华中科技大学-电气工程基础课件(熊银信)-第9章-现代电力系统的运行

1、HUST_CEEEu第一节第一节 电力系统有功功率与频率的调整电力系统有功功率与频率的调整 u第二节第二节 电力系统无功功率与电压的调整电力系统无功功率与电压的调整 u第三节第三节 电力网运行的经济性电力网运行的经济性u第四节第四节 电力系统运行的稳定性电力系统运行的稳定性第九章第九章 现代电力系统的运行现代电力系统的运行HUST_CEEE第一节第一节 电力系统有功功率与频率的调整电力系统有功功率与频率的调整u一、一、电力系统的有功功率平电力系统的有功功率平衡衡u二、二、电力系统有功功率的分电力系统有功功率的分配配u三、三、电力系统电力系统 的频率调整的频率调整HUST_CEEE有功功率的平衡

2、有功功率的平衡 ：11nnG iLiiiPPP 2、有功功率电源和备用容量、有功功率电源和备用容量总装机容量总装机容量：所有发电机的额定容量之和所有发电机的额定容量之和 有功电源容量有功电源容量：系统中可投入发电设备的总容量之和：系统中可投入发电设备的总容量之和 备用容量备用容量：系统的电源容量大于发电负荷的部分系统的电源容量大于发电负荷的部分 为保证供电可靠性和电能质量、以及有功功率的经济分配，发电厂必为保证供电可靠性和电能质量、以及有功功率的经济分配，发电厂必须有足够的备用容量。一般要求备用容量达最大发电负荷的须有足够的备用容量。一般要求备用容量达最大发电负荷的15%30%1有功功率负荷有

3、功功率负荷 ：负荷变动幅度小，周期又很短负荷变动幅度小，周期又很短(如如P1)，这种负，这种负荷的变动具有很大的偶然性；荷的变动具有很大的偶然性；负荷变动幅度较大，周期也较长（如负荷变动幅度较大，周期也较长（如P2）工业）工业中大电机、电炉、延压机、电气机车等用户的中大电机、电炉、延压机、电气机车等用户的开停，它们具有一定的冲击性；开停，它们具有一定的冲击性；负荷变动幅度最大，周期也最长，且变化较缓负荷变动幅度最大，周期也最长，且变化较缓慢（如慢（如P3）人们生产、生活及气象条件的变化）人们生产、生活及气象条件的变化等引起的，这种负荷变化基本上可以预计。等引起的，这种负荷变化基本上可以预计。一

4、、电力系统的有功功率平衡一、电力系统的有功功率平衡HUST_CEEE二、电力系统有功功率的分配二、电力系统有功功率的分配1、有功电源的最优组合、有功电源的最优组合 指系统中发电设备或发指系统中发电设备或发电厂的合理组合，包括机组的电厂的合理组合，包括机组的最优组合顺序，机组的最优组最优组合顺序，机组的最优组合数量和机组的最优开停时间。合数量和机组的最优开停时间。 2、有功负荷在运行机组、有功负荷在运行机组 间的最优分配间的最优分配 指系统的有功负荷在各运指系统的有功负荷在各运行的发电机组或发电厂间的合行的发电机组或发电厂间的合理分配。理分配。3、分配原则：、分配原则： 充分合理利用水利资源，尽

5、量避免弃水；最大限度地降低火电厂煤耗，充分合理利用水利资源，尽量避免弃水；最大限度地降低火电厂煤耗，并充分发挥高效机组的作用；降低火力发电的成本，执行国家的有关燃并充分发挥高效机组的作用；降低火力发电的成本，执行国家的有关燃料政策，减少烧油，增加燃用劣质煤、当地煤。料政策，减少烧油，增加燃用劣质煤、当地煤。HUST_CEEE三、电力系统的频率调整三、电力系统的频率调整1、频率调整的必要性、频率调整的必要性 频率是衡量电能质量的指标之一，频率质量频率是衡量电能质量的指标之一，频率质量下降的危害：下降的危害： 异步电动机的转速与输出功率；异步电动机的转速与输出功率； 各种电气设备均按额定频率设计；

6、各种电气设备均按额定频率设计； 频率降低，无功损耗增加，无功平衡和电频率降低，无功损耗增加，无功平衡和电压调整变得困难。压调整变得困难。2、电力系统的频率特性、电力系统的频率特性v 电源有功功率的静态频率特性电源有功功率的静态频率特性 电源有功功率静态频率特性：发电机组的原电源有功功率静态频率特性：发电机组的原动机机械功率与角速度或频率的关系动机机械功率与角速度或频率的关系 无调速系统无调速系统时：时：Pm=C1C22=C1fC2f 2 有调速系统有调速系统时：原动机的静态频特性成为一时：原动机的静态频特性成为一族曲线。此时发电机输出功率与频率关系的曲族曲线。此时发电机输出功率与频率关系的曲线

7、近似地用直线表示，称为发电机组的功率一线近似地用直线表示，称为发电机组的功率一频率静态特性。频率静态特性。HUST_CEEEv 电力系统负荷的静态频率特性电力系统负荷的静态频率特性负荷模型中，负荷与频率的关系可用多项式表示：负荷模型中，负荷与频率的关系可用多项式表示：nNLDNnNLDNNLDNLDNLDffPaffPaffPaPaP22103、电力系统的频率调整、电力系统的频率调整v 频率的一次调整频率的一次调整调节过程调节过程 PLD= KL f PG = - KG f PL D 0 + KLf = -KGf PLD0= -(KG+KL)f = -KSf 定义定义KS=KG+KL为系统的单

8、位调节功率为系统的单位调节功率 KS=KG + KL = -PLD0/f系统中有系统中有n台机组，只有台机组，只有m台机组参与台机组参与一次调整单位调节功率为：一次调整单位调节功率为：miLGiSKKK1HUST_CEEEv 频率的二次调整频率的二次调整 选定系统中的一个或几个电厂担负二次调频任务，担负选定系统中的一个或几个电厂担负二次调频任务，担负二次调频任务的电厂称为调频厂。二次调频任务的电厂称为调频厂。 调频厂的条件调频厂的条件： 具有足够的容量；具有足够的容量； 具有较快的调整速度；具有较快的调整速度； 调整范围内的经济性要好。调整范围内的经济性要好。 火电厂受锅炉技术最小负荷的限制，

9、可调容量仅为火电厂受锅炉技术最小负荷的限制，可调容量仅为其额定容量的其额定容量的30%75% 水电厂的调整容量大于火电厂，水电厂的调整速度水电厂的调整容量大于火电厂，水电厂的调整速度较快，且适宜承担急剧变动的负荷。较快，且适宜承担急剧变动的负荷。 一般应选择系统中容量较大的水电厂作为调频厂一般应选择系统中容量较大的水电厂作为调频厂。若水电厂调节容量不足或无水电厂时，可选中温中若水电厂调节容量不足或无水电厂时，可选中温中压火电厂作为调频厂。压火电厂作为调频厂。HUST_CEEE第二节第二节 电力系统无功功率与电压的调整电力系统无功功率与电压的调整u一、一、电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率

10、平衡u二、二、中枢点的电压管理中枢点的电压管理u三、三、电力系统的调压措施电力系统的调压措施v 无功功率与电压的关系无功功率与电压的关系HUST_CEEE一、电力系统的无功平衡一、电力系统的无功平衡1. 无功电源：无功电源：包括包括发电机、同步调相机、静电电容器发电机、同步调相机、静电电容器及静止补偿器及静止补偿器等。等。v发电机：发电机：额定状态下发出的无功功率：额定状态下发出的无功功率： QGN=SGNsinN=PGNtgN 非额定功率因素非额定功率因素有功与无功的关系有功与无功的关系： OA代表发电机额定电压代表发电机额定电压 ；AC代表代表在发电机电抗在发电机电抗Xd上引起的电压降，正

11、比于上引起的电压降，正比于定子额定电流，所以亦正比于发电机的额定子额定电流，所以亦正比于发电机的额定视在功率定视在功率SGN；AC在纵坐标和横坐标上在纵坐标和横坐标上的投影分别正比于发电机的额定有功功率的投影分别正比于发电机的额定有功功率PGN和额定无功功率和额定无功功率QGN 。C点表示发电点表示发电机的额定运行点机的额定运行点 ；OC发电机电势，它正发电机电势，它正比于发电机的额定激磁电流。比于发电机的额定激磁电流。u发电机变功率因数运行的发电机变功率因数运行的限制限制：转子电流不能超过额定值转子电流不能超过额定值 BC 定子电流不能超过额定值定子电流不能超过额定值 ECD 汽轮机出力的限

12、制汽轮机出力的限制 HC u故故实际运行轨迹实际运行轨迹：HCBHUST_CEEE分析分析： 当运行于当运行于HC，发电机发出的无功功率低，发电机发出的无功功率低于额定运行情况下的无功输出。于额定运行情况下的无功输出。 运行于运行于BC段时，在降低功率因数、减少段时，在降低功率因数、减少有功输出的情况下，可多发无功功率。有功输出的情况下，可多发无功功率。u 只有在额定电压、额定电流和额定只有在额定电压、额定电流和额定功率因数功率因数(即即C点点)下运行时，发电机的视下运行时，发电机的视在功率才能达到额定值，其容量也利用在功率才能达到额定值，其容量也利用得最充分。得最充分。 发电机无功输出与电压

13、的关系：发电机无功输出与电压的关系：XUPXEUQXUXEUUIQIXUEXEUUIPXIE2222cossinsincossincoscossinHUST_CEEEv同步调相机：同步调相机： 相当于空载运行的同步电动机，在相当于空载运行的同步电动机，在过励磁过励磁运行时，同步调相机向运行时，同步调相机向系统系统输送无功功率输送无功功率，欠励欠励磁运行时，它从系统磁运行时，它从系统吸收无功功率吸收无功功率，无功功，无功功率与电压静特性与发电机相似。率与电压静特性与发电机相似。 调相机与电容器的调相机与电容器的比较比较： 调相机调相机：能平滑调节，具有正的调节效应：能平滑调节，具有正的调节效应

14、，维护复杂，响应，维护复杂，响应慢，损耗大慢，损耗大 电容器电容器：成组地投入切除：成组地投入切除,具有负的调节效应，维护简单，响具有负的调节效应，维护简单，响应快，损耗小应快，损耗小 v电容器：电容器： 无功功率与电压静特性关系：无功功率与电压静特性关系：CCXUQ2v静止无功补偿器：静止无功补偿器： 由晶闸管控制的可调电抗器与电容器并联组成，既可发出无功功由晶闸管控制的可调电抗器与电容器并联组成，既可发出无功功率，又可吸收无功功率，且调节平滑，安全，经济，维护方便。率，又可吸收无功功率，且调节平滑，安全，经济，维护方便。HUST_CEEEv 无功负荷：无功负荷：电力系统的无功负荷与电力系统

15、的无功负荷与电压的静态特性主要由电压的静态特性主要由异步电动机异步电动机决定。决定。u异步电动机的无功消耗异步电动机的无功消耗 ：Qm 异步电动机的激磁功率，它与施加于异步异步电动机的激磁功率，它与施加于异步电动机的电压平方成正比。电动机的电压平方成正比。Q 异步电动机漏抗异步电动机漏抗X中的无功损耗，它与负中的无功损耗，它与负荷电流平方成正比。荷电流平方成正比。XIXUQQQmmM222 . 无功负荷和无功损耗无功负荷和无功损耗HUST_CEEEv无功损耗：无功损耗： 网络中的无功损耗包括网络中的无功损耗包括变压器变压器和和输电线路输电线路的损耗。的损耗。变压器变压器的无功功率损耗在系统的无

16、功需求中占有相当的比重：的无功功率损耗在系统的无功需求中占有相当的比重：Q0变压器空载无功损耗，它与所施的电压平方成正比；变压器空载无功损耗，它与所施的电压平方成正比；QT变压器绕组漏抗中的无功损耗，与通过变压器的电流平方成正比。变压器绕组漏抗中的无功损耗，与通过变压器的电流平方成正比。22200(%)(%)100100kTTTTNNIUSQQQU BI XSS 输电线路输电线路无功损耗：无功损耗：QLQXQBu 当线路传输功率较大，电抗中消耗的无功功率大于电容中当线路传输功率较大，电抗中消耗的无功功率大于电容中发出的无功功率时，线路等值为消耗无功；当传输功率较小、发出的无功功率时，线路等值为

17、消耗无功；当传输功率较小、线路运行电压水平较高，电容中产生的无功功率大于电抗中消线路运行电压水平较高，电容中产生的无功功率大于电抗中消耗的无功功率时，线路等值为无功电源。耗的无功功率时，线路等值为无功电源。HUST_CEEEv 无功平衡无功平衡 在电力系统运行的任何时刻，电源发出在电力系统运行的任何时刻，电源发出的无功功率总是等于同时刻系统负荷和网的无功功率总是等于同时刻系统负荷和网络的无功损耗之和：络的无功损耗之和： QGC(t)QLD(t)Q(t) 3.无功功率的平衡与运行电压水平无功功率的平衡与运行电压水平v 无功功率与运行电压水平无功功率与运行电压水平 为保证系统电压质量，在进行规划设

18、计和运行时，需制订无功功为保证系统电压质量，在进行规划设计和运行时，需制订无功功率的供需平衡关系，并保证系统有一定的备用容量。率的供需平衡关系，并保证系统有一定的备用容量。 无功备用容量一般为无功负荷的无功备用容量一般为无功负荷的7%8% v 无功功率的就地平衡无功功率的就地平衡 无功电源不足时，应增设无功补偿装置。无功补偿装置应尽可能无功电源不足时，应增设无功补偿装置。无功补偿装置应尽可能装在负荷中心，以做到无功功率的就地平衡，减少无功功率在网络装在负荷中心，以做到无功功率的就地平衡，减少无功功率在网络中传输而引起的网络功率损耗和电压损耗中传输而引起的网络功率损耗和电压损耗 HUST_CEE

19、E二、中枢点的电压管理二、中枢点的电压管理中枢点中枢点指反映系统电压水平的主要发电厂或枢指反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电站的母线，系统中大部分负荷由这些节点纽变电站的母线，系统中大部分负荷由这些节点供电。根据负荷对电压的要求及电压损耗的实际供电。根据负荷对电压的要求及电压损耗的实际情况，确定中枢点的电压允许调整范围（负荷点情况，确定中枢点的电压允许调整范围（负荷点电压电压UA和和UB的允许变化范围均为的允许变化范围均为(0.951.05)UN ）。）。满足负荷节点满足负荷节点A的调压要求：的调压要求： 08时：时：U(A)=UA+UA=(0.951.05)UN+0.04UN=(0.99

20、1.09)UN 824时：时：U(A)=UA+UA=(0.951.05)UN+0.1UN=(1.051.15)UN 满足负荷节点满足负荷节点B的调压要求的调压要求 016时：时：U(B)=UB+UB=(0.961.06)UN 1624时：时：U(B)=UB+UB=(0.981.08)UN综合考虑，综合考虑，中枢点中枢点O的调压要求：的调压要求： 08 时：时：UO = (0.991.06)UN 816时：时： UO = (1.051.06)UN 1624时：时： UO = (1.051.08)UN HUST_CEEEv调压方式调压方式 逆调压逆调压：u大负荷时大负荷时，电压损耗大，将中枢点的电

21、压适当升高，电压损耗大，将中枢点的电压适当升高些些(比线路额定电压高比线路额定电压高5%)，小负荷时小负荷时将中枢点电压适将中枢点电压适当降低当降低(取线路的额定电压取线路的额定电压)。u适合于供电适合于供电线路较长，负荷变动较大线路较长，负荷变动较大的中枢点。的中枢点。 顺调压顺调压：u在大负荷时在大负荷时允许中枢点电压不低于线路额定电压的允许中枢点电压不低于线路额定电压的102.5%，小负荷时小负荷时不高于线路额定电压不高于线路额定电压107.5%。 适合于供电适合于供电线路不长，负荷变动不大线路不长，负荷变动不大的中枢点。的中枢点。 常调压常调压：u即在任何负荷下都保持中枢点电压为线路额

22、定电压即在任何负荷下都保持中枢点电压为线路额定电压的的102%105%HUST_CEEE三、电力系统的调压措施三、电力系统的调压措施2121/ )(KUQXPRKUKUKUUGGbv调压的原理调压的原理u发电机通过升压变压器、线路和降压变压器向用户供电，要求调发电机通过升压变压器、线路和降压变压器向用户供电，要求调整负荷节点整负荷节点b的电压的电压Ub。略去略去线路的电容充电功率和变压器的激磁功线路的电容充电功率和变压器的激磁功率，率，忽略忽略串联支路的功率损耗，变压器的参数均已归算到高压侧。串联支路的功率损耗，变压器的参数均已归算到高压侧。 b点的电压点的电压 ：v调压的措施调压的措施 改变

23、发电机端电压改变发电机端电压UG改变变压器变比改变变压器变比K增设无功补偿装置增设无功补偿装置改变输电线路的参数改变输电线路的参数 v调压措施调压措施1：发电机调压：发电机调压在负荷增大时，损耗增加，用户端电压降低，这时增加发电机励磁在负荷增大时，损耗增加，用户端电压降低，这时增加发电机励磁电流，提高发电机的端电压；在负荷减小时，损耗减少，用户端电压电流，提高发电机的端电压；在负荷减小时，损耗减少，用户端电压升高，这时减少发电机励磁电流，降低发电机的端电压。升高，这时减少发电机励磁电流，降低发电机的端电压。发电机运行电压的变化范围在发电机额定电压的发电机运行电压的变化范围在发电机额定电压的+5

24、%以内。以内。HUST_CEEEv调压措施调压措施2：u改变变压器变比调压改变变压器变比调压归算到高压侧的变压器电压损耗：归算到高压侧的变压器电压损耗：若低压侧要求的电压为若低压侧要求的电压为U2，则：，则： 式中，变压器变比式中，变压器变比KT =U1t /U2N确定分接头电压：确定分接头电压：1UQXPRUTTTTTKUUU12NTtUUUUU2211 按两种极端情况按两种极端情况(变压器通过变压器通过最大负荷和最小负荷的情况最大负荷和最小负荷的情况)下下的调压要求计算。的调压要求计算。通过通过Smax时要求的分接头电压：时要求的分接头电压： U1tmax=(U1maxUmax)U2N/U

25、2max通过通过Smin时要求的分接头电压：时要求的分接头电压： U1tmin=(U1minUmin)U2N/U2min考虑到在最大和最小负荷时变压考虑到在最大和最小负荷时变压器要用同一分接头，故器要用同一分接头，故取取U1max和和 U1 t m i n的 算 术 平 均 值 ：的 算 术 平 均 值 ： 再根据再根据U1t av值选择一个与它最接值选择一个与它最接近的变压器标准分接头电压校验近的变压器标准分接头电压校验所选的分接头在最大负荷和最小所选的分接头在最大负荷和最小负荷时变压器低压母线上的实际负荷时变压器低压母线上的实际电压是否符合调压要求。电压是否符合调压要求。)(21min1m

26、ax11tttavUUUU1PjQU2RTjXTHUST_CEEEu 例例9-1： 其降压变电所有一台变比其降压变电所有一台变比KT=(110+22.5%)/11的变压器，归算到高压侧的的变压器，归算到高压侧的变压器阻抗为变压器阻抗为ZT=(2.44+j40)，最大负荷时进入变压器的功率为，最大负荷时进入变压器的功率为Smax=(28+j14)MVA，最小负荷时为最小负荷时为Smin=(10+j6)MVA。最大负荷时，高压侧母线电压为。最大负荷时，高压侧母线电压为113kV，最小负荷，最小负荷时为时为115kV，低压侧母线电压允许变化范围为，低压侧母线电压允许变化范围为1011kV，试选择变压

27、器分接头。，试选择变压器分接头。kVkVUXQRPUkVkVUXQRPUTTTT3 . 211540644. 21056. 5113401444. 228min1minminminmax1maxmaxmaxkVkVUUUUUkVkVUUUUUNtNt7 .11211113 . 21152 .11811106 . 51132min2minmin1min12max2maxmax1max1解：解：1. 最大负荷及最小负荷时变压最大负荷及最小负荷时变压器的电压损耗为器的电压损耗为 ：2. 按最大和最小负荷情况选变压器按最大和最小负荷情况选变压器的分接头电压的分接头电压 ：5. 按所选分接头校验低压母线

28、按所选分接头校验低压母线的实际电压：的实际电压： kVkVkVUkVkVkVU1173.10115 .1153 . 21151023.10115 .1156 . 5113min2max2未超出允许电压范围未超出允许电压范围1011kV，所选分接头能满足调压要求所选分接头能满足调压要求 。v升压变压器的分接头选择：升压变压器的分接头选择： 与上述降压变压器的选择方与上述降压变压器的选择方法基本相同。但在通常的运行法基本相同。但在通常的运行方式下，升压变压器的功率方方式下，升压变压器的功率方向与降压变压器相反，是从低向与降压变压器相反，是从低压侧流各高压侧的。故压侧流各高压侧的。故电压损电压损耗项

29、耗项UT前的符号应前的符号应相反相反 。3. 取平均值：取平均值： U1tav(U1tmax U1tmin)/2 (118.2112.7)/2115.45 kV4. 选择最接近的分接头电压选择最接近的分接头电压115.5kV，即即110+5%分接头。分接头。HUST_CEEE通过在负荷侧安装通过在负荷侧安装同步调相机同步调相机、并联电容器并联电容器或或静止补偿器静止补偿器，以减少，以减少通过网络传输的无功功率，降低网通过网络传输的无功功率，降低网络的电压损耗。络的电压损耗。v 调压措施调压措施3: 利用无功功率补偿调压利用无功功率补偿调压 在未装补偿装置时，电力网在未装补偿装置时，电力网首端电

30、压：首端电压： 在负荷侧装设容量为在负荷侧装设容量为QC的无的无功补偿装置后，电力网的首功补偿装置后，电力网的首端电压：端电压： 若首端电压若首端电压U1保持不变，则：保持不变，则：221UQXPRUUCCCUXQQPRUU221)(CCCUXQQPRUUQXPRU2222)( 补偿容量为：补偿容量为： 简化：简化： 如变压器变比为如变压器变比为KT，则：，则： 式中，式中，U2C变压器低压侧实际变压器低压侧实际要求的电压值。要求的电压值。)(22222UQXPRUQXPRUUXUQCCCC)(222UUXUQCCC)(2222TCCTCKUUXUKQHUST_CEEEu1. 电力电容器容量的

31、选择电力电容器容量的选择 在最小负荷时将电容器全部切除在最小负荷时将电容器全部切除 在最大负荷时全部投入运行方式在最大负荷时全部投入运行方式 同时配合变压器变比的选择同时配合变压器变比的选择 按在最小负荷时不补偿按在最小负荷时不补偿(即电容器即电容器不投入不投入)来确定变压器分接头来确定变压器分接头式中，式中，U2min、U2min最小负荷时变压最小负荷时变压器低压母线归算到高压侧的电压和低器低压母线归算到高压侧的电压和低压母线要求的电压值。压母线要求的电压值。 按最大负荷时的调压要求计算无按最大负荷时的调压要求计算无功补偿容量功补偿容量 式中，式中，U2max、U2Cmax最大负荷时变压最大

32、负荷时变压器低压母线归算到高压侧的电压值和器低压母线归算到高压侧的电压值和低压母线要求的电压值。低压母线要求的电压值。NtUUUU2min2min212max2max2max2)(TTCCCKKUUXUQu2. 同步调相机容量的选择同步调相机容量的选择 考虑在最大负荷时同步调相机满考虑在最大负荷时同步调相机满发无功：发无功： 在最小负荷时同步调相机吸收无在最小负荷时同步调相机吸收无功功率，考虑到同步调相机通常功功率，考虑到同步调相机通常设计在只能吸收设计在只能吸收(0.50.6)QCN的无的无功功率功功率 两式相除可解出变比两式相除可解出变比KT，选择与，选择与KT值最接近的变压器高压绕组分值

33、最接近的变压器高压绕组分接头电压，即确定了变压器实际接头电压，即确定了变压器实际变比。变比。 再将实际变比代入以上两式中任再将实际变比代入以上两式中任一式即可求出为满足调压要求所一式即可求出为满足调压要求所需的调相机容量需的调相机容量QCN。2max2max2max2)(TTCCCNKKUUXUQ2min2min2min2CN)()6 . 05 . 0(TTCCKKUUXUQHUST_CEEEu例例9-2：电力网如图电力网如图9-16所示，归算到高压侧的线所示，归算到高压侧的线路和变压器阻抗为路和变压器阻抗为Z=(6+j120)。供电点提供的最。供电点提供的最大负荷大负荷Smax=(20+j1

34、5)MVA，最小负荷，最小负荷Smax=(10+j8) MVA，降压变低压侧母线电压要求保持为，降压变低压侧母线电压要求保持为10.5kV。若若U1保持为保持为110kV不变，试配合变压器分接头选择，不变，试配合变压器分接头选择，确定用电容器无功补偿容量。确定用电容器无功补偿容量。解：解：1. 计算未补偿时最大及最小负荷时变计算未补偿时最大及最小负荷时变电所低压母线归算到高压侧的电压电所低压母线归算到高压侧的电压 2. 最小负荷时，将电容器全部切除，最小负荷时，将电容器全部切除，选择分接头电压选择分接头电压3. 选最接近的分接头选最接近的分接头104.5kV，即，即 1105%的分接头，则的分

35、接头，则kVkVUUUkVkVUUU7 .100)1101208610110(5 .92)11012015620110(min1min2max1max2kVkVUUUUNt5 .105115 .107 .1002min2min215 . 9115 .104TK4. 按最大负荷时的调压要求，确按最大负荷时的调压要求，确定电容器的容量定电容器的容量 取补偿容量为取补偿容量为6Mvar。5. 验算低压母线实际电压值验算低压母线实际电压值基本满足调压要求。基本满足调压要求。MVA 03. 65 . 9)5 . 95 .925 .10(1205 .10 )(22max2max2max2TTCCCKKUU

36、XUQkV 6 .105 . 91101208610110kV 43.105 . 9110120)615(620110 min1min2max1max2TTCCKUUUKUUUHUST_CEEEv 调压措施调压措施4：改变输电线路参数调压：改变输电线路参数调压 对于对于10kV及以下电压等级的电力及以下电压等级的电力网中电阻比较大的线路，考虑增网中电阻比较大的线路，考虑增大导线截面以减小线路电阻；大导线截面以减小线路电阻； 对于对于35kV及以上电压等级的电力及以上电压等级的电力线路，线路，XR，可以考虑采用串联，可以考虑采用串联电容补偿的方法减小线路电抗。电容补偿的方法减小线路电抗。 在未装

37、设串联电容时，线路的电在未装设串联电容时，线路的电压损耗为：压损耗为： 装设串联电容装设串联电容C(其容抗为其容抗为XC)后，后，线路的电压损耗为：线路的电压损耗为： 111)(UXXQRPUCC111UXQRPUP1jQ1U1-jXCjX 电压提高的数值应是补偿前后电压提高的数值应是补偿前后的电压损耗之差：的电压损耗之差：u故故11UXQUUCC11)(QUUUXCC 串联电容补偿的调压效果与负串联电容补偿的调压效果与负荷的无功功率荷的无功功率Q1成正比，从而成正比，从而与与负荷的功率因数有关负荷的功率因数有关。因此，串。因此，串联电容补偿一般适用负荷波动大联电容补偿一般适用负荷波动大且功率

38、因数低的配电线路。且功率因数低的配电线路。HUST_CEEEv电压调整小结电压调整小结 发电机调压：发电机调压：主要适用于地方性供电网，对于区域性电力主要适用于地方性供电网，对于区域性电力网仅作为辅助调压措施。网仅作为辅助调压措施。 在系统在系统无功功率充裕时无功功率充裕时，首先应考虑采用，首先应考虑采用改变变压器变比改变变压器变比调压：调压：对于无载调压变压器，一般只适用于季节性负荷变对于无载调压变压器，一般只适用于季节性负荷变化的情况。化的情况。 当系统当系统无功电源不足时无功电源不足时，必须增设，必须增设无功补偿容量调压：无功补偿容量调压：无无功功率的就地补偿虽需增加投资，但这样不仅能提

39、高运行功功率的就地补偿虽需增加投资，但这样不仅能提高运行电压水平，还能通过减少无功功率在网络中的传输而降低电压水平，还能通过减少无功功率在网络中的传输而降低网络的有功功率损耗。网络的有功功率损耗。 串联电容补偿：串联电容补偿：可用于配电网的调压。可用于配电网的调压。u 近年来，串联电容补偿用于超高压输电线带来的对近年来，串联电容补偿用于超高压输电线带来的对潮流控制、系统稳定性的提高等方面的综合效益已日益引潮流控制、系统稳定性的提高等方面的综合效益已日益引起人们的关注。起人们的关注。HUST_CEEE第三节第三节 电力网运行的经济性电力网运行的经济性u一、一、电力网的电能损耗电力网的电能损耗u二

40、、二、降低电能损耗的技术措降低电能损耗的技术措施施由于电力系统所需的能源占整个国民经济的总能由于电力系统所需的能源占整个国民经济的总能源消耗的比例举足轻重，因此，提高电力系统运行的源消耗的比例举足轻重，因此，提高电力系统运行的经济性将带来巨大的经济效益。电力系统运行的经济经济性将带来巨大的经济效益。电力系统运行的经济性主要反映在总的性主要反映在总的燃料消耗燃料消耗(或发电成本或发电成本)和和网络的电网络的电能损耗能损耗上。上。HUST_CEEE一、电力网的电能损耗一、电力网的电能损耗 电能损耗电能损耗由两部分组成：由两部分组成： 导线和变压器绕组导线和变压器绕组电阻上的有功损耗电阻上的有功损耗

41、与通过元件的电流或功与通过元件的电流或功率有关，称为率有关，称为可变损耗可变损耗； 输电线和变压器中输电线和变压器中并联电导中的有功损耗并联电导中的有功损耗，如输电线的电晕损耗，如输电线的电晕损耗，变压器的铁芯损耗等变压器的铁芯损耗等同施加于元件的电压有关，而与通过元件的同施加于元件的电压有关，而与通过元件的功率几乎无关，称为功率几乎无关，称为固定损耗固定损耗。 输电线：输电线：电晕损耗可以不计。对于给定的运行时间电晕损耗可以不计。对于给定的运行时间T，考虑到负荷随，考虑到负荷随时间变化，输电线的电能损耗为：时间变化，输电线的电能损耗为： 变压器变压器的电能损耗为：的电能损耗为：式中，式中，P

42、0为变压器的空载有功损耗，对应于固定损耗。为变压器的空载有功损耗，对应于固定损耗。各量单位：功率各量单位：功率kVA，电压，电压kV，电流，电流A，电阻，电阻，时间，时间h。TTLLLhdtkWRUSdtRIA 0 0 3223210103TTTTThdtkWRUSTPdtRITPA 0 0 322032010103HUST_CEEE 由于负荷功率是随时间变化的，所以式中可变损耗可变损耗的计算由于负荷功率是随时间变化的，所以式中可变损耗可变损耗的计算困难。工程计算中常用的简化近似算法，即困难。工程计算中常用的简化近似算法，即最大负荷损耗时间法最大负荷损耗时间法。v 最大负荷损耗时间最大负荷损耗

43、时间： 如果网络输送的功率始终保持为最大负荷功率如果网络输送的功率始终保持为最大负荷功率Smax，经，经小时后，网小时后，网络中损耗的电能恰等于网络按实际负荷曲线运行时全年实际消耗的电络中损耗的电能恰等于网络按实际负荷曲线运行时全年实际消耗的电能，则称能，则称为最大负荷损耗时间为最大负荷损耗时间。hkW 1010322max38760022LLLRUSdtRUSA若认为运行电压接近于维持恒定，则：若认为运行电压接近于维持恒定，则： 由此可见，由此可见，最大负荷损耗时间最大负荷损耗时间与用视在功率与用视在功率S表示的负荷曲线有表示的负荷曲线有关。视在功率可以根据相应的有功功率和功率因数决定，而有

44、功功率关。视在功率可以根据相应的有功功率和功率因数决定，而有功功率负荷持续曲线的形状，在某种程度上可由最大负荷利用小时数负荷持续曲线的形状，在某种程度上可由最大负荷利用小时数Tmax反反映出来。映出来。v 输电线全年的电能损耗输电线全年的电能损耗：2max876002SdtSHUST_CEEEv 变压器全年的电能损耗：变压器全年的电能损耗：v n台相同容量变压器并联运行时台相同容量变压器并联运行时：hkW hkW 102max0322max0NkTTSSPTPRUSTPAhkW 2max0NkTSSnPTPnAu例例9-3 ： 有一额定电压为有一额定电压为110kV，长度为，长度为100km的

45、双回输电线路向的双回输电线路向变电所供电，线路单位长度参数为变电所供电，线路单位长度参数为Z0=(0.17+j0.409)/km, b0=2.7910-6S/km，两台变压器每台的额定容量为，两台变压器每台的额定容量为31.5MVA，变，变比为比为110/11，P0+jQ0=(0.03+j0.22)MVA，Pk=190kW，Uk(%)=10.5，最大负荷为，最大负荷为(40+j30)MVA，Tmax=4500h。u 试计算电力网全年的电能损耗。试计算电力网全年的电能损耗。110 kV100 kmTSLDHUST_CEEE二、降低电能损耗的技术措施二、降低电能损耗的技术措施1提高电力网负荷的功率

46、因数提高电力网负荷的功率因数(1) 合理选择异步电动机的容量及合理选择异步电动机的容量及 运行方式运行方式 (2) 实行无功功率就地补偿实行无功功率就地补偿 2合理组织电力网的运行方式合理组织电力网的运行方式(1) 适当提高电力网的运行电压水平适当提高电力网的运行电压水平(2) 合理组织并联变压器的运行合理组织并联变压器的运行 HUST_CEEE第四节第四节 电力系统运行的稳定性电力系统运行的稳定性u一、一、电力系统稳定性的概念电力系统稳定性的概念u二、二、发电机转子运动方程发电机转子运动方程u三、三、发电机的功率特性发电机的功率特性u四、电力系统的静态稳定特四、电力系统的静态稳定特性性u五、

47、电力系统的暂态稳定特五、电力系统的暂态稳定特性性HUST_CEEE一、电力系统稳定性的概念一、电力系统稳定性的概念电力系统运行的稳定性，就是指在电力系统运行的稳定性，就是指在受到外界干扰受到外界干扰的情况下发电机组的情况下发电机组间间维持同步运行维持同步运行的的能力能力。研究电力系统稳定性问题归结为研究当系统。研究电力系统稳定性问题归结为研究当系统受到扰动后的运动规律，从而判断系统是否可能失去稳定及研究提高受到扰动后的运动规律，从而判断系统是否可能失去稳定及研究提高系统稳定性的措施。系统稳定性的措施。电力系统稳定性问题，是一个电力系统稳定性问题，是一个机械运动过程机械运动过程和和电磁暂态过程电

48、磁暂态过程交织在交织在一起的复杂问题，属于电力系统机电暂态过程的范畴。根据扰动量的一起的复杂问题，属于电力系统机电暂态过程的范畴。根据扰动量的大小，可将电力系统稳定性分为静态稳定性和暂态稳定性两大类型：大小，可将电力系统稳定性分为静态稳定性和暂态稳定性两大类型： 电力系统在运行中时刻受到小的扰动，例如负荷的随机变化、汽轮机蒸汽压力的波动、发电机端电压发生小的偏移等等。在小扰动作用下，系统将会偏离运行平衡点，如果这种偏离很小，小扰动消失后，系统又重新恢复平衡，则称系统是静态稳定的。如果偏离不断扩大，不能重新恢复原来的平衡状态，则系统不能保持静态稳定。 电力系统运行时还会受到大的扰动，例如，电气元

49、件的投入或切除、输电线路发生短路故障等等。在大扰动作用下，如果系统运行状态的偏离是有限的，且在大扰动结束后又达到了新的平衡，则称系统是暂态稳定的。如果偏离不断扩大，不能重新恢复平衡，则称系统失去了暂态稳定。HUST_CEEE二、发电机转子运动方程二、发电机转子运动方程eTMMdtdJdtdJ2电力系统稳定性的电力系统稳定性的核心问题核心问题是研是研究同步发电机转子运动状态受干扰究同步发电机转子运动状态受干扰的响应。的响应。根据力学定律，一个转动惯量为根据力学定律，一个转动惯量为J的转体，如果以角加速度的转体，如果以角加速度a旋转，旋转，作用于该转体的转矩总和为作用于该转体的转矩总和为M，则应满

50、足下列关系：则应满足下列关系：取一参考轴，如此参考轴在空间取一参考轴，如此参考轴在空间不动，则转子轴线与此参考轴之间不动，则转子轴线与此参考轴之间的夹角就是转子的的夹角就是转子的绝对角位移绝对角位移；如取在空间以同步速度旋转的轴为如取在空间以同步速度旋转的轴为参考轴，则转子轴线与此参考轴之参考轴，则转子轴线与此参考轴之间的夹角就是转子相对同步旋转轴间的夹角就是转子相对同步旋转轴的的相对角位移，记作相对角位移，记作0wiqjqiNjij同步旋转轴iwjwNwo 图图 9-19 同步发电机转子的角位移同步发电机转子的角位移 固定参考轴以电角度表示的同步发电机组的转子运动方程式：*22*222222

51、eTNJeTNJeTPPdtdTMMdtdTMMpdtJddtdJwwHUST_CEEE图9-20 简单电力系统及其等值电路P+jQT1LT2GU&P+jQU&qE&dX1TX/2LX2TX三、发电机的功率特性三、发电机的功率特性简单电力系统如图简单电力系统如图9-20所示，发电机通过升压变压器、输电线所示，发电机通过升压变压器、输电线路、降压变压器与受端系统的母线相连接。路、降压变压器与受端系统的母线相连接。这种简单电力系统称为“单机-无限大”系统。当不计各元件的电阻及对地导纳支路时，系统的总电抗为Xd，则有：TLdTLTddXXXXXXX2121HUST_CEEEU

52、QXUUPXarctgUPXUQXUEddddq22)()(当发电机的电势当发电机的电势Eq和受端和受端电压电压U均为恒定时，传输功均为恒定时，传输功率率PEq是角度是角度的正弦函数。的正弦函数。因为传输功率的大小与相位因为传输功率的大小与相位角角密切相关。因此，又称密切相关。因此，又称为为“功角功角”或或“功率角功率角”。传 输 功 率 与 功 角 的 关 系传 输 功 率 与 功 角 的 关 系PEq=f()，称为，称为“功角特性功角特性”或或“功率特性功率特性”。隐极机的。隐极机的功角特性如图功角特性如图9-22所示。所示。 1、隐极机的功率特性、隐极机的功率特性 隐极发电机的纵轴与横轴

53、的同隐极发电机的纵轴与横轴的同步电抗相等，即步电抗相等，即Xd=Xq。此时。此时“单机单机-无限大无限大”系统的相量图如图系统的相量图如图9-21所所示。分析此相量图得：示。分析此相量图得：图 9-21 隐极机的相量图qqE&qE&sU&E&djIX&djIX&U&I&ddU&ocossinIXEdqsincosdqEqXUEUIPHUST_CEEE2、凸极机的功率特性、凸极机的功率特性 如发电机为凸极机，则其纵轴和横轴同步电抗不相等，即如发电机为凸极机，则其纵轴和横轴同步电抗不相等，即XdXq，令，令Xq=Xq+XTL，

54、凸极机的系统相量图如图，凸极机的系统相量图如图9-23所示，分析此相量图可得：所示，分析此相量图可得： 图 9-23 凸极机的相量图qqE&QE&qE&qU&odU&dI&U&E&qjXI&qjXI&qqdddqqIXUIXUE式中，Ud=Usin；Uq=Ucos； Id=Isin(+)；Iq=Icos(+)211()()sinsin22qq =dEqeddqqdqdqddqddqE UPR U IU IU IU UXXXE UU XXXXX&凸极机纵横轴磁阻不凸极机纵横轴磁阻不对称，功角特性多了一对称，功

55、角特性多了一项与发电机电势项与发电机电势Eq(即与即与励磁励磁)无关的二次谐波项，无关的二次谐波项，称为磁阻功率，磁阻功称为磁阻功率，磁阻功率的出现，使功率与功率的出现，使功率与功角角成非正弦关系，图成非正弦关系，图9-24给出了凸极机的功角给出了凸极机的功角特性。特性。 HUST_CEEE由于Eq不易直接求出。为此，工程计算上引入了一个虚构电势。在q轴方向上，从图9-23可见，它可直接根据系统运行情况按下式计算：IjXUEqQ&UQXUUPXarctgUPXUQXUEqqqqQ22)()(图 9-23 凸极机的相量图qqE&QE&qE&qU&odU&a

56、mp;dI&U&E&qjXI&qjXI&在计算凸极机的功率特性时，在计算凸极机的功率特性时，首先根据给定的受端系统电压首先根据给定的受端系统电压U0和功率和功率P0和和Q0，按上式计算，按上式计算EQ、0。同时，由图。同时，由图9-23可知可知 ：又又从上两式中消去从上两式中消去Id，经整理后，经整理后，可得可得Eq和和EQ间的关系，即间的关系，即 :qQdXUEIcosdqdXUEIcoscos)1 (UXXXXEEqdqdQqHUST_CEEE3、自动励磁调节器对功率特性的影响、自动励磁调节器对功率特性的影响为维持系统电压，一般发电机都装有自动为维持

57、系统电压，一般发电机都装有自动励磁调节器。励磁调节器。当发电机输出功率增加、端电压下降时，当发电机输出功率增加、端电压下降时，励磁调节器动作以增大励磁电流，使发电机励磁调节器动作以增大励磁电流，使发电机电势电势Eq增大，直到端电压恢复或接近恢复到增大，直到端电压恢复或接近恢复到整定值整定值UG0为止。这时，励磁调节器将使为止。这时，励磁调节器将使Eq随随功角功角增大而增大。增大而增大。用不同的用不同的Eq值，作出一组正弦功率特性曲值，作出一组正弦功率特性曲线族，其幅值与线族，其幅值与Eq成正比，如图成正比，如图9-25所示。所示。一般的比例式励磁调节器并不能完全保持发电机端电压不变。在近一般的

58、比例式励磁调节器并不能完全保持发电机端电压不变。在近似计算中，可以认为它能保持发电机似计算中，可以认为它能保持发电机q q轴暂态电势轴暂态电势Eq不变。可以得出：不变。可以得出： cos12sin2sin2UXXXXEEXXXXUXUEPqdqdQqqdqddqEqUXQUUXPUXPUXQUEXUEPdddddEqarctan sin 22近似地或HUST_CEEE对图对图9-20所示简单电力系统，如发电所示简单电力系统，如发电机为隐极机，无励磁调节，其功率特性机为隐极机，无励磁调节，其功率特性曲线如图曲线如图9-26所示。所示。四、电力系统的静态稳定性四、电力系统的静态稳定性1、简单电力系

59、统静态稳定实用判据、简单电力系统静态稳定实用判据sindqExUEPq0dPd判断简单电力系统具有静态稳定性判断简单电力系统具有静态稳定性的实用判据：的实用判据：2、功率极限与静态稳定储备系数、功率极限与静态稳定储备系数 发电机功率特性曲线的最大值称为功率极限。功率极限可通过对发发电机功率特性曲线的最大值称为功率极限。功率极限可通过对发电机功率特性求极值，即令电机功率特性求极值，即令dP/d=0求得。求得。 对无励磁调节器的隐极发电机，规律极限为：对无励磁调节器的隐极发电机，规律极限为： 对有自动励磁调节器的凸极发电机，其功率极限为：对有自动励磁调节器的凸极发电机，其功率极限为：dqdqEqm

60、XUEXUEP90sindmEXUEP/HUST_CEEE 从电力系统运行可靠性要求出发，不允许电力系统运行在功从电力系统运行可靠性要求出发，不允许电力系统运行在功率极限附近，否则，运行情况稍有变动，系统便会失去稳定。为率极限附近，否则，运行情况稍有变动，系统便会失去稳定。为此，一般要求电力系统有相当的此，一般要求电力系统有相当的稳定裕度稳定裕度。稳定裕度的大小，通。稳定裕度的大小，通常用稳定储备系数表示，以百分值表示的常用稳定储备系数表示，以百分值表示的静态稳定储备系数静态稳定储备系数为：为： 为了保证电力系统运行的可靠性，在正常运行时，要求为了保证电力系统运行的可靠性，在正常运行时，要求KP15%20%，事故后运行方式下，要求，事故后运行方式下，要求KP10%。%1001oosPPPPK图 9-27 例 9-4 的简单电力系统0.820.204dqdXXX 10.125TX/20.549LX20.103TXG0001.00.21.