電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析4

第5章電力系統(tǒng)的無功功率平衡與電壓調(diào)整,本章提示5.1電壓調(diào)整的必要性5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡5.3電力系統(tǒng)的電壓管理5.4電壓調(diào)整的措施小結(jié),本章提示,調(diào)壓的意義及電壓的允許波動(dòng)范圍；電力系統(tǒng)的無功功率平衡及無功補(bǔ)償裝置的作用；電壓中樞點(diǎn)的概念及中樞點(diǎn)的調(diào)壓方式；調(diào)壓的措施。,5.1電壓調(diào)整的必要性,5.1.1電壓偏移對(duì)用電設(shè)備的影響5.1.2用戶允許電壓偏移值,5.1.1電壓偏移對(duì)用電設(shè)備的影響,白熾燈,白熾燈特性曲線,異步電動(dòng)機(jī)的電壓特性,異步電動(dòng)機(jī),電子設(shè)備,5.1電壓調(diào)整的必要性,5.1.2電壓偏移對(duì)電力系統(tǒng)的影響,廠用機(jī)械（如給水泵、循環(huán)水泵、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)等）,“電壓崩潰”,5.1電壓調(diào)整的必要性,5.1.3用戶允許電壓偏移值,一般規(guī)定節(jié)點(diǎn)電壓偏移不超過電力網(wǎng)額定電壓,220KV用戶：-105,10KV及以下電壓供電的用戶：7%,35KV及以上電壓供電的用戶：010,事故狀況下，允許在上述數(shù)值基礎(chǔ)上再增加5，但正偏移最大不能超過+10。,5.1電壓調(diào)整的必要性,5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡,5.2.1無功功率電源5.2.2無功負(fù)荷及無功損耗5.2.3無功功率平衡,5.2.1無功功率電源,無功電源,同步發(fā)電機(jī),同步調(diào)相機(jī),靜電電容器,靜止補(bǔ)償器,無功補(bǔ)償裝置,5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡,發(fā)電機(jī)發(fā)QG的能力與同時(shí)發(fā)出的PG有關(guān),由發(fā)電機(jī)的PQ極限曲線決定。系統(tǒng)中有備用有功電源時(shí),可將負(fù)荷中心的發(fā)電機(jī)降低功率因數(shù)運(yùn)行，少發(fā)有功、多發(fā)無功,有利于無功的局部平衡，提高系統(tǒng)電壓水平。,5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡,同步調(diào)相機(jī),相當(dāng)于空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)。,過勵(lì)磁運(yùn)行：發(fā)出感性無功功率（無功電源），過勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)的容量是調(diào)相機(jī)的容量,欠勵(lì)磁運(yùn)行：吸取感性無功（無功負(fù)荷），欠勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)的容量為調(diào)相機(jī)容量的5065,優(yōu)點(diǎn)：調(diào)節(jié)平滑，系統(tǒng)故障時(shí)亦能調(diào)節(jié)缺點(diǎn)：投資大；運(yùn)行維護(hù)不方便；消耗有功功率（額定容量的1.5%-5%）,5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡,靜電電容器,并聯(lián)電容器只能向系統(tǒng)供給感性無功功率。,優(yōu)點(diǎn)：容量可調(diào)；集中或分散使用；投資費(fèi)用??；有功功率損耗小（額定容量的0.3%-0.5%）,缺點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)電壓下降時(shí)，向系統(tǒng)供給的無功功率下降,5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡,靜止補(bǔ)償器,由電容器組與可調(diào)電抗器組成,優(yōu)點(diǎn):調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，反應(yīng)速度快，特性平滑,可分相補(bǔ)償,維護(hù)簡單,損耗小。缺點(diǎn):最大補(bǔ)償量正比于電壓平方,電壓低時(shí)補(bǔ)償量??；諧波對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生污染。,發(fā)出感性無功功率,吸取感性無功功率,5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡,1、無功負(fù)荷,異步電動(dòng)機(jī),5.2.2無功負(fù)荷及無功損耗,5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡,2、無功損耗,輸電線路的無功損耗,當(dāng)電壓較低，對(duì)于35kV及以下的架空線路，QB較小，線路消耗無功。而對(duì)于110kV及以上的架空線路，當(dāng)傳輸功率較大時(shí)，QLX大于QB，線路消耗無功;當(dāng)傳輸功率較小時(shí)，QLX小于QB，線路就相當(dāng)于無功電源。,5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡,變壓器的無功損耗,n臺(tái)變壓器關(guān)聯(lián)運(yùn)行時(shí)，變壓器總無功損耗,5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡,5.2.3無功功率平衡,運(yùn)行中的無功平衡表示式,規(guī)劃中的無功平衡,5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡,例：求圖所示簡單系統(tǒng)的無功功率平衡。線路參數(shù)：變壓器試驗(yàn)數(shù)據(jù)：,5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡,5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡,5.3電力系統(tǒng)的電壓管理,5.3.1電壓中樞點(diǎn)的概念5.3.2電樞點(diǎn)的電壓偏移5.3.3中樞點(diǎn)電壓的調(diào)整方式5.3.4電壓調(diào)整的基本原理,5.3.1電壓中樞點(diǎn)的概念,電壓中樞點(diǎn)包括：（1）水、火電廠的高壓母線（2）樞紐變電所的二次母線（3）有大量地方負(fù)荷的發(fā)電機(jī)機(jī)壓母線,電壓中樞點(diǎn),a,b,0,5.3電力系統(tǒng)的電壓管理,5.3.2電樞點(diǎn)的電壓偏移,5.3電力系統(tǒng)的電壓管理,5.3.3中樞點(diǎn)電壓的調(diào)壓方式,調(diào)壓方式,逆調(diào)壓,順調(diào)壓,常調(diào)壓（恒調(diào)壓）,5.3電力系統(tǒng)的電壓管理,5.3.4電壓調(diào)整的基本原理,5.3電力系統(tǒng)的電壓管理,調(diào)壓方法：改變發(fā)電壓端電壓；改變變壓器的變比；改變功率分布，主要是改變無功功率的分布；改變電力網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)。,5.3電力系統(tǒng)的電壓管理,5.4電壓調(diào)整的措施,5.4.1改變發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)壓5.4.2改變變壓器變比調(diào)壓5.4.3改變電力網(wǎng)無功功率分布調(diào)壓5.4.4改變電力網(wǎng)的參數(shù)調(diào)壓,5.4.1改變發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)壓,負(fù)荷增大,增加發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流,提高發(fā)電機(jī)電壓,負(fù)荷降低,減小發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流,降低發(fā)電機(jī)電壓,5.4電壓調(diào)整的措施,對(duì)于較長線路、多電壓級(jí)輸電,此時(shí)僅靠調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)不能滿足要求,適用于小系統(tǒng),易于實(shí)現(xiàn)逆調(diào)壓,此調(diào)壓僅作輔助措施,普通變壓器,355%/6.3KV變壓器：主分接頭電壓為35KV附加分接頭電壓為35（1+5%）=36.5KV35（1-5%）=33.25KV,5.4.2改變變壓器變比調(diào)壓,12122.5%/10.5kv變壓器：主分接頭電壓為121KV附加分接頭電壓為121（1+5%）=127.05KV121（1+2.5%=124.025KV121（1-2.5%）=117.95KV121（1-5%）=114.95KV,5.4電壓調(diào)整的措施,雙繞組降壓變壓器,變壓器低壓繞組額定電壓,變壓器高壓繞組分接頭電壓,變壓器高壓母線的實(shí)際電壓,變壓器歸算到高壓側(cè)的阻抗電壓損耗,按調(diào)壓要求變壓器低壓繞組電壓,5.4電壓調(diào)整的措施,5.4電壓調(diào)整的措施,雙繞組降壓變壓器變比的選擇,選擇,校驗(yàn),最大運(yùn)行方式,最小運(yùn)行方式,算術(shù)平均值,5.4電壓調(diào)整的措施,例5.2有一降壓變壓器歸算至高壓側(cè)的阻抗ZT=（2.44+j40），變壓器的額定電壓為11022.5%/6.3kV，在最大負(fù)荷時(shí)，變壓器高壓側(cè)通過功率為(28+j14)MVA，高壓母線電壓為113KV，低壓母線側(cè)要求電壓為6kV；在最小負(fù)荷時(shí)，變壓器高壓側(cè)通過功率為(10+j6)MVA，高壓母線電壓為115KV,低壓母線要求電壓為6.6kV。試選擇該變壓器的分接頭。,5.4電壓調(diào)整的措施,雙繞組升壓變壓器,升壓變壓器高壓繞組分接頭電壓的確定方法與降壓變壓器相同。,需要注意：,要求發(fā)電機(jī)的端電壓均取其額定電壓，并按發(fā)電機(jī)允許的電壓偏移進(jìn)行校驗(yàn)。,由于升壓變壓器中功率方向是從低壓側(cè)指向高壓側(cè)，因此公式中前的符號(hào)應(yīng)為正。,如果在發(fā)電機(jī)電壓母線上有地方負(fù)荷，發(fā)電機(jī)一般可采用逆調(diào)壓方式調(diào)壓。,5.4電壓調(diào)整的措施,例5.3升壓變壓器的容量為31.5MVA,變比為12122.5%/6.3kV,歸算到高壓側(cè)的阻抗(3+j48)。在最大負(fù)荷和最小負(fù)荷時(shí)通過變壓器的功率分別(25+j18)MVA為和(14+j10)MVA，高壓側(cè)的要求電壓分別為120KV和114kV。發(fā)電機(jī)電壓的可能調(diào)整范圍是6.0-6.6kV。試選擇變壓器分接頭。,5.4電壓調(diào)整的措施,三繞組變壓器,三繞組變壓器高壓繞組、中壓繞組分接頭的確定按雙繞組變壓器的方法分兩步進(jìn)行。,第一步：根據(jù)低壓母線的調(diào)壓要求，在高-低壓繞組之間進(jìn)行計(jì)算，選取高壓繞組的分接頭中壓；,第二步：根據(jù)中壓母線的調(diào)壓要求及選取的高壓繞組分接頭電壓，在高-中壓繞組之間進(jìn)行計(jì)算，選取中壓繞組的分接頭電壓。確定的變比為。,5.4電壓調(diào)整的措施,有載調(diào)壓變壓器,有載調(diào)壓器可按普通變壓器的計(jì)算公式計(jì)算各種運(yùn)行方式下變壓器的分接頭電壓。,有載調(diào)壓變壓器（又稱帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器），可以在有載情況下更換分接頭，并且分接頭個(gè)數(shù)較多。,電壓為110KV及以下的有載調(diào)壓器，高壓繞組有7個(gè)分接頭，電壓為220KV的有載調(diào)壓器有9個(gè)分接頭，如有特殊需要，制造廠可提供更多數(shù)量分接頭的有載調(diào)壓變壓器。,5.4電壓調(diào)整的措施,5.4電壓調(diào)整的措施,5.4.3改變電力網(wǎng)無功功率分布調(diào)壓,阻抗為歸算到高壓側(cè)的線路和變壓器總阻抗，忽略線路電納和變壓器的空載損耗。,電力網(wǎng)的無功補(bǔ)償,變電所未裝并聯(lián)補(bǔ)償前，電力網(wǎng)首端電壓為,5.4電壓調(diào)整的措施,變電所裝有容量為的并聯(lián)補(bǔ)償裝置后，電力網(wǎng)首端電壓為,若不變，則,5.4電壓調(diào)整的措施,上式中等號(hào)右側(cè)第二部分較小可略去,于是可得：,設(shè)變壓器的變比選為K，經(jīng)過補(bǔ)償后變電所低壓側(cè)要求保持的實(shí)際電壓為則,代入上式可得,說明：高壓側(cè)電壓用大寫符號(hào),低壓側(cè)電壓用小寫符號(hào),補(bǔ)償后的參數(shù)在下標(biāo)加字母”c”.,5.4電壓調(diào)整的措施,裝設(shè)并聯(lián)電容器,第一步：按最小負(fù)荷時(shí)沒有補(bǔ)償，并根據(jù)調(diào)壓要求，計(jì)算變壓器分接頭電壓，選取標(biāo)準(zhǔn)分接頭，確定其變比K,第二步：按最大負(fù)荷時(shí)的調(diào)壓要求及選定的變比，計(jì)算所需的補(bǔ)償容量,第三步：根據(jù)確定的變比和選定的并聯(lián)電容器容量，校驗(yàn)實(shí)際的電壓變化,5.4電壓調(diào)整的措施,裝設(shè)同步調(diào)相機(jī)第一步：確定變壓器的變比K最大負(fù)荷時(shí)，最大負(fù)荷時(shí)按額定容量過勵(lì)磁運(yùn)行；最小負(fù)荷時(shí)，按額定容量的5060%欠勵(lì)磁運(yùn)行；解出K，接K值確定最接近的分接頭電壓，并確定實(shí)際變比。,第二步：確定調(diào)相機(jī)的容量將變比K代入公式即可求出，根據(jù)產(chǎn)品目錄選出與此容量相近的調(diào)相機(jī)。,第三步：接所選容量校驗(yàn)實(shí)際的電壓變化,5.4電壓調(diào)整的措施,例5.4有一個(gè)降壓變電所由二回110KV，長70km的電力線路供電，導(dǎo)線型號(hào)為LGJ-120，導(dǎo)線計(jì)算外徑為15.2mm，三相導(dǎo)線幾何平均距離為5m。變電所裝有二臺(tái)變壓器并列運(yùn)行，其型號(hào)為SFL31500/110，容量為31.5MVA，變比為110/11kV,短路電壓百分?jǐn)?shù)為10.5。最大負(fù)荷時(shí)變電所低壓側(cè)歸算至高壓側(cè)的電壓為100.5KV，最小負(fù)荷時(shí)為112.0KV。變電所二次母線允許電壓偏移在最大、最小負(fù)荷時(shí)為二次網(wǎng)絡(luò)額定電壓的2.57.5。試根據(jù)調(diào)壓的要求按并聯(lián)電容器和同步調(diào)相機(jī)二種措施，確定變電所11KV母線上所需補(bǔ)償設(shè)備的最小容量。,5.4電壓調(diào)整的措施,5.4.4改變電力網(wǎng)的參數(shù)調(diào)壓,減小電阻是通過增加線路導(dǎo)線截面積來實(shí)現(xiàn)減小電抗則是在線路上串聯(lián)電容器以容抗補(bǔ)償線路的感抗。,5.4電壓調(diào)整的措施,小結(jié),電壓是衡量電能質(zhì)量的另一重要指標(biāo)，保證電壓質(zhì)量要求系統(tǒng)必須保持無功功率平衡，并具備一定的無功備用