电力系统的无功功率和电压调整知识讲义(ppt 77页)

第5章电力系统的无功功率和电压调整,电压是衡量电能质量的一个重要指标。电压质量：供电电压偏移、电压波动和闪变、电网谐波和三相不对称程度这四个方面都能满足有关国家标准规定的要求。,概述,调压的必要性,引起效率下降、经济性能变差，影响生活质量：照明。缩短设备寿命，甚至造成损坏：白炽灯、电动机。降低生产率，出废品、次品对电力系统，过低：使网络功率损耗加大，危及稳定运行，过高：绝缘，增加电晕损耗。,为什么U和Q联系起来,因为：U=(PR+QX)/UXR,所以：UQX/U,即：Q在网络中的传输对U有决定性的影响。,5-1电力系统的无功功率平衡,主要内容,5-2电压调整的基本概念,5-3发电机调压,5-6几种调压措施的比较,5-4改变变压器变比调压,5-5利用无功功率补偿调压,51电力系统的无功功率平衡,无功功率平衡,无功负荷与无功电源失去平衡时，会引起系统电压的升高或下降。,无功功率的平衡应本着分层、分区、就地平衡的原则。,无功电源的无功输出应能满足系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求。,异步电动机是电力系统主要的无功负荷系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定,无功功率负荷,一、负荷的无功电压静特性,输电线路的无功损耗,变压器的无功损耗,变压器的无功损耗QLT包括励磁损耗Q0和漏抗中的损耗QTQLTQ0QTV2BT(S/V)2XT(I0%/100)SN(US%/100)(S2/SN)(VN/V)2,二、无功功率损耗,35KV及以下的架空线路,110KV及以上的架空线路,输电线路的无功损耗,输电线路的无功损耗QLQBQL+QB,无功功率电源,发电机,同步调相机,静电电容器,静止无功补偿器,静止无功发生器,三、无功功率电源,无功功率电源,发电机,无功功率电源,同步调相机相当于空载运行的同步发电机。在过励磁运行时，向系统供给无功功率，起无功电源的作用；在欠励磁运行时，它吸收感性无功功率，起无功负荷作用。可实现平滑调压。,同步调相机,无功功率电源,静电电容器,静电电容器供给的无功功率Qc与所在节点的电压V的平方成正比，即QcV2/Xc式中，Xc1/wc为静电电容器的电抗。当节点电压下降时，它供给系统的无功功率将减少。电容器的无功功率调节性能比较差。,无功功率电源,静止无功补偿器,SVC由静电电容器与电抗器并联组成，SVC在我国电力系统中得到广泛应用,无功功率电源,静止无功发生器,是一种更为先进的静止型无功补偿装置(SVG),它的主体是电压源型逆变器。适当控制逆变器的输出电压，就可以灵活地改变SVG地运行工况，使其处于容性负荷、感性负荷或零负荷状态。与SVC比较，SVG具有响应快、运行范围宽、谐波电流含量少等优点。尤其是电压较低时仍可向系统注入较大的无功电流。,无功功率平衡,无功电源发出的无功功率应该大于等于无功负荷和无功损耗之和；系统还必须配置一定的无功备用容量；尽量避免通过电网元件大量的传送无功功率，应该分地区分电压级地进行无功功率就地平衡。,四、无功功率平衡的基本要求,无功功率平衡,QGCQLDQLQresQGC：电源供应的无功功率之和；QLD：无功负荷之和；QL：网络无功功率损耗之和；Qres：无功功率备用（Qres0：系统中无功功率可以平衡且有适量的备用；Qres0：系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装置）,系统无功功率平衡关系式,无功功率平衡,无功功率电源：QGCQGQGQG：发电机的无功功率；QC：无功补偿设备的无功功率。无功功率损耗：QLQLTQLQBQLT：变压器的无功功率损耗QL：线路电抗的无功功率损耗QB：线路电纳的无功功率损耗。,51电力系统无功功率平衡,总之，无功平衡是一个比有功平衡更复杂的问题。一方面，不仅要考虑总的无功功率平衡还要考虑分地区的无功平衡，还要计及超高压线路充电功率、网损、线路改造、投运、新变压器投运及大用户各种对无功平衡有影响的化。,一般无功功率按照就地平衡的原则进行补偿容量的分配。小容量的、分散的无功补偿可采用静电电容器；大容量的配置在系统中枢点的无功补偿则宜采用同步调相机或SVC。,例51,51电力系统无功功率平衡,51电力系统无功功率平衡,无功功率和电压的关系,五、无功功率平衡与电压水平的关系,Q=UIsin=(EUcos/X)-U2/X,无功功率平衡与电压水平的关系,1：电源的无功电压特性2：负荷的无功电压特性,讨论,无功功率不能远距离传送，必须分区、分级（就地）平衡,动态无功功率平衡,无功功率平衡的双重含义：规划平衡和实际平衡，无功功率不够的含义,无功功率平衡和电压水平的关系,52电压调整的基本概念,电压偏移的危害,各种用电设备都是按额定电压设计制造的，这些设备在额定电压下运行才能取得最佳效果。,电压降低,电压降低,电压过低,电压过高,会使网络中功率和能量的损耗加大,电压偏移的危害,电压降低,电压过低,电压过低,电压过高,有可能危机电力系统运行稳定性,52电压调整的基本概念,电压偏移的危害,电压降低,电压过低,电压过高,电压过高,各种电气设备的绝缘可能受到损害，在超高压网络中还将增加电晕损耗等,52电压调整的基本概念,允许电压偏移指标,允许电压偏移指标,52电压调整的基本概念,事故分析,52电压调整的基本概念,事故分析,52电压调整的基本概念,中枢点的定义,能够反应系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电所母线。,中枢点的选择,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负荷的发电机电压母线中枢点设置数量不少于全网220KV及以上电压等级变电所总数的7,52电压调整的基本概念,中枢点的电压管理,52电压调整的基本概念,中枢点的电压允许变化范围的确定,中枢点向两个负荷点供电,中枢点向多个负荷点供电,如果中枢点是发电机母线,在任何时候，各个负荷点所要求的中枢点允许变化范围都有公共部分,52电压调整的基本概念,中枢点向两个负荷点供电,P87,由图可见，为同时满足两负荷点的电压质量要求，中枢点电压的允许变化范围就大大缩小，最大时为7，最小时仅有1。如果在任何时候，各个负荷点所要求的中枢点允许变化范围都有公共部分，那么，调整中枢点电压，使其在公共部分的允许范围内变动，就可以满足各负荷点的调压要求，而不必在各负荷点再装设调压设备。,中枢点向两个负荷点供电,52电压调整的基本概念,中枢点调压模式,逆调压模式,顺调压模式,恒调压模式,在大负荷时升高电压，小负荷时降低电压的调压方式。一般采用逆调压方式，在最大负荷时可保持中枢点电压比线路额定电压高5，在最小负荷时保持为线路额定电压。供电线路较长、负荷变动较大的中枢点往往要求采用这种调压方式。,逆调压模式,52电压调整的基本概念,中枢点调压模式,逆调压模式,顺调压模式,恒调压模式,大负荷时允许中枢点电压低一些，但不低于线路额定电压的102.5；小负荷时允许其电压高一些，但不超过线路额定电压的107.5的调压模式。对于某些供电距离较近，或者符合变动不大的变电所，可以采用这种调压方式。,顺调压模式,52电压调整的基本概念,中枢点调压模式,逆调压模式,顺调压模式,恒调压模式,介于前面两种调压方式之间的调压方式是恒调压。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25。,恒调压模式,52电压调整的基本概念,电压调整的基本原理,R+jX,P+jQ,1:K1,Vb,1:K2,VG,Vb=(VGk1V)/k2(VGk1)/k2式中k1和k2分别为升压和降压变压器的变比，R和X分别为变压器和线路的总电阻和总电抗,52电压调整的基本概念,电压调整的基本原理,为了调整用户端电压Vb可以采取以下措施：（1）调节励磁电流以改变发电机机端电压VG（2）适当选择变压器的变比（3）改变线路的参数（4）改变无功功率的分布,53电压调整的措施,电压调整措施,发电机调压,改变变压器变比调压,利用无功功率补偿调压,线路串联电容补偿调压,电压调整措施,53电压调整的措施,发电机调压：其实质是改变无功功率电源的输出。,对不同类型的网络，发电机调压所起作用不同：（1）由孤立的发电厂不经升压直接供电的小型电力网，改变发电机端电压就可以满足负荷点的电压质量要求，不必另外在增加调压设备。（2）对于线路较长、供电范围较大、有多级变压的供电系统，发电机调压主要是为了满足近处地方负荷的电压质量要求。,电压调整措施,53电压调整的措施,（3）对于由若干发电厂并列运行的电力系统，进行电压调整的电厂需有相当充裕的无功容量储备，一般不易满足。另外调整个别发电厂的母线电压，会引起无功功率重新分配，可能同无功功率的经济分配发生矛盾。所以在大型电力系统中发电机调压一般只作为一种辅助性的调压措施。,发电机调压,54改变变压器变比调压,电压调整措施,改变变压器变比可以升高或降低次级绕组的电压。改变变压器的变比调压实际上就是根据调压要求适当选择分接头。其实质是改变无功功率的分布。,1、降压变压器分接头的选择,前提：无功功率电源充足。,VT（PRTQXT）/V1V2(V1VT)/K式中，kV1t/V2N将k代入上式，得高压侧分接头电压V1t(V1VT)/V2V2N当变压器通过不同得功率时，可以通过计算求出在不同负荷下为满足低压侧调压要求所应选择的高压侧分接头电压。,1、降压变压器分接头的选择（参数归算到1侧）,1、降压变压器分接头的选择（无载调压变压器）,（1）根据最大和最小负荷的运行情况，确定其一次侧电压和，再根据变压器的负荷和，求取变压器的电压耗。,（2）套用公式计算最大负荷和最小负荷时要求的分接头电压。,基本步骤如下：,1、降压变压器分接头的选择,（4）选择邻近的接头作为所选择的接头,（3）取其算数平均值,1、降压变压器分接头的选择,（5）套用低压则电压计算公式进行验算,例52（P91）,2、升压变压器分接头的选择（参数归算到1侧）,电压调整措施,选择升压变压器分接头的方法与选择降压变压器的基本相同,54改变变压器变比调压,2、升压变压器分接头的选择,由于升压变压器中功率方向是从低压侧送往高压侧的，故公式中VT前的符号应相反，即应将电压损耗和高压侧电压相加。因而有V1t(V1+VT)/V2*V2N式中，V2为变压器低压侧的实际电压或给定电压；V1为高压侧所要求的电压。,三绕组变压器分接头的选择将高低绕组看作双绕组，确定高绕组接头；将高中绕组看作双绕组，确定中绕组分接头。注意：功率分布,54改变变压器变比调压,例,有载调压变压器（加压调压变压器）1、有载调压变压器（加压调压变压器）2、经济性，决定其只用于枢纽变电所3、控制策略，与C、SVG等联合控制4、纵向调压横向调压混合调压,54改变变压器变比调压,电压调整措施,55利用无功功率补偿调压,无功功率的产生基本上不消耗能源，但是无功功率沿电力网传送却要引起有功功率损耗和电压损耗。合理的配置无功功率补偿容量，以改变电力网的无功潮流分布，可以减少网络中的有功功率损耗和电压损耗，从而改善用户处的电压质量。,利用无功功率补偿调压,1、并联无功补偿调压选择补偿量的基本原理,补偿前：,补偿后：,利用无功功率补偿调压,第二项很小,则：,利用无功功率补偿调压,选择补偿容量的基本原则：在满足各种运行方式的调压要求下，与其它调压方式配合，使补偿容量最小。,有无功补偿的变压器变比选择的基本原则：在满足调压要求的前提下，使补偿容量最小。,电压调整措施,2、无功功率补偿容量的计算,原则：在最大负荷时电容器应全部投入，在最小负荷时全部退出。,（1）补偿设备为静电电容器,根据调压要求，按最小负荷时没有补偿这样变压器变比：,选择与V1t最接近的分接头电压，计算变比K。,电压调整措施,2、利用无功功率补偿调压,按最大负荷时的调压要求选择补偿容量：,校验实际电压是否满足要求。,例:P96,电压调整措施,2、利用无功功率补偿调压,调相机的特点是既能过励磁运行，又能欠励磁运行。如果调相机在最大负荷时按额定容量过励磁运行，在最小负荷按（0.50.65）额定容量欠励磁运行，那么，调相机的容量将得到最充分的利用。,（2）补偿设备为同步调相机,电压调整措施,2、利用无功功率补偿调压,（2）补偿设备为同步调相机,同步调相机容量选择：最大负荷时调相机发出全部容性无功，最小负荷时吸收感性无功，则有：,电压调整措施,2、利用无功功率补偿调压,（2）补偿设备为同步调相机,两式相除：,选择最接近的K,再求解QCN,电压调整措施,例：P96,利用无功功率补偿调压,53电压调整的措施,（1）电压损耗V（PRQX）/V中包含两个分量：一个是有功负荷及电阻产生的PR/V分量；另一个是无功负荷及电抗产生的QX/V分量。利用无功补偿调压的效果与网络性质及负荷情况有关。（2）在低压电网中，V中有功功率引起的PR/V分量所占的比重大；在高压电网中，V中无功功率引起的QX/V分量所占比重大。在这种情况下，减少输送无功功率可以产生比较显著的调压效果。反之，对截面不大的架空线路和所有电缆线路，用这种方法调压就不合适。,电压调整措施,线路串联电容补偿调压,在线路上串联接入静电电容器，利用电容器的容抗补偿线路的感抗，使电压损耗中QX/V分量减小，从而可提高线路末端电压,电压调整措施,线路串联电容补偿调压,1、根据调压要求选择串补,电压调整措施,线路串联电容补偿调压,2、电压减少百分比,定义补偿度,欠补偿,过补偿,全补偿,电压调整措施,线路串联电容补偿调压,线路串联电容补偿调压,讨论：愈大，改善电压质量的效果愈好；愈大（功率因数愈小）愈小,电压调整措施,线路串联电容补偿调压,线路串联电容补偿调压,串联补偿安装的位置单负荷时，安装于末端：避免始端的电压和大短路电流；多负荷时，安装于电压降落处。串补的保护：自灭孤立放电间隙串补带来的特殊问题：串补的过电压保护，继电保护的复杂化，投入有饱和铁芯设备的次谐波振荡，异步电动机的自励磁等问题。运用，110kV以下电压等级，长度特别大，或有冲击负荷的架空线路上,电压调整措施,按调压要求选择导线截面,1、适用：低压电力网，中分量较大。,2、单负荷时公式,对于给定电压等级，单位长度电抗阻民导线截面相差不大,电压调整