現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室

現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室第一節(jié)電力系統(tǒng)中無功功率的平衡一.無功功率負(fù)荷和無功功率損耗１.無功負(fù)荷：

以滯后功率因數(shù)運(yùn)行的設(shè)備的無功部分２.無功損耗：線路

消耗QL（感性）提供QC（充電功率）1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室變壓器消耗QL消耗QC消耗QL1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室二.無功公功率電源１.發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)是目前唯一的有功電源，又是基本的無功電源,發(fā)QG的能力與同時(shí)發(fā)出PG有關(guān),由發(fā)電機(jī)的PQ極限曲線決定系統(tǒng)中有備用有功電源時(shí),可將負(fù)荷中心的發(fā)電機(jī)降低功率因數(shù)運(yùn)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。PQ極限曲線1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室２.電容器和調(diào)相機(jī)電容器優(yōu)點(diǎn)：組合靈活，可分散、集中，可分相補(bǔ)償；投資少、有功損耗少(額定容量的0.3~0.5%)缺點(diǎn)：電壓下降時(shí)急劇下降,不利于電壓穩(wěn)定同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)是特殊狀態(tài)下的同步電機(jī)可視為不發(fā)pG的同步電機(jī)或不帶PD的同步電機(jī)1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室過激運(yùn)行時(shí)發(fā)出QG（無功電源)欠激運(yùn)行時(shí)吸收QG（無功負(fù)荷）優(yōu)點(diǎn)：調(diào)節(jié)平滑、系統(tǒng)故障時(shí)也能調(diào)、可作無功負(fù)荷。缺點(diǎn)：損耗大(額定容量的1.5~5%)，投資大、維護(hù)量大。

1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室３.靜止補(bǔ)償器和靜止調(diào)相機(jī)靜止無功補(bǔ)償器

1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室

運(yùn)行在水平區(qū)段：

從無功補(bǔ)償角度來看：優(yōu)點(diǎn):調(diào)節(jié)能力強(qiáng)，反應(yīng)速度快，特性平滑,可分相補(bǔ)償,維護(hù)簡(jiǎn)單,損耗小。缺點(diǎn):最大補(bǔ)償量正比于電壓平方,電壓低時(shí)補(bǔ)償量?。恢C波對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生污染。1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室靜止調(diào)相機(jī)1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室當(dāng)Ua＞UA／K時(shí)，調(diào)相機(jī)向系統(tǒng)輸出感性無功功率當(dāng)Ua＜UA/K時(shí)，將由系統(tǒng)輸入感性無功功率由于此處換流器交流側(cè)電壓Ua完全可控，不存在靜止補(bǔ)償器因端電壓取決于系統(tǒng)電壓而帶來的缺陷．４.并聯(lián)電抗器（消耗無功）對(duì)高壓遠(yuǎn)距離輸電線路而言，它有提高輸送能力，降低過電壓等作用．

1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室三.無功功率的平衡規(guī)劃設(shè)計(jì)：

運(yùn)行中：

電源負(fù)荷損耗備用設(shè)備1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室１.電壓水平的確定

負(fù)荷的無功——電壓靜態(tài)特性

系統(tǒng)的無功——電壓靜態(tài)特性1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室電壓水平的確定

δФФU1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室２.無功補(bǔ)償：設(shè)置除發(fā)電機(jī)以外的無功電源以滿足系統(tǒng)電壓要求原因：實(shí)際的負(fù)荷功率因數(shù)低（０.７左右），而發(fā)電機(jī)的高（０.８～０.９）網(wǎng)損中無功損耗＞有功損耗無功功率不能遠(yuǎn)距離輸送所以：就地進(jìn)行補(bǔ)償，另裝無功電源無功平衡要求：

全系統(tǒng)平衡(運(yùn)行、規(guī)劃設(shè)計(jì))局部地區(qū)基本平衡、避免無功遠(yuǎn)距離輸送。1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室第二節(jié)無功功率的最優(yōu)分布一.減少系統(tǒng)對(duì)無功的需求1.為什么要減少無功的需求

因?yàn)槊鎸?duì)十分低劣的負(fù)荷自然功率因數(shù)談無功功率的最優(yōu)分布,顯然是舍本逐末的.2.減少無功需求的措施不使電動(dòng)機(jī)的容量過多地超過被拖動(dòng)機(jī)械所需的功率在某些設(shè)備上以同步電動(dòng)機(jī)代替異步電動(dòng)機(jī)異步機(jī)同步化1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室二.無功功率電源的最優(yōu)分布優(yōu)化無功功率電源分布的目的:降低網(wǎng)絡(luò)中有功功率的損耗數(shù)學(xué)模型:目標(biāo)函數(shù):約束條件:結(jié)論:

運(yùn)用拉格朗日乘數(shù)法得出最優(yōu)分布的條件:

1.等網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室2.無功功率電源的最優(yōu)分布:

確立了最優(yōu)分布的等網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則然后由條件列出方程組，解出各解，就可得到電源的最優(yōu)分布3.注意:

當(dāng)某點(diǎn)求出的無功容量超過了不等式的約束條件時(shí)，應(yīng)取這點(diǎn)的無功即為它的極限，然后由其他點(diǎn)繼續(xù)做計(jì)算求出無功功率1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室三.無功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配１.最優(yōu)網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則

在系統(tǒng)中某節(jié)點(diǎn)i設(shè)置為無功功率補(bǔ)償?shù)南葲Q條件是由于設(shè)置補(bǔ)償設(shè)備而節(jié)約的費(fèi)用大于為設(shè)置補(bǔ)償設(shè)備而耗費(fèi)的費(fèi)用．以數(shù)學(xué)表示式表示則為：

從而，確定節(jié)點(diǎn)i的最優(yōu)補(bǔ)償設(shè)備的條件是：

1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室由于β為單位電能損耗價(jià)格α，γ分別為折舊率和投資回收率ΔPΣ0,ΔPΣ分別為設(shè)置補(bǔ)償設(shè)備前后全網(wǎng)最大負(fù)荷下的有功功率損耗Kc為電容補(bǔ)償設(shè)備投資1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室可得：令上式對(duì)Qci的偏導(dǎo)數(shù)為零，可得式中等號(hào)左側(cè)是節(jié)點(diǎn)i的網(wǎng)損微增率，等號(hào)右側(cè)響應(yīng)地就稱最優(yōu)網(wǎng)損微增率，且為負(fù)值，表示每增加單位容量無功補(bǔ)償設(shè)備所能減少的有功損耗。1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室

由上式可列出最優(yōu)網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則

γeq表示最優(yōu)網(wǎng)損微增效。此準(zhǔn)則表明，只應(yīng)在網(wǎng)損微增率具有負(fù)值，且小于γeq的節(jié)點(diǎn)設(shè)置無功功率補(bǔ)償設(shè)備等網(wǎng)損微增率是無功電源最優(yōu)分布的準(zhǔn)則，而最優(yōu)網(wǎng)損微增率或無功功率經(jīng)濟(jì)當(dāng)量則是衡量無功負(fù)荷最優(yōu)補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)則。

1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室第三節(jié)電力系統(tǒng)電壓調(diào)整1.電壓偏移對(duì)負(fù)荷的影響照明、電熱、電動(dòng)機(jī)、家用電器2.電壓偏移對(duì)電力系統(tǒng)的影響

功率損耗、電能損耗、設(shè)備絕緣、運(yùn)行穩(wěn)定性、電暈損耗一.調(diào)壓的必要性1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室二、調(diào)壓的整體思想1.什么是電壓中樞點(diǎn)

中樞點(diǎn):大型發(fā)電廠的高壓母線、大型變電所的二次母線、有大量地方負(fù)荷的發(fā)電廠母線如下圖所示:

1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室2.調(diào)壓的整體思想

因?yàn)楹芏嘭?fù)荷都由這些中樞點(diǎn)供電,并且中樞點(diǎn)至各負(fù)荷點(diǎn)在最大最小負(fù)荷時(shí)電壓損耗之差不能大于負(fù)荷點(diǎn)允許上下限電壓之差,所以如能控制住這些點(diǎn)的電壓偏移就能控制系統(tǒng)中大部分負(fù)荷的電壓偏移.

三．調(diào)壓方式

１.逆調(diào)壓２.順調(diào)壓３.恒調(diào)壓1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室逆調(diào)壓:

最大負(fù)荷時(shí)保持中樞點(diǎn)電壓比線路額定電壓高5%;最小負(fù)荷時(shí),使中樞點(diǎn)電壓降至線路額定電壓。適用范圍：中樞點(diǎn)到各負(fù)荷點(diǎn)線路長(zhǎng)、負(fù)荷變化較大，變化規(guī)律大致相同。2.順調(diào)壓：

最大負(fù)荷時(shí)電壓不低于線路額定電壓102.5%;最小負(fù)荷時(shí)電壓不高于線路額定電壓的107.5%。適用范圍:電壓損耗小,負(fù)荷變動(dòng)小,用戶允許電壓偏移大。

3.恒調(diào)壓：

中樞點(diǎn)電壓保持在比線路額定電壓高2~5%。適用范圍:電壓損耗較小,負(fù)荷變動(dòng)較小。

1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室四.電壓控制原理UGT1LT2UDR+jX1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室使UD變化的措施：

1．調(diào)整UG；

2．調(diào)整變比K1、K2；

3．改變功率分布(以為主)；

4．改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)R+jX(以X為主);怎么實(shí)現(xiàn)？1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室五．調(diào)壓措施：１.利用發(fā)電機(jī)調(diào)壓２.改變變壓器變比調(diào)壓３.利用無功補(bǔ)償調(diào)1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室１.利用發(fā)電機(jī)調(diào)壓1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室兩個(gè)問題:①對(duì)于較長(zhǎng)線路、多電壓級(jí)輸電,此時(shí)僅靠調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)不能滿足要求②多機(jī)系統(tǒng)中,與無功備用、無功的經(jīng)濟(jì)分配有矛盾。①適用于小系統(tǒng)、線路長(zhǎng)；②易于實(shí)現(xiàn)逆調(diào)壓③此調(diào)壓僅作輔助措施1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室２.改變變壓器變比調(diào)壓電力變壓器主接頭、分接頭條件:

從整個(gè)系統(tǒng)來看,必須無功電源充足。變壓器本身不是無功電源,當(dāng)系統(tǒng)中無功電源不足時(shí),達(dá)不到調(diào)壓要求。雙繞組變壓器無載調(diào)壓降壓變：

UH：高壓側(cè)實(shí)際電壓(由潮流計(jì)算獲得)；

UL：低壓側(cè)希望電壓(由調(diào)壓要求獲得)；

UTH：高壓側(cè)欲選分接頭電壓；

UTL：低壓側(cè)固定接頭電壓，UNL。

1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室如下圖所示：UHZT

P+jQ

UTH/UTL

UL①考慮不同負(fù)荷時(shí)的調(diào)壓要求:

最大負(fù)荷時(shí):

最小負(fù)荷時(shí):

②普通雙繞組變壓器,須停電換分接頭,所以取平均值兼顧:1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室③規(guī)格化為UTHN：④校驗(yàn):

誤差應(yīng)小于半個(gè)分接頭電壓。

如不合格,一是改變UTHN；二是采用兩個(gè)分接頭——帶負(fù)荷調(diào)分接頭(一般用于逆調(diào)壓)1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室

升壓變壓器

PH+jQHP+jQ

已知低壓希望電壓,求高壓分接頭

UH

ZT

UL

1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室雙繞組變壓器有載調(diào)壓：當(dāng)無載調(diào)壓不論怎樣選擇分接頭，低壓母線的實(shí)際電壓總不能滿足要求時(shí)，這時(shí)可使用有載調(diào)壓變壓器．它不僅可在有載情況下更改分接頭，而且調(diào)節(jié)范圍也較大，只是經(jīng)濟(jì)性稍差一些．３.利用無功補(bǔ)償調(diào)壓：并聯(lián)補(bǔ)償原理:

減少無功流動(dòng)，直接減少線路有功損耗，減少電壓損耗，從而提高電壓補(bǔ)償容量的計(jì)算設(shè)有下圖所示模型:1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室U1K:1U2P+jQ

R+jXjQC無補(bǔ)償時(shí)：補(bǔ)償后：

其中，設(shè)補(bǔ)償前、后U1不變：1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室最小補(bǔ)償容量的確定:

1)電容器:

特點(diǎn):只能發(fā)感性無功,可全部或部分切除，不能平滑調(diào)節(jié).分兩步計(jì)算:①最小負(fù)荷時(shí)，無功電源不缺，全部切除電容，利用變壓器調(diào)壓滿足要求(確定K)1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室U2cm:由調(diào)壓要求確定的低壓側(cè)希望電壓(最小負(fù)荷時(shí))規(guī)格化為②最大負(fù)荷時(shí)，K已定，確定QC:

U2cm:最大負(fù)荷時(shí)，由調(diào)壓要求確定的低壓希望電壓；

U`2M:最大負(fù)荷時(shí)，補(bǔ)償前低壓側(cè)歸算到高壓側(cè)的實(shí)際電壓.

規(guī)格化QC，并校驗(yàn)U2CM、U2Cm是否達(dá)到要求。2)同步調(diào)相機(jī)：特點(diǎn):能作無功電源(發(fā)感性無功)；又能作無功負(fù)荷(吸感性無功)，但此時(shí)最多為容量的50%；能平滑調(diào)節(jié)。計(jì)算:①最大負(fù)荷時(shí)：做無功電源！1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室U2CM、U2Cm最大最小負(fù)荷時(shí)低壓側(cè)希望電壓(調(diào)壓要求)；U`2M、U`2m補(bǔ)償前，最大最小負(fù)荷時(shí)低壓側(cè)歸算到高壓側(cè)的實(shí)際電壓。

②最小負(fù)荷時(shí)：

求出K，規(guī)格化，然后求QSC

，再規(guī)格化后校驗(yàn)。

說明：

X：代表電壓恒定點(diǎn)到補(bǔ)償點(diǎn)的電抗之和中途有負(fù)荷點(diǎn)時(shí)，該負(fù)荷可不考慮為無功負(fù)荷！1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室

利用串聯(lián)補(bǔ)償調(diào)壓

:

原理:

串聯(lián)補(bǔ)償就是在系統(tǒng)中串入電容，提高電壓水平而減少有功損耗，等容量下不如并補(bǔ)作用強(qiáng)，并且由XC上負(fù)電壓損耗抵償XL上的電壓損耗適用范圍:

用于電壓波動(dòng)頻繁、功率因數(shù)低的場(chǎng)合

說明:

(1)在考慮各種調(diào)壓措施時(shí)，要兼顧經(jīng)濟(jì)性等要求。在高壓線路中，串補(bǔ)還是提高穩(wěn)定性的措施之一。

(2)在離需要調(diào)整電壓的中樞點(diǎn)附近的調(diào)壓設(shè)備的調(diào)節(jié)效應(yīng)好。一般分散調(diào)節(jié)，在此基礎(chǔ)上集中控制。1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室

例題:簡(jiǎn)單系統(tǒng)接線如下圖所示.降壓變電所低壓側(cè)母線要求常調(diào)壓,保持10.5kv.試確定下列無功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)的設(shè)備容量：(１)補(bǔ)償設(shè)備采用電容器;(2)補(bǔ)償設(shè)備采用調(diào)相機(jī)

解法1/13/2023現(xiàn)代電力系統(tǒng)仿真控制和綠色電能新技術(shù)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室懇請(qǐng)各位專家指正！

謝