電力系統(tǒng)分析第5章

第五章電力系統(tǒng)正常運行方式的

調(diào)整和控制內(nèi)容提要概念電力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)：系統(tǒng)各個節(jié)點的負荷和電壓、各個發(fā)電機的功率、系統(tǒng)的頻率都保持不變的狀態(tài)。相當于系統(tǒng)的平衡點。暫態(tài)過程：系統(tǒng)從一個穩(wěn)態(tài)過渡到另外一個穩(wěn)態(tài)的過程。第一節(jié)電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制頻率穩(wěn)態(tài)時，系統(tǒng)各點頻率相等。發(fā)電機轉(zhuǎn)速與頻率之間的關(guān)系保持頻率穩(wěn)定的方法：調(diào)整原動機對發(fā)電機的輸入功率，使輸出功率與變化的系統(tǒng)負荷有功功率相適應(yīng)。頻率控制與負荷有功功率變化及其在發(fā)電機間的分配及發(fā)電機組功率控制有關(guān)。一、負荷的有功功率及其頻率特性1、電力系統(tǒng)的綜合用電負荷：系統(tǒng)中所有電力用戶的用電設(shè)備所消耗的電功率總和。負荷類型：工業(yè)、農(nóng)業(yè)、商業(yè)、居民用電。主要用電設(shè)備：異步機、同步機、電熱裝置、整流裝置、照明設(shè)備等。電力系統(tǒng)的供電負荷：電力系統(tǒng)的綜合用電負荷加上電力網(wǎng)的功率損耗。電力系統(tǒng)的發(fā)電負荷：電力系統(tǒng)的供電負荷再加上發(fā)電廠廠用電消耗的功率。2、負荷曲線日負荷曲線：描述一天24小時負荷的變化，

作用：安排日發(fā)電計劃、確定運行方式。年最大負荷曲線：描述一年內(nèi)每個月最大有功功率負荷變化。

作用：安排發(fā)電設(shè)備的檢修計劃。年持續(xù)負荷曲線：按一年中系統(tǒng)負荷的數(shù)值大小及其持續(xù)小時數(shù)順序排列而繪制成。作用：安排發(fā)電計劃、可靠性估算。3、負荷特性與負荷模型綜合負荷的功率一般是要隨運行參數(shù)（電壓和頻率）的變化而變化的，反映這種變化規(guī)律的曲線或數(shù)學(xué)表達式稱為負荷特性。負荷特性包括：動態(tài)特性和靜態(tài)特性；

頻率特性和電壓特性。負荷模型是指在電力系統(tǒng)分析計算中對負荷特性所作的物理模擬或數(shù)學(xué)描述。負荷模型分為：動態(tài)模型和靜態(tài)靜態(tài)；

頻率特性和電壓特性。如：負荷的電壓靜態(tài)特性常用二項式表示：4、負荷的頻率特性負荷吸收的有功功率和無功功率與系統(tǒng)的頻率有關(guān)。頻率特性：負荷有功功率隨系統(tǒng)頻率變化的特性。電力系統(tǒng)綜合負荷由各種各樣的負荷組成。這些負荷吸取的有功功率有的與頻率無關(guān)，有的與頻率的一次方成正比，有的與頻率的二次方成正比，有的與頻率的更高次方成正比。近似為一般，為1～3PLOfPL1f1負荷的靜態(tài)頻率特性曲線的斜率稱為負荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)二、頻率調(diào)整必要性和有功功率平衡1、頻率調(diào)整必要性用戶：對頻率敏感(1)

電力系統(tǒng)頻率變化會引起異步電動機轉(zhuǎn)速變化,這會使得電動機所驅(qū)動的加工工業(yè)產(chǎn)品的機械的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化,轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定會影響產(chǎn)品質(zhì)量,甚至?xí)霈F(xiàn)次品和廢品。（2）電力系統(tǒng)頻率波動會影響某些測量和控制用的電子設(shè)備的準確性和性能,頻率過低時有些設(shè)備甚至無法工作。這對一些重要工業(yè)和國防是不能允許的。（3）電力系統(tǒng)頻率降低將使電動機的轉(zhuǎn)速和輸出功率降低,導(dǎo)致其所帶動機械的轉(zhuǎn)速和出力降低,影響電力用戶設(shè)備的正常運行。頻率變化對電力系統(tǒng)的影響（1）頻率下降時,汽輪機葉片的振動會變大,輕則影響使用壽命,重則可能產(chǎn)生裂紋。對于額定頻率為50Hz的電力系統(tǒng),當頻率低到45Hz附近時,某些汽輪機的葉片可能因發(fā)生共振而斷裂,造成重大事故。（2）頻率下降到47-48Hz時,火電廠由異步電動機驅(qū)動的輔機（如送風(fēng)機）的出力隨之下降,從而使火電廠發(fā)電機發(fā)出的有功功率下降。這種趨勢如果不能及時制止,就會在短時間內(nèi)使電力系統(tǒng)頻率下降到不能允許的程度。這種現(xiàn)象稱為頻率雪山崩。出現(xiàn)頻率雪崩會造成大面積停電,甚至使整個系統(tǒng)瓦解。（3）在核電廠中,反應(yīng)堆冷卻介質(zhì)泵對供電頻率有嚴格要求。當頻率降到一定數(shù)值時,冷卻介質(zhì)泵即自動跳開,使反應(yīng)堆停止運行。（4）電力系統(tǒng)頻率下降時,異步電動機和變壓器的勵磁電流增加,使無功消耗增加,引起系統(tǒng)電壓下降,頻率下降還會引起勵磁機出力下降,并使發(fā)電機電勢下降,導(dǎo)致全系統(tǒng)電壓水平降低。如果電力系統(tǒng)原來的電壓水平偏低,在頻率下降到一定值時,可能出現(xiàn)所謂電壓雪崩現(xiàn)象,出現(xiàn)電壓雪崩也會造成大面積停電,甚至使系統(tǒng)瓦解。電力系統(tǒng)頻率要求正常：49.8～50.2Hz頻率自動調(diào)整裝置動作時：誤差不超過0.05～0.15系統(tǒng)自動低頻減載，使系統(tǒng)盡快恢復(fù)到49.5Hz2、電力系統(tǒng)有功功率控制的必要性A 維持電力系統(tǒng)頻率在允許范圍之內(nèi)

電力系統(tǒng)頻率是靠電力系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)運行的所有發(fā)電機組發(fā)出的有功功率總和與系統(tǒng)內(nèi)所有負荷消耗(包括網(wǎng)損)的有功功率總和之間的平衡來維持的。

但是電力系統(tǒng)的負荷是時刻變化的，從而導(dǎo)致系統(tǒng)頻率變化。

為了保證電力系統(tǒng)頻率在允許范圍之內(nèi)，就是要及時調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)運行機組有功功率。B 提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性

當系統(tǒng)頻率在額定值附近時，雖然頻率滿足要求，但沒有說明哪些機組參與并聯(lián)運行，并聯(lián)運行的機組各應(yīng)該發(fā)多少有功功率。

電力系統(tǒng)有功功率控制的任務(wù)之一就是要解決這個問題。

這就是電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度問題。C 保證聯(lián)合電力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行

電力系統(tǒng)的規(guī)模在不斷地擴大，已經(jīng)出現(xiàn)了將幾個區(qū)域電力系統(tǒng)聯(lián)在一起組成的聯(lián)合電力系統(tǒng)，有的聯(lián)合電力系統(tǒng)實行分區(qū)域控制，要求不同區(qū)域系統(tǒng)間交換的電功率和電量按事先約定的協(xié)議進行。

這時電力系統(tǒng)有功功率控制要對不同區(qū)域系統(tǒng)之間聯(lián)絡(luò)線上通過的功率和電量實行控制。3、有功功率平衡和備用容量保持頻率穩(wěn)定的前提：有功功率平衡電力系統(tǒng)的頻率水平由有功功率平衡決定，如果有功電源充足，能保證用戶需要，且具有及時進行調(diào)整的能力，則能保證頻率在合理的范圍之內(nèi)，反之，則將出現(xiàn)較大的頻率偏移。備用容量：負荷備用、事故備用、檢修備用、國民經(jīng)濟備用熱備用、冷備用發(fā)電機組的功率頻率靜態(tài)特性O(shè)PGPG2PG1ff1f212當功率增加到其額定功率時，輸出功率不隨頻率變化。4、發(fā)電機組和電力系統(tǒng)等效發(fā)電機組的

功率頻率靜態(tài)特性O(shè)PGPG2PG1ff1f212與發(fā)電機組的功率頻率靜態(tài)特性相似。等效發(fā)電機組的功率頻率靜態(tài)特性電力系統(tǒng)主要由發(fā)電機、輸電網(wǎng)絡(luò)和負荷組成。如果把輸電網(wǎng)絡(luò)的損耗看成負荷的一部分，則電力系統(tǒng)是由兩個環(huán)節(jié)組成的閉環(huán)系統(tǒng)。發(fā)電機組的功率頻率特性和負荷的功率頻率特性的交點就是電力系統(tǒng)的頻率的穩(wěn)定運行點。5、電力系統(tǒng)的頻率特性電力系統(tǒng)的頻率特性

OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2當?shù)刃Оl(fā)電機運行在特性G1，綜合負荷特性為L1時，系統(tǒng)運行在a點，系統(tǒng)頻率為f1。電力系統(tǒng)的頻率特性O(shè)PPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2當系統(tǒng)負荷增加，綜合負荷特性為L2時，如果不改變發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)定值，等效發(fā)電機特性仍然為G1,系統(tǒng)運行在b點，系統(tǒng)頻率為f2。電力系統(tǒng)的頻率特性

OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2如果當系統(tǒng)負荷增加，綜合負荷特性變?yōu)長2時，改變發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)定值，等效發(fā)電機特性變?yōu)镚2,則系統(tǒng)運行在c點，系統(tǒng)頻率回到f1。6、電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整

OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2當系統(tǒng)負荷增加，綜合負荷特性為L2時，發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)定值不變，等效發(fā)電機特性仍然為G1,系統(tǒng)運行在b點，系統(tǒng)頻率為f2。這種由發(fā)電機特性和負荷調(diào)節(jié)效應(yīng)共同承擔系統(tǒng)負荷變化使系統(tǒng)運行在另一頻率的頻率調(diào)整稱為頻率的一次調(diào)整。OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2對于右圖，頻率一次調(diào)整的結(jié)果：發(fā)電機有功功率增加了PL2-PL1，負荷調(diào)節(jié)效應(yīng)是負荷少吸收有功功率為PL3-PL2，系統(tǒng)頻率降低到f2。

當系統(tǒng)負荷減少時，頻率的一次調(diào)整過程與上述相反。

即系統(tǒng)頻率升高，發(fā)電機有功功率減少，負荷調(diào)節(jié)效應(yīng)使負荷吸取的有功功率相對于原頻率下的功率有所增加。7、電力系統(tǒng)頻率二次調(diào)整

OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2

當系統(tǒng)負荷變化較大，頻率的一次調(diào)整結(jié)果，系統(tǒng)頻率過高或過低時，需要改變發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)定值，使系統(tǒng)頻率恢復(fù)到規(guī)定范圍內(nèi)，稱為頻率的二次調(diào)整。對于右圖，等效發(fā)電機特性變?yōu)镚2,系統(tǒng)頻率回到f1。

電力系統(tǒng)頻率的二次調(diào)整任務(wù)是由調(diào)頻發(fā)電廠中的發(fā)電機組承擔的。在頻率的三次調(diào)整之前，讓我們先看看電力系統(tǒng)負荷的變化情況.8、電力系統(tǒng)有功功率調(diào)整（頻率的三次調(diào)整）負荷總的變化情況隨機分量脈沖分量持續(xù)分量由上圖可見，總的負荷可分成三個部分：隨機分量脈沖分量持續(xù)分量一次調(diào)頻一、二次調(diào)頻發(fā)電計劃加二次調(diào)頻電力系統(tǒng)有功功率調(diào)整（頻率的三次調(diào)整）負荷的持續(xù)分量，調(diào)度部門用日負荷曲線來描述。日負荷曲線示例如下：

從日負荷曲線可看到，把負荷分成基荷和峰荷。相應(yīng)地，調(diào)度部門把發(fā)電廠分為三類：帶基荷發(fā)電廠調(diào)峰發(fā)電廠調(diào)頻發(fā)電廠調(diào)度部門按日負荷曲線把發(fā)電計劃下發(fā)到各類發(fā)電廠。計劃發(fā)電計劃與實際負荷不可能完全一致，其差值稱為計劃外負荷。計劃外負荷由調(diào)頻廠承擔。調(diào)度部門使用發(fā)電計劃來解決大部分有功功率平衡問題的。三、電力系統(tǒng)有功功率平衡及負荷的合理分配1、有功電源發(fā)電廠是目前電力系統(tǒng)唯一的有功功率電源。（1）火力發(fā)電廠：總?cè)萘恳话胍陨?。燃油火力發(fā)電廠燃汽火力發(fā)電廠燃燒火力發(fā)電廠效率高容量大低溫低壓（450℃，35大氣壓）中溫中壓（520℃，100大氣壓）高溫高壓（550℃，180大氣壓）超臨界機組(575℃，200以上) （2）熱力發(fā)電廠：發(fā)電+供熱強迫出力：為保證供熱而必須發(fā)出的有功功率。 （3）水力發(fā)電廠多年調(diào)節(jié)庫容水力發(fā)電廠日調(diào)節(jié)庫容水力發(fā)電廠徑流式庫容水力發(fā)電廠抽水蓄能庫容水力發(fā)電廠 （4）核能發(fā)電廠水電廠強迫出力＋熱電廠強迫出力核電廠高效率大機組火電廠中溫中壓凝氣式火電廠中溫中壓火電廠水電廠可調(diào)功率抽頭蓄能基荷峰荷2、 有功功率負荷①有功功率負荷隨天氣、季節(jié)、每天的時間、天氣,人們的生活工作習(xí)慣等變化，以各種負荷曲線來反映，是電力調(diào)度部門的重要依據(jù)。②上圖中基荷：日負荷曲線最低點以下部分，峰荷：基荷與最大負荷之間的部分。③實際負荷變化的特點實際負荷變化由三種成分構(gòu)成：變化幅度很小，變化周期最短（一般為10S以內(nèi)），一般由中小型用電設(shè)備的投入切除引起，帶有很大的隨機性。變化幅度較大，變化周期較短（10S-3m），一般為軋鋼機等的較大的間斷性負荷；變化緩慢權(quán)的持續(xù)變化部分，由人們的作息制度、生活習(xí)慣、天氣等決定。3、兩并聯(lián)機組的有功功率分配基本原則：基荷由具有強迫功率、不可調(diào)功率或高效率的熱電廠、發(fā)電廠、核能發(fā)電廠、逕流式水力發(fā)電廠、泄洪灌溉等水力發(fā)電廠等承擔。峰荷由有調(diào)節(jié)水庫的水力發(fā)電廠、燃氣輪機發(fā)電廠和中溫中壓火力發(fā)電廠等承擔。f1f2PG1PG2PG1PG2PG1P’G1PG2P’G2并聯(lián)運行機組所調(diào)節(jié)的有功功率與頻率變化和機組額定容量成正比，與機組調(diào)差系數(shù)成反比第二節(jié)電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制電壓是衡量電能質(zhì)量的一個重要指標。質(zhì)量合格的電壓應(yīng)該在供電電壓偏移，電壓波動和閃變，電網(wǎng)諧波和三相不對稱程度這四個方面都能滿足有關(guān)國家標準規(guī)定的要求。概述電壓合理的重要性引起效率下降、經(jīng)濟性能變差，影響生活質(zhì)量：照明。②縮短壽命，甚至造成損壞：白熾燈、電動機、絕③降低生產(chǎn)率，出廢品、次品④對電力系統(tǒng)，過低：使網(wǎng)絡(luò)功率損耗加大，危及穩(wěn)定運行，過高：絕緣，增加電暈損耗。概述嚴格保證電壓經(jīng)濟上不可行，也沒有必要，允許的電壓偏移：

35kV及以上：

±5%10kV以下：

±7%低壓照明：

+7%，-10%農(nóng)村電網(wǎng)：+7.5%，-10%（+10%，-15%）概述允許合理的無功功率源配置是保證電壓合理的關(guān)鍵

本節(jié)的基本內(nèi)容①為什么V和Q聯(lián)系起來②調(diào)壓方法：規(guī)劃電如何確定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和結(jié)構(gòu)：簡單設(shè)計，復(fù)雜校核運行電優(yōu)化利用已有資源隔出調(diào)壓要求：復(fù)雜系統(tǒng)優(yōu)化，基本概念③學(xué)習(xí)方法：注重基本概念，簡單系統(tǒng)的解決思路。一、電力系統(tǒng)無功功率平衡無功功率平衡無功負荷與無功電源失去平衡時，會引起系統(tǒng)電壓的升高或下降無功功率的平衡應(yīng)本著分層、分區(qū)、就地平衡的原則無功電源的無功輸出應(yīng)能滿足系統(tǒng)負荷和網(wǎng)絡(luò)損耗在額定電壓下對無功功率的需求異步電動機是電力系統(tǒng)主要的無功負荷系統(tǒng)無功負荷的電壓特性主要由異步電動機決定無功功率負荷?=0.8?=0.6?=0.3QVβ是受載系數(shù)無功功率損耗變壓器的無功損耗

輸電線路的無功損耗

變壓器的無功損耗無功功率損耗變壓器的無功損耗

輸電線路的無功損耗

輸電線路的無功損耗無功功率電源

發(fā)電機

同步調(diào)相機

靜電電容器

靜止無功補償器

靜止無功發(fā)生器

無功功率電源

發(fā)電機

發(fā)電機發(fā)電機是唯一的有功功率電源，又是最基本的無功功率電源QBDCAPOEjXdIN無功功率電源

發(fā)電機

同步調(diào)相機

靜電電容器

靜止無功補償器

靜止無功發(fā)生器

無功功率電源

同步調(diào)相機同步調(diào)相機相當于空載運行的同步發(fā)電機。在過勵磁運行時，向系統(tǒng)供給無功功率，起無功電源的作用；在欠勵磁運行時，它吸收感性無功功率，起無功負荷作用。由于相應(yīng)速度較慢，難以適應(yīng)動態(tài)無功控制的要求，20世紀70年代以來已逐漸被靜止無功補償裝置所取代

同步調(diào)相機無功功率電源

發(fā)電機

同步調(diào)相機

靜電電容器

靜止無功補償器

靜止無功發(fā)生器

無功功率電源

靜電電容器

靜電電容器

靜電電容器供給的無功功率Qc與所在節(jié)點的電壓V的平方成正比，即

Qc＝V2/Xc式中，Xc＝1/wc為靜電電容器的電抗。當節(jié)點電壓下降時，它供給系統(tǒng)的無功功率將減少。因此，當系統(tǒng)發(fā)生故障或由于其他原因電壓下將時，電容器無功輸出的減少將導(dǎo)致電壓繼續(xù)下降。換言之，電容器的無功功率調(diào)節(jié)性能比較差無功功率電源

發(fā)電機

同步調(diào)相機

靜電電容器

靜止無功補償器

靜止無功發(fā)生器

無功功率電源

靜止無功補償器

靜止無功補償器

SVC由靜電電容器與電抗器并聯(lián)組成，SVC在我國電力系統(tǒng)中將得到廣泛應(yīng)用飽和電抗器型可控硅控制電抗器型(TCR)可控硅投切電容器型(TCR)TCR和TSC組合型無功功率電源

發(fā)電機

同步調(diào)相機

靜電電容器

靜止無功補償器

靜止無功發(fā)生器

無功功率電源

靜止無功發(fā)生器

靜止無功發(fā)生器

它是一種更為先進的靜止型無功補償裝置(SVG),它的主體是電壓源型逆變器。適當控制逆變器的輸出電壓，就可以靈活地改變SVG地運行工況，使其處于容性負荷、感性負荷或零負荷狀態(tài)。與SVC比較，SVG具有相應(yīng)快、運行范圍寬、諧波電流含量少等優(yōu)點。尤其是電壓較低時仍可向系統(tǒng)注入較大的無功電流。無功功率電源

發(fā)電機

同步調(diào)相機

靜電電容器

靜止無功補償器

靜止無功發(fā)生器

無功功率平衡無功功率平衡的基本要求無功電源發(fā)出的無功功率應(yīng)該大于或至少等于負荷所需的無功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗之和系統(tǒng)還必須配置一定的無功備用容量盡量避免通過電網(wǎng)元件大量的傳送無功功率，應(yīng)該分地區(qū)分電壓級地進行無功功率平衡一般情況下按照正常最大和最小負荷的運行方式計算無功平衡，必要時還應(yīng)校驗?zāi)承┰O(shè)備檢修時或故障后運行方式下的無功功率平衡無功功率平衡系統(tǒng)無功功率平衡關(guān)系式：

QGC－QLD－QL＝Qres

QGC為電源供應(yīng)的無功功率之和，QLD為無功負荷之和，QL為網(wǎng)絡(luò)無功功率損耗之和，Qres為無功功率備用

Qres>0表示系統(tǒng)中無功功率可以平衡且有適量的備用；Qres<0表示系統(tǒng)中無功功率不足，應(yīng)考慮加設(shè)無功補償裝置無功功率平衡系統(tǒng)電源的總無功出力QGC包括發(fā)電機的無功功率QG∑和各種無功補償設(shè)備的無功功率QC∑，即

QGC＝QG∑＋QG∑

總無功負荷QLD按負荷的有功功率和功率因數(shù)計算。

網(wǎng)絡(luò)的總無功損耗QL包括變壓器的無功損耗QLT∑、線路電抗的無功損耗ΔQL∑和線路電納的無功功率ΔQB∑，即

QL＝QLT∑＋ΔQL∑＋ΔQB∑

總之，無功平衡是一個比有功平衡更復(fù)雜的問題。一方面，不僅要考慮總的無功功率平衡還要考慮分地區(qū)的無功平衡，還要計及超高壓線路充電功率、網(wǎng)損、線路改造、投運、新變壓器投運及大用戶各種對無功平衡有影響的化

一般無功功率按照就地平衡的原則進行補償容量的分配。小容量的、分散的無功補償可采用靜電電容器；大容量的配置在系統(tǒng)中樞點的無功補償則宜采用同步調(diào)相機或SVC無功功率平衡的討論：1、全局平衡和分地區(qū)平衡，保證滿足以上總的平衡條件，不一定滿足電壓要求，還必需實現(xiàn)局部主功功率平衡，無功功率的分層次就地平衡是一個基本原則。2、任何時候網(wǎng)絡(luò)中實際產(chǎn)生和消耗和無功功率相等。3、快速無功功率，無功功率動態(tài)平衡。無功功率對電壓有決定性的影響無功功率是引起電壓損耗的主要原因無功功率的遠距離傳輸和就地平衡節(jié)點電壓有效值的大小對無功功率分布起決定性作用無功功率和電壓的關(guān)系無功功率平衡與電壓水平的關(guān)系jXVIP+jQEIVjXIEδ

α無功功率平衡與電壓水平的關(guān)系2'1'1a'ac2QVVa'VaO無功功率平衡與電壓水平的關(guān)系實現(xiàn)無功功率在額定電壓下的平衡是保證電壓質(zhì)量的基本條件討論無功功率不能遠距離傳送，必須分區(qū)、分級（就地）平衡動態(tài)無功功率平衡無功功率平衡的雙重含義：規(guī)劃平衡和實際平衡，無功功率不夠的含義無功功率平衡和電壓水平的關(guān)系無功功率不能遠距離傳送，必須分區(qū)、分級（就地）平衡動態(tài)無功功率平衡無功功率平衡的雙重含義：規(guī)劃平衡和實際平衡，無功功率不夠的含義無功功率平衡和電壓水平的關(guān)系二、電壓調(diào)整的基本概念電壓是電能質(zhì)量的重要指標之一。電壓質(zhì)量對電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟運行，對保證用戶安全生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量以及電氣設(shè)備的安全與壽命有重要的影響。因此電壓調(diào)整具有一定的重要性。電壓偏移的危害各種用電設(shè)備都是按額定電壓設(shè)計制造的。這些設(shè)備在額定電壓下運行才能取得最佳效果電壓降低

電壓降低

電壓過低電壓過高會使網(wǎng)絡(luò)中功率和能量的損耗加大電壓偏移的危害各種用電設(shè)備都是按額定電壓設(shè)計制造的。這些設(shè)備在額定電壓下運行才能取得最佳效果電壓降低電壓過低

電壓過低電壓過高有可能危機電力系統(tǒng)運行穩(wěn)定性電壓偏移的危害各種用電設(shè)備都是按額定電壓設(shè)計制造的。這些設(shè)備在額定電壓下運行才能取得最佳效果電壓降低電壓過低電壓過高

電壓過高各種電氣設(shè)備的絕緣可能受到損害，在超高壓網(wǎng)絡(luò)中還將增加電暈損耗等35KV及以上：±5％10KV及以下：±7％低壓照明：+5％，-10％農(nóng)村電網(wǎng)：+7.5％，-10％(+10％，-15％)允許電壓偏移指標事故分析日本東京電力系統(tǒng)1987年7月23日發(fā)生電壓崩潰造成大停電事故。起因是由于負荷增加過快，電壓開始下降，最后發(fā)展到繼電保護動作跳閘，導(dǎo)致三個變電所全停

美國于1965年11月9日發(fā)生東北部大面積停電事故，起因是線路過負荷使后備保護起動，導(dǎo)致系統(tǒng)解列

1982年8月7日，華中電網(wǎng)因220KV聯(lián)絡(luò)線A相對支路放電，繼電保護動作跳閘，導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定破壞，各電廠和變電站電壓大幅度下降，系統(tǒng)解環(huán)，電網(wǎng)失去大量無功電源，結(jié)果使湖北地區(qū)大面積停電，武漢鋼鐵公司等重要用戶受到很大的損害，部分設(shè)備損壞

事故分析1972年7月20日，浙江電網(wǎng)因常湖線輸送功率過大，導(dǎo)致發(fā)熱弛度增大，而對低壓線放電，繼電保護動作跳閘造成系統(tǒng)穩(wěn)定破壞，頻率急劇下降，結(jié)果造成浙江電網(wǎng)全面瓦解，全省約71.5％的用戶停電

1972年7月27日，湖北電網(wǎng)因繼電保護誤動作，武漢電網(wǎng)頻率急劇下降，迫使青山、黃石兩個電廠全停。

瑞典南部系統(tǒng)，于1983年12月27日因斯德哥爾摩西北部的海爾邁變電所進行倒閘操作時設(shè)備損壞造成單相接地故障，使幾條線路切除造成電壓大幅度降低。后來甚至發(fā)展到南北電網(wǎng)解列，頻率和電壓急劇下降，南部電網(wǎng)完全崩潰而大面積停電，事故損失達5000萬美元

中樞點的定義電力系統(tǒng)中重要的電壓支撐點電力系統(tǒng)中負荷點數(shù)目眾多又很分散，有必要選擇一些有代表性的負荷點這些點的電壓質(zhì)量符合要求，其它各點的電壓質(zhì)量也能基本滿足要求中樞點的選擇區(qū)域性水、火電廠的高壓母線樞紐變電所的二次母線有大量地方負荷的發(fā)電機電壓母線中樞點設(shè)置數(shù)量不少于全網(wǎng)220KV及以上電壓等級變電所總數(shù)的7％

中樞點的電壓管理

中樞點的電壓允許變化范圍的確定中樞點向兩個負荷點供電中樞點向多個負荷點供電如果中樞點是發(fā)電機母線在任何時候，各個負荷點所要求的中樞點允許變化范圍都有公共部分SABASBOSBmaxt/h

SSBminSAmax

SAmint/h

Vt/h

V

中樞點向兩個負荷點供電

由圖可見，盡管A、B兩負荷點的電壓有10％的變化范圍，但是由于兩處負荷大小和變化規(guī)律不同，兩段線路的電壓損耗值及變化規(guī)律亦不相同。為同時滿足兩負荷點的電壓質(zhì)量要求，中樞點電壓的允許變化范圍就大大縮小，最大時為7％，最小時僅有1％。

中樞點向兩個負荷點供電

中樞點的電壓允許變化范圍的確定中樞點向兩個負荷點供電中樞點向多個負荷點供電如果中樞點是發(fā)電機母線在任何時候，各個負荷點所要求的中樞點允許變化范圍都有公共部分中樞點向多個負荷點供電

中樞點向多個負荷點供電

其電壓允許變化范圍可按兩種極端情況確定：在地區(qū)負荷最大時，電壓最低的負荷點的允許電壓下限加上到中樞點的電壓損耗等于中樞點的最低電壓；在地區(qū)負荷最小時，電壓最高負荷點的允許電壓上限加上到中樞點的電壓損耗等于中樞點的最高電壓。

中樞點的電壓允許變化范圍的確定中樞點向兩個負荷點供電中樞點向多個負荷點供電如果中樞點是發(fā)電機母線在任何時候，各個負荷點所要求的中樞點允許變化范圍都有公共部分

如果中樞點是發(fā)電機母線

如果中樞點是發(fā)電機的電壓母線

除了上述要求外，還應(yīng)受廠用電設(shè)備與發(fā)電機的最高允許電壓以及為保持系統(tǒng)穩(wěn)定的最低允許電壓的限制

中樞點的電壓允許變化范圍的確定中樞點向兩個負荷點供電中樞點向多個負荷點供電如果中樞點是發(fā)電機母線如果在任何時候，各個負荷點所要求的中樞點允許變化范圍都有公共部分

如果在任何時候，各個負荷點所要求的中樞點允許變化范圍都有公共部分

如果在任何時候中樞點電壓允許變化范圍都有公共部分

那么，調(diào)整中樞點電壓，使其在公共部分的允許范圍內(nèi)變動，就可以滿足各負荷點的調(diào)壓要求，而不必在各負荷點再裝設(shè)調(diào)壓設(shè)備中樞點允許變電范圍確定1、弄清由中樞點調(diào)壓的各負荷節(jié)點的負荷的變化和規(guī)律和電壓允許的范圍2、根據(jù)1，計算各負荷節(jié)點對中樞點的電壓的要求3、各負荷對中樞點電壓要求的公共區(qū)域，即為中樞點電壓容許變化范圍，反過來說，只要中樞點電壓在這一范圍內(nèi)，即可以滿足各點的調(diào)壓要求中樞點調(diào)壓模式

逆調(diào)壓模式

順調(diào)壓模式

恒調(diào)壓模式在大負荷時升高電壓，小負荷時降低電壓的調(diào)壓方式。一般采用逆調(diào)壓方式，在最大負荷時可保持中樞點電壓比線路額定電壓高5％，在最小負荷時保持為線路額定電壓。供電線路較長、負荷變動較大的中樞點往往要求采用這種調(diào)壓方式

逆調(diào)壓模式中樞點調(diào)壓模式

逆調(diào)壓模式

順調(diào)壓模式

恒調(diào)壓模式大負荷時允許中樞點電壓低一些，但不低于線路額定電壓的102.5％；小負荷時允許其電壓高一些，但不超過線路額定電壓的107.5％的調(diào)壓模式。對于某些供電距離較近，或者符合變動不大的變電所，可以采用這種調(diào)壓方式

順調(diào)壓模式中樞點調(diào)壓模式

逆調(diào)壓模式

順調(diào)壓模式

恒調(diào)壓模式介于前面兩種調(diào)壓方式之間的調(diào)壓方式是恒調(diào)壓。即在任何負荷下，中樞點電壓保持為大約恒定的數(shù)值，一般較線路額定電壓高2％～5％

恒調(diào)壓模式

電壓調(diào)整的基本原理R+jXP+jQ1:K1Vb1:K2VGVb=(VGk1－△V)/k2≈(VGk1－)/k2

式中k1和k2分別為升壓和降壓變壓器的變比，R和X分別為變壓器和線路的總電阻和總電抗

電壓調(diào)整的基本原理由公式可見，為了調(diào)整用戶端電壓Vb可以采取以下措施（1）調(diào)節(jié)勵磁電流以改變發(fā)電機機端電壓Vg（2）適當選擇變壓器的變比（3）改變線路的參數(shù)（4）改變無功功率的分布電壓調(diào)整措施發(fā)電機調(diào)壓改變變壓器變比調(diào)壓利用無功功率補償調(diào)壓線路串聯(lián)電容補償調(diào)壓電壓調(diào)整措施發(fā)電機調(diào)壓三、電壓調(diào)整的措施

發(fā)電機調(diào)壓對于不同類型的供電網(wǎng)絡(luò)，發(fā)電機調(diào)壓所起作用不同（1）由孤立的發(fā)電廠不經(jīng)升壓直接供電的小型電力網(wǎng)，改變發(fā)電機端電壓就可以滿足負荷點的電壓質(zhì)量要求，不必另外在增加調(diào)壓設(shè)備。（2）對于線路較長、供電范圍交大、有多級變壓的供電系統(tǒng)，發(fā)電機調(diào)壓主要是為了滿足近處地方負荷的電壓質(zhì)量要求。電壓調(diào)整措施發(fā)電機調(diào)壓

發(fā)電機調(diào)壓（3）對于由若干發(fā)電廠并列運行的電力系統(tǒng)，進行電壓調(diào)整的電廠需有相當充裕的無功容量儲備，一般不易滿足。另外調(diào)整個別發(fā)電廠的母線電壓，會引起無功功率重新分配，可能同無功功率的經(jīng)濟分配發(fā)生矛盾。所以在大型電力系統(tǒng)中發(fā)電機調(diào)壓一般只作為一種輔助性的調(diào)壓措施電壓調(diào)整措施發(fā)電機調(diào)壓改變變壓器變比調(diào)壓利用無功功率補償調(diào)壓線路串聯(lián)電容補償調(diào)壓電壓調(diào)整措施改變變壓器變比調(diào)壓

改變變壓器變比調(diào)壓改變變壓器變比可以升高或降低次級繞組的電壓。改變變壓器的變比調(diào)壓實際上就是根據(jù)調(diào)壓要求適當選擇分接頭（1）降壓變壓器分接頭的選擇V2P+jQV1RT＋jXTV2P+jQV1RT＋jXT改變變壓器變比調(diào)壓△VT＝（PRT＋QXT）/V1V2＝(V1－△VT)/K式中，k＝V1t/V2N是變壓器的變比，即高壓繞組分接頭電壓V1t和低壓繞組額定電壓V2N之比。將k代入上式，得高壓側(cè)分接頭電壓

V1t＝[(V1－△VT)/V2]*V2N當變壓器通過不同得功率時，可以通過計算求出在不同負荷下為滿足低壓側(cè)調(diào)壓要求所應(yīng)選擇的高壓側(cè)分接頭電壓（1）降壓變壓器分接頭的選擇（1）降壓變壓器分接頭的選擇改變變壓器變比調(diào)壓普通的雙繞組變壓器的分接頭只能在停電得情況下改變，在正常的運行中無論負荷怎樣變化只能使用一個固定的分接頭。這樣可以計算最大負荷和最小負荷下所要求的分接頭電壓V1tmax＝（V1max－△Vtmax）V2N/V2maxV1tmin＝（V1min－△Vtmin）V2N/V2min然后求取它們的算術(shù)平均值，即V1t.av＝（V1tmax

＋V1tmin）/2根據(jù)值可選擇一個與它最接近的分接頭。然后根據(jù)所選取的分接頭校驗最大負荷和最小負荷時低壓母線電壓上的實際電壓是否符合要求（1）降壓變壓器分接頭的選擇

改變變壓器變比調(diào)壓當考慮負荷變化時，分別求出最大和最小負荷時的抽頭選擇，然后取其算術(shù)平均值，再進行校驗是否滿足電壓要求，基本步驟如下：1、根據(jù)最大和最小負荷的運行情況，求出其一次側(cè)電壓和，以及通過變壓器的負荷，求取變壓器的電壓損耗。2、套用公式計算最大負荷和最小負荷時的分接頭選擇（1）降壓變壓器分接頭的選擇

改變變壓器變比調(diào)壓4、選擇鄰近的接頭作為所選擇的接頭3、取其算數(shù)平均值（1）降壓變壓器分接頭的選擇

改變變壓器變比調(diào)壓5、套用低壓則電壓計算公式進行驗算（2）升壓變壓器分接頭的選擇改變變壓器變比調(diào)壓V2P+jQV1RT＋jXT電壓調(diào)整措施選擇升壓變壓器分接頭的方法與選擇降壓變壓器的基本相同（2）升壓變壓器分接頭的選擇改變變壓器變比調(diào)壓由于升壓變壓器中功率方向是從低壓側(cè)送往高壓側(cè)的，故公式中△VT前的符號應(yīng)相反，即應(yīng)將電壓損耗和高壓側(cè)電壓相加。因而有 V1t＝[(V1+△VT)/V2]*V2N式中，V2為變壓器低壓側(cè)的實際電壓或給定電壓；V1為高壓側(cè)所要求的電壓電壓調(diào)整措施改變變壓器變比調(diào)壓總結(jié)（1）采用固定分接頭的變壓器進行調(diào)壓，不可能改變電壓損耗的數(shù)值，也不能改變負荷變化時次級電壓的變化幅度；通過對變比的適當選擇，只能把這一電壓變化幅度對于次級額定電壓的相對位置進行適當?shù)恼{(diào)整。（2）如果計及變壓器電壓損耗在內(nèi)的總損耗，最大負荷和最小負荷時的電壓變化幅度超過了分接頭的可能調(diào)整范圍，或者調(diào)壓要求的變化趨勢與實際的相反，則此時要裝設(shè)帶負荷調(diào)壓的變壓器或采用其它調(diào)壓措施。改變變壓器變比調(diào)壓三繞組變壓器分接頭的選擇

①

將高低繞組看作雙繞組，確定高繞組接頭②將高中繞組看作雙繞組，確定中繞組分接頭位置。注意：功率分布電壓調(diào)整措施發(fā)電機調(diào)壓改變變壓器變比調(diào)壓利用無功功率補償調(diào)壓線路串聯(lián)電容補償調(diào)壓電壓調(diào)整措施利用無功功率補償調(diào)壓

利用無功功率補償調(diào)壓無功功率的產(chǎn)生基本上不消耗能源，但是無功功率沿電力網(wǎng)傳送卻要引起有功功率損耗和電壓損耗。合理的配置無功功率補償容量，以改變電力網(wǎng)的無功潮流分布，可以減少網(wǎng)絡(luò)中的有功功率損耗和電壓損耗，從而改善用戶處的電壓質(zhì)量

利用無功功率補償調(diào)壓1、并聯(lián)無功補償調(diào)壓的基本原理

2、按調(diào)壓要選擇補償量的基本原理

利用無功功率補償調(diào)壓第二項很小

利用無功功率補償調(diào)壓選擇補償容量的基本原則：在滿足各種運行方式下的調(diào)壓要求下，與其它調(diào)壓方式配合，使補償容量最小。有補償?shù)淖儔浩鬟x擇的基本原則：在滿足調(diào)壓的要求下，使補償容量最小?？梢娧a償容量與調(diào)壓要求和降壓變壓器的變比選擇均有關(guān)。電壓調(diào)整措施

利用無功功率補償調(diào)壓（1）補償設(shè)備為靜電電容器通常在大負荷時降壓變電所電壓偏低，小負荷時電壓偏高。電容器只能發(fā)出感性無功功率以提高電壓，但電壓過高時卻不能吸收感性無功功率來使電壓降低。為了充分利用補償容量，在最大負荷時電容器應(yīng)全部投入，在最小負荷時全部退出。電壓調(diào)整措施

利用無功功率補償調(diào)壓（1）補償設(shè)備為靜電電容器

①根據(jù)調(diào)壓要求，按最小負荷時沒有補償這樣變壓器變比

②按最大負荷時的調(diào)壓要求選擇補償容量

③校驗實際電壓是否滿足要求電壓調(diào)整措施

利用無功功率補償調(diào)壓（2）補償設(shè)備為同步調(diào)相機調(diào)相機的特點是既能過勵磁運行，又能欠勵磁運行。如果調(diào)相機在最大負荷時按額定容量過勵磁運行，在最小負荷按（0.5～0.65）額定容量欠勵磁運行，那么，調(diào)相機的容量將得到最充分的利用。電壓調(diào)整措施

利用無功功率補償調(diào)壓（2）補償設(shè)備為同步調(diào)相機同步調(diào)相機容量選擇最大負荷時調(diào)相機發(fā)出全部容性無功，最小負荷時吸收感性無功，（），有：

兩式相除：

電壓調(diào)整措施

利用無功功率補償調(diào)壓（2）補償設(shè)備為同步調(diào)相機按以上公式選擇k和

電壓調(diào)整措施利用無功功率補償調(diào)壓總結(jié)利用無功功率補償調(diào)壓（1）電壓損耗△V＝（PR＋QX）/V

中包含兩個分量：一個是有功負荷及電阻產(chǎn)生的PR/V分量；另一個是無功負荷及電抗產(chǎn)生的QX/V分量。利用無功補償調(diào)壓的效果與網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)及符合情況有關(guān)（2）在低壓電網(wǎng)中，△V中有功功率引起的PR/V分量所占的比重大；在高壓電網(wǎng)中，△V中無功功率引起的QX/V分量所占比重大。在這種情況下，減少輸送無功功率可以產(chǎn)生比較顯著的調(diào)壓效果。反之，對截面不大的架空線路和所有電纜線路，用這種方法調(diào)壓就不合適。電壓調(diào)整措施發(fā)電機調(diào)壓改變變壓器變比調(diào)壓利用無功功率補償調(diào)壓線路串聯(lián)電容補償調(diào)壓電壓調(diào)整措施線路串聯(lián)電容補償調(diào)壓

線路串聯(lián)電容補償調(diào)壓在線路上串聯(lián)接入靜電電容器，利用電容器的容抗補償線路的感抗，使電壓損耗中QX/V分量減小，從而可提高線路末端電壓電壓調(diào)整措施線路串聯(lián)電容補償調(diào)壓

1、根據(jù)調(diào)壓要求選擇串補

電壓調(diào)整措施

線路串聯(lián)電容補償調(diào)壓

2、電壓減少百分比

定義補償度

欠補償過補償全補償電壓調(diào)整措施線路串聯(lián)電容補償調(diào)壓

線路串聯(lián)電容補償調(diào)壓討論：①

愈大，改善電壓質(zhì)量的效果愈好；②愈大（功率因數(shù)愈小）,效果愈好③

愈小,效果愈好電壓調(diào)整措施線路串聯(lián)電容補償調(diào)壓

線路串聯(lián)電容補償調(diào)壓①串聯(lián)補償安裝的位置單負荷時，安裝于末端：避免始端的電壓和大短路電流；多負荷時，安裝于電壓降落處。②串補的保護：自滅孤立放電間隙③串補帶來的特殊問題：串補的過電壓保護，繼電保護的復(fù)雜化，投入有飽和鐵芯設(shè)備的次諧波振蕩，異步電動機的自勵磁等問題。④運用，110kV以下電壓等級，長度特別大，或有沖擊負荷的架空線路上電壓調(diào)整措施按調(diào)壓要求選擇導(dǎo)線截面1、適用：低壓電力網(wǎng)，中分量較大。

2、單負荷時公式

對于給定電壓等級，單位長度電抗相差不大

電壓調(diào)整措施按調(diào)壓要求選擇導(dǎo)線截面3、幾個負荷時4、討論：等面積，等電流密度，金屬消耗量最小4、復(fù)雜電力系統(tǒng)綜合調(diào)壓

以前討論的均為簡單補充，如假定端一電壓恒定

1、復(fù)雜系統(tǒng)調(diào)壓的復(fù)雜性：①各個負荷的變化規(guī)律不同，各變電所的電壓變化情況也不一樣；②相互影響③有功功率損耗隨無功功率分布變化而變化。

2、充足的無功功率的重要性無功功率補償使全系統(tǒng)感性無功功率補償容量與系統(tǒng)最大負荷之比：0.7-0.8。

3、220kV以上的超高壓電力網(wǎng)，低谷時無功功率平衡。充電電容所發(fā)生的感性無功功率大于線路電抗所消耗的Q，可能出現(xiàn)過電壓，發(fā)電機允許運行高功率因數(shù)甚至進相運行，變電所裝設(shè)同步調(diào)相機或5Vc，或并聯(lián)電抗器。4、無功功率的分層就地平衡，避免無功功率的遠距離傳輸l

不同電壓等級間不交換無功功率；l

220kV，0.95~1.0l

110kV，0.9~1.0

5、綜合考慮調(diào)壓、經(jīng)濟分布，事故應(yīng)對等措施，各種調(diào)壓設(shè)備的綜合控制。

6、調(diào)壓目標不是單純的：在電壓安全的條件下經(jīng)濟性能最好。(手段眾多)調(diào)壓目標不是單純的：在電壓安全的條件下投資最少。(選點，選型)小結(jié)

1、基本概念：①

Q與V的關(guān)鍵、無功消耗元件及其特性，功發(fā)出元件及及其特性、無功功率平衡、中樞點、中樞點歸

方式。(逆，順，恒)

②

并補的適用場合。③

串補的適用場合。

2、基本計算：

①中樞點電壓選擇。②無功功率平衡計算③變壓器抽頭選擇④并聯(lián)電容補償容量與變壓器抽頭的聯(lián)合選擇。⑤串補償量選擇。⑥導(dǎo)線截面選擇。

第三節(jié)電力系統(tǒng)運行方式優(yōu)化2、經(jīng)濟運行所研究的內(nèi)容：運行費用主要體現(xiàn)在火電廠燃料成本等。負荷在火電廠間的合理分配降低網(wǎng)損在供應(yīng)相同負荷和滿足相同約束的條件下，采用優(yōu)化系統(tǒng)中可能的所有手段使運行費用最小。1、重要意義：降低百分之一的費用則是節(jié)約了一筆非?？捎^的費用。

1.4億kW1.4×0.11400萬1400×1%=14萬元×24=330萬一、火電廠間有功功率的經(jīng)濟分配1、基本概念使燃料消耗最少。用煤噸數(shù)表示或MONEY表示。

燃料消耗成本:有功優(yōu)化的目標函數(shù)：耗量特性:反映發(fā)電設(shè)備單位時間內(nèi)能量輸入和輸出關(guān)系的曲線。耗量特性

鍋爐的輸入是燃料（t標準煤/h），

輸出是蒸汽（t/h）；

汽輪發(fā)電機組的輸入是蒸汽（t/h），輸出是電功率（MW）；

水電廠輸入是水（m3/h）。

耗量特性曲線上某點的縱橫坐標之比，即輸入與輸出之比。耗量特性曲線上某點切線的斜率稱為該點的耗量微增率。它表示在該點運行時輸入增量對輸出增量之比。比耗量:比耗量

倒數(shù)表示發(fā)電廠的效率耗量微增率:耗量特性

1、基本概念2、雙機運行時的有功分配

兩臺機組并聯(lián)運行已知兩臺機組的耗量性、和總的負荷功率。如何確定負荷功率在兩機組間的分配，使總的燃料消耗最??？目標函數(shù)：

約束條件：

耗量特性：