电力系统分析孟祥萍PPT课件第5章

1、电力系统分析电力系统分析本章提示本章提示5.1 电压调整的必要性电压调整的必要性5.2 电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡5.3 电力系统的电压管理电力系统的电压管理5.4 电压调整的措施电压调整的措施小小 结结电力系统分析电力系统分析l调压的意义及电压的允许波动范围；调压的意义及电压的允许波动范围；l电力系统的无功功率平衡及无功补偿装置的作电力系统的无功功率平衡及无功补偿装置的作用；用；l电压中枢点的概念及中枢点的调压方式；电压中枢点的概念及中枢点的调压方式；l调压的措施。调压的措施。电力系统分析电力系统分析5.1.1 电压偏移对用电设备的影响电压偏移对用电设备的影响5.1.2 用

2、户允许电压偏移值用户允许电压偏移值电力系统分析电力系统分析 白炽灯白炽灯白炽灯特性曲线白炽灯特性曲线 异步电动机的电压特性异步电动机的电压特性 异步电动机异步电动机电子设备电子设备电力系统分析电力系统分析 一般规定节点电压偏移不超过电力网额定电压一般规定节点电压偏移不超过电力网额定电压 %5 220KV用户：用户：-105 10KV及以下电压供电的用户：及以下电压供电的用户：7%7% 35KV及以上电压供电的用户：及以上电压供电的用户：010事故状况下，允许在上述数值基础上再增加事故状况下，允许在上述数值基础上再增加5，但正偏移最大不能超过但正偏移最大不能超过+10。电力系统分析电力系统分析5

3、.2.1 无功功率电源无功功率电源5.2.2 无功负荷及无功损耗无功负荷及无功损耗5.2.3 无功功率平衡无功功率平衡电力系统分析电力系统分析无功电源同步发电机同步调相机静电电容器静止补偿器无功补偿装置电力系统分析电力系统分析发电机发发电机发Q QG G的能力与同时发出的的能力与同时发出的P PG G有关有关, ,由发电机的由发电机的PQPQ极限曲线决定。极限曲线决定。系统中有备用有功电源时系统中有备用有功电源时, ,可将负荷中心的可将负荷中心的发电机发电机降低功率因数降低功率因数运行，少发有功、多运行，少发有功、多发无功发无功, , 有利于有利于无功的局部平衡无功的局部平衡，提高系统，提高系

4、统电压水平。电压水平。 发电机既是唯一的有功功率电源，同时也发电机既是唯一的有功功率电源，同时也是最基本的无功功率电源。是最基本的无功功率电源。同步发电机同步发电机电力系统分析电力系统分析同步调相机同步调相机 过励磁运行：发出感性无功功率（过励磁运行：发出感性无功功率（无功电源无功电源），过），过励磁运行时的容量是调相机的容量励磁运行时的容量是调相机的容量 欠励磁运行：吸取感性无功（欠励磁运行：吸取感性无功（无功负荷无功负荷），欠励），欠励磁运行时的容量为调相机容量的磁运行时的容量为调相机容量的5065 优点：优点：调节平滑，系统故障时亦能调节调节平滑，系统故障时亦能调节 缺点：缺点：投资大；

5、运行维护不方便；消耗有功功率投资大；运行维护不方便；消耗有功功率（额定容量的（额定容量的1.5%-5%） 同步调相机相当于空载运行的同步电动机，也同步调相机相当于空载运行的同步电动机，也就是只能发无功功率的发电机。就是只能发无功功率的发电机。 电力系统分析电力系统分析静电电容器静电电容器 并联电容器只能向系统并联电容器只能向系统供给感性无功功率供给感性无功功率。 优点：优点：容量可调；集中或分散使用；投资费容量可调；集中或分散使用；投资费用小；有功功率损耗小（额定容量的用小；有功功率损耗小（额定容量的0.3%-0.5%） 缺点：缺点：节点电压下降时，向系统供给的无功节点电压下降时，向系统供给的

6、无功功率下降功率下降CCXUQ2电力系统分析电力系统分析静止补偿器静止补偿器 由电容器组与可调电抗器组成由电容器组与可调电抗器组成 优点优点: : 调节能力强，反应速度快，特性平滑调节能力强，反应速度快，特性平滑, , 可可分相补偿分相补偿, , 维护简单维护简单, , 损耗小。损耗小。 缺点缺点: : 最大补偿量正比于电压平方最大补偿量正比于电压平方, , 电压低时补电压低时补偿量小；谐波对电力系统产生污染。偿量小；谐波对电力系统产生污染。发出感性无功功率发出感性无功功率吸取感性无功功率吸取感性无功功率电力系统分析电力系统分析1、无功负荷、无功负荷U异步电动机异步电动机+-I0IUsRjXm

7、jX22IXXUQQQmmD电力系统分析电力系统分析输电线路的无功损耗输电线路的无功损耗 )(2)(222212222222221212121UUBXUQPUUBXUQPQQQLLBlXl当电压较低，对于当电压较低，对于35kV35kV及以下的架空线路，及以下的架空线路，Q QB B较较小，线路消耗无功。而对于小，线路消耗无功。而对于110kV110kV及以上的架空线及以上的架空线路，当传输功率较大时，路，当传输功率较大时，Q QLXLX大于大于Q QB B ，线路消耗，线路消耗无功无功; ;当传输功率较小时，当传输功率较小时，Q QLXLX小于小于Q QB B ，线路就，线路就相当于无功电源

8、。相当于无功电源。 电力系统分析电力系统分析变压器的无功损耗变压器的无功损耗TToTXTBUXUSQQQ22)(NToNTNTSTNoNNTSTSISSSUSIUUSSUQ100%)(100%100%)(1002222)(100%NTNTSoTSSnSUQnQn n台变压器关联运行时，变压器总无功损耗台变压器关联运行时，变压器总无功损耗 电力系统分析电力系统分析 运行中运行中的无功平衡表示式的无功平衡表示式 CGQQQGC QQQDGC系统发出的无功功率系统发出的无功功率系统中所有负荷系统中所有负荷需要的无功功率需要的无功功率 网络元件中的无功损耗网络元件中的无功损耗 规划中规划中的无功平衡的

9、无功平衡备用系统QQQGC电力系统分析电力系统分析 例：例： 求图所示简单系统的无功功率平衡。求图所示简单系统的无功功率平衡。 线路参数：线路参数： 变压器试验数据：变压器试验数据：kmr 17. 00kmx 41. 00kmSb601082. 2 7 . 2%,47, 5 .10%,20000 IKWPUKWPsS7 . 2%,47, 5 . 10%,20000 IKWPUKWPsS电力系统分析电力系统分析var41. 3MjAMVj)7 . 1094. 0(SB1001082. 226var41. 31101001082. 22262MUBAMVjjSIjPSN)7 . 1094. 0()

10、5 .31027. 0047. 0(2)100%(2000var41. 3Mj1S2SLS)5 .205 . 8(j)16.2022. 1 (jAMVj)3040(12电力系统分析电力系统分析5.3.1 电压中枢点的概念电压中枢点的概念5.3.2 中枢点的电压偏移中枢点的电压偏移5.3.3 中枢点电压的调整方式中枢点电压的调整方式5.3.4 电压调整的基本原理电压调整的基本原理电力系统分析电力系统分析 电压中枢点包括：电压中枢点包括： （1）水、火电厂的高压母线）水、火电厂的高压母线 （2）枢纽变电所的二次母线）枢纽变电所的二次母线 （3）有大量地方负荷的发电机机压母线）有大量地方负荷的发电机

11、机压母线 系统中的负荷点都是通过一些主要的供电点系统中的负荷点都是通过一些主要的供电点供电的，即系统中各母线，因此只要控制这些母供电的，即系统中各母线，因此只要控制这些母线的电压偏移在允许范围内，从而各负荷点的电线的电压偏移在允许范围内，从而各负荷点的电压可基本上满足要求。我们就把这些主要的供电压可基本上满足要求。我们就把这些主要的供电点称为点称为电压中枢点电压中枢点。电力系统分析电力系统分析电力系统的电压中枢点电力系统的电压中枢点 例：中枢点中枢点中枢点中枢点电力系统分析电力系统分析中枢点电压曲线的编制中枢点电压曲线的编制: 图5.7 中枢点电压允许变化范围 电力系统分析电力系统分析中枢点电

12、压曲线的编制中枢点电压曲线的编制: 图5.7 中枢点电压允许变化范围 电力系统分析电力系统分析调压方式 逆调压逆调压 顺调压顺调压 常调压（恒调压）常调压（恒调压）电力系统分析电力系统分析 逆调压逆调压：在最大负荷时提高中枢点电压，但不高于网络额：在最大负荷时提高中枢点电压，但不高于网络额定电压的定电压的105%，最小负荷时降低中枢点电压，但不低于网，最小负荷时降低中枢点电压，但不低于网络额定电压的调整方式称为络额定电压的调整方式称为“逆调压逆调压”。 逆调压方式适用于供电线路较长、负荷波动较大的中枢点。逆调压方式适用于供电线路较长、负荷波动较大的中枢点。 顺调压顺调压：在最大负荷时允许中枢点

13、电压降低，但不低于网络：在最大负荷时允许中枢点电压降低，但不低于网络额定电压的额定电压的102.5%，在最小负荷时，允许中枢点电压升高，在最小负荷时，允许中枢点电压升高，但不高于网络额定电压的但不高于网络额定电压的107.5%。 顺调压方式适用于供电线路不长，负荷波动不大的变电所。顺调压方式适用于供电线路不长，负荷波动不大的变电所。 常调压常调压（恒调压）：任何负荷下，中枢点电压保持基本不变，（恒调压）：任何负荷下，中枢点电压保持基本不变，一般比网络额定电压高一般比网络额定电压高2%5%。电力系统分析电力系统分析2121/ )(/ )(KUQXPRKUKUKUUNGGD电力系统分析电力系统分析

14、调压方法：调压方法： 改变发电压端电压改变发电压端电压 ； 改变变压器的变比改变变压器的变比 ； 改变功率分布，主要是改变无功功改变功率分布，主要是改变无功功率的分布；率的分布；改变电力网络的参数。改变电力网络的参数。 2121/ )(/ )(KUQXPRKUKUKUUNGGD电力系统分析电力系统分析5.4.1 改变发电机端电压调压改变发电机端电压调压5.4.2改变变压器变比调压改变变压器变比调压5.4.3 改变电力网无功功率分布调压改变电力网无功功率分布调压5.4.4 改变电力网的参数调压改变电力网的参数调压电力系统分析电力系统分析 利用发电机的自动调节励磁装置，调节利用发电机的自动调节励磁

15、装置，调节发电机的励磁电流，可以改变发电机电势或发电机的励磁电流，可以改变发电机电势或端电压，因此这种调压措施也叫端电压，因此这种调压措施也叫改变发电机改变发电机励磁调压。励磁调压。 电力系统分析电力系统分析负荷负荷增大增大增加增加发电机励磁电流发电机励磁电流提高提高发电机电压发电机电压负荷负荷降低降低减小减小发电机励磁电流发电机励磁电流降低降低发电机电压发电机电压电力系统分析电力系统分析对于较长线路、多对于较长线路、多电压级输电电压级输电, ,此时仅此时仅靠调节发电机不能靠调节发电机不能 满足要求满足要求 适用于小系统适用于小系统易于实现逆调压易于实现逆调压此调压仅作辅助措施此调压仅作辅助措

16、施电力系统分析电力系统分析 改变变压器的变比就是通过改变绕组间匝数比改变变压器的变比就是通过改变绕组间匝数比来实现的，因此，这种调压措施也常叫来实现的，因此，这种调压措施也常叫利用变压利用变压器分接头调压。器分接头调压。 分接头设置在双绕组变压器的高压绕组，三绕分接头设置在双绕组变压器的高压绕组，三绕组变压器的高压绕组和中压绕组。组变压器的高压绕组和中压绕组。 一般与绕组额定电压值对应的分接头为主分接一般与绕组额定电压值对应的分接头为主分接头，其它分接头为附加分接头。头，其它分接头为附加分接头。电力系统分析电力系统分析 普通变压器普通变压器35355%5%/6.3KV/6.3KV变压器：变压器

17、： 主分接头电压为主分接头电压为 35KV35KV 附加分接头电压为附加分接头电压为 3535（1+5%1+5%）=36.5KV=36.5KV 35 35（1-5%1-5%）=33.25KV=33.25KV1211212 22.5%2.5%/10.5kv/10.5kv变压器：变压器： 主分接头电压为主分接头电压为 121KV121KV 附加分接头电压为附加分接头电压为 121121（1+5%1+5%）=127.05KV=127.05KV 121 121（1+2.5%=124.025KV1+2.5%=124.025KV 121 121（1-2.5%1-2.5%）=117.95KV=117.95K

18、V 121 121（1-5%1-5%）=114.95KV=114.95KV电力系统分析电力系统分析双绕组降压变压器双绕组降压变压器 NfTuUuUUK2121 变压器低压变压器低压绕组额定电压绕组额定电压变压器高压绕变压器高压绕组分接头电压组分接头电压变压器高压母变压器高压母线的实际电压线的实际电压变压器归算到高压变压器归算到高压侧的阻抗电压损耗侧的阻抗电压损耗按调压要求变压按调压要求变压器低压绕组电压器低压绕组电压NTfuuUUU2211电力系统分析电力系统分析双绕组降压变压器变比的选择双绕组降压变压器变比的选择 选择选择 校验校验NTfuuUUU2max2maxmax1max1 最大运行方

19、式最大运行方式NTfuuUUU2min2minmin1min1 最小运行方式最小运行方式2min1max11fffavUUU 算术平均值算术平均值电力系统分析电力系统分析 例例 5.2 5.2 有一降压变压器归算至高压侧的阻抗有一降压变压器归算至高压侧的阻抗 Z ZT T= =（2.44+j402.44+j40），变压器的额定电压为，变压器的额定电压为1101102 22.5%/6.3kV2.5%/6.3kV，在最大负荷时，变压器高，在最大负荷时，变压器高压侧通过功率为压侧通过功率为(28+j14)MVA(28+j14)MVA，高压母线电压为，高压母线电压为113KV113KV，低压母线侧要求

20、电压为，低压母线侧要求电压为6kV6kV；在最小负荷；在最小负荷时，变压器高压侧通过功率为时，变压器高压侧通过功率为(10+j6)MVA(10+j6)MVA，高压，高压母线电压为母线电压为115KV115KV, ,低压母线要求电压为低压母线要求电压为6.6kV6.6kV。试选择该变压器的分接头。试选择该变压器的分接头。电力系统分析电力系统分析双绕组升压变压器双绕组升压变压器 升压变压器高压绕组分接头电压的升压变压器高压绕组分接头电压的确定方法与降压变压器相同。确定方法与降压变压器相同。 需要注意：需要注意： 要求发电机的端电压均取其额定电压，并按发要求发电机的端电压均取其额定电压，并按发电机允

21、许的电压偏移进行校验。电机允许的电压偏移进行校验。 由于升压变压器中功率方向是从低压侧指向高由于升压变压器中功率方向是从低压侧指向高压侧，因此公式中压侧，因此公式中 前的符号应为正。前的符号应为正。TU 如果在发电机电压母线上有地方负荷，发电机如果在发电机电压母线上有地方负荷，发电机一般可采用逆调压方式调压。一般可采用逆调压方式调压。NTfuuUUU2211电力系统分析电力系统分析 例例5.3 5.3 升压变压器的容量为升压变压器的容量为31.5MV31.5MVA,A,变比变比为为1211212 22.5%/6.3kV2.5%/6.3kV, ,归算到高压侧的阻抗归算到高压侧的阻抗(3+j48)

22、(3+j48)。在最大负荷和最小负荷时通过。在最大负荷和最小负荷时通过变压器的功率分别变压器的功率分别(25+j18)MVA(25+j18)MVA为和为和(14+j10)MVA(14+j10)MVA ，高压侧的要求电压分别为，高压侧的要求电压分别为120KV120KV和和114kV114kV 。发电机电压的可能调整范。发电机电压的可能调整范围是围是6.0-6.6kV 6.0-6.6kV 。试选择变压器分接头。试选择变压器分接头。电力系统分析电力系统分析三绕组变压器三绕组变压器 三绕组变压器高压绕组、中压绕组分接头的确定按三绕组变压器高压绕组、中压绕组分接头的确定按双绕组变压器的方法分两步进行。

23、双绕组变压器的方法分两步进行。 第一步：根据低压母线的调压要求，在高第一步：根据低压母线的调压要求，在高-低低压绕组之间进行计算，选取高压绕组的分接压绕组之间进行计算，选取高压绕组的分接头电压头电压 ；fU1 第二步：根据中压母线的调压要求及选取的高第二步：根据中压母线的调压要求及选取的高压绕组分接头电压压绕组分接头电压 ，在高，在高-中压绕组之间中压绕组之间进行计算，选取中压绕组的分接头电压进行计算，选取中压绕组的分接头电压 。确定的变比为确定的变比为 。fU1fU2NuUUff3/21电力系统分析电力系统分析有载调压变压器有载调压变压器有载调压器可按普通变压器的计算公式计算各种运行方有载调

24、压器可按普通变压器的计算公式计算各种运行方式下变压器的分接头电压。式下变压器的分接头电压。 有载调压变压器（又称带负荷调压变压器），有载调压变压器（又称带负荷调压变压器），可以在有载情况下更换分接头，并且分接头个数可以在有载情况下更换分接头，并且分接头个数较多。较多。 电压为电压为110KV及以下的有载调压器，高压绕组有及以下的有载调压器，高压绕组有7个分接头，个分接头， 电压为电压为220KV的有载调压器有的有载调压器有9个分接头，个分接头， 如有特殊需要，制造厂可提供更多数量分接头的有载如有特殊需要，制造厂可提供更多数量分接头的有载调压变压器。调压变压器。电力系统分析电力系统分析 阻抗为归

25、算到高压侧的线路和变压器总阻阻抗为归算到高压侧的线路和变压器总阻抗，忽略线路电纳和变压器的空载损耗。抗，忽略线路电纳和变压器的空载损耗。电力网的无功补偿电力网的无功补偿 变电所未装并联补偿前，电力网首端电压为变电所未装并联补偿前，电力网首端电压为电力系统分析电力系统分析22221UXQRPUUbQ 若若 不变，则不变，则1U222222222UXQRPUXQRPUUUXQCCCbcbcUXQQRPUU22221)(电力系统分析电力系统分析上式中等号右侧第二部分较小可略去上式中等号右侧第二部分较小可略去, ,于是可得：于是可得：222bcQCUUUX 设变压器的变比选为设变压器的变比选为K K，

26、经过补偿后变电所低，经过补偿后变电所低压侧要求保持的实际电压为压侧要求保持的实际电压为 则则 , ,代入上式可得代入上式可得cu2cCKuU222222222bcCQccK uuUK uUuKXXK说明：高压侧电压用大写符号说明：高压侧电压用大写符号, ,低压侧电压低压侧电压用小写符号用小写符号, ,补偿后的参数在下标加字补偿后的参数在下标加字母母”C C”. .电力系统分析电力系统分析装设并联电容器装设并联电容器只能发出感性无功功率。只能发出感性无功功率。为了充分利用补偿容量为了充分利用补偿容量 ，电容器在最大负，电容器在最大负荷时应全部投入，在最小负荷时应全部退出。荷时应全部投入，在最小负

27、荷时应全部退出。确定电容器的补偿容量分三步进行：确定电容器的补偿容量分三步进行： 第一步：按最小负荷时没有补偿，并根据调压第一步：按最小负荷时没有补偿，并根据调压要求，计算变压器分接头电压，选取标准分接头，要求，计算变压器分接头电压，选取标准分接头，确定其变比确定其变比K。 第二步：按最大负荷时的调压要求及选定的变比，第二步：按最大负荷时的调压要求及选定的变比，计算所需的补偿容量。计算所需的补偿容量。 第三步：根据确定的变比和选定的并联电容器第三步：根据确定的变比和选定的并联电容器容量，校验实际的电压变化。容量，校验实际的电压变化。电力系统分析电力系统分析第一步：确定变压器的变比第一步：确定变

28、压器的变比K最大负荷时，按额定容量过励磁运行；最大负荷时，按额定容量过励磁运行；最小负荷时，按额定容量的最小负荷时，按额定容量的5060%欠励磁运行；欠励磁运行；解出解出K，按，按K值确定最接近的分接头电压值确定最接近的分接头电压 ，并确定，并确定 实际变比。实际变比。 第二步：确定调相机的容量第二步：确定调相机的容量 将变比将变比K代入公式即可求出代入公式即可求出 ，根据产品目录选出与此，根据产品目录选出与此容量相近的调相机。容量相近的调相机。第三步：接所选容量校验实际的电压变化第三步：接所选容量校验实际的电压变化装设同步调相机装设同步调相机在最大负荷时可发出感性无功功率，在最在最大负荷时可

29、发出感性无功功率，在最小负荷时可吸收感性无功功率。确定补偿容量分三步进行：小负荷时可吸收感性无功功率。确定补偿容量分三步进行：电力系统分析电力系统分析 例例 5.4 5.4 有一个降压变电所由有一个降压变电所由二回二回110KV110KV，长，长70km70km的电力线路供电，导线型号为的电力线路供电，导线型号为LGJ-120LGJ-120，导线计算，导线计算外径为外径为15.2mm15.2mm，三相导线几何平均距离为，三相导线几何平均距离为5m5m。变电。变电所装有二台变压器并列运行，其型号为所装有二台变压器并列运行，其型号为SFLSFL31500/11031500/110，容量为容量为31

30、.5MV31.5MVA A，变比为，变比为110/11kV,110/11kV,短路电压百分数为短路电压百分数为10.510.5。最大负荷。最大负荷时变电所低压侧归算至高压侧的电压为时变电所低压侧归算至高压侧的电压为100.5KV100.5KV，最小负荷时为最小负荷时为112.0KV112.0KV。变电所二次母线允许电压。变电所二次母线允许电压偏移在最大、最小负荷时为偏移在最大、最小负荷时为二次网络额定电压的二次网络额定电压的2.52.57.57.5。试根据调压的要求按并联电容器和。试根据调压的要求按并联电容器和同步调相机二种措施，确定变电所同步调相机二种措施，确定变电所11KV11KV母线上所需母线上所需补偿设备的最小容量。补偿设备的最小容量。电力系统分析电力系统分析 改变电力网的参数，即减小线路的电阻或电抗，从而减少线路改变电力网的参数，即减小线路的电阻或电抗，从而减少线路上的电压损耗以提高末端电压达到调压的目的。