电力系统分析(8)

1、1/53 第第8 8章章 电力系统的无功平衡和电压调电力系统的无功平衡和电压调 整整 一电力系统的无功功率平衡一电力系统的无功功率平衡 二电压调整的概念二电压调整的概念 三三. . 电压调整的方式电压调整的方式 四电压调整的方法四电压调整的方法 2/53 思考题思考题 1. 电压与功率的关系。电压与功率的关系。 2. 电力系统主要无功源有那些？电力系统主要无功源有那些？ 3. 发电机输出功率受到什么限制？发电机输出功率受到什么限制？ 4. 同步调相机与电容器各自的优缺点？同步调相机与电容器各自的优缺点？ 5. 调压方式和手段及适用场合。调压方式和手段及适用场合。 6. 中枢点及其电压允许范围。

2、中枢点及其电压允许范围。 3/53 8.1 8.1 电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡 1) 1) 无功功率平衡无功功率平衡分层分区、就地平衡分层分区、就地平衡 运行电压水平：取决于无功功率平衡运行电压水平：取决于无功功率平衡 )()()( LossLDG tQtQtQ n无功电源无功电源发电机、调相机、电容器、静止补偿器发电机、调相机、电容器、静止补偿器 n无功负荷无功负荷主要是异步电动机主要是异步电动机 n无功损耗无功损耗变压器、线路变压器、线路 4/53 8.1 8.1 电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡 2) 2) 无功电源无功电源发电机发电机 调节励磁改变无功 Q

3、 P N I N U dN jxI qN E OO A B C D E 励磁电流限制 定子电流限制 原动机功率限制 并列运行稳定限制 5/53 8.1 8.1 电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡 2) 2) 无功电源无功电源调相机调相机 l相当于相当于空载空载运行的运行的同步同步发电发电机机。 l 平滑平滑调节无功。调节无功。过过励磁运行，励磁运行，发出发出感性无功；感性无功； 欠欠励磁运行，励磁运行，吸收吸收感性无功。感性无功。 l欠励磁容量为额定的欠励磁容量为额定的50506565。 l旋转机械，运行旋转机械，运行维护复杂维护复杂；费用高；有功；费用高；有功损耗大损耗大 ( (1

4、.51.5%5%)5%)。 l宜于大容量宜于大容量集中使用集中使用。 连续、快速、范围大 昂贵、麻烦、不灵活 6/53 8.1 8.1 电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡 2) 2) 无功电源无功电源静电电容器静电电容器 CC XVQ/ 2 l电电压压下下降降，输出，输出减少减少，不利于调，不利于调压；压； l不能连续平滑调节无功。不能连续平滑调节无功。只发出只发出感性无感性无功；功； l无旋转机械，运行无旋转机械，运行维护维护方便；费用低；有功方便；费用低；有功损耗损耗 小小(0.3%0.5%)； l装设容量可大可小，可集中补偿也可就地装设容量可大可小，可集中补偿也可就地补偿；补偿

5、； 经济、方便、灵活 离散、慢速、范围小 7/53 8.1 8.1 电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡 2) 2) 无功电源无功电源静止补偿器静止补偿器 n可可快速快速、平滑平滑调节无功、可调节无功、可容容性可性可感感性，能满足性，能满足 动态无功补偿需要；动态无功补偿需要； n与与调相机比，运行维护方便；费用低；有功损耗调相机比，运行维护方便；费用低；有功损耗 小。小。 8/53 8.1 8.1 电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡 2) 2) 无功电源无功电源静止补偿器静止补偿器 n晶闸管控制电抗器型晶闸管控制电抗器型 L 控制电流 C c L 9/53 8.1 8.1

6、电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡 2) 2) 无功电源无功电源静止补偿器静止补偿器 n可控饱和电抗器型可控饱和电抗器型 dc w dc I ac w L C c L 10/53 8.1 8.1 电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡 2) 2) 无功电源无功电源静止补偿器静止补偿器 n自控饱和电抗器型自控饱和电抗器型 L C c L 11/53 8.1 8.1 电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡 2) 2) 无功电源无功电源静止补偿器静止补偿器 n晶闸管晶闸管控制控制和晶闸管和晶闸管投切投切电容器电容器组合型组合型 L C c L C 12/53 8.1 8.1 电

7、力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡 3) 3) 无功负荷无功负荷异步电动机异步电动机 XI X V QQQ m mM 2 2 励磁损耗励磁损耗 漏磁损耗漏磁损耗 13/53 8.1 8.1 电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡 4) 4) 无功损耗无功损耗变压器变压器 TTTT XIBVQQQ 22 0 励磁损耗励磁损耗 漏抗损耗漏抗损耗 14/53 8.1 8.1 电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡 4) 4) 无功损耗无功损耗线路线路 )( 2 2 2 2 1 2 VV B XIQQQ BXL 电抗损耗电抗损耗 充电功率充电功率 15/53 8.2 8.2 电压调

8、整的概念电压调整的概念 1) 1) 电压偏移电压偏移 n35kV及以上供电电压正、负偏移的绝对值之和及以上供电电压正、负偏移的绝对值之和 不大于不大于10；同方向偏移，最大值不超过；同方向偏移，最大值不超过10。 n10kV及以下允许偏移为及以下允许偏移为7。 n220V单相供电电压偏移为单相供电电压偏移为7和和10。 V V V N N (%) 电压偏移 16/53 8.2 8.2 电压调整的概念电压调整的概念 2) 2) 中枢点和监测点中枢点和监测点 n电压中枢点：电力系统中重要的电压中枢点：电力系统中重要的电压支撑节点电压支撑节点。 n电压监测点：电压监测点：监测监测电力系统电压值和电力

9、系统电压值和考核考核电压质电压质 量的量的节点节点 n中枢点一定监测，监测点不一定是中枢点。中枢点一定监测，监测点不一定是中枢点。 17/53 8.2 8.2 电压调整的概念电压调整的概念 3) 3) 中枢点中枢点电压与负荷点电压的关系电压与负荷点电压的关系 O i j Si t 816240 Uoi t 816240 0.04UN 0.1UN 要求：要求：(0.951.05)UN Uo = (0.951.05)UN + 0.04UN =(0.991.09)UN (08)h Uo = (0.951.05)UN + 0.1UN =(1.051.15)UN (824)h 18/53 8.2 8.2

10、 电压调整的概念电压调整的概念 3) 3) 中枢点中枢点电压与负荷点电压的关系电压与负荷点电压的关系 Sj t 816240 Uoj t 816240 0.01UN 0.03UN Uo = (0.951.05)UN + 0.01UN =(0.961.06)UN (016)h Uo = (0.951.05)UN + 0.03UN =(0.981.08)UN (1624)h 19/53 8.2 8.2 电压调整的概念电压调整的概念 3) 3) 中枢点中枢点电压与负荷点电压的关系电压与负荷点电压的关系 Uo t 816240 0.96UN UN 0.98UN 0.99UN 1.05UN 1.08UN

11、 1.06UN 1.09UN 1.15UN Uo =(0.961.06)UN(016)h Uo =(0.981.08)UN(1624)h Uo =(0.991.09)UN(08)h Uo =(1.051.15)UN(824)h 20/53 8.3 8.3 电压调整的方式电压调整的方式 1) 1) 中枢点电压调整方式中枢点电压调整方式 n顺调压顺调压供电线路供电线路不长不长，负荷，负荷变动不大变动不大 小负荷大负荷 U t 1.075VN 1.025VN O i j O UOO UOi UOj UOO小， UO高UOO大， UO低 21/53 8.3 8.3 电压调整的方式电压调整的方式 1)

12、1) 中枢点电压调整方式中枢点电压调整方式 n逆调压供电线路较长、负荷变动较大逆调压供电线路较长、负荷变动较大 U t 1.05VN VN 小负荷大负荷 O i j O UOO UOi UOj UO高 UO低 22/53 8.3 8.3 电压调整的方式电压调整的方式 1) 1) 中枢点电压调整方式中枢点电压调整方式 n恒调压恒调压介于介于“逆调压逆调压”和和“顺调压顺调压”之间之间 t V 1.021.05VN 小负荷大负荷 23/53 8.3 8.3 电压调整的方式电压调整的方式 2) 2) 电压中枢点设置原则电压中枢点设置原则 n区域性区域性水、火水、火电厂电厂的高压母线的高压母线 n分区

13、分区选择母线选择母线短路容量较大短路容量较大的的220kV变电所母线变电所母线 n有有大量地方负荷大量地方负荷的发的发电厂电厂母线母线 24/53 8.4 8.4 电压调整的方法电压调整的方法 n发电机发电机调压：改变励磁电流调压：改变励磁电流 n改变改变变压器变压器变比调压变比调压 n利用利用无功无功功率功率补偿补偿调压：电容器调压：电容器/调相机调相机/静止补静止补 偿器偿器 n改变输电改变输电线路线路的的参数参数调压：串联补偿调压：串联补偿 N U QXPR U 25/53 8.4 8.4 电压调整的方法电压调整的方法 l改变改变变压器变比调变压器变比调压压 UUU 12 GT2 2 T

14、1 L 1 2 1 2 k : 1 2 2 /UUk 2N1jt /UUk 2N 2 1 1jt U U UU U 不变 电压为什么降？电压为什么降？ 2 2 2N 1jt U U U U 26/53 8.4 8.4 电压调整的方法电压调整的方法 l改变改变变压器变比调变压器变比调压压 最大负荷时最大负荷时 2N max2 maxmax1 max1jt U U UU U 最小负荷时最小负荷时 2N min2 minmin1 min1jt U U UU U 2/ )( min1jtmax1jt1jt UUU 2 1 2 k : 1 2 2 2N 1jt U U U U 27/53 8.4 8.4

15、 电压调整的方法电压调整的方法 某降压变电所的变压器的变比为 11022.5%/10.5kV，阻抗为2.44+j40，最大负荷 为28+j14MVA，高压侧电压为113kV，最小负荷为 20+j6MVA，高压侧电压为115kV；低压侧母线电压 允许变压范围为1011kV。求变压器的分接头位置。 例1 GT 21 28/53 8.4 8.4 电压调整的方法电压调整的方法 解 1) 最大负荷时，变压器 二次侧电压折算到高压 值是 kV5 .107 113 401444. 228 113 max2 U 2) 最小负荷时，变压器二次侧电压折算 到高压值是 kV7 .112 115 40644. 220

16、 115 min2 U 2 1 2 k : 1 29/53 8.4 8.4 电压调整的方法电压调整的方法 解 3) 最大负荷时，变压器分接头 kV88.1125 .10 10 5 .107 max1jt U 4) 最小负荷时，变压器分接头 kV57.1075 .10 11 7 .112 min1jt U kV22.1102/ )57.10788.112(2/ )( min1jtmax1jt1jt UUU 5) 变压器分接头取值 变压器分接头取值110kV 2 2 2N 1jt U U U U 30/53 8.4 8.4 电压调整的方法电压调整的方法 解 6) 校验最大负荷和最小负荷的变压器二

17、次侧电压 kV29.10 110 5 .10 5 .107 max2 U 电压合格 kV76.10 110 5 .10 7 .112 min2 U 2 2 2N 1jt U U U U 31/53 8.4 8.4 电压调整的方法电压调整的方法 调压绕组 切换装置 出线 ka kb k1 k2 低 压 绕 组 高 压 绕 组 有载调压变压器原理 32/53 8.4 8.4 电压调整的方法电压调整的方法 5.3.5 合理使用合理使用调压方法方法 l无功无功不足不足，增加无功电源，优先采用电容器或，增加无功电源，优先采用电容器或 静止补偿器。采用变压器调压只能改善局部地静止补偿器。采用变压器调压只能

18、改善局部地 区的电压，造成无功进一步不平衡，引起电压区的电压，造成无功进一步不平衡，引起电压 崩溃。崩溃。 l无功分配无功分配不合理不合理，采用变压器调压。，采用变压器调压。 33/53 第第9 9章章 电力系统的有功平衡和频率调整电力系统的有功平衡和频率调整 一电力系统的有功功率平衡一电力系统的有功功率平衡 二频率调整的概念二频率调整的概念 三三. . 频率调整的方式频率调整的方式 34/53 思考题思考题 1. 频率与功率的关系。频率与功率的关系。 2. 发电机的功频特性。发电机的功频特性。 3. 负荷的频率调节效应。负荷的频率调节效应。 4. 频率的一次、二次调整。频率的一次、二次调整。

19、 35/53 9.1 9.1 电力系统的有功功率平衡电力系统的有功功率平衡 1) 1) 有功功率平衡有功功率平衡 运行运行频率高低频率高低：取决于：取决于有功有功功率功率平衡平衡 )()()( LossLDG tPtPtP 36/53 9.1 9.1 电力系统的有功功率平衡电力系统的有功功率平衡 2) 2) 有功负荷的特点有功负荷的特点 nP1：周期：周期短短，变动，变动幅度小幅度小， 偶然偶然性性 nP2：周期：周期较长较长，变动幅度，变动幅度 较大较大，大的冲击负荷。电，大的冲击负荷。电 炉、延压机、电气机车、炉、延压机、电气机车、 工业大电机工业大电机 nP3：周期：周期最长最长，变动幅

20、度，变动幅度 最大最大。 t P P1 P2 P3 37/53 9.1 9.1 电力系统的有功功率平衡电力系统的有功功率平衡 3) 3) 有功发电计划有功发电计划 n机组组合机组组合 n经济调度：经济调度： 等耗量微增率准则等耗量微增率准则 网损修正网损修正 38/53 9.1 9.1 电力系统的有功功率平衡电力系统的有功功率平衡 4) 4) 有功发电计划的一般原则有功发电计划的一般原则 n尽量避免弃水尽量避免弃水 n降低火电煤耗降低火电煤耗 n增加燃用劣质煤、当地煤，减少烧油增加燃用劣质煤、当地煤，减少烧油 n核电承担基荷核电承担基荷 39/53 9.1 9.1 电力系统的有功功率平衡电力系

21、统的有功功率平衡 4) 4) 有功发电计划的一般原则有功发电计划的一般原则 枯水期枯水期丰水期丰水期 无调节水电厂和其他强迫功率水电厂和热电厂的强迫功率 核电厂 核电厂 燃烧劣质和当地燃料火电厂 燃烧劣质和当地燃料火电厂 热电厂可调功率 热电厂可调功率 高温高压火电厂高温高压火电厂 中温中压火电厂 水电厂可调功率 中温中压火电厂 40/53 9.2 9.2 频率调整的概念频率调整的概念 1) 1) 频率偏差频率偏差 n额定频率额定频率50Hz； n频率偏差范围为频率偏差范围为0.20.5Hz。 41/53 9.2 9.2 频率调整的概念频率调整的概念 2) 2) 发电机发电机的的功频静特性功频

22、静特性 f* PG* 1 1 *G * * P f R 发电机组的调差系数100% N N0 f ff R * *G * * 1 f P R KG 功频静特性系数 42/53 9.2 9.2 频率调整的概念频率调整的概念 3) 3) 负荷负荷的的功频静特性功频静特性 f PLD fN PLN n nLD fafaaP *10* f P K l l 负荷的单位调节功率 * * * f P K l l N N l l P f K N N / / ff PP ll 43/53 9.3 9.3 频率调整的方式频率调整的方式 1) 1) 调频方式调频方式 l一次一次调频调频有差有差调节调节 针对负荷中P

23、1变化引起频率变化的调整 调整手段：调速器系统 l二次二次调频调频无差无差调节调节 针对负荷中P2变化引起频率变化的调整 调整手段：在发电机组上装设调频器系统/AGC l三次三次调频调频无差无差调节调节 针对负荷中P3变化引起频率变化的调整 调整手段：机组组合/经济调度 44/53 9.3 9.3 频率调整的方式频率调整的方式 根据发电机组和负荷的功频静特性 调整手段：调速器系统 2) 2) 一次调频一次调频 l P fKfKP Gll 0 l m i GiS KKK 1 fKfKKP SlGl )( 0 f P f1 P1P2 G P 0l P f2 系统的单位调系统的单位调 节系数节系数

24、45/53 9.3 9.3 频率调整的方式频率调整的方式 根据发电机组和负荷的功频静特性 调整手段：调速器和调频器 3) 3) 二次调频二次调频 fKfKKPP SlGGl )( 00 f P f1 P1P2 G P 0l P l P f2 系统的单位调节系数系统的单位调节系数 发电机二次调频发电机二次调频 增发量增发量PG0 f3 lGGl PPPP 00 fKfKPP lGGl 00 P3 46/53 9.3 9.3 频率调整的方式频率调整的方式 4) 4) 调频厂选择调频厂选择 n具有足够的容量具有足够的容量 n具有较快的调整速度具有较快的调整速度 n调整范围内的经济性要好调整范围内的经

25、济性要好 n主调频厂主调频厂+辅调频厂辅调频厂 n一般为系统中容量较大的水电厂一般为系统中容量较大的水电厂 nAGC 47/53 9.3 9.3 频率调整的方式频率调整的方式 两系统由联络线连接为一联合系统。正常运行 时，联络线上无交换功率。两系统的容量分别为 1500MW和1000MW；单位调节功率(以各自系统容 量为基准)分别 KGA* = 25，KlA* = 1.5，KGB* = 20，KlB* = 1.3。设A系统负荷增加100MW，计算下列情况下 的频率和联络线的交换功率：(1) 两系统机组都参加 一次调频；(2) 两系统机组都不参加一次调频；(3) B 系统机组不参加一次调频； (4) A系统机组不参加一 次调频。 例1 PAB 48/53 9.3 9.3 频率调整的方式频率调整的方式 解 MW/Hz750 50 1500 25 * N GAN GAGA f P KK 单位调节功率的有名值 MW/Hz45 50 1500 5 . 1 * N GAN lAlA f P KK MW/Hz400 50 1000 20 * N GBN GBGB f P KK MW/Hz26 50 1000 3 . 1 * N GBN lBlB f P KK 0 lBGBGA PPPMW100 lA PMW100 A P0 B P 49/53 9.3 9.3 频率调整的方式频率调整的方式 (