電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析4

第5章電力系統(tǒng)的無功功率平衡與電壓調整,本章提示5.1電壓調整的必要性5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡5.3電力系統(tǒng)的電壓管理5.4電壓調整的措施小結,本章提示,調壓的意義及電壓的允許波動范圍；電力系統(tǒng)的無功功率平衡及無功補償裝置的作用；電壓中樞點的概念及中樞點的調壓方式；調壓的措施。,5.1電壓調整的必要性,5.1.1電壓偏移對用電設備的影響5.1.2用戶允許電壓偏移值,5.1.1電壓偏移對用電設備的影響,白熾燈,白熾燈特性曲線,異步電動機的電壓特性,異步電動機,電子設備,5.1電壓調整的必要性,5.1.2電壓偏移對電力系統(tǒng)的影響,廠用機械（如給水泵、循環(huán)水泵、送風機、引風機等）,“電壓崩潰”,5.1電壓調整的必要性,5.1.3用戶允許電壓偏移值,一般規(guī)定節(jié)點電壓偏移不超過電力網(wǎng)額定電壓,220KV用戶：-105,10KV及以下電壓供電的用戶：7%,35KV及以上電壓供電的用戶：010,事故狀況下，允許在上述數(shù)值基礎上再增加5，但正偏移最大不能超過+10。,5.1電壓調整的必要性,5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡,5.2.1無功功率電源5.2.2無功負荷及無功損耗5.2.3無功功率平衡,5.2.1無功功率電源,無功電源,同步發(fā)電機,同步調相機,靜電電容器,靜止補償器,無功補償裝置,5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡,發(fā)電機發(fā)QG的能力與同時發(fā)出的PG有關,由發(fā)電機的PQ極限曲線決定。系統(tǒng)中有備用有功電源時,可將負荷中心的發(fā)電機降低功率因數(shù)運行，少發(fā)有功、多發(fā)無功,有利于無功的局部平衡，提高系統(tǒng)電壓水平。,5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡,同步調相機,相當于空載運行的同步電動機。,過勵磁運行：發(fā)出感性無功功率（無功電源），過勵磁運行時的容量是調相機的容量,欠勵磁運行：吸取感性無功（無功負荷），欠勵磁運行時的容量為調相機容量的5065,優(yōu)點：調節(jié)平滑，系統(tǒng)故障時亦能調節(jié)缺點：投資大；運行維護不方便；消耗有功功率（額定容量的1.5%-5%）,5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡,靜電電容器,并聯(lián)電容器只能向系統(tǒng)供給感性無功功率。,優(yōu)點：容量可調；集中或分散使用；投資費用??；有功功率損耗小（額定容量的0.3%-0.5%）,缺點：節(jié)點電壓下降時，向系統(tǒng)供給的無功功率下降,5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡,靜止補償器,由電容器組與可調電抗器組成,優(yōu)點:調節(jié)能力強，反應速度快，特性平滑,可分相補償,維護簡單,損耗小。缺點:最大補償量正比于電壓平方,電壓低時補償量??；諧波對電力系統(tǒng)產(chǎn)生污染。,發(fā)出感性無功功率,吸取感性無功功率,5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡,1、無功負荷,異步電動機,5.2.2無功負荷及無功損耗,5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡,2、無功損耗,輸電線路的無功損耗,當電壓較低，對于35kV及以下的架空線路，QB較小，線路消耗無功。而對于110kV及以上的架空線路，當傳輸功率較大時，QLX大于QB，線路消耗無功;當傳輸功率較小時，QLX小于QB，線路就相當于無功電源。,5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡,變壓器的無功損耗,n臺變壓器關聯(lián)運行時，變壓器總無功損耗,5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡,5.2.3無功功率平衡,運行中的無功平衡表示式,規(guī)劃中的無功平衡,5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡,例：求圖所示簡單系統(tǒng)的無功功率平衡。線路參數(shù)：變壓器試驗數(shù)據(jù)：,5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡,5.2電力系統(tǒng)的無功功率平衡,5.3電力系統(tǒng)的電壓管理,5.3.1電壓中樞點的概念5.3.2電樞點的電壓偏移5.3.3中樞點電壓的調整方式5.3.4電壓調整的基本原理,5.3.1電壓中樞點的概念,電壓中樞點包括：（1）水、火電廠的高壓母線（2）樞紐變電所的二次母線（3）有大量地方負荷的發(fā)電機機壓母線,電壓中樞點,a,b,0,5.3電力系統(tǒng)的電壓管理,5.3.2電樞點的電壓偏移,5.3電力系統(tǒng)的電壓管理,5.3.3中樞點電壓的調壓方式,調壓方式,逆調壓,順調壓,常調壓（恒調壓）,5.3電力系統(tǒng)的電壓管理,5.3.4電壓調整的基本原理,5.3電力系統(tǒng)的電壓管理,調壓方法：改變發(fā)電壓端電壓；改變變壓器的變比；改變功率分布，主要是改變無功功率的分布；改變電力網(wǎng)絡的參數(shù)。,5.3電力系統(tǒng)的電壓管理,5.4電壓調整的措施,5.4.1改變發(fā)電機端電壓調壓5.4.2改變變壓器變比調壓5.4.3改變電力網(wǎng)無功功率分布調壓5.4.4改變電力網(wǎng)的參數(shù)調壓,5.4.1改變發(fā)電機端電壓調壓,負荷增大,增加發(fā)電機勵磁電流,提高發(fā)電機電壓,負荷降低,減小發(fā)電機勵磁電流,降低發(fā)電機電壓,5.4電壓調整的措施,對于較長線路、多電壓級輸電,此時僅靠調節(jié)發(fā)電機不能滿足要求,適用于小系統(tǒng),易于實現(xiàn)逆調壓,此調壓僅作輔助措施,普通變壓器,355%/6.3KV變壓器：主分接頭電壓為35KV附加分接頭電壓為35（1+5%）=36.5KV35（1-5%）=33.25KV,5.4.2改變變壓器變比調壓,12122.5%/10.5kv變壓器：主分接頭電壓為121KV附加分接頭電壓為121（1+5%）=127.05KV121（1+2.5%=124.025KV121（1-2.5%）=117.95KV121（1-5%）=114.95KV,5.4電壓調整的措施,雙繞組降壓變壓器,變壓器低壓繞組額定電壓,變壓器高壓繞組分接頭電壓,變壓器高壓母線的實際電壓,變壓器歸算到高壓側的阻抗電壓損耗,按調壓要求變壓器低壓繞組電壓,5.4電壓調整的措施,5.4電壓調整的措施,雙繞組降壓變壓器變比的選擇,選擇,校驗,最大運行方式,最小運行方式,算術平均值,5.4電壓調整的措施,例5.2有一降壓變壓器歸算至高壓側的阻抗ZT=（2.44+j40），變壓器的額定電壓為11022.5%/6.3kV，在最大負荷時，變壓器高壓側通過功率為(28+j14)MVA，高壓母線電壓為113KV，低壓母線側要求電壓為6kV；在最小負荷時，變壓器高壓側通過功率為(10+j6)MVA，高壓母線電壓為115KV,低壓母線要求電壓為6.6kV。試選擇該變壓器的分接頭。,5.4電壓調整的措施,雙繞組升壓變壓器,升壓變壓器高壓繞組分接頭電壓的確定方法與降壓變壓器相同。,需要注意：,要求發(fā)電機的端電壓均取其額定電壓，并按發(fā)電機允許的電壓偏移進行校驗。,由于升壓變壓器中功率方向是從低壓側指向高壓側，因此公式中前的符號應為正。,如果在發(fā)電機電壓母線上有地方負荷，發(fā)電機一般可采用逆調壓方式調壓。,5.4電壓調整的措施,例5.3升壓變壓器的容量為31.5MVA,變比為12122.5%/6.3kV,歸算到高壓側的阻抗(3+j48)。在最大負荷和最小負荷時通過變壓器的功率分別(25+j18)MVA為和(14+j10)MVA，高壓側的要求電壓分別為120KV和114kV。發(fā)電機電壓的可能調整范圍是6.0-6.6kV。試選擇變壓器分接頭。,5.4電壓調整的措施,三繞組變壓器,三繞組變壓器高壓繞組、中壓繞組分接頭的確定按雙繞組變壓器的方法分兩步進行。,第一步：根據(jù)低壓母線的調壓要求，在高-低壓繞組之間進行計算，選取高壓繞組的分接頭中壓；,第二步：根據(jù)中壓母線的調壓要求及選取的高壓繞組分接頭電壓，在高-中壓繞組之間進行計算，選取中壓繞組的分接頭電壓。確定的變比為。,5.4電壓調整的措施,有載調壓變壓器,有載調壓器可按普通變壓器的計算公式計算各種運行方式下變壓器的分接頭電壓。,有載調壓變壓器（又稱帶負荷調壓變壓器），可以在有載情況下更換分接頭，并且分接頭個數(shù)較多。,電壓為110KV及以下的有載調壓器，高壓繞組有7個分接頭，電壓為220KV的有載調壓器有9個分接頭，如有特殊需要，制造廠可提供更多數(shù)量分接頭的有載調壓變壓器。,5.4電壓調整的措施,5.4電壓調整的措施,5.4.3改變電力網(wǎng)無功功率分布調壓,阻抗為歸算到高壓側的線路和變壓器總阻抗，忽略線路電納和變壓器的空載損耗。,電力網(wǎng)的無功補償,變電所未裝并聯(lián)補償前，電力網(wǎng)首端電壓為,5.4電壓調整的措施,變電所裝有容量為的并聯(lián)補償裝置后，電力網(wǎng)首端電壓為,若不變，則,5.4電壓調整的措施,上式中等號右側第二部分較小可略去,于是可得：,設變壓器的變比選為K，經(jīng)過補償后變電所低壓側要求保持的實際電壓為則,代入上式可得,說明：高壓側電壓用大寫符號,低壓側電壓用小寫符號,補償后的參數(shù)在下標加字母”c”.,5.4電壓調整的措施,裝設并聯(lián)電容器,第一步：按最小負荷時沒有補償，并根據(jù)調壓要求，計算變壓器分接頭電壓，選取標準分接頭，確定其變比K,第二步：按最大負荷時的調壓要求及選定的變比，計算所需的補償容量,第三步：根據(jù)確定的變比和選定的并聯(lián)電容器容量，校驗實際的電壓變化,5.4電壓調整的措施,裝設同步調相機第一步：確定變壓器的變比K最大負荷時，最大負荷時按額定容量過勵磁運行；最小負荷時，按額定容量的5060%欠勵磁運行；解出K，接K值確定最接近的分接頭電壓，并確定實際變比。,第二步：確定調相機的容量將變比K代入公式即可求出，根據(jù)產(chǎn)品目錄選出與此容量相近的調相機。,第三步：接所選容量校驗實際的電壓變化,5.4電壓調整的措施,例5.4有一個降壓變電所由二回110KV，長70km的電力線路供電，導線型號為LGJ-120，導線計算外徑為15.2mm，三相導線幾何平均距離為5m。變電所裝有二臺變壓器并列運行，其型號為SFL31500/110，容量為31.5MVA，變比為110/11kV,短路電壓百分數(shù)為10.5。最大負荷時變電所低壓側歸算至高壓側的電壓為100.5KV，最小負荷時為112.0KV。變電所二次母線允許電壓偏移在最大、最小負荷時為二次網(wǎng)絡額定電壓的2.57.5。試根據(jù)調壓的要求按并聯(lián)電容器和同步調相機二種措施，確定變電所11KV母線上所需補償設備的最小容量。,5.4電壓調整的措施,5.4.4改變電力網(wǎng)的參數(shù)調壓,減小電阻是通過增加線路導線截面積來實現(xiàn)減小電抗則是在線路上串聯(lián)電容器以容抗補償線路的感抗。,5.4電壓調整的措施,小結,電壓是衡量電能質量的另一重要指標，保證電壓質量要求系統(tǒng)必須保持無功功率平衡，并具備一定的無功備用