第六章电力系统的无功功率和电压调整(李庚银新教材).ppt

1、第六章 电力系统的无功功率和电压调整,第六章的思路,提出问题：电压是衡量电能质量的重要指标之一。电压的波动超过允许范围，对电力系统的影响很大。电压为什么会经常波动？ 分析问题：电压的波动是由于系统中无功功率的不平衡引起的。系统中感性无功过剩，则电压升高；感性无功不足，则电压下降。 解决问题：无功补偿，无功电源的最优分布,第一节 电力系统中无功功率的平衡,一、无功功率负荷和无功功率损耗 1.无功功率负荷 2.变压器中的无功功率损耗 3.电力线路上的无功功率损耗 二、无功功率电源 1.发电机 2.电容器和调相机 3.静止补偿器和静止调相机 4.并联电抗器,无功功率负荷,大多数用电设备是异步电动机，

2、消耗感性无功功率。功率因数为0.60.9。 右图是综合负荷的静态电压特性。感性无功多，则电压升高；感性无功不足，则电压下降。,变压器中的无功功率损耗,励磁支路(BT)的损耗和绕组漏抗(XT)中的损耗，都是消耗感性无功功率。 一台变压器或一级变压器中损耗并不大，约为额定容量的百分之几；而多电压级网络，则损耗很可观。,五级变压的网络变压器无功损耗,电力线路上的无功功率损耗,串联电抗中的无功功率消耗感性无功，与负荷电流的平方成正比； 并联电纳中消耗容性无功功率，或者说发出感性无功功率，也叫充电功率，与线路电压的平方成正比；,无功功率电源,1.发电机： 同步发电机发出感性无功 有时进相运行吸收感性无功

3、,发电机稳态运行时的相量图,电压与电流的关系,功角与有功，无功的关系,隐极式发电机功率特性方程,坐标轴变化-端电压变为水平轴,长度变化所有相量乘以UN/Xd,决定隐极式发电机组运行极限的因素,定子绕组温升约束 取决于发电机的视在功率。以O点为圆心，以OB为半径的圆弧S。,励磁绕组温升约束。取决于发电机的空载电势。以O点为圆心，以OB为半径的圆弧F。,原动机功率约束。即发电机的额定功率。直线BC。,其他约束。当发电机以超前功率因数运行的场合。综合为圆弧T。,发电机运行极限总结,发电机运行极限是:OA,AB,BC,虚线T,2.电容器： 发出感性无功，成组投切 3调相机： 只发无功的发电机 过激运行

4、发出感性无功 欠激运行吸收感性无功 逐渐被淘汰。,无功功率电源,无功功率电源,3.静止补偿器和静止调相机 属于灵活交流输电范畴 静止补偿器简称SVC 4.并联电抗器： 吸收过剩的感性无功 用在高压空载或轻载的线路 能提高输送能力，降低过电压,无功功率平衡,这个平衡是在一定电压水平下的平衡,无功备用：最大无功功率负荷的7%8%,第二节 电力系统中无功功率的最优分布,提高负荷的自然功率因数，可以降低负荷从电网中取用的无功，减少网损； 负荷的自然功率因数是0.60.9，电动机的负荷率越低，功率因数越低； 将异步电动机同步化运；,第二节 电力系统中无功功率的最优分布,一、无功功率电源的最优分布 二、无

5、功功率负荷的最优补偿,无功功率电源的最优分布,研究的是：在无功电源总量是定值时，每个节点安装多少无功电源，使全网的有功损耗最少？ 等网损微增率准则,无功功率负荷的最优补偿,如何确定无功补偿容量、补偿设备的分布使无功补偿获得的收益最大？ 最优网损微增率准则,一、无功功率电源的最优分布,目标： 网损最小 约束： 无功功率平衡（等约束） 节点无功电源范围（不等约束） 节点电压范围（不等约束）,等网损微增率准则,目标函数： 约束条件： 构造拉格朗日函数：,二、无功功率负荷的最优补偿,补偿容量的确定、最优补偿设备的分布和最优补偿顺序的选择 目标：该节点进行无功补偿，效益最大,减少的电能损耗费,设备投资,

6、节省的电能费： 设备投资：,最优网损微增率,最优网损微增率,第三节 电力系统的电压调整,一、调整电压的必要性 对电力用户的影响 a.因为所有用电设备均按照在额定电压下运行而设计，故当其端电压偏离其额定电压时，用电设备的性能将会受到影响，有时甚至缩短用电设备的寿命。 b.因为异步电动机的转矩（即输出功率）与其端电压的平方成正比，所以端电压下降过多，引起电力用户的电动机停止运转或不能启动，影响电力用户的正常工作。 c.电力系统电压的不稳定，将会影响电热和电子设备的使用寿命和使用效率。,对电力系统本身的影响 a.发电机： 电力系统电压降低后，发电机的定子电流将因其功率因数的增大而增大，为使发电机定子

7、绕组不致过热，不得不降低发电机的输出功率； b.变压器： 电力系统电压降低后，变压器的励磁电流也增大，为使变压器铁芯不致过热，不得不降低变压器的负荷功率； c.辅机： 发电厂的厂用机械大都是异步电动机，系统电压降低后，电动机的转差增大，转速下降，输出功率迅速减小，影响发电厂锅炉、汽机的工作，进而影响发电机的输出功率； d.绝缘： 电力系统电压过高将使所有电气设备的绝缘受损，且变压器、电动机等的铁芯要饱和，损耗增大，温升增加，寿命缩短。,异步电动机的电压特性,照明负荷的电压特性,电压崩溃现象,电压崩溃实例,20世纪70年代以来，世界上许多国家的电力系统相继发生了电压崩溃事故，造成了巨大的经济损失

8、和社会影响。 1978年I2月19日法国电力系统发生的电压崩溃事故，失去负荷29 GW和100GWh，直接经济损失达2亿到3亿美元; 1987年7月23日东京电力系统的电压崩溃事故，导致失去8168 MW的负荷，涉及2800多万用户，,二、电压波动和电压管理,将电压的变化分两类 （1）电压波动：指幅度小，周期短，如冲击性或间歇性负荷； （2）电压调整：针对幅度大，周期长，如生产、生活和气象变化引起的。,限制电压波动的措施,电容器：抵偿线路的电抗，限制电压波动； 电抗器：维持母线电压 调相机：给波动的负荷提供波动的无功 静止补偿器：可以消除电压的波动,2 电压管理,电压中枢点：指那些能够反映系统

9、电压水平的主要发电厂或枢纽变电所的电压母线。 电力系统的电压调整问题实质上就是保证电力系统各电压中枢点的电压偏移不超过允许范围的问题,电压中枢点一般选择为以下地点,区域性水、火电厂的高压母线； 枢纽变电所的二次母线； 有大量地方性负荷的发电厂母线； 城镇直降变电所的二次母线。,电压中枢点的调压方式 （调压规则）,逆调压 顺调压 常调压。,逆调压（逆着电压降落的自然规律）,逆调压是指在最大负荷时提高电压中枢点的电压，在最小负荷时降低中枢点的电压的调压方式。 适用于电力线路较长、负荷变动较大且各负荷变动规律大致相同的中枢点。 这种调压方式在最大负荷时提高电压中枢点的电压（一般为线路额定电压的105

10、），用以抵偿最大负荷引起的电压损耗增大，在最小负荷时降低中枢点的电压（一般为线路额定电压），用以防止负荷点电压过高。,顺调压（顺着电压降落的自然规律）,所谓顺调压是指在最大负荷时允许中枢点电压略低，在最小负荷时允许中枢点电压略高的调压方式。 适用于电力线路不长、负荷变动不大的中枢点。 这种调压方式在最大负荷时中枢点电压允许不低于线路额定电压的102.5，在最小负荷时中枢点电压允许不高于线路额定电压的107.5。,常调压,所谓常调压（又称恒调压）是指在任何负荷下，中枢点电压基本保持一恒定值的调压方式，这是一种介于逆调压和顺调压要求之间的调压方式。 适用于负荷变动甚小、线路电压损耗也很小的的中枢点

11、。 这种调压方式，在任何负荷下，中枢点电压基本保持在线路额定电压的102105,三、借改变发电机端电压调压,太远，发电机调压效果不好,四、借改变变压器的变比调压,变压器的分接头或分接开关：一般安装在变压器的高压侧。 用变压器调压，就是改变分接头的位置,10.5/242(1+22.5%),11/220(1+22.5%),变压器的分接头（抽头）,各种补偿设备的调节方法： 并联电容器：不能调节，只能成组投切 调相机：改变励磁电流 静止补偿器：饱和电抗器型不可控，能限制电压波动；晶闸管控制电抗器型改变触发角。,第四节 借补偿设备调压和组合调压,第四节 借补偿设备调压和组合调压,补偿设备容量的计算 电容器在最大负荷时投入，轻负荷时部分或全部退出 调相机最大负荷时过激，投入1 调相机最小负荷时欠激，投入-1/2,调压措施的比较,