第五章电力系统稳态讲述介绍.ppt

1、1,第5章 电力系统稳态分析,2,电力系统的潮流计算 电力系统的频率与有功功率 电力系统的电压与无功功率 电力系统经济运行,3,5.1 电力系统的潮流计算,电力网的功率损耗 电力网环节的功率平衡和电压平衡 开式电力网的潮流计算 两端电源供电网的潮流计算 电磁环网的功率分布与电压计算,4,潮流计算的任务 针对具体的电力网络结构，根据给定的 负荷功率和电源母线电压，计算网络中各 节点的电压和各支路中的功率及功率损耗。,潮流计算的作用 电力网规划设计 电力系统运行（稳态、短路、稳定 等） 继电保护、自动装置整定计算,5,（一）电力线路功率损耗的计算,一、电力网的功率损耗,6,7,线路导纳 支路损耗,

2、固定损耗,8,（二）变压器功率损耗的计算,阻抗支路中的功率损耗：,导纳支路中的功率损耗：,9,双绕组变压器的功率损耗,用变压器铭牌数据计算功率损耗,10,11,三绕组变压器功率损耗计算,用铭牌数据计算,12,二、电力网环节的功率平衡和电压平衡,（一）电压降落、电压损耗及电压偏移 （二）电力网环节首、末端功率和电压的平衡关系 （三）电力网环节中的功率传输方向,13,（一）电压降落、电压损耗及电压偏移,电压降落：电力网任意两点电压的矢量差。,线路电压相量图,14,则,15,由于,电压损耗：电力网中任意两点电压的代数差。,16, 110kV以上电力网电压损耗的计算公式, 110kV及以下电压等级的电

3、力网,17,工程实际中，线路电压损耗常用线路额 定电压UN的百分数表示，即,规程规定：电力网正常运行时的最大电压损 耗一般不应超过10% ；故障运行 一般不超过15%20%。,18,电压偏移：电力网中任意点的实际电压U同该处网络额定电压UN的数值差。,19,（二）电力网环节首、末端功率和电压的平衡关系,20, 已知负荷功率 和线路末端电压,1)功率平衡关系,2)电压平衡关系,选 为参考相量,21,已知线路首端功率和线路首端电压,已知线路末端的负荷功率和线路首端电压,功率平衡计算,22,电压平衡计算,23,应用假设的末端电压和已知的末端功率逐段向首端推算，求出首端功率 ； 再用给定的首端电压和求

4、得的首端功率逐段向末端推算，求出末端电压 ； 用已知的末端功率和计算得出的末端电压向首端推算 ； 如此类推，逐步逼近，直至结果收敛。,迭代法的基本步骤:,24,功率损耗、电压降落计算公式应用注意点,P、Q、U应为同一点的值； 当P、Q、U为非同一点值时，一般用线路额定电压替代进行近似计算； P、Q、U的单位。,25,（三）电力网环节中的功率传输方向,在高压电力网中 ，一般X R，令R=0,Sin0时，P2为正，有功功率从电压超前端向电压滞后端输送。,26,当不计 U2 分量时,U1U2 时，Q2 为正，感性无功功率是从电压高的一端向电压低的一端输送；而容性无功功率是从电压低的一端向电压高的一端

5、输送。,27,线路空载运行时，线路电容功率使末端电压将高于首端电压的现象。,法拉第效应(电容效应）,28,三、开式电力网的潮流计算,基本步骤： 计算网络各元件参数并做等值电路 分析已知条件，进行功率和电压分布计算,（一）区域网的潮流计算,29,变电所的运算负荷 等于其低压母线负荷加上变压器的总功率损耗，再加上高压母线上的负荷和与高压母线相连的所有线路电容功率的一半。,发电厂的运算功率 等于其发出的总功率减去厂用电及地方负荷，再减去升压变压器中的总功率损耗和与其高压母线相连的所有线路电容功率的一半。,30,地方网的特点：,（二）地方网的潮流计算,线路较短 ； 电压等级较低 ； 输送容量较小。,3

6、1,地方网的潮流计算的简化,忽略电力网等值电路中的导纳支路； 忽略阻抗中的功率损耗； 忽略电压降落的横分量； 用线路额定电压代替各点实际电压计算电压损耗。,32,说明,功率分布由末端向首端逐个环节推算；最大电压损耗由首端向末端逐点推算；,线路最大电压损耗是比较重要的运行参数。,开式地方网一般只需计算功率分布和最大电压损耗以及电压最低点电压；,33,一般情况下，对于有n个集中负荷的无分支地方电力网，其电源点（假设为A点）的输出功率为,网络总的电压损耗为,34,对于具有分支线的电力网，一般应计算出电源点至各支线末端的电压损耗，然后比较它们的大小，方可确定网络的最大电压损耗和电压最低点。,35,四、

7、两端电源供电网的潮流计算,（一）两端电源电压相等的供电网的功率分布,36,37,当 Sa、 Sb、 Sc 同时存在时，A、B两电源点的输出功率为,38,供载功率 与负荷功率有关的电源输出功率。,均一电力网 网络中各段线路型号、截面面积和 几何均距都相同的电力网。,39,说明,若网络为均一电力网 ，供载功率的计算可简化为,40,对于接近均一网，可用网络拆开法,41,（二）两端电压不相等供电网的功率分布,计算步骤,计算供载功率；,计算循环功率；,在同一支路中迭加供载功率和循环功率；,42,循环功率按下式计算,算出初步功率分布后，由 可校验 和 的计算正确与否。,43,功率分点 能从两个方向获取功率

8、的节点。,功率分点分为有功功率分点和无功功率分点，有功功率分点以“”标注，无功功率分点则以“”标注。,在功率分点处将闭式电力网拆开为开式电力网，然后应用开式电力网的方法计算其最终功率分布和最大电压损耗。,44,五、电磁环网的功率分布与电压计算,45,由两端供电电压不相等供电网的功率计算方法可得,供载功率为,46,循环功率为,环路电势为,47,48,当 或 未知时，环路电势可分别由下式近似计算,等值变比,49,在环网中任选一起点和环绕方向，沿环网环行一周，遇到顺环绕方向起升压作用的变压器时，乘以变比；反之，遇到顺环绕方向起降压作用的变压器时，除以变比，即可求得等值变比。,等值变比的确定方法,50

9、,电力系统运行中，往往可通过改变变比 或采用附加装置来改善电磁环网的功率分布。,说明,采用的附加装置主要有附加调压变压器和基于FACTS技术的统一潮流控制器（UPFC）、静止同步串联补偿器（SSSC）、晶闸管控制串联电容器（TCSC）和晶闸管控制移相器（TCPST）等。,51,5.2 电力系统的频率与有功功率,一、频率调整的必要性 二、电力系统的频率特性 三、电力系统的频率调整 四、综合负荷在发电厂间的合理分配及有功功率的平衡,52,一、频率调整的必要性,(1)频率变化的危害 影响异步电动机转速的变化； 影响各种电子设备的精确性； 使计算机发生误操作； 威胁电力系统自身的正常运行。,53,(2

10、)负荷与频率的关系 不受频率影响的负荷 与频率变化成正比的负荷 与频率高次方成正比的负荷,54,(3)实际负荷曲线的组成,P1：变化幅度小，变化周期较短（一般为10s以内）的负荷分量； P2：变化幅度较大、变化周期较长（一般为10s3min）的负荷分量； P3：变化缓慢的持续变动负荷。,55,（一）负荷有功-频率静态特性 （二）发电机组有功-频率静态特性,二、电力系统的静态频率特性,56,负荷频率特性,（一）负荷静态频率特性,57,负荷调节效应系数的标幺值,说明 其值与系统各类负荷的比重和性质 有关，一般取值13； 不能人为整定。,58,发电机组功频特性,（二）发电机组的功频特性,59,kG的

11、标幺值为,kG可人为调节整定； kG的大小与机组类型、调速机构有关，不同类型机组的 kG取值范围不同 汽轮发电机组kG* 2516.7， 水轮发电机组kG* 5025 。,说明,60,发电机组调速器的主要组成部分 调速系统的主要组成部分： 转速测量元件、放大元件、执行结构和转速控制机构等四部分。,同步器的组成 同步器由伺服电动机、蜗轮、蜗杆等装置组成。,61,离心飞锤式机械液压调速装置工作原理,62,(4)一次频率调整,63,（5）二次频率调整,64,二次调频的概念及特点,二次调频 手动或电动发电机组的同步器来调节其有功功率输出的过程。,二次调频的特点 可以实现频率的无差调节。 在一次调频的基

12、础上，由一个或数个发电厂 来承担。,65,电厂的分类 主调频厂:负责全系统的频率调整工作，一般由一个发电厂担任； 辅助调频厂:协助主调频厂调频，一般由12个电厂承担； 非调频厂：一般按负荷曲线发电，不参与调频。,（一）主调频厂的选择,三、 电力系统的频率调整,66,具有足够的调节容量和范围 具有较快的调节速度 具有安全性与经济性,(2)主调频厂的选择条件,还应注意以下两点： 电源联络线上的交换功率； 调频引起的电压波动是否在允许偏移范围之内。,67,300万以上大系统的调度规程规定 ： 频率偏移不超过0.2Hz时由主调频厂调频 频率偏移超过0.2Hz时，辅助调频厂参加调频 频率偏移超过0.5H

13、z时，系统内所有电厂参与调频,(3)各电厂的调频职责,68,枯水季节：水电厂为主调频厂； 丰水季节：选择装有中温中压机组的火电厂作为 主调频厂。,水火电厂并存系统中的主调频厂选择,69,投入旋转备用容量（或旋转备用机组），迅速起动备用发电机组； 切除部分负荷； 选取合适地点，将系统解列运行； 分离厂用电，以确保发电厂能迅速恢复正常，与系统并列运行。,(四)事故调频的措施与步骤,70,四、综合负荷在发电厂间的合理分配及有功功率的平衡,71,(二)有功功率平衡方程式及备用容量,有功功率平衡方程式,备用容量的分类及形式,负荷备用； 检修备用； 事故备用； 国民经济备用,热备用（或称旋转备用） 冷备用

14、（或称停机备用）,72,5.3 电力系统的电压与无功功率,一、电力系统的无功功率平衡 二、电压调整的基本概念 三、电压调整的措施及应用,73,一、 电力系统的无功功率平衡,1.无功功率负荷和无功功率损耗,1）异步电动机的无功功率和电压的关系,74,2）变压器的无功功率损耗,3）输电线路中的无功功率损耗,75,2.无功电源,电力系统的主要无功电源 发电机 同步调相机 电力电容器 静止无功补偿器 (5)静止无功发生器,76,发电机 发电机在额定参数下运行时,发电机的P-Q运行极限,1）定子电流额定值（额定视在功率）； 2）转子电流额定值（空载电势）； 3）原动机出力（额定有功功率）。,77,78,

15、同步调相机 相当于空载运行的同步发电机。,同步调相机的特点 过励磁运行可作无功电源运行；欠励磁运行可作无功负荷运行； 可平滑无级地改变无功功率的大小和方向，达到调整系统运行电压的目的； 无功功率的输出受端电压的影响不大； 运行维护较复杂，有功功率损耗较大； 单位容量的投资费用较大，只宜集中安装。,79,电力电容器,电力电容器的特点 运行维护方便； 有功功率损耗小； 单位容量投资小且与总容量的大小几乎无关； 既可集中安装，也可分散布置； 无功功率调节性能差，输出无功功率受端电压影响较大； 只能阶跃式的调压。,80,静止补偿器 （SVC） 主要部件有：饱和电抗(SR)， 固定电容器(FC)， 晶闸

16、管控制电抗器(TCR) 晶闸管投切电容器(TSC)。,自饱和电抗器,可控硅控制电抗器型,FC + TCR,TSC+TCR,81,自饱和电抗器型静止补偿器,在额定电压附近，电抗器吸收的无功功率随电压变化很快，有稳压作用。,82,优点：运行维护简单，功率损耗小，响应时间较短，对于冲击负荷有较强的适应性，TCR和TSC型还可以分相补偿，以适应不平衡的负荷变化。,缺点：含TCR的静止补偿器需装设滤波器以消除高次谐波。,83,(5)静止无功发生器,静止无功发生器的主体是一个电压源型逆变器。 优点是响应速度更快，运行范围更宽，谐波电流含量更少，且电压较低时仍能相系统注入较大的无功电流。,84,3.系统的无

17、功功率平衡,我国关于负荷功率因数的规定 35kV及以上电压等级直接供电的工业负荷和装有带负荷调压的用户，功率因数不低于0.95； 其他用户的功率因数不低于0.9； 趸售和农业用户功率因数不低于0.8。,85,4.无功功率平衡和电压水平的关系,86,87,二、电压调整的基本概念,（1）我国规定的电压偏移范围 35kV及以上供电电压： 5% 10kV及以下三相供电电压： 7% 220kV单相供电电压： +5%-10% 农村电网 正常运行情况： +7.5%-10% 事故运行情况： +10%-15%,88,（2）中枢点的电压管理,1）电压中枢点 对电力系统电压进行监视、控制和调整的主要的供电点。 2）

18、电压中枢点的选择 区域性发电厂的高压母线； 枢纽变电所的高压母线和二次母线； 有大量地方负荷的发电机电压母线； 城市直降变电所的二次母线。,89,顺调压 最大负荷运行方式时，中枢点的电压不应低于线路额定电压的102.5%； 最小负荷运行方式时，中枢点的电压不应高于线路额定电压的107.5%。,3）中枢点电压的调整方式,90,逆调压 最大负荷运行方式时，中枢点的电压要比线路额定电压高5% ； 最小负荷运行方式时，中枢点的电压要等于线路额定电压。,恒调压 最大和最小负荷方式时保持中枢点电压为线路额定电压的1.021.05倍。,91,4）电压调整的基本原理,电压调整措施： 改变发电机的励磁电流调压；

19、 改变变压器的变比调压； 改变网络的无功功率分布调压； 改变网络的参数调压。,92,三. 调压措施及应用,1.发电机调压 在直接用机压母线供电的小型系统中，改变发电机的励磁电流可实现逆调压，是一种最经济、最直接的调压手段。 在多级电压供电系统中，发电机调压只能作为一种辅助调压措施。,93,2. 改变变压器分接头的调压方法,94,降压变压器分接头的选择,95,最大负荷时分接头电压的计算,最小负荷时分接头电压的计算,应用步骤：,96,分接头电压的平均值计算,标准分接头电压的选择,97,最大、最小负荷时变压器低压侧实际运行电压的校验,98,升压变压器分接头的选择,两点差异：U2N取值；“”号变“”号

20、。,99,（3）普通三绕组变压器分接头的选择,以高压侧有电源的三绕组降压变压器讨论其分接头电压的选择：,先选择高压侧分接头电压； 再选择低压侧分接头电压。,100,1)有载调压变压器的类型,(4)有载调压变压器分接头的选择,101,102,103,计算最大负荷时的Ultmax； 计算最小负荷时的Ultmin ； 分别选择最大、最小负荷时的标准分接头电压； 按照调压要求校验所选分接头电压是否满足要求。,2)有载调压变压器的分接头计算步骤,注意：在无功不足的电力系统中，不宜采用改变 变比调压。,104,105,3. 利用无功补偿调压,106,求出无功补偿容量QC为:,降压变压器的变比,107,高压

21、侧的分接头电压应为,选最接近Ultmin的标准分接头电压为Ult0,电力电容器容量的选择,变压器的实际变比,108,应装设的电容器容量,109,最大负荷过激运行时的调相机容量,最小负荷欠激运行时的调相机容量,同步调相机容量的选择,110,确定变压器的计算变比为,确定变压器分接头电压,选最接近Ult的标准分接头电压Ult0。,111,按实际变比确定调相机容量,112,无功补偿装置都可连接于需要进行无功补偿的变电所或直流输电换流站的母线上； 负荷密集的供电中心集中安装大、中型无功补偿设备； 配电网中，根据无功功率就地平衡的原则，安装中、小型电容器组进行就地补偿。,4.无功补偿装置与电力网的连接,1

22、13,我国的电力技术导则规定： 330550kV电网应按无功分层就地平衡的基本要求配置高、低压并联电抗器。一般情况下，并联电抗器的总容量应达到超高压线路充电功率的90以上。 较低电压等级的配电网络要配置必要的并联电容补偿。,114,电压损耗计算公式,四、改变电力网参数调压,改变网络参数的常用方法 按允许电压损耗选择合适的地方网导线截面； 在不降低供电可靠性的前提下改变电力系统的运行方式； 在高压电力网中串联电容器补偿。,115,（1）串联电容器补偿,116,串联电容器个数的选择,117,串补能自动跟踪负荷调压； 串补多用于负荷经常波动、功率因数不高的35kV及以下电压的配电网中； 串联电容器的

23、安装地点与负荷、电源的分布有关； 超高压电网中串联电容补偿主要用于提高高压电力网的输送容量和稳定性。,说明,118,四、电力系统经济运行,1.电力网中的能量损耗 2.火电厂间有功功率经济分配,119,1.电力网中的能量损耗,1）能量损耗的计算方法,最大负荷损耗时间法,120,假定电压恒定，则最大负荷损耗时间,121,122,如果一条线路上有几个负荷点：,123,最大负荷损耗时间法的缺点:,适用范围:,准确度不高 不能对误差作出有根据的分析,电力网规划设计中的计算 不宜计算已运行电网的能量损耗,124,等值功率法,125,126,形状系数K的取值范围,等值功率法的优点,方法简单，要求的原始数据也不多； 不能对误差作出有根据的分析； 能够推广应用于任意复杂网络的电能损耗计算。,127,2)降低网损的常用技术措施,提高用户的功率因数，减少电力网中无功功率的传送,组