电力系统的无功功率和电压调整知识讲义(ppt 77页).ppt

1、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)/U XR,所以：U QX/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

2、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QT QLTQ0QTV2BT(S/V)2XT (I0%/10

3、0)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 QL QB QL+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/X

4、c 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

5、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,QGCQLDQLQres QGC：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：QGCQGQG QG ：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：QL QLTQLQB QLT ：变压器的无

6、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=

7、(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

8、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

9、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

10、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,

11、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

12、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

13、。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）/V1 V2(V1VT)/K 式中，kV1t/V2N 将k代入上式，得高压侧分接头电压 V1t(V1VT)/V2 V2N 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

14、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

15、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

16、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

17、,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

18、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

19、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

20、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 措施,按调压要求选择导线截面,3