電力系統(tǒng)工程基礎(chǔ) 華中科技大學(xué) 熊信銀 PPT課件9現(xiàn)代電力系統(tǒng)的運(yùn)行

1、v第一節(jié) 電力系統(tǒng)有功功率與頻率的調(diào)整 v第二節(jié) 電力系統(tǒng)無功功率與電壓的調(diào)整 v第三節(jié) 電力網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性v第四節(jié) 電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性第九章第九章 現(xiàn)代電力系統(tǒng)的運(yùn)行現(xiàn)代電力系統(tǒng)的運(yùn)行第一節(jié)第一節(jié) 電力系統(tǒng)有功功率與頻率的調(diào)整電力系統(tǒng)有功功率與頻率的調(diào)整v一、電力系統(tǒng)的有功功率平衡v二、電力系統(tǒng)有功功率的分配v三、電力系統(tǒng) 的頻率調(diào)整1有功功率負(fù)荷 ： 負(fù)荷變動(dòng)幅度小，周期又很短(如P1)，這種負(fù)荷的變動(dòng)具有很大的偶然性； 負(fù)荷變動(dòng)幅度較大，周期也較長（如P2）工業(yè)中大電機(jī)、電爐、延壓機(jī)、電氣機(jī)車等用戶的開停，它們具有一定的沖擊性； 負(fù)荷變動(dòng)幅度最大，周期也最長，且變化較緩慢（如P3）人們

2、生產(chǎn)、生活及氣象條件的變化等引起的，這種負(fù)荷變化基本上可以預(yù)計(jì)。一、電力系統(tǒng)的有功功率平衡一、電力系統(tǒng)的有功功率平衡圖9-1 有功負(fù)荷的變動(dòng)有功功率的平衡 ： 11nnG iLiiiPPP 2、有功功率電源和備用容量 總裝機(jī)容量：所有發(fā)電機(jī)的額定容量之和 有功電源容量：系統(tǒng)中可投入發(fā)電設(shè)備的總?cè)萘恐?備用容量：系統(tǒng)的電源容量大于發(fā)電負(fù)荷的部分 為保證供電可靠性和電能質(zhì)量、以及有功功率的經(jīng)濟(jì)分配，發(fā)電廠必須有足夠的備用容量。一般要求備用容量達(dá)最大發(fā)電負(fù)荷的15%30%二、電力系統(tǒng)有功功率的分配二、電力系統(tǒng)有功功率的分配1、有功電源的最優(yōu)組合 指系統(tǒng)中發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠的合理組合，包括機(jī)組的最優(yōu)組

3、合順序，機(jī)組的最優(yōu)組合數(shù)量和機(jī)組的最優(yōu)開停時(shí)間 2、有功負(fù)荷在運(yùn)行機(jī)組間的最優(yōu)分配 指系統(tǒng)的有功負(fù)荷在各運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組或發(fā)電廠間的合理分配 3、分配原則： 充分合理利用水利資源，盡量避免棄水；最大限度地降低火電廠煤耗，并充分發(fā)揮高效機(jī)組的作用；降低火力發(fā)電的成本，執(zhí)行國家的有關(guān)燃料政策，減少燒油，增加燃用劣質(zhì)煤、當(dāng)?shù)孛骸D9-2 各類發(fā)電廠組合順序示意圖(a)枯水季節(jié)(b)豐水季節(jié)三、電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整三、電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整1、頻率調(diào)整的必要性 頻率是衡量電能質(zhì)量的指標(biāo)之一，頻率質(zhì)量的下降的危害：異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸出功率各種電氣設(shè)備均按額定頻率設(shè)計(jì)頻率降低，無功損耗增加，無功平衡和電壓調(diào)整變

4、得困難2、 頻率與有功平衡的關(guān)系 頻率與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速有嚴(yán)格的關(guān)系 負(fù)荷變化-發(fā)電機(jī)輸出電磁功率變化-原動(dòng)機(jī)輸入功率相對(duì)遲緩轉(zhuǎn)矩變化-轉(zhuǎn)速變化-頻率變化 額定頻率50Hz,頻率偏差范圍0.2-0.5Hz3 、各類負(fù)荷變動(dòng)與頻率調(diào)整第一種負(fù)荷頻率的“一次調(diào)整”,采用調(diào)速器第二種負(fù)荷變動(dòng)頻率的“二次調(diào)整”，調(diào)頻器第三種負(fù)荷變動(dòng)頻率的“三次調(diào)整，通過負(fù)荷預(yù)計(jì)得到負(fù)荷曲線，按最優(yōu)化準(zhǔn)則分配負(fù)荷，屬于電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的問題，或稱經(jīng)濟(jì)調(diào)度。(1)電源有功功率靜態(tài)頻率特性 電源有功功率靜態(tài)頻率特性：發(fā)電機(jī)組的原動(dòng)機(jī)機(jī)械功率與角速度或頻率的關(guān)系 無調(diào)速系統(tǒng)時(shí)：Pm=C1-C22=C1f-C2f2 有調(diào)速系統(tǒng)時(shí)：原

5、動(dòng)機(jī)的靜態(tài)頻特性成為一族曲線。此時(shí)發(fā)電機(jī)輸出功率與頻率關(guān)系的曲線近似地用直線表示，稱為發(fā)電機(jī)組的功率一頻率靜態(tài)特性。4、電力系統(tǒng)的頻率特性圖9-3 原動(dòng)機(jī)械功率的靜態(tài)頻率特性曲線圖9-4 調(diào)速器的作用負(fù)荷模型中，負(fù)荷與頻率的關(guān)系可用多項(xiàng)式表示：(2)、電力系統(tǒng)負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性圖9-5 有功負(fù)荷頻率靜態(tài)特性nNLDNnNLDNNLDNLDNLDffPaffPaffPaPaP2210調(diào)節(jié)過程PLD=KLf PG=-KGf PLD0+KLf=-KGf PLD0=-(KG+KL)f=-KSf 定義KS=KG+KL為系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率 KS=KG+KL = 系統(tǒng)中有n臺(tái)機(jī)組，只有m臺(tái)機(jī)組參與一次調(diào)整單

6、位調(diào)節(jié)功率為：fPLD0miLGiSKKK1(1)、頻率的一次調(diào)整圖9-6 頻率的一次調(diào)整5、電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整(2)、頻率的二次調(diào)整 選定系統(tǒng)中的一個(gè)或幾個(gè)電廠擔(dān)負(fù)二次調(diào)頻任務(wù)，擔(dān)負(fù)二次調(diào)頻任務(wù)的電廠稱為調(diào)頻廠 調(diào)頻廠的條件： 具有足夠的容量；具有較快的調(diào)整速度；調(diào)整范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性要好。 火電廠受鍋爐技術(shù)最小負(fù)荷的限制，可調(diào)容量僅為其額定容量的30%75% 水電廠的調(diào)整容量大于火電廠，水電廠的調(diào)整速度較快，且適宜承擔(dān)急劇變動(dòng)的負(fù)荷。 一般應(yīng)選擇系統(tǒng)中容量較大的水電廠作為調(diào)頻廠。若水電廠調(diào)節(jié)容量不足或無水電廠時(shí)，可選中溫中壓火電廠作為調(diào)頻廠。第二節(jié)第二節(jié) 電力系統(tǒng)無功功率與電壓的調(diào)整電力系統(tǒng)無

7、功功率與電壓的調(diào)整v一、電力系統(tǒng)的無功功率平衡v二、中樞點(diǎn)的電壓管理v三、電力系統(tǒng)的調(diào)壓措施主要內(nèi)容：u電壓調(diào)整的重要性。無功功率與電壓的關(guān)系。u電力系統(tǒng)的無功平衡與運(yùn)行電壓水平。無功電源，無功負(fù)荷及無功損耗。u調(diào)壓方式： 逆調(diào)，順調(diào)，常調(diào)u各種調(diào)壓措施圖9-7 綜合負(fù)荷的電壓靜態(tài)特性1. 無功電源 無功電源包括發(fā)電機(jī)、同步調(diào)相機(jī)、靜電電容器及靜止補(bǔ)償器等。發(fā)電機(jī)額定狀態(tài)下： QGN=SGNsinN=PGNtgN 一、電力系統(tǒng)的無功平衡一、電力系統(tǒng)的無功平衡圖9-8 發(fā)電機(jī)有功與無功功率的出力圖非額定功率因素有功與無功的關(guān)系： OA代表發(fā)電機(jī)額定電壓 ；AC代表在發(fā)電機(jī)電抗Xd上引起的電壓降,

8、正比于定子額定電流，所以亦正比于發(fā)電機(jī)的額定視在功率SGN；AC在縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)上的投影分別正比于發(fā)電機(jī)的額定有功功率PGN和額定無功功率QGN ，C點(diǎn)表示了發(fā)電機(jī)的額定運(yùn)行點(diǎn) ；OC發(fā)電機(jī)電勢，它正比于發(fā)電機(jī)的額定激磁電流。所受限制：轉(zhuǎn)子電流不能超過額定值 BC 定子電流不能超過額定值 ECD 汽輪機(jī)出力的限制 HC 故實(shí)際運(yùn)行于HCBXUPXEUQ222分析： 當(dāng)運(yùn)行于HC，發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功功率低于額定運(yùn)行情況下的無功輸出運(yùn)行于BC段時(shí)，在降低功率因數(shù)、減少有功輸出的情況下多發(fā)無功功率只有在額定電壓、額定電流和額定功率因數(shù)(即C點(diǎn))下運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)的視在功率才能達(dá)到額定值，其容量也利用得最

9、充分。發(fā)電機(jī)無功輸出與電壓的關(guān)系：圖9-9 無功與電壓靜態(tài)特性曲線1發(fā)電機(jī)無功與電壓的靜態(tài)特性2異步電動(dòng)機(jī)無功與電壓的靜態(tài)特性電容器：無功功率與電壓靜特性關(guān)系：CCXUQ/2同步調(diào)相機(jī)： 相當(dāng)于空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)，在過勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，同步調(diào)相機(jī)向系統(tǒng)輸送無功功率，欠勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，它從系統(tǒng)吸收無功功率，無功功率與電壓靜特性與發(fā)電機(jī)相似。 調(diào)相機(jī)與電容器的比較：調(diào)相機(jī)：能平滑調(diào)節(jié)，具有正的調(diào)節(jié)效應(yīng) ，維護(hù)復(fù)雜，響應(yīng)慢，損耗大電容器：成組地投入切除,具有負(fù)的調(diào)節(jié)效應(yīng)，維護(hù)簡單，響應(yīng)快，損耗小 無功負(fù)荷：電力系統(tǒng)的無功負(fù)荷與電壓的靜態(tài)特性主要由異步電動(dòng)機(jī)決定異步電動(dòng)機(jī)的無功消耗 ：Qm異步電動(dòng)機(jī)的激磁功率

10、，它與施加于異步電動(dòng)機(jī)的電壓平方成正比。Q異步電動(dòng)機(jī)漏抗X中的無功損耗，它與負(fù)荷電流平方成正比。XIXUQQQmmM222 . 無功負(fù)荷和無功損耗靜止無功補(bǔ)償器： 由晶閘管控制的可調(diào)電抗器與電容器并聯(lián)組成，既可發(fā)出無功功率，又可吸收無功功率，且調(diào)節(jié)平滑，安全，經(jīng)濟(jì)，維護(hù)方便。無功損耗： 網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗包括變壓器和輸電線路的損耗。 變壓器的無功功率損耗在系統(tǒng)的無功需求中占有相當(dāng)?shù)谋戎兀篞0變壓器空載無功損耗，它與所施的電壓平方成正比；QT變壓器繞組漏抗中的無功損耗，與通過變壓器的電流平方成正比。22200(%)(%)100100kTTTTNNIUSQQQU BI XSS 輸電線路無功損耗： 當(dāng)

11、線路傳輸功率較大，電抗中消耗的無功功率大于電容中發(fā)出的無功功率時(shí)，線路等值為消耗無功；當(dāng)傳輸功率較小、線路運(yùn)行電壓水平較高，電容中產(chǎn)生的無功功率大于電抗中消耗的無功功率時(shí)，線路等值為無功電源。221212121BUXUQPQQQBXL無功平衡 在電力系統(tǒng)運(yùn)行的任何時(shí)刻，電源發(fā)出的無功功率總是等于同時(shí)刻系統(tǒng)負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)的無功損耗之和： QGC(t)=QLD(t)+ (t) Q3.無功功率的平衡與運(yùn)行電壓水平圖9-10 無功平衡與電壓水平的關(guān)系無功功率與運(yùn)行電壓水平 為保證系統(tǒng)電壓質(zhì)量，在進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)，需制訂無功功率的供需平衡關(guān)系，并保證系統(tǒng)有一定的備用容量。 無功備用容量一般為無功負(fù)荷的7

12、%8% 無功功率的就地平衡 無功電源不足時(shí)，應(yīng)增設(shè)無功補(bǔ)償裝置。無功補(bǔ)償裝置應(yīng)盡可能裝在負(fù)荷中心，以做到無功功率的就地平衡，減少無功功率在網(wǎng)絡(luò)中傳輸而引起的網(wǎng)絡(luò)功率損耗和電壓損耗 二、中樞點(diǎn)的電壓管理二、中樞點(diǎn)的電壓管理 中樞點(diǎn)指反映系統(tǒng)電壓水平的主要發(fā)電廠或樞紐變電站的母線，系統(tǒng)中大部分負(fù)荷由這些節(jié)點(diǎn)供電。根據(jù)負(fù)荷對(duì)電壓的要求及電壓損耗的實(shí)際情況，確定中樞點(diǎn)的電壓允許調(diào)整范圍。圖9-11 簡單電力網(wǎng)電壓損耗(a)網(wǎng)絡(luò)接線；(b)日負(fù)荷曲線；(c)電壓損耗曲線 負(fù)荷點(diǎn)電壓UA和UB的允許變化范圍均為(0.951.05)UN 滿足負(fù)荷節(jié)點(diǎn)A的調(diào)壓要求，中樞點(diǎn)電壓應(yīng)控制的變化范圍是：08時(shí)：U(A

13、)=UA+UA=(0.951.05)UN+0.04UN=(0.991.09)UN824時(shí)：U(A)=UA+UA=(0.951.05)UN+0.1UN=(1.051.15)UN 滿足負(fù)荷節(jié)點(diǎn)B的調(diào)壓要求在016時(shí)，U(B)=UB+UB=(0.961.06)UN；在1624時(shí)，U(B)=UB+UB=(0.981.08)UN u調(diào)壓方式u逆調(diào)壓：大負(fù)荷時(shí)，電壓損耗大，將中樞點(diǎn)的電壓適當(dāng)升高些(比線路額定電壓高5%)，小負(fù)荷時(shí)將中樞點(diǎn)電壓適當(dāng)降低(取線路的額定電壓) 適合于供電線路較長，負(fù)荷變動(dòng)較大的中樞點(diǎn)u順調(diào)壓：在大負(fù)荷時(shí)允許中樞點(diǎn)電壓不低于線路額定電壓的102.5%，小負(fù)荷時(shí)不高于線路額定電壓1

14、07.5% 適合于供電線路不長，負(fù)荷變動(dòng)不大的中樞點(diǎn)u常調(diào)壓：即在任何負(fù)荷下都保持中樞點(diǎn)電壓為線路額定電壓的102%105%2121/ )(KUQXPRKUKUKUUGGb三、電力系統(tǒng)的調(diào)壓措施三、電力系統(tǒng)的調(diào)壓措施u調(diào)壓的原理發(fā)電機(jī)通過升壓變壓器、線路和降壓變壓器向用戶供電,要求調(diào)整負(fù)荷節(jié)點(diǎn)b的電壓Ub。略去線路的電容充電功率和變壓器的激磁功率，變壓器的參數(shù)均已歸算到高壓側(cè)。 b點(diǎn)的電壓 ：圖9-13 電壓調(diào)整原理圖u調(diào)壓的措施 改變發(fā)電機(jī)端電壓UG改變變壓器比K增設(shè)無功補(bǔ)償裝置，以改變無功功率分布改變輸電線路的參數(shù) u調(diào)壓措施1：發(fā)電機(jī)調(diào)壓 在負(fù)荷增大時(shí)，損耗增加，用戶端電壓降低，這時(shí)增加

15、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，提高發(fā)電機(jī)的端電壓；在負(fù)荷減小時(shí)，損耗減少，用戶端電壓升高，這時(shí)減少發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，降低發(fā)電機(jī)的端電壓。按規(guī)定，發(fā)電機(jī)運(yùn)行電壓的變化范圍在發(fā)電機(jī)額定電壓的+5%以內(nèi)。計(jì)算電壓損耗歸算到高壓側(cè)的變壓器電壓損耗為：若低壓側(cè)要求的電壓為U2 ,則有：式中，KT=U1t/U2N變壓器的變比確定分接頭電壓： 按兩種極端情況(變壓器通過最大負(fù)荷和最小負(fù)荷的情況)下的調(diào)壓要求計(jì)算。u調(diào)壓措施2： 改變變壓器變比調(diào)壓1UQXPRUTTTTTKUUU12NTtUUUUU2211變壓器通過最大負(fù)荷時(shí)對(duì)分接頭電壓的要求為： U1tmax=(U1max-Umax)U2N/U2max 變壓器通過最小負(fù)荷

16、時(shí)對(duì)分接頭電壓的要求為： U1tmin=(U1min-Umin)U2N/U2min 考慮到在最大和最小負(fù)荷時(shí)變壓器要用同一分接頭，故取U1max和U1tmin的算術(shù)平均值： 再根據(jù)U1t av值選擇一個(gè)與它最接近的變壓器標(biāo)準(zhǔn)分接頭電壓校驗(yàn)所選的分接頭在最大負(fù)荷和最小負(fù)荷時(shí)變壓器低壓母線上的實(shí)際電壓是否符合調(diào)壓要求。)(21min1max11tttavUUUu例9-1： 其降壓變電所有一臺(tái)變比KT=(110+22.5%)/11的變壓器，歸算到高壓側(cè)的變壓器阻抗為ZT=(2.44+j40)，最大負(fù)荷時(shí)進(jìn)入變壓器的功率為Smax=(28+j14)MVA，最小負(fù)荷時(shí)為Smin=(10+j6)MVA。最

17、大負(fù)荷時(shí)，高壓側(cè)母線電壓為113kV，最小負(fù)荷時(shí)為115kV，低壓側(cè)母線電壓允許變化范圍為1011kV，試選擇變壓器分接頭。解：最大負(fù)荷及最小負(fù)荷時(shí)變壓器的電壓損耗為 ：按最大和最小負(fù)荷情況選變壓器的分接頭電壓 ：kVkVUXQRPUkVkVUXQRPUTTTT3 . 211540644. 21056. 5113401444. 228min1minminminmax1maxmaxmaxkVkVUUUUUkVkVUUUUUNtNt7 .11211113 . 21152 .11811106 . 51132min2minmin1min12max2maxmax1max1取平均值：選擇最接近的分接頭電壓

18、115.5kV，即110+5%的分接頭。按所選分接頭校驗(yàn)低壓線的實(shí)際電壓 均未超出允許電壓范圍1011kV，可見所選分接頭能滿足調(diào)壓要求 。升壓變壓器的分接頭選擇： 上述降壓變壓器的選擇方法基本相同。但在通常的運(yùn)行方式下，升壓變壓器的功率方向與降壓變壓器相反，是從低壓側(cè)流各高壓側(cè)的。故電壓損耗項(xiàng)UT前的符號(hào)應(yīng)相反 。kVkVkVUkVkVkVU1173.10115 .1153 . 21151023.10115 .1156 . 5113min2max2kVkVUUUtttav45.115)7 .1122 .118(21)(21min1max11 通過在負(fù)荷側(cè)安裝同步調(diào)相機(jī)、并聯(lián)電容器或靜止補(bǔ)償器

19、，以減少通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臒o功功率，降低網(wǎng)絡(luò)的電壓損耗而達(dá)到調(diào)壓的目的 。u調(diào)壓措施3: 利用無功功率補(bǔ)償調(diào)壓在未裝補(bǔ)償裝置時(shí)，電力網(wǎng)首端電壓：在負(fù)荷側(cè)裝設(shè)容量為QC的無功補(bǔ)償裝置后，電力網(wǎng)的首端電壓：若首端電壓U1保持不變，則有：221UQXPRUUCCCUXQQPRUU221)(CCCUXQQPRUUQXPRU2222)(補(bǔ)償容量為： 簡化： 如變壓器變比為KT，則： 式中，U2C變壓器低壓側(cè)實(shí)際要求的電壓值。)(22222UQXPRUQXPRUUXUQCCCC)(222UUXUQCCC)(2222TCCTCKUUXUKQu靜止電容器容量的選擇： 考慮在最小負(fù)荷時(shí)將電容器全部切除，在最大負(fù)荷時(shí)

20、全部投入的運(yùn)行方式 ，無功補(bǔ)償容量還與變壓器變比的選擇有關(guān)。按在最小負(fù)荷時(shí)不補(bǔ)償(即電容器不投入)來確定變壓器分接頭。式中 ，U2min最小負(fù)荷時(shí)變壓器低壓母線歸算到高壓側(cè)的電壓和低壓母線要求的電壓值。 按最大負(fù)荷時(shí)的調(diào)壓要求計(jì)算無功補(bǔ)償容量 式中， 和U2Cmax最大負(fù)荷時(shí)變壓器低壓母線歸算到高壓側(cè)的電壓值和低壓母線要求的電壓值。NtUUUU2min2min212max2max2max2)(TTCCCKKUUXUQmin2Umax2Uu同步調(diào)相機(jī)容量的選擇 考慮在最大負(fù)荷時(shí)同步調(diào)相機(jī)滿發(fā)無功： 在最小負(fù)荷時(shí)同步調(diào)相機(jī)吸收無功功率，考慮到同步調(diào)相機(jī)通常設(shè)計(jì)在只能吸收(0.50.6)QCN的無功

21、功率 兩式相除可解出變比KT，選擇與KT值最接近的變壓器高壓繞組分接頭電壓，即確定了變壓器實(shí)際變比再將實(shí)際變比代入以上兩式中任一式即可求出為滿足調(diào)壓要求所需的調(diào)相機(jī)容量QCN。2max2max2max2)(TTCCCNKKUUXUQ2min2min2min2)()6 .05 .0(TTCCCNKKUUXUQu例9-2： 電力網(wǎng)如圖9-16所示，歸算到高壓側(cè)的線路和變壓器阻抗為Z=(6+j120)。供電點(diǎn)提供的最大負(fù)荷Smax=(20+j15)MVA，最小負(fù)荷Smax=(10+j8)MVA，降壓變低壓側(cè)母線電壓要求保持為10.5kV。若U1保持為110kV不變，試配合變壓器分接頭選擇，確定用電容

22、器無功補(bǔ)償容量。解： 計(jì)算未補(bǔ)償時(shí)，最大及最小負(fù)荷時(shí)變電所低壓母線歸算到高壓側(cè)的電壓 最小負(fù)荷時(shí)，將電容器全部切除，選擇分接頭電壓選最接近的分接頭104.5kV，即1105%的分接頭，則kVkVUUUkVkVUUU7 .100)1101208610110(5 .92)11012015620110(min1min2max1max2kVkVUUUUNt5 .105115 .107 .1002min2min215 . 9115 .104TK 按最大負(fù)荷時(shí)的調(diào)壓要求，確定電容器的容量取補(bǔ)償容量為6Mvar，驗(yàn)算低壓母線實(shí)際電壓值可見選取此補(bǔ)償容量能基本滿足調(diào)壓要求。222max2max2max92.5

23、()(10.5) 9.5var6.03var9.510.5120CTTUUQUKMMXKkVkVKUUUTCC43.105 . 9110120)615(620110max1max2kVkVKUUUT6 .105 . 91101208610110min1min2 對(duì)于10kV及以下電壓等級(jí)的電力網(wǎng)中電阻比較大的線路，考慮增大導(dǎo)線截面以減小線路的電阻 對(duì)于X比R大的35kV及以上電壓等級(jí)的電力線路，電抗上的電壓降占的比重較大，可以考慮采用串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)姆椒ㄒ詼p小X 在未裝設(shè)串聯(lián)電容時(shí)，線路的電壓損耗為： 裝設(shè)串聯(lián)電容C(其容抗為XC)后，線路的電壓損耗為： 111)(UXXQRPUCCu調(diào)壓措施4

24、：改變輸電線路參數(shù)調(diào)壓111UXQRPU電壓提高的數(shù)值應(yīng)是補(bǔ)償前后的電壓損耗之差：所以： 串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)恼{(diào)壓效果與負(fù)荷的無功功率Q1成正比，從而與負(fù)荷的功率因數(shù)有關(guān)。在負(fù)荷功率因數(shù)較低時(shí)，線路上串聯(lián)電容調(diào)壓效果較顯著。因此，串聯(lián)電容補(bǔ)償一般適用，負(fù)荷波動(dòng)大且功率因數(shù)低的配電線路。11UXQUUCC11)(QUUUXCCu電壓調(diào)整總結(jié) 發(fā)電機(jī)調(diào)壓主要適用于地方性供電網(wǎng)，對(duì)于區(qū)域性電力網(wǎng)僅作為輔助調(diào)壓措施。 在系統(tǒng)無功功率充裕時(shí)，首先應(yīng)考慮采用改變變壓器變比調(diào)壓。對(duì)于無載調(diào)壓變壓器，一般只適用于季節(jié)性負(fù)荷變化的情況。 當(dāng)系統(tǒng)無功電源不足時(shí)，必須增設(shè)無功補(bǔ)償容量。無功功率的就地補(bǔ)償雖需增加投資，但這

25、樣不僅能提高運(yùn)行電壓水平，還能通過減少無功功率在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸而降低網(wǎng)絡(luò)的有功功率損耗。 串聯(lián)電容補(bǔ)償可用于配電網(wǎng)的調(diào)壓，但近年來，串聯(lián)電容補(bǔ)償用于超高壓輸電線帶來的對(duì)潮流控制、系統(tǒng)穩(wěn)定性的提高等方面的綜合效益已日益引起人們的關(guān)注。第三節(jié)第三節(jié) 電力網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性電力網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性v一、電力網(wǎng)的電能損耗v二、降低電能損耗的技術(shù)措施 由于電力系統(tǒng)所需的能源占整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的總能源消耗的比例舉足輕重，因此，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性將帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性主要反映在總的燃料消耗(或發(fā)電成本)和網(wǎng)絡(luò)的電能損耗上。一、電力網(wǎng)的電能損耗一、電力網(wǎng)的電能損耗 電力網(wǎng)在運(yùn)行時(shí)，由于電流或功率通過

26、輸電線 和變壓器要產(chǎn)生電能損耗。從輸電線和變壓器的等值電路看，電能損耗由兩部分組成： 在導(dǎo)線和變壓器繞組電阻上的有功損耗，這部分損耗與通過元件的電流或功率有關(guān)； 輸電線和變壓器等值電路中并聯(lián)電導(dǎo)中的有功損耗(又稱為固定損耗) ，如輸電線的電暈損耗，變壓器的鐵芯損耗等，這部分損耗同施加于元件的電壓有關(guān)，而與通過元件的功率幾乎無關(guān)。 輸電線的電暈損耗可以不計(jì)。對(duì)于給定的運(yùn)行時(shí)間T，考慮到負(fù)荷隨時(shí)間變化，輸電線的電能損耗為：變壓器的電能損耗為：式中各量的單位是：功率kVA，電壓kV，電流A，電阻，時(shí)間h；式中P0為變壓器的空載有功損耗，對(duì)應(yīng)于固定損耗。 由于負(fù)荷功率是隨時(shí)間變化的，所以式中所示的為可

27、變損耗 。TTLLLhdtkWRUSdtRIA 0 0 3223210103TTTTThdtkWRUSTPdtRITPA 0 0 3220320101038760 0 322max3221010hkWRUSdtRUSALLL 工程計(jì)算中常用的簡化近似算法，即最大負(fù)荷損耗時(shí)間法。最大負(fù)荷損耗時(shí)間 如果網(wǎng)絡(luò)輸送的功率始終保持為最大負(fù)荷功率Smax，經(jīng)小時(shí)后，網(wǎng)絡(luò)中損耗的電能恰等于網(wǎng)絡(luò)按實(shí)際負(fù)荷曲線運(yùn)行時(shí)全年實(shí)際消耗的電能，則稱為最大負(fù)荷損耗時(shí)間。 一年按8760小時(shí)(365天24小時(shí))計(jì)，根據(jù)的定義，輸電線全年的電能損耗為： 若認(rèn)為運(yùn)行電壓接近于維持恒定，則： 由此可見，最大負(fù)荷損耗時(shí)間與用視在功

28、率S表示的負(fù)荷曲線有關(guān)。視在功率可以根據(jù)相應(yīng)的有功功率和功率因數(shù)決定，而有功功率負(fù)荷持續(xù)曲線的形狀，在某種程度上可由最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax反映出來。2max8760 0 2SdtS 變壓器電能損耗中的可變損耗項(xiàng)與輸電線相似，變壓器的固定損耗一般應(yīng)計(jì)入，即 如果網(wǎng)絡(luò)中接有n臺(tái)相同容量的變壓器并聯(lián)運(yùn)行總電能損耗為：式中，P0單臺(tái)變壓器的空載損耗(kW)； Pk單臺(tái)變壓器的短路損耗(kW)； Smax變壓器輸送的最大功率(MVA)； SN單臺(tái)變壓器的額定容量(MVA)； T變壓器全年實(shí)際投入運(yùn)行小時(shí)數(shù)(h)。hkWRUSTPATT322max010hkWSSnPTPnANkT2max0)(T T

29、110kV 100kmT TSLD圖 9-18 例 9-3 的網(wǎng)絡(luò)u例9-3 ： 有一額定電壓為110kV，長度為100km的雙回輸電線路向變電所供電(見圖9-18)，線路單位長度參數(shù)為Z0=(0.17+j0.409)/km,b0=2.7910-6S/km，兩臺(tái)變壓器每臺(tái)的額定容量為31.5MVA，變比為110/11，P0+jQ0=(0.03+j0.22)MVA，Pk=190kW，Uk(%)=10.5，最大負(fù)荷為(40+j30)MVA，Tmax=4500h，試計(jì)算電力網(wǎng)全年的電能損耗。二、降低電能損耗的技術(shù)措施二、降低電能損耗的技術(shù)措施1提高電力網(wǎng)負(fù)荷的功率因數(shù)(1)合理選擇異步電動(dòng)機(jī)的容量及

30、 運(yùn)行方式 (2)實(shí)行無功功率就地補(bǔ)償 2合理組織電力網(wǎng)的運(yùn)行方式(1)適當(dāng)提高電力網(wǎng)的運(yùn)行電壓水平(2)合理組織并聯(lián)變壓器的運(yùn)行 第四節(jié)第四節(jié) 電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性v一、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念v二、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程v三、發(fā)電機(jī)的功率特性v四、電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定特性v五、電力系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定特性一、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念一、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的概念 電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，就是指在受到外界干擾的情況下發(fā)電機(jī)組間維持同步運(yùn)行的能力。 研究電力系統(tǒng)穩(wěn)定性問題歸結(jié)為研究當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)后的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而判斷系統(tǒng)是否可能失去穩(wěn)定及研究提高系統(tǒng)穩(wěn)定性的措施。eTMMdtdJdtdJ2二、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)

31、子運(yùn)動(dòng)方程二、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程 電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的核心問題是研究同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)受干擾的響應(yīng)。 根據(jù)力學(xué)定律，一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為J的轉(zhuǎn)體，如果以角加速度a旋轉(zhuǎn)，作用于該轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)矩總和為M，則應(yīng)滿足下列關(guān)系： 取一參考軸，如此參考軸在空間不動(dòng)，則轉(zhuǎn)子軸線與此參考軸之間的夾角就是轉(zhuǎn)子的絕對(duì)角位移；如取在空間以同步速度旋轉(zhuǎn)的軸為參考軸，則轉(zhuǎn)子軸線與此參考軸之間的夾角就是轉(zhuǎn)子相對(duì)同步旋轉(zhuǎn)軸的相對(duì)角位移，記作固定參考軸ijiNjij同步旋轉(zhuǎn)軸ijNo 圖 9-19 同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的角位移 以電角度表示的同步發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程式：計(jì)及發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù) ，上式可改寫為： 如以 作為轉(zhuǎn)矩的基準(zhǔn)值除上式等號(hào)兩

32、邊，則可得：eTMMpdtJddtdJ2222NNPeTNNMMdtdJ22NddSM*2221eTNdNMMdtdSJP+jQGT1LT2圖 9-20 簡單電力系統(tǒng)及其等值電路P+jQUUqEdX1TX/2LX2TX三、發(fā)電機(jī)的功率特性三、發(fā)電機(jī)的功率特性 簡單電力系統(tǒng)如圖9-20所示，發(fā)電機(jī)通過升壓變壓器、輸電線路、降壓變壓器與受端系統(tǒng)的母線相連接。 這種簡單電力系統(tǒng)稱為“單機(jī)-無限大”系統(tǒng)，當(dāng)不計(jì)各元件的電阻及對(duì)地導(dǎo)納支路時(shí)，系統(tǒng)的總電抗為Xd，則有：式中， 變壓器和輸電線的總電抗。 TLdTLTddXXXXXXX21212121TLTTLXXXX1、隱極機(jī)的功率特性 如發(fā)電機(jī)為隱極機(jī)，

33、則其縱軸與橫軸的同步電抗相等，即Xd=Xq，這時(shí)“單機(jī)-無限大”系統(tǒng)的相量圖如圖9-21所示，分析此相量圖，可得：或：所以： 圖 9-21 隱極機(jī)的相量圖qqEqEsUEdjIXdjIXUIddUocossinIXEdqdqXEIsincossincosdqEqXUEUIPUQXUUPXarctgUPXUQXUEddddq22)()( 當(dāng)發(fā)電機(jī)的電勢Eq和受端電壓U均為恒定時(shí)，傳輸功率PEq是角度的正弦函數(shù)。這里，角度是電勢與電壓之間的相位角。因?yàn)閭鬏敼β实拇笮∨c相位角密切相關(guān)。因此，又稱為“功角”或“功率角”。傳輸功率與功角的關(guān)系PEq=f()，稱為“功角特性”或“功率特性”。圖9-22表示

34、隱極機(jī)的功角特性。 上式中：2、凸極機(jī)的功率特性 如發(fā)電機(jī)為凸極機(jī)，則其縱軸和橫軸同步電抗不相等，即Xd=Xq，令Xq=Xq+XTL，凸極機(jī)的系統(tǒng)相量圖如圖9-23所示，分析此相量圖，可得： 式中，Ud=Usin；Uq=Ucos；Id=Isin(+)；Iq=Icos(+)。圖 9-23 凸極機(jī)的相量圖qqEQEqEqUodUdIUEqjXIqjXIqqdddqqIXUIXUE 凸極機(jī)的縱橫軸磁阻不對(duì)稱，功角特性多了一項(xiàng)與發(fā)電機(jī)電勢Eq(即與勵(lì)磁)無關(guān)的二次諧波項(xiàng)，稱為磁阻功率，磁阻功率的出現(xiàn)，使功率與功角成非正弦關(guān)系，圖9-24給出了凸極機(jī)的功角特性。 211()()sinsin22qq =d

35、EqeddqqdqdqddqddqE UPR U IU IU IU UXXXE UU XXXXX由于Eq不易直接求出。為此，工程計(jì)算上引入了一個(gè)虛構(gòu)電勢。在q軸方向上，從圖9-23可見，它可直接根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況按下式計(jì)算：或：IjXUEqQUQXUUPXarctgUPXUQXUEqqqqQ22)()(在計(jì)算凸極機(jī)的功率特性時(shí)，首先根據(jù)給定的受端系統(tǒng)電壓U0和功率P0和Q0，按上式計(jì)算EQ、0。同時(shí)，由圖9-23可知 ：又從上兩式中消去Id，經(jīng)整理后，可得Eq和EQ間的關(guān)系，即 : 由上式即可確定正常運(yùn)行時(shí)的Eq值。qQdXUEIcosdqdXUEIcoscos)1 (UXXXXEEqdqdQq

36、3、自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器對(duì)功率特性的影響 為維持系統(tǒng)電壓，一般發(fā)電機(jī)都裝有自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率增加、端電壓下降時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器動(dòng)作以增大勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)電勢Eq增大，直到端電壓 恢復(fù)或接近恢復(fù)到整定值UG0 為止。 這時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器將使Eq隨功角增大而增大。用不同的Eq值，作出一組正弦功率特性曲線族，它們 的幅值與 Eq成正比，如圖9-25所示。 對(duì)圖9-20所示簡單電力系統(tǒng)，如發(fā)電機(jī)為隱極機(jī)，無勵(lì)磁調(diào)節(jié)為例，其功率特性 。與之對(duì)應(yīng)的功角特性曲線如圖9-26所示。將P/取極限形式，即得到判斷簡單電力系統(tǒng)具有靜態(tài)穩(wěn)定性的實(shí)用判據(jù)：sindqExUEPq0dPd四、電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性四、電

37、力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性1、簡單電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的實(shí)用判據(jù)2、功率極限與靜態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù) 發(fā)電機(jī)功率特性曲線的最大值稱為功率極限。功率極限可通過對(duì)發(fā)電機(jī)功率特性求極值，即令dP/d=0求得。 對(duì)無勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的隱極發(fā)電機(jī)，規(guī)律極限為：對(duì)有自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的凸極發(fā)電機(jī)，其功率極限為：dqdqEqmXUEXUEP90sindmEXUEP/ 從電力系統(tǒng)運(yùn)行可靠性要求出發(fā)，不允許電力系統(tǒng)運(yùn)行在功率極限附近，否則，運(yùn)行情況稍有變動(dòng)，系統(tǒng)便會(huì)失去穩(wěn)定。為此，一般要求電力系統(tǒng)有相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定裕度。穩(wěn)定裕度的大小，通常用穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)表示，以百分值表示的靜態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)為： 式中，P0發(fā)電機(jī)的輸出功率； Psl系統(tǒng)的穩(wěn)定極限

38、，在一定的近似簡化條件下，穩(wěn)定極限可用功率極限來代替。為了保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，在正常運(yùn)行時(shí)，要求KP15%20%，事故后運(yùn)行方式下，要求KP10%。%1001oosPPPPK圖 9-27 例 9-4 的簡單電力系統(tǒng)0.820.204dqdXXX 10.125TX/20.549LX20.103TXG0001.00.21.0PQUu例9-4 ：簡單電力系統(tǒng)如圖9-27所示，發(fā)電機(jī)經(jīng)升壓變壓器和雙回輸電線路向無限大功率系統(tǒng)送電。輸送功率和電壓的標(biāo)幺值為Po=1.0，Qo=0.2，Uo=1.0，試計(jì)算下列情況下發(fā)電機(jī)的功率特性、功率極限及靜態(tài)穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)。 3、提高電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的措施 從靜態(tài)穩(wěn)定的分析可以看出，提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定