。具体要求：具体要求：最大负荷方式运行时，中枢点电压高于线路额定电压最大负荷方式运行时，中枢点电压高于线路额定电压5； 在最小负荷方式运行时，中枢点的电压等于线路额定电压。在最小负荷方式运行时，中枢点的电压等于线路额定电压。适用范围：适用范围：中枢点到各负荷点线路长、负荷变化较大且变化规律大致中枢点到各负荷点线路长、负荷变化较大且变化规律大致 相同。相同。2) 顺调压：顺调压：大负荷时允许中枢点电压低一些，但不低于线路额定电大负荷时允许中枢点电压低一些

43、，但不低于线路额定电压的压的102.5；小负荷时允许其电压高一些，但不超过线路额定电；小负荷时允许其电压高一些，但不超过线路额定电压的压的107.5的。的。适用范围：适用范围：多用于供电距离较近，负荷变动不大的电压中枢点。多用于供电距离较近，负荷变动不大的电压中枢点。 322022-5-85-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制恒调压：即在任何负荷下，中枢点电压保持为大约恒定的数值，恒调压：即在任何负荷下，中枢点电压保持为大约恒定的数值，一般较线路额定电压高一般较线路额定电压高25。适用范围：适用范围：常用于向负荷波动小的用户供电的电压中枢点。常用于

44、向负荷波动小的用户供电的电压中枢点。2. 电压调整的基本方法电压调整的基本方法 电力系统实际运行中，要使所有用户的电压质量都符合要求，还电力系统实际运行中，要使所有用户的电压质量都符合要求，还必须采用各种调压手段。必须采用各种调压手段。2N1G21GK1)UQXPRK(UK1U)K(UU 332022-5-85-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制（1）调节发电机励磁电流以改变发电机机端电压）调节发电机励磁电流以改变发电机机端电压UG；（2）改变变压器的变比）改变变压器的变比k1、k2；（3）改变网络无功功率）改变网络无功功率Q的分布；的分布；（4）

45、改变网络参数）改变网络参数R+jX（主要是（主要是X）电压调整的措施：电压调整的措施：2N1G21GK1)UQXPRK(UK1U)K(UU 342022-5-85-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制(1) 改变发电机端电压调压改变发电机端电压调压 负荷增大时，会造成用户端电压降低，此时增加发电机励磁电流负荷增大时，会造成用户端电压降低，此时增加发电机励磁电流以提高发电机电压；负荷降低时，减小发电机励磁电流，以降低发以提高发电机电压；负荷降低时，减小发电机励磁电流，以降低发电机电压电机电压逆调压逆调压 主要适用于发电厂不经升压直接供电的小型电力系统，

46、供电线路不主要适用于发电厂不经升压直接供电的小型电力系统，供电线路不长，线路上电压损耗不大，基本可以满足负荷点要求的电压质量。长，线路上电压损耗不大，基本可以满足负荷点要求的电压质量。对线路较长，供电范围较大，由发电机经多级变压的电力系统，对线路较长，供电范围较大，由发电机经多级变压的电力系统，从发电厂到最远处的负荷之间的电压损耗和变化幅度都很大。这从发电厂到最远处的负荷之间的电压损耗和变化幅度都很大。这时，单靠发电机调压是不能解决问题，必须配合其它调压方式。时，单靠发电机调压是不能解决问题，必须配合其它调压方式。对有若干发电厂并列运行的大型电力系统，发电机调压只作为一对有若干发电厂并列运行的

47、大型电力系统，发电机调压只作为一种辅助的调压措施，这是因为种辅助的调压措施，这是因为1）提高发电机的电压时，该发电机会增发无功，这就要求进行电压）提高发电机的电压时，该发电机会增发无功，这就要求进行电压调整的电厂有充足的无功容量储备；调整的电厂有充足的无功容量储备；2）在并联运行的发电厂中，调整个别电厂的母线电压，会引起系统）在并联运行的发电厂中，调整个别电厂的母线电压，会引起系统中无功功率的重新分配，还可能同无功功率的经济分配发生矛盾。中无功功率的重新分配，还可能同无功功率的经济分配发生矛盾。 352022-5-85-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整

48、和控制(2) 改变变压器变比调压改变变压器变比调压降压变压器分接头的选择降压变压器分接头的选择KUUUT12为了达到调压的目的，双绕组变压器在高压侧、三绕组为了达到调压的目的，双绕组变压器在高压侧、三绕组变压器在高压侧和中压侧都装有分接头开关。变压器在高压侧和中压侧都装有分接头开关。容量在容量在6300kVA及以下的双绕组变压器高压侧一般有及以下的双绕组变压器高压侧一般有3个个分接头，即分接头，即1.05UN、UN、0.95UN，调压范围为，调压范围为5%。容量在容量在8000kVA及以上的双绕组变压器高压侧一般有及以上的双绕组变压器高压侧一般有5个个分接头，即分接头，即1.05UN、1.02

49、5UN、UN、0.975UN、0.95UN，调压范围为调压范围为22.5%。改变变压器变比调压，实质上就是如何改变变压器变比调压，实质上就是如何根据低压侧的调根据低压侧的调压要求合理选择变压器的分接头压要求合理选择变压器的分接头电压电压U1t降压变压器降压变压器高压侧运高压侧运行电压行电压归算到高归算到高压侧后的压侧后的电压损耗电压损耗变压器低压侧按调压要求的实变压器低压侧按调压要求的实际运行电压际运行电压U2为为高压侧分高压侧分接头电压接头电压低压绕组低压绕组额定电压额定电压NtTUUUU211得高压侧分接头电压为得高压侧分接头电压为NTtUUUUU2211 362022-5-85-2 5-

50、2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制当变压器通过不同的负荷时，分接头电压有不同的计算值当变压器通过不同的负荷时，分接头电压有不同的计算值然后求取它们的算术平均值，即然后求取它们的算术平均值，即 选择一个与它最接近的标准分接头电压作为公用分接头，然选择一个与它最接近的标准分接头电压作为公用分接头，然后根据所选取的分接头校验最大负荷和最小负荷时低压母线后根据所选取的分接头校验最大负荷和最小负荷时低压母线的实际电压是否符合要求的实际电压是否符合要求2/ )(min1max11tttavUUU) 1 (2max2maxmax1max1NTtUUUUU)2(2min2

51、minmin1min1NTtUUUUU最大负荷方式下变最大负荷方式下变压器低压母线要求压器低压母线要求的运行电压的运行电压最小负荷方式下变最小负荷方式下变压器低压母线要求压器低压母线要求的运行电压的运行电压 372022-5-8某降压变压器归算至高压侧的参数及负荷功率均标注于图中。某降压变压器归算至高压侧的参数及负荷功率均标注于图中。在最大负荷时，在最大负荷时， KVU112max1在最小负荷时在最小负荷时KVU113min1要求在变压器的低压母线采用要求在变压器的低压母线采用顺调压方式顺调压方式，选择变压器分接头，选择变压器分接头电压。电压。【例】【例】解：解：1）变压器阻抗中的功率损耗）变

52、压器阻抗中的功率损耗)(24. 319. 0)404 . 2(1101428222maxMVAjjST)(54. 003. 0)404 . 2(110810222minMVAjjST)(24.1719.28maxmaxmax1MVAjSSST)(54. 803.10minminmin1MVAjSSST2）变压器环节首端功率）变压器环节首端功率 382022-5-8)(76. 61124024.174 . 219.28maxKVUT)(24. 31134054. 84 . 203.10minKVUT3）最大最小负荷下变压器阻抗的电压损耗）最大最小负荷下变压器阻抗的电压损耗)(94.1121102

53、5. 11076. 61122max2maxmax1max1KVUUUUUNTt)(31.11211075.11024.3113min1KVUt)(63.112)(21min1max11KVUUUtttav4）计算变压器分接头电压）计算变压器分接头电压 选最接近选最接近Ultav的标准分接头为的标准分接头为112.75KV。 392022-5-8)(27.101175.11276. 6112max2KVU)(71.101175.11224. 3113min2KVU5）校验）校验由计算结果可见，所选分接头电压满足调压要求。由计算结果可见，所选分接头电压满足调压要求。kV25.1010025. 1

54、kV75.1010075. 1 402022-5-8121()/CPRQQXUkUU(3) 并联无功补偿装置调压并联无功补偿装置调压在在U1、U2、k给定的情况下，求得给定的情况下，求得211()/()CQkUU UXPRQX实际中，变压器变比实际中，变压器变比k和电容器容量和电容器容量QC要合理配合。要合理配合。121()/CPRQQXkUUU此时此时k为为5-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制 412022-5-85-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制五、电压调整和控制方法五、电压调整和控制方法1.

55、 电压调整中的一些现象和规律电压调整中的一些现象和规律 取基准功率为取基准功率为100MVA，基准电压为各级网络的额定电压。，基准电压为各级网络的额定电压。 变电所变电所10kV母线的容许电压偏差为母线的容许电压偏差为7%；应在；应在9.310.7kV。 发电厂和变电所发电厂和变电所220kV母线电压不超过母线电压不超过110%，即不超过，即不超过242kV。情况情况1：发动机在最大和最小负荷下都以额定电压运行，电压保：发动机在最大和最小负荷下都以额定电压运行，电压保持持10.5kV，升、降压变压器高压绕组在主接头运行，即变比，升、降压变压器高压绕组在主接头运行，即变比分别为分别为10.5/2

56、42和和220/11。 最大负荷时发电厂最大负荷时发电厂220kV母线电压容许偏差为母线电压容许偏差为0%10%，即，即在在220242kV范围内。范围内。 422022-5-85-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制情况情况2：发电厂升压变压器分接头置于：发电厂升压变压器分接头置于2档，其它于情况档，其它于情况1相同。相同。负荷负荷发电机母发电机母线电压线电压(kV)发电厂高压发电厂高压母线电压母线电压(kV)变电所高变电所高压母线电压母线电压压(kV)变电所低变电所低压母线电压母线电压压(kV)网络有功网络有功功率损耗功率损耗(MW)最大负荷最大

57、负荷10.5218.83178.628.119.89最小负荷最小负荷10.5238.77229.2011.191.20 高压绕组固定分接头接高压绕组固定分接头接2档，变压器变比为档，变压器变比为10.5/(1+20.025) 242，高压侧空载电压升高，高压侧空载电压升高5%，且，且希望希望网络中各节点电压网络中各节点电压都升高都升高5%。负荷负荷发电机母发电机母线电压线电压(kV)发电厂高压发电厂高压母线电压母线电压(kV)变电所高变电所高压母线电压母线电压压(kV)变电所低变电所低压母线电压母线电压压(kV)网络有功网络有功功率损耗功率损耗(MW)最大负荷最大负荷10.5237.31206

58、.489.666.88最小负荷最小负荷10.5251.66243.2011.911.058%12%15%6%6%7% 432022-5-85-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制情况情况3：发电厂升压变压器采用带负荷调压变压器。：发电厂升压变压器采用带负荷调压变压器。 带负荷调压变压器每档的电压为额定电压的带负荷调压变压器每档的电压为额定电压的1.25%。设在最。设在最大负荷时，置于大负荷时，置于+5档，最小负荷时置于档，最小负荷时置于-6档。档。负荷负荷发电机母发电机母线电压线电压(kV)发电厂高压发电厂高压母线电压母线电压(kV)变电所高变电所高

59、压母线电压母线电压压(kV)变电所低变电所低压母线电压母线电压压(kV)网络有功网络有功功率损耗功率损耗(MW)最大负荷最大负荷10.5241.29211.859.956.46最小负荷最小负荷10.5219.16207.5710.081.51情况情况4：改变发电机电压进行调压。：改变发电机电压进行调压。 改变发电机电压进行调压。改变发电机电压进行调压。负荷负荷发电机母发电机母线电压线电压(kV)发电厂高压发电厂高压母线电压母线电压(kV)变电所高变电所高压母线电压母线电压压(kV)变电所低变电所低压母线电压母线电压压(kV)网络有功网络有功功率损耗功率损耗(MW)最大负荷最大负荷11236.5

60、3205.429.616.96最小负荷最小负荷10226.36215.5810.491.38 442022-5-85-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制情况情况5：变电所：变电所10kV母线上安装并联电容器。母线上安装并联电容器。 降压变压器采用固定分接头置于降压变压器采用固定分接头置于2档，变比为档，变比为(1+20.025) 220/11 ，并联电容器容量为，并联电容器容量为34Mvar。负荷负荷发电机母发电机母线电压线电压(kV)发电厂高压发电厂高压母线电压母线电压(kV)变电所高变电所高压母线电压母线电压压(kV)变电所低变电所低压母线电压