电力系统稳态分析(第六章)PPT(王)

第六章电力系统的无功功率和电压调整本章主要内容：1、无功负荷和无功电源及无功功率平衡2、电力系统的电压调整

第一节电力系统中无功功率的平衡一、电压偏移的要求和影响1、电压偏移的要求

电压质量表示方法—用电压偏移表示：

我国的电力系统一般规定一个电压偏移的最大允许范围，例如《电能质量-供电电压偏差》（GB/T12325-2008）中规定:35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过标称电压的10%；20kV及以下三相供电电压偏差为标称电压的±7%；220V单相供电电压偏差为标称电压的+7%，-10%。

事故时，电压偏差允许加大5%，但正偏移≯10%。农村电网:+7.5%～10%。2、电压偏移的影响①电压过低的影响

◆发电机有功出力下降电压过低时（如低于95%UN)，电流将增大（如增大到105%IN）时，为防止定子绕组过热，必须降低发电机有功出力。◆降低变压器传输的功率

电压降低电流增大，为防止变压器线圈过热，必须降低变压器的传输功率。

◆电灯的光通量降低电压下降10%，30%；

◆电炉等电阻性设备功率急剧下降

◆异步电动机转矩下降，定子、转子绕组发热；

◆系统网损增大，系统运行稳定性变差，甚至可能导致“系统电压崩溃”。②电压过高的影响◆影响电气设备的绝缘；

◆电动机、变压器的铁芯饱和，铁损增大，温度升高，寿命缩短；

◆白炽灯使用寿命缩短。3、电力系统电压的特点

与电力系统的频率只有一个不同，系统中各点电压不等，因此不可能维持电力系统所有设备的电压都在额定值。

频率调整和电压调整的相同和不同之处调频频率唯一集中调整只能调原动机功率调压电压水平各点不同调整分散手段多样（有多种无功电源）

由上可以看出：维持电压稳定，应该尽量减少无功的传输，采取就地平衡。

分析无功功率和电压分布之间的关系无功损耗﹥﹥有功损耗；电压降受无功功率的影响较大；无功功率的流动从电压高的一端Uh→低的一端UL二、电力系统的无功功率与电压的关系无功—静态电压特性1、负荷的无功功率和电网无功损耗—静态电压特性①异步电动机的无功功率jX受载系数:实际负载和额定负载之比。在额定电压附近，电动机的无功功率随电压的升降而增减QM的第一项与电压的平方成正比。QM的第二项Qσ为漏抗中的无功损耗，与电流的平方成正比。如果负载功率PM不变，则因PM=I2r(1-s)/s，当U下降时，s增大，I增大，Qσ也要增大。②电力变压器的无功损耗

假定一台变压器的空载电流I0%=2.5，短路电压US%=10.5，在额定满载下运行时，无功功率的消耗将达额定容量的13%。如果从电源到用户需要经过好几级变压，则变压器中无功功率损耗的数值是相当可观的。③输电线路的无功损耗

一般情况下，35kV及以下系统消耗无功功率；110kV及以上系统，轻载或空载时，成为无功电源，传输功率较大时，消耗无功功率。④电力系统的无功消耗2、无功电源—静态电压特性①同步发电机

◆调整发电机励磁电流，可以调整发电机无功出力；

◆发电机无功功率调整范围为：②调相机

调相机相当于空载运行的同步发电机。

过激运行发电机输出感性无功功率，为无功电源；欠激运行发电机吸收感性无功功率，为无功负荷。③并联电力电容器

吸收容性无功，输出感性无功。

④静止补偿器

静止补偿器由静电电容器与电抗器并联组成。电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，两者结合起来，再配以适当的调节装置，就能够平滑地改变输出（或吸收）的无功功率。(a)可控电抗器型TCR型；(b)可控硅投切电容器型TSC型；(c)自饱和电抗器型SR型；无功—静态电压特性电容器、调相机和静止补偿器的比较性能电容器调相机静止补偿器TCR型TSC型SR型调节范围超前超前/滞后超前/滞后超前超前/滞后控制方式不连续连续连续不连续连续调节灵活性差好很好好差启动速度中等慢很快快快反应速度快慢快快快调节精度差好很好差好产生高次谐波无少多无少电压调节效应负正正（一定范围）负正（一定范围）⑤系统无功电源综合静态电压特性

原因：系统中无功补偿装置电容器占多数。三、电力系统的无功功率平衡与电压水平1、电力系统的无功功率平衡2、电力系统电压水平与无功功率平衡的关系

◆要保持电力系统在额定电压水平下运行，就必须保证在额定电压水平下的无功功率平衡；◆无功不足，系统在一个低于额定电压的水平下达到平衡；◆无功过剩，系统在一个高于额定电压的水平下达到平衡。3、电力系统的无功平衡计算

电力系统应定期进行无功功率平衡计算，计算必须在额定电压水平下进行。无功平衡的计算机计算步骤：①参照过去运行资料确定未来、代表日预想有功负荷曲线；②确定出现无功功率日最大负荷时系统有功负荷的分配；③假设无功电源容量、配置以及某些枢纽点的电压水平；④进行潮流分布计算；⑤根据潮流计算，统计无功平衡关系中的各项数据，判断系统无功功率能否平衡；⑥如不能平衡，调整假设条件，重新计算。如始终不能平衡，则考虑增加无功电源。4、无功备用容量

为应付计划外的无功负荷、无功负荷波动，电力系统无功电源除满足预测最大无功负荷需求外，还应当留有一定的备用容量，否则当负荷增大时系统电压水平将得不到保障。

无功备用容量通常取最大无功负荷的7%～8%。第二节电力系统的电压管理一、系统电压波动1、电压波动原因

◆

无功负荷波动

◆设备及线路压降变化

◆运行方式改变

◆无功不足或过剩2、电压波动分类

①由生产、生活和气象变化引起的负荷波动引起的电压波动（称为电压偏移）

特点：周期长、波及面大

措施：电压调整

②由冲击性负荷或间歇性负荷引起的负荷波动引起的电压波动

特点：周期短、波及面较小，但其幅值有时很大，影响也不容忽略。

措施：电压波动限制

二、电压波动限制措施①由大容量变电所以专用母线或线路单独向这类负荷供电

②在发生电压波动的地点和电源之间设置串联电容器

设置电容器前：较大，影响一般负荷的工作；

设置电容器后：，显然同样的负荷变化引起的电压波动要小。如果串联电容器的容抗选择适当，就可将电压偏移限制在允许的范围之内。

③在波动负荷附近装设调相机，并在线路首端串联电抗器

采取措施前：

采取措施后：

若补偿容量选择适当则可将母线的电压波动限制在允许的范围。④在波动负荷供电线路上设置静止补偿器

三、电压管理1、电压管理

对第一类负荷波动引起的电压偏移的调整—一般意义上的电压调整。2、电压管理目的在系统任何运行方式下，都将系统中各用电设备的电压偏移限制在允许范围。3、电压中枢点

①电压中枢点

某些可以反映电力系统总体电压水平的发电厂和变电站的母线称为系统电压中枢点。

运行中只要将电力系统电压中枢点的电压偏移限制在一定范围，就可以将系统中绝大部分用电设备的电压偏移限制在允许范围。电压中枢点的选择：集中负荷的母线作为电压中枢点大型发电厂的高压母线枢纽变电所的二次母线有大量负荷的发电厂母线

②运行中电力系统电压中枢点允许电压偏移的确定

根据负荷和电网参数通过计算确定。

③规划设计中的电力系统

根据负荷性质、供电范围确定电压中枢点调压方式。

有三种：

◆逆调压方式◆顺调压方式◆恒调压方式适应：线路长，负荷变化大方式：难易程度：实现较难逆调压最大负荷时提高中枢点电压 1.05UN最小负荷时降低中枢点电压 1.00UN适应：线路不长，负荷变化不大方式：难易程度：最易实现顺调压最大负荷时允许中枢点电压低一些1.025UN最小负荷时允许中枢点电压高一些1.075UN适应：中型网络，负荷变化较小方式：保持在比线路额定电压高2%-5%难易程度：较易实现常调压第三节电力系统的电压调整忽略：线路对地电容、变压器励磁支路参数、横向压降调压比调频复杂，频率系统为一，电压不为一改变电压水平调压措施利用发电机调压UG—改变励磁电流改变变压器分接头k1，k2改变电压损耗改变功率分布（主要是Q）—使ΔU减少改变线路参数R+jX（主要是X）—减少ΔU一、改变发电机端电压调压发电机电压UG可在5%的范围内保持发额定有功功率发电机直接供电系统（线路不长，损耗不大）调节励磁，改变机端电压，实现逆调压满足电压的要求例：最大负荷时：ΣΔUmax=20%，最大负荷时：ΣΔUmin=8%ΣΔUmax-ΣΔUmin=12%，发电机逆调5%故最终相差7%，在10%的范围内例：发电机经多级电压向负荷供电，不能保证电压质量要求最大负荷时：ΣΔUmax=34%，最大负荷时：ΣΔUmin=14%ΣΔUmax-ΣΔUmin=20%，发电机逆调5%故最终相差15%，超出10%的范围内二、改变变压器分接头进行调压双绕组变压器分接头选择最大负荷时：UImax，ΔUImax，Uimax，

U’imax为已知双绕组变压器高压侧6300kVA以下三个分接头 UN±5%三绕组变压器高、中压侧8000kVA以上五个分接头 UN±2×2.5%装有3-5个分接头最小负荷时：

选一接近值作分接头UtImax，UtImin，UtI因正常运行时，变压器分接头不能调整，故取平均值

返回校验求低压母线电压计算电压偏移%选分接头110kV例子：UI在113-115kV时，允许U’i在10-11kV，求变压器分接头校验：解：普通三绕组变压器分接头的选择高、中压侧有分接头，低压侧没有高、低压侧——确定高压绕组的分接头（低压侧要求）高、中压侧——确定中压绕组的分接头有载调压变压器调整分接头带电调整，允许最大、最小负荷时分设不同抽头计算方法同双绕组，可分设调整范围大15%以上110kV，UN32.5%（七级）、UN81.25%（17级）220kV，UN42.5%（九级）三绕组高压侧装有载调压分接头中压侧装有普通分接头有载调压原理：无功功率充足时，采用有载调压可满足一般的调压要求长线供电负荷变化大联络线两端某些发电厂的变压器无功功率不充足时并补串补三、利用并联补偿设备调压调相机作用发无功，就地补偿，减少压降各种补偿设备的调节方式截面积小R>X，不可用并补截面积大R<X，明显静止补偿器