CH电力系统电压和无功的自动控制实用

会计学1CH电力系统电压和无功的自动控制实用第一节电压和无功功率控制的必要性一.电压控制的必要性1）电压偏移对电力用户的影响异步电动机：转矩与电压平方成正比，电压偏移会影响其出力；电炉：有功功率与电压平方成正比，电压偏移会影响电炉炉温；照明设备：电压偏低会影响其发光率和亮度，电压过高会影响其寿命；冲击负荷：冲击负荷会引起电压闪变，会影响照明设备。第1页/共41页2）电压偏移对电力系统的影响电厂中的厂用机械(水泵、送风机、吸风机、磨煤机等)是由电动机驱动。电压下降会使电动机转速下降，出力减少，并影响厂用机械的出力。严重时会使电厂出力下降，危及电力系统的安全。如果电力系统中无功功率严重短缺，电压水平过于低下，使某些枢纽变电站的母线电压运行在临界值之下时，母线电压有一微小下降就会发生负荷消耗的无功功率增加量大于系统向该点供应的增加量，使无功缺额进一步下降。如此恶性循环的结果，会使该枢纽变电站的母线电压下降到很低的水平。这种现象即“电压崩溃”。电压崩溃后，大量电动机自动切除，某些发电机组失步，导致系统解列或大面积停电。第2页/共41页二.电力系统无功功率控制的必要性1）维持电压在允许范围之内要控制电力系统在额定电压运行，就要控制电力系统中无功电源发出的无功功率等于电力系统负荷在额定电压时所需消耗的无功功率。如果不满足该条件，电力系统就会偏离额定电压运行。2）提高电力系统运行的经济性选用哪种无功电源，安装在何处都十分重要。不仅会影响到电压质量，而且还会有经济性问题。3）维持电力系统稳定合理的选用发电机的励磁系统可以提高系统的静态和暂态稳定性。第3页/共41页第二节电力系统电压和无功功率的控制一电力系统的电压控制1）电力系统的无功负荷电力系统正常运行时的电压变化主要是由负荷无功功率变化引起的。电力系统无功负荷主要有两类：一类是变化周期长、波及面广，主要由生产、生活和气象变化引起的负荷变化；另一类是冲击负荷或间歇性变化负荷。前一类负荷可由经验和统计规律预测，后一类主要是电弧炉、往复式泵、卷扬机、通风设备等，这些负荷的功率变化周期很短（2周/秒-30周/小时），而且变化随机，因此无法预测。第4页/共41页2）电力系统的电压控制电力系统中各节点电压动态变化，每时每刻都在随输送功率（负荷）的变化而变化。电力系统电压控制的首要任务是控制电力系统中各种无功电源发出的无功功率总和等于负荷在额定电压时消耗的无功功率总和，维持电力系统电压的总体水平在额定值附近；其次是控制电力系统各结点电压在允许的范围之内。通常所说的电力系统电压控制主要是针对冲击性和间歇性负荷产生的电压波动采取一些措施限制。如用大容量母线单独供电、架设电容器、调相机和静止补偿器等。控制的对象是电压中枢点（某些可反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电站的母线电压）电压。第5页/共41页3）电力系统的电压控制的设备发电机是电力系统中主要无功电源。通过调节发电机的励磁电流可以调节发电机的端电压及其输出的无功功率，从而改变电压水平。调相机的容量可以做的很大，而且调节灵活方便，是很好的无功电源。但投资很大，只有在十分必要的场合才安装。并联电容器和电抗器以及静止补偿器的容量比较小，而且器出力和安装位置的电压水平密切相关，一般只用其改变安装结点的电压和与之相联接的线路的无功潮流。变压器调压，普通变压器要在停电状况下进行分解头操作，有载调压变压器可以带电调节电压水平，但调节幅度较大。第6页/共41页二电力系统的无功功率控制电力系统电压控制的首要任务是控制电力系统中各种无功电源发出的无功功率总和等于负荷在额定电压时消耗的无功功率总和，维持电力系统电压的总体水平在额定值附近；其次是无功功率的优化控制，优化的内容有两个：负荷所需的无功功率让哪些无功功率电源提供最好，即无功电源的最优分布问题；负荷所需的无功功率是让已投入运行的无功电源供给好，还是装设新的无功电源更好，即无功功率的优化补偿问题。优化的目的是在保证电压质量的前提下获得更多的经济效益。第7页/共41页1）无功电源的最优分布前提：负荷应有较高的自然功率因数（指负荷本身的功率因数）。负荷的自然功率因数太低会使它消耗的无功大量增加。在这种情况下进行无功补偿是非常不经济的。最优分布目标函数：约束条件：第8页/共41页无功电源最优分布准则：

其中，是(有功)网损微增率，是无功损耗微增。第一式是等网损微增率准则，第二式是无功功率平衡关系式。第9页/共41页例题4-1

两发电厂联合向一个负荷供电，如图，Z1=0.10+j0.40,Z2=0.04+j0.08。设发电厂母线电压为1；负荷功率SL=PL+jQL=1.2+j0.7，有功部分由两发电厂平均分摊，试确定无功功率的最优分布。

SLZ1Z2P1+jQ1P2+jQ212第10页/共41页

解：按题意有功、无功功率损耗为计算各网损微增率第11页/共41页由网损微增率公式得：代入数据得：I由无功功率平衡关系式：代入数据得：Q1=0.248Q2=0.688第12页/共41页

2）无功负荷的最优补偿

无功负荷的最优补偿包括最优补偿容量、最优补偿设备的分布和补偿顺序的选择等问题。属于电力系统规划设计范畴。设在系统某点装设无功功率补偿设备所需的费用为Cd则该费用包括三部分：

所装设的补偿设备的维修费——正比于补偿设备的投资；所装设的补偿设备的回收费——正比于补偿设备的投资；所装设的补偿设备的能量损耗费——正比于补偿设备的容量；第13页/共41页其中，为单位补偿设备容量的投资；为补偿设备的投资；为维修费系数；投资回收率；

为单位补偿容量的能量损耗费

设备所需的费用为Cd可表示为第14页/共41页设在系统某节点i装设补偿设备后，由于降低网损所能节约的电能损耗为：为单位电能损耗的价格；，为装设补偿设备前后全网最大负荷下的有功损耗；为全网最大负荷小时数。该点是否装设无功补偿的条件为：且越大越好第15页/共41页得：其中，为单位电能损耗的价格

为全网最大负荷小时数上式为最优网损微增率。当装设的补偿容量使上式成立使取得经济效益最大；而装设补偿设备的先后，则以该节点的网损微增率大小为序，首先应从网损微增率最小（即绝对值最大）的节点开始。

等网损微增率是无功电源最优分布的准则，而最优网损微增率则是衡量无功功率负荷最优补偿的原则。第16页/共41页第三节同步发电机励磁控制系统

的主要任务和对它的基本要求励磁系统组成：励磁功率单元励磁调节器第17页/共41页一同步发电机励磁控制系统的任务1.电压控制第18页/共41页第19页/共41页2.控制无功功率的分配1）发电机无功功率控制的原理第20页/共41页2）合理分配并联运行发电机间的无功功率3.提高同步发电机并联运行的稳定性1）励磁对静态稳定的影响第21页/共41页第22页/共41页2）励磁对暂态稳定的影响第23页/共41页4.改善电力系统的运行条件二对励磁系统的基本要求1.具有十分高的可靠性；2.保证发电机具有足够的励磁容量；3.具有足够的强励能力；4.保证发电机电压调差率有足够的整定范围；5.保证发电机电压有足够的调节范围；6.保证发电机励磁自动控制系统具有良好的调节特性。第24页/共41页一直流励磁机励磁系统

直流励磁机：励磁电流由与发电机组同轴的直流发电机供给。靠机械整流子换向整流，当励磁电流过大时，换向困难，因此这种方式只能在10万KW以下中小容量机组中采用。按励磁机绕组供电方式，可分为：1）自励直流励磁机励磁系统（P47图2-13）2）他励直流励磁机励磁系统（P47图2-14）第四节同步发电机励磁系统第25页/共41页二交流励磁机励磁系统

交流励磁机：励磁电流由与发电机组同轴的交流同步发电机经大功率整流器整流后供给。这种方式普遍用于100万KW以上发电机组中采用。按励磁机绕组供电方式，可分为：1）他励交流励磁机励磁系统

根据整流器的静止与否分为：

a.交流励磁机静止整流器励磁系统（P48图2-15）

b.交流励磁机旋转整流器励磁系统（P49图2-16）2）自励交流励磁机励磁系统

a.自励交流励磁机静止可控整流器励磁系统（P50图2-17）b.自励交流励磁机静止整流器励磁系统（P50图2-18）第26页/共41页三静止励磁系统（发电机自并励系统）

发电机励磁电源不用励磁机，而由发电机本身机端励磁变压器供给，因此称为发电机自并励系统；装置采用大功率电子器件，没有转动部分，因此又称为静止励磁系统。请看课本P51图2-19。

第27页/共41页第五节励磁调节装置原理一励磁调节器的基本特性与框图IEEIEEIEFIEE1IEE2UG1UG2UGIEE1IEE2IEF1IEF2(1)(1)(2)(2)(A)(B)第28页/共41页二半导体励磁调节器工作原理1）测量比较单元把发电机电压变换为与其成正比的直流电压，并与给定电压进行比较，得到两者的偏差。组成：测量变压器、多相整流电路、滤波电路和电压比较整定电路。第29页/共41页电压比较整定电路第30页/共41页2）综合放大单元作用：

综合放大各种励磁控制信号；改善励磁自动控制系统的静态和动态性能指标；输出移相单元所需的输入电压。要求：要求能线性无关的综合放大输入信号；有足够的运算精度和放大系数，放大系数可调；响应速度快；工作稳定，输出阻抗低组成：正竞比电路、负竞比电路、信号综合放大电路和互补输出电路。第31页/共41页控制信号综合放大单元原理接线正竞比电路负竞比电路运放电路互补输出电路第32页/共41页3）移相触发单元作用：产生相位移动的触发脉冲，用来改变整流桥中晶闸管元件的控制角，使其输出电压随控制电压的大小而改变，从而达到调节励磁组的目的。要求：可控硅的触发脉冲应与可控硅阳极电压同步；出发脉冲的移相范围要符合相应可控硅整流电路；触发脉冲应有足够的功率以保证可控元件可靠导通；触发脉冲的上升沿要陡；触发脉冲有足够的宽度；保证可控硅元件的控制角一致；触发电路应与主电路相隔离；第33页/共41页三自动励磁调节器中的辅助控制1）最小励磁限制第34页/共41页静态稳定极限下最大有功功率和无功功率的关系第35页/共41页2）瞬时电流限制3）最大励磁限制第36页/共41页发电机的静态工作特性是指它的输入电压和输出电压之间的静态关系。第六节同步发电机励磁控制系统的静态特性UAVRUAVRUdeUdeUGUGUSMUSM(a)(b)