電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整

1、西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東第二章 第八節(jié) 電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整劉軒東西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東電壓調(diào)整的基本概念為什么要進(jìn)行電壓調(diào)整：電壓是衡量電能質(zhì)量的主要指標(biāo)之一，電壓偏移超過(guò)允許值，會(huì)給電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)和安全等方面帶來(lái)非常不利的影響。電壓偏移的定義：上式中， U為系統(tǒng)母線(xiàn)電壓；單位為kV UN為母線(xiàn)的額定電壓，kV保證電壓偏移在允許的范圍內(nèi)，是電力系統(tǒng)運(yùn)行的主要要求之一。還有什么指標(biāo)？電力系統(tǒng)的要求：安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東我國(guó)規(guī)定的電壓偏移的范圍：35kV及以上供電電壓：5%10kV及以下三相供電電壓： 7%

2、220kV單相供電電壓：+5%-10%農(nóng)村電網(wǎng)： 正常運(yùn)行情況：+7.5%-10 事故運(yùn)行情況：+10%-15%西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東電壓監(jiān)視中樞點(diǎn)（電壓中樞點(diǎn)）主要包括： 區(qū)域性發(fā)電廠的高壓母線(xiàn) 樞紐變電站的二次母線(xiàn) 有大量地方性負(fù)荷的發(fā)電廠母線(xiàn)若這些主要節(jié)點(diǎn)電壓滿(mǎn)足要求，則這些節(jié)點(diǎn)附近的其他節(jié)點(diǎn)電壓也能滿(mǎn)足要求電壓調(diào)整的主要方式： 1、順調(diào)壓 2、逆調(diào)壓 3、恒調(diào)壓西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東1、順調(diào)壓最大負(fù)荷運(yùn)行方式時(shí)，中樞點(diǎn)的電壓不應(yīng)低于線(xiàn)路額定電壓的102.5%；最小負(fù)荷運(yùn)行方式時(shí)，中樞點(diǎn)的電壓不應(yīng)高于線(xiàn)路額定電壓的107.5%；適用于供電線(xiàn)路不長(zhǎng)，負(fù)荷變動(dòng)不大

3、的中樞點(diǎn)西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東2、逆調(diào)壓最大負(fù)荷運(yùn)行方式時(shí)，中樞點(diǎn)的電壓要比線(xiàn)路額定電壓高5%；最小負(fù)荷運(yùn)行方式時(shí)，中樞點(diǎn)的電壓要等于線(xiàn)路的額定電壓；適用于供電線(xiàn)路較長(zhǎng)，負(fù)荷變動(dòng)較大的中樞點(diǎn)3、恒調(diào)壓最大和最小負(fù)荷方式時(shí)保持中樞點(diǎn)電壓為線(xiàn)路額定電壓的1.021.05倍；也稱(chēng)為常調(diào)壓。西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東電壓調(diào)整的基本原理k1：升壓變壓器變比k2：降壓變壓器變比R+X：歸算到高壓側(cè)的變壓器和線(xiàn)路的總阻抗忽略掉變壓器勵(lì)磁支路和線(xiàn)路的并聯(lián)支路以及網(wǎng)絡(luò)的功率損耗，則負(fù)荷點(diǎn)的電壓可表示為：電壓調(diào)整措施：1、改變發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)壓 2、 改變變壓器的變比調(diào)壓3、改變網(wǎng)絡(luò)的無(wú)功分

4、布調(diào)壓 4、 改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)調(diào)壓西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東2.8.2利用發(fā)電機(jī)調(diào)壓2.7節(jié)中講過(guò)發(fā)電機(jī)可作為無(wú)功功率電源 改變發(fā)電機(jī)端電壓的電壓調(diào)節(jié)方法不用另外增加設(shè)備，在各種調(diào)壓方式中應(yīng)該優(yōu)先考慮。其主要特點(diǎn)為： 通過(guò)改變發(fā)電的勵(lì)磁電流來(lái)實(shí)現(xiàn)逆調(diào)壓 是一種經(jīng)濟(jì)、直接的調(diào)壓手段 實(shí)質(zhì)上是調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)無(wú)功出力。由發(fā)電機(jī)直接供電的小系統(tǒng)調(diào)壓方法：最大負(fù)荷時(shí)，系統(tǒng)電壓損耗最大，發(fā)電機(jī)保持較高的端電壓，以提高網(wǎng)絡(luò)電壓最小負(fù)荷時(shí)，發(fā)電機(jī)應(yīng)維持低一些的電壓，以滿(mǎn)足電力網(wǎng)絡(luò)電壓的要求存在問(wèn)題：難以兼顧機(jī)端負(fù)荷和遠(yuǎn)方負(fù)荷的要求；多級(jí)電壓系統(tǒng)中，只能作為輔助調(diào)壓措施。因此，不能完全依靠發(fā)電機(jī)進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。

5、西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東2.8.3改變變壓器變比調(diào)壓降壓變壓器及其等值電路不考慮變壓器功率損耗時(shí)：U2N為降壓變壓器低壓側(cè)額定電壓，U1t為降壓變壓器高壓側(cè)某分接頭電壓，將變比用分接頭電壓表示，可求得變壓器高壓側(cè)分接頭電壓：此時(shí)求得的變壓器分接頭，只是某一種運(yùn)行方式下的分接頭，不能滿(mǎn)足各種不同運(yùn)行方式的要求，在實(shí)際計(jì)算中，分別取最大負(fù)荷和最小負(fù)荷兩種情況，計(jì)算出高壓側(cè)最高電壓和最低電壓，然后取平均值。先決條件：電網(wǎng)無(wú)功電源容量充足西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東U2max、U2min分別為最大、最小負(fù)荷時(shí)變壓器低壓側(cè)要求的電壓。存在問(wèn)題： 根據(jù)此種方法確定的U1t如果不是變壓器

6、所具有的分接頭電壓，則根據(jù)U1t選擇一個(gè)最接近的實(shí)際分接頭電壓，然后校驗(yàn)所選的分接頭是否能夠滿(mǎn)足低壓側(cè)母線(xiàn)電壓的要求； 若U2max和U2min均在要求范圍內(nèi)，則認(rèn)為該分接頭滿(mǎn)足調(diào)壓要求； 若U2max和U2min相差較大，可能無(wú)論選擇哪個(gè)分接頭都無(wú)法滿(mǎn)足調(diào)壓要求！第二種情況發(fā)生時(shí)，必須要與其他調(diào)壓方式進(jìn)行配合才能達(dá)到調(diào)壓目的。西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東現(xiàn)在回顧剛才的推導(dǎo)過(guò)程，掌握分接頭的選擇步驟：1、最大負(fù)荷時(shí)，分接頭電壓的計(jì)算；2、最小負(fù)荷時(shí)，分接頭電壓的計(jì)算；3、分接頭電壓平均值的計(jì)算；4、標(biāo)準(zhǔn)分接頭電壓的選擇；5、最大、最小負(fù)荷時(shí)，變壓器低壓側(cè)實(shí)際運(yùn)行電壓的校驗(yàn)。變壓器變比調(diào)

7、壓的先決條件？電網(wǎng)中無(wú)功電源容量充足若該條件不滿(mǎn)足，只靠改變變壓器的分接頭，是無(wú)法達(dá)到調(diào)壓目的的。此時(shí)必須合理的加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置。Why？該方法的實(shí)質(zhì)是改變無(wú)功的分布，若無(wú)功容量不足，何來(lái)改變分布？西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東2.8.4并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置調(diào)壓基本思路：在電力系統(tǒng)適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)加裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，減少線(xiàn)路和變壓器中輸送的無(wú)功功率，從而改變線(xiàn)路和變壓器的電壓損耗，達(dá)到調(diào)壓的目的。當(dāng)線(xiàn)路末端未裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，且不計(jì)電壓降落的橫分量時(shí)，等值電源母線(xiàn)電壓為：其中，R和X 為歸算到高壓側(cè)的總電阻和電抗，U2為未裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)，變壓器二次側(cè)電壓歸算到高壓側(cè)的值。西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室

8、劉軒東而當(dāng)變壓器低壓母線(xiàn)上加裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備之后，等值電路為：此時(shí)，等值電源母線(xiàn)電壓為：所需補(bǔ)償?shù)臒o(wú)功功率為：由于補(bǔ)償前后，變壓器低壓側(cè)的電壓變化不大，因此第二項(xiàng)可以忽略補(bǔ)償容量：調(diào)壓的要求變壓器變比西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償措施的選取并聯(lián)電容器（并補(bǔ)）最小負(fù)荷時(shí)，全部切除，按照最小負(fù)荷選擇變壓器變比；最大負(fù)荷時(shí)，全部投入，按照最大負(fù)荷選安裝容量；基本思路：1、按照最小負(fù)荷時(shí)，低壓側(cè)要求的電壓U2min，確定分接頭電壓（k）；2、按照最大負(fù)荷時(shí)，低壓側(cè)要求的電壓U2max，以及已經(jīng)確定的k值，確定補(bǔ)償容量Qc西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償措施的選取同步調(diào)相

9、機(jī)（并補(bǔ)）最小負(fù)荷時(shí)，欠激運(yùn)行，作為無(wú)功負(fù)荷，吸收感性無(wú)功；最大負(fù)荷時(shí)，過(guò)激運(yùn)行，作為無(wú)功電源，輸出感性無(wú)功?；舅悸罚?、最大負(fù)荷時(shí)調(diào)相機(jī)應(yīng)選取的額定容量：2、最小負(fù)荷時(shí)調(diào)相機(jī)吸收的感性無(wú)功：3、兩式相除，得到變壓器的變比：在高壓網(wǎng)中，電阻遠(yuǎn)小于電抗，無(wú)功功率所引起的電壓損耗占很大比例，因此，在高壓網(wǎng)中并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備有明顯的調(diào)壓效果，但在低壓網(wǎng)中，電阻較大，改變無(wú)功功率分布進(jìn)行調(diào)壓的效果不大。西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東2.8.5線(xiàn)路串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置調(diào)壓適用情況和基本思路：當(dāng)線(xiàn)路比較長(zhǎng)，負(fù)荷變動(dòng)較大，或者向沖擊負(fù)荷供電時(shí)，在線(xiàn)路串聯(lián)電容器，利用容性電抗來(lái)抵消線(xiàn)路的一部分感性電抗，使

10、得線(xiàn)路等值參數(shù)X變小，從而可以改變電壓損耗，達(dá)到調(diào)節(jié)電壓的目的。未串聯(lián)電容，電壓損耗：串聯(lián)電容后，電壓損耗：補(bǔ)償后電壓提升：電容補(bǔ)償裝置的容抗西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東由于串聯(lián)電容器的額定電壓最高約為12kV（電壓低），額定容量約為2040 Mvar（容量?。?，所以實(shí)際運(yùn)行中采用的串聯(lián)電容補(bǔ)償裝置都是由許多個(gè)電容串、并聯(lián)組成的串聯(lián)電容器組。串聯(lián)電容器組的并聯(lián)支路數(shù)m，可根據(jù)線(xiàn)路通過(guò)的最大負(fù)荷電流Imax來(lái)確定，假設(shè)每臺(tái)電容器的額定電流為ICN：每一并聯(lián)支路串聯(lián)電容器數(shù)n，可根據(jù)最大電流通過(guò)Xc時(shí)的電壓降ImaxXc來(lái)確定，設(shè)每臺(tái)電容器的額定電壓為UCN：每一并聯(lián)支路串聯(lián)電容器數(shù)n，可

11、根據(jù)最大電流通過(guò)Xc時(shí)的電壓降ImaxXc來(lái)確定，設(shè)每臺(tái)電容器的額定電壓為UCN：基本原則：三相需要串聯(lián)電容器組總?cè)萘繛椋?mnQcn西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東串補(bǔ)的功能串補(bǔ)能夠自動(dòng)跟蹤負(fù)荷，進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，瞬時(shí)性能好；串補(bǔ)多用于負(fù)荷經(jīng)常波動(dòng)，功率因素不高的35kV及以下電壓的配電網(wǎng)中；超高壓電網(wǎng)中串聯(lián)電容補(bǔ)償主要用于提高超高壓電力網(wǎng)的輸送容量和穩(wěn)定性。西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東串補(bǔ)和并補(bǔ)的比較并補(bǔ)串補(bǔ)減少Q(mào)流動(dòng)，直接減少有功功率損耗通過(guò)提高U而減小有功功率損耗，等容量下不如并補(bǔ)作用強(qiáng)通過(guò)減少無(wú)功流動(dòng)而減小電壓損耗，不如串補(bǔ)明顯（無(wú)功變化）由Xc上負(fù)電壓損耗抵償XL上的電壓損

12、耗，適用于電壓波動(dòng)頻繁、功率因素低的場(chǎng)合P=（P2+Q2）R/U2U=QX/U西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東調(diào)壓方式的選擇無(wú)功電源缺乏時(shí)：電容器、靜止補(bǔ)償器、調(diào)相機(jī)無(wú)功電源充足：調(diào)節(jié)變壓器抽頭（變比）發(fā)電機(jī)調(diào)壓：幅度有限，對(duì)于機(jī)壓負(fù)荷最有效實(shí)際電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整時(shí)一個(gè)復(fù)雜的綜合性問(wèn)題各種調(diào)壓措施要互相配合，使全網(wǎng)的無(wú)功功率分布合理。西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東第二章 第九節(jié) 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整劉軒東西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東頻率是衡量電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)回憶一下其他的指標(biāo)是什么？頻率變化帶來(lái)的危害：1、異步電動(dòng)機(jī)：頻率改變，轉(zhuǎn)速改

13、變2、電子設(shè)備：對(duì)頻率非常敏感3、威脅電力系統(tǒng)自身的正常安全運(yùn)行因此，要求電力系統(tǒng)提供頻率合格的優(yōu)質(zhì)電能產(chǎn)品。西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東對(duì)于電力系統(tǒng)而言，保證系統(tǒng)頻率合乎標(biāo)準(zhǔn)是電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)整的一項(xiàng)基本任務(wù)目前頻率標(biāo)準(zhǔn)是什么樣的？我國(guó)規(guī)定的額定頻率為50Hz大容量系統(tǒng)允許的頻率偏差為：0.2Hz中小容量系統(tǒng)允許的頻率偏差為： 0.5Hz發(fā)達(dá)國(guó)家（澳大利亞）要求：50 0.1Hz隨著頻率自動(dòng)控制技術(shù)的進(jìn)步，我國(guó)部分地區(qū)，如華東電網(wǎng)已經(jīng)達(dá)到了50 0.1Hz的技術(shù)水平西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東 電網(wǎng) f ：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速 的體現(xiàn) 當(dāng)發(fā)電機(jī) 與 平衡時(shí)， 和 f 不變 負(fù)荷 隨機(jī)變化

14、 隨機(jī)變化， 無(wú)法突變 f 隨機(jī)變化 結(jié)論：頻率偏移不可避免，但應(yīng)及時(shí)調(diào)整，使功率平衡MPEPDPEPMP有功功率平衡和頻率的關(guān)系發(fā)電廠到電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)f：電網(wǎng)頻率；PM發(fā)電機(jī)輸入機(jī)械功率，受慣性影響，變化緩慢；PE發(fā)電機(jī)輸出電磁功率，受負(fù)荷結(jié)構(gòu)、運(yùn)行方式影響，瞬時(shí)變化。西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東實(shí)際日負(fù)荷的組成P1：變化幅度小，變化周期較短（一般為10s以?xún)?nèi)）的負(fù)荷分量，中小設(shè)備的投入和切除引起，隨機(jī)性非常大； P2：變化幅度較大、變化周期較長(zhǎng)（一般為10s3min）的負(fù)荷分量 ，如工業(yè)電爐、電力機(jī)車(chē)，壓延機(jī)械等沖擊性負(fù)荷；P3：變化緩慢的持續(xù)變動(dòng)負(fù)荷，是日負(fù)荷曲線(xiàn)的基本部分，由國(guó)民經(jīng)

15、濟(jì)、生產(chǎn)、生活和氣象變化等因素決定的。P1、P2是難以預(yù)測(cè)的，通過(guò)原動(dòng)機(jī)的調(diào)速器、調(diào)頻器調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸入功率來(lái)隨時(shí)平衡負(fù)荷的變化；P3通過(guò)歷年運(yùn)行統(tǒng)計(jì)資料和負(fù)荷可能變化的趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東有功功率平衡系統(tǒng)總備用容量總和電廠自用電消耗有功電網(wǎng)損耗有功總和負(fù)荷消耗有功總和發(fā)電廠有功總和BCLFBCLFPPPPPPPPPP備用容量：作用：為了保證供電可靠性及電能質(zhì)量合格，系統(tǒng)電源容量應(yīng)大于發(fā)電負(fù)荷定義：備用容量=系統(tǒng)可用電源容量-發(fā)電負(fù)荷有功功率電源發(fā)出的功率在任何時(shí)間都應(yīng)與系統(tǒng)的負(fù)荷和總網(wǎng)損平衡而對(duì)于裝機(jī)容量來(lái)說(shuō)，還必須考慮一定數(shù)量的備用容量。西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)

16、教研室 劉軒東(1) 負(fù)荷備用：滿(mǎn)足負(fù)荷波動(dòng)、計(jì)劃外的負(fù)荷增量(2) 事故備用：發(fā)電機(jī)因事故退出運(yùn)行能頂上的容量(3) 檢修備用：發(fā)電機(jī)計(jì)劃?rùn)z修(4) 國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用：滿(mǎn)足工農(nóng)業(yè)超計(jì)劃增長(zhǎng)備用容量的分類(lèi)存在形式作用熱備用冷備用運(yùn)轉(zhuǎn)中的發(fā)電設(shè)備可能產(chǎn)生的最大功率與實(shí)際發(fā)電量之差，隱含在系統(tǒng)運(yùn)行中的機(jī)組中，即需即用從供電可靠性和電能質(zhì)量來(lái)看，越多越好，但熱備用過(guò)大，大量發(fā)電機(jī)低于額定功率運(yùn)行，效率低下設(shè)備完好而有待投入運(yùn)行的放電設(shè)備的最大可能出力，能聽(tīng)命于調(diào)度隨時(shí)啟動(dòng)，可作為檢修備用、國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用和部分事故備用西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東負(fù)荷的功頻靜特性在額定功率附近，負(fù)荷的功頻靜特性可以近

17、似用一條直線(xiàn)表示。其斜率為：kL為負(fù)荷的功頻靜特性系數(shù)，它表示負(fù)荷吸收的有功功率隨頻率變化的大小頻率下降時(shí)，負(fù)荷吸收的有功功率自動(dòng)減??；頻率上升時(shí)，負(fù)荷吸收的有功功率自動(dòng)增加。負(fù)荷的這種特性有利于系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，系統(tǒng)頻率也相應(yīng)的發(fā)生變化，如圖中的P1、P2西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東發(fā)電機(jī)的功頻靜特性發(fā)電機(jī)組的速度調(diào)節(jié)是由原動(dòng)機(jī)附設(shè)的調(diào)速器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，發(fā)電機(jī)的功頻靜特性取決于原動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)。外界負(fù)荷增大時(shí)，發(fā)電機(jī)輸入功率小于輸出功率，轉(zhuǎn)速和頻率下降，調(diào)速器使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和頻率上升，但受調(diào)速器本身的影響，轉(zhuǎn)速和頻率略低于負(fù)荷變化前的值外界負(fù)荷減小時(shí)，發(fā)電機(jī)輸入功率大于輸出

18、功率，轉(zhuǎn)速和頻率增加，調(diào)速器使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和頻率下降，但略高于原來(lái)的值。因此，調(diào)速器的調(diào)節(jié)是一個(gè)有差調(diào)節(jié)的過(guò)程，功頻靜特性曲線(xiàn)近似為一條直線(xiàn)。1GPGNPGPf2fNf0GPf12用靜態(tài)調(diào)差系數(shù)來(lái)表示發(fā)電機(jī)的功頻靜特性。 f和 p是負(fù)相關(guān)的量，兩者的符號(hào)始終相反的。調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)為發(fā)電機(jī)功頻靜特性系數(shù)，用kG表示kG可調(diào)節(jié)，負(fù)號(hào)表示f、PG變化方向相反kG的大小與機(jī)組類(lèi)型、調(diào)速機(jī)構(gòu)有關(guān) 25西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻原理機(jī)組裝有調(diào)速器負(fù)荷變化時(shí)，調(diào)速器能夠反映頻率f的變化一次調(diào)頻：由調(diào)速器自動(dòng)調(diào)節(jié)負(fù)荷變化引起的頻率偏移二次調(diào)頻：由調(diào)頻器來(lái)調(diào)節(jié)其有功功率的輸出，使發(fā)電機(jī)組頻率靜特性曲線(xiàn)上下移動(dòng)。西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)教研室 劉軒東發(fā)電機(jī)組的頻率調(diào)節(jié)fPPG頻率特性P