ch05-2電力系統(tǒng)正常運(yùn)行方式的調(diào)整與控制

§2電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整一、電壓調(diào)整的必要性和目標(biāo)①△U偏移過大，引起效率下降，會影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量；縮短電氣設(shè)備壽命，甚至造成損壞損壞設(shè)備；影響生活質(zhì)量（照明）。②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(yùn)行，過高：絕緣，增加電暈損耗。電壓允許偏移：UN≧35kV，±5%；UN≤10kV，±7%UN=220V,+7%，-10%1二、無功負(fù)荷及其靜態(tài)電壓特性R/sjXaioijXmu異步電動機(jī)是電力系統(tǒng)主要的無功負(fù)荷系統(tǒng)無功負(fù)荷的電壓特性主要由異步電動機(jī)決定

?=0.8?=0.6?=0.3QU無功功率負(fù)荷2二、無功負(fù)荷及其靜態(tài)電壓特性RT

jXTGT-jBT

UNjB/2jB/2(b)△Q感性、容性?無功功率損耗3大致估計：當(dāng)通過線路輸送的有功功率大于自然功率（所謂自然功率是指負(fù)荷阻抗為波阻抗時該負(fù)荷所消耗的功率。）時，線路將消耗感性無功功率；當(dāng)通過線路輸送的有功功率小于自然功率時，線路將消耗容性無功功率。4二、無功負(fù)荷及其靜態(tài)電壓特性負(fù)荷類型：恒阻抗、恒電流、恒功率綜合無功負(fù)荷具有正的調(diào)節(jié)效應(yīng)，dQ/dU>0。綜合負(fù)荷靜態(tài)電壓特性QP0.40.71U*P*,Q*1.110.60.45二、無功功率電源的功率特性無功功率電源

同步發(fā)電機(jī)

同步調(diào)相機(jī)

靜電電容器

靜止無功補(bǔ)償器

靜止無功發(fā)生器

6二、無功功率電源的功率特性1.同步發(fā)電機(jī)和同步調(diào)相機(jī)(a)

隱機(jī)發(fā)電機(jī)等值電路jxdEIjIXU7FPO’CQBSAO圖運(yùn)行極限圖轉(zhuǎn)子電流I2N定子電流IN源動機(jī)出力靜態(tài)穩(wěn)定UEINXd8同步調(diào)相機(jī)（空載同步電機(jī)）EqjIxdU(a)

等值電路EqjIxdUI（b)過勵磁IUEqjIxd（c)欠勵磁9同步調(diào)相機(jī)的特點(diǎn)投資大；運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜；有功損耗為SN的1.5%-5%；平滑改變無功調(diào)壓；安裝在樞紐變電所。102、并聯(lián)電容器（又稱靜電電容器）特點(diǎn)：補(bǔ)償方式靈活、投資少、功率損耗少（0.3-0.5%)、但電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)差,實(shí)現(xiàn)無功有級調(diào)節(jié)。113、靜止無功補(bǔ)償器(SVC)組成：靜電電容器、電抗器、調(diào)節(jié)裝置特點(diǎn)運(yùn)行維護(hù)簡單；快速平滑地調(diào)節(jié)無功，功率損耗?。粍討B(tài)補(bǔ)償，對沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)性；存在諧波問題。12圖5-6靜止無功補(bǔ)償器的原理圖

(a)可控飽和電抗器型；(b)自飽和電抗器型；(c)可控硅控制電抗器型；(d)可控硅控制電抗器和可控硅投切電容器組合型13電壓升高U>=UN自飽和型電抗器電抗器自飽和電抗減少超前滯后UIICILI014可控硅控制電抗器TCR原理分析：用可控硅的導(dǎo)通角控制、調(diào)節(jié)電抗器上通過的電流。ThyristorControlledReactor15控硅控制電抗器和可控硅投切電容器TSC-TCR全導(dǎo)通或截止導(dǎo)通角控制IL16靜止無功發(fā)生器SVG

（staticvargenerator）它是一種更為先進(jìn)的靜止型無功補(bǔ)償裝置,它的主體是電壓源型逆變器。k:117靜止無功發(fā)生器SVG通過逆變器可以將電容C上的直流電壓轉(zhuǎn)換成與系統(tǒng)同步(同相位）的三相交流電壓，逆變器的交流側(cè)通過電抗器或變壓器并聯(lián)接入系統(tǒng)。適當(dāng)控制逆變器的輸出電壓，就可以靈活地改變SVG的運(yùn)行工況，使其處于容性負(fù)荷、零負(fù)荷狀態(tài)或感性負(fù)荷狀態(tài)。jx18與SVC比較，SVG具有相應(yīng)快、運(yùn)行范圍寬、諧波電流含量少等優(yōu)點(diǎn)。尤其是電壓較低時仍可向系統(tǒng)注入較大的無功電流.19三、無功平衡和電壓水平的關(guān)系EIjIXU

jXEP+jQU20三、無功平衡和電壓水平的關(guān)系IjIXU21三、無功平衡和電壓水平的關(guān)系要維持正常電壓水平，發(fā)電機(jī)須有足夠的無功容量。

jXEP+jQ負(fù)荷特性發(fā)電機(jī)特性EE’22三、無功功率平衡和電壓的關(guān)系7-8%最大無功負(fù)荷無功功率平衡的前提：保證電壓質(zhì)量。UNQUQLD+QL無功負(fù)荷（含網(wǎng)絡(luò)損耗）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。23四、中樞點(diǎn)的電壓管理中樞點(diǎn)-----具有代表性的節(jié)點(diǎn)。區(qū)域發(fā)電廠的高壓母線；有大量地方負(fù)荷的發(fā)電廠母線；樞紐變電所的二次母線。1、中樞點(diǎn)電壓的確定OAB中樞點(diǎn)081624tSSAminSAmaxSBmaxSBmin241、中樞點(diǎn)電壓的確定081624t△U0.04UN0.01UN0.03UN0.01UNOAB中樞點(diǎn)081624tSSAminSAmaxSBmaxSBmin允許偏移±5%25081624t△U0.04UN0.01UN0.03UN0.01UN26081624t△U0.04UN0.01UN0.03UN0.01UN271、中樞點(diǎn)電壓的確定推廣：供多個負(fù)荷點(diǎn)的中樞點(diǎn)，選出電壓最高、電壓最低的兩種極端負(fù)荷點(diǎn)。081624t(h)U1.15UN1.08UN1.05UN0.98UN1.09UN1.06UN0.99UN0.96UN282、中樞點(diǎn)的調(diào)壓方式逆調(diào)壓方式高峰負(fù)荷---1.05UN;低谷負(fù)荷---UN;

適用于：線路較長，負(fù)荷范圍變化較大。順調(diào)壓方式高峰負(fù)荷>=1.025UN;低谷負(fù)荷<=1.075UN;適用于：線路較短，負(fù)荷范圍變化不大或用戶對電壓要求不高.恒調(diào)壓方式電壓維持恒定值（1.02-1.05)UN。29五、電壓調(diào)整的方法和分析計算1、調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓；2、改變變壓器變比；3、改變線路參數(shù)X；4、無功補(bǔ)償。UGUb301、發(fā)電機(jī)調(diào)壓適合場合：直供電的小系統(tǒng)，逆調(diào)壓。

jXEP+jQEIjIXU改變勵磁電流3132自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)的工作原理和框圖現(xiàn)代發(fā)電機(jī)均裝有由自動調(diào)節(jié)勵磁系統(tǒng)，其作用：正常運(yùn)行情況下：根據(jù)負(fù)荷變化，調(diào)整勵磁電流，維持發(fā)電機(jī)端電壓基本恒定。故障情況下：發(fā)電機(jī)端電壓急劇下降，強(qiáng)行勵磁動作，迅速將勵磁電流調(diào)節(jié)到最大，以提高發(fā)電機(jī)端電壓，較少加速功率，達(dá)到提高發(fā)電機(jī)同步運(yùn)行穩(wěn)定性的目的。組成：主勵磁系統(tǒng)和勵磁調(diào)節(jié)器33主勵磁系統(tǒng)作用：提供勵磁電源，形成一個電壓為Uf、電流為If的直流回路，產(chǎn)生直流磁場，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動切割定子繞組，在其中感應(yīng)出交流電勢分類：有直流發(fā)電機(jī)供電（直流勵磁機(jī)）：自勵和他勵，用于較少容量的發(fā)電機(jī)（10萬kW）。有交流勵磁機(jī)經(jīng)整流供電:自勵和他勵。34交流勵磁機(jī)經(jīng)整流供電的勵磁方式:副勵機(jī)為永磁發(fā)電機(jī)，發(fā)出的交流電經(jīng)整流后供給勵磁機(jī)的勵磁繞組，勵磁機(jī)的交流電壓經(jīng)整流后供給同步發(fā)電機(jī)勵磁。勵磁調(diào)節(jié)器比例式：按運(yùn)行參數(shù)（電壓、電流、功率角）與整定值之間的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)。分為單參數(shù)調(diào)節(jié)器和多參數(shù)調(diào)節(jié)器改進(jìn)式：按運(yùn)行參數(shù)的偏差及其變化率進(jìn)行調(diào)節(jié)。35按電壓偏差調(diào)節(jié)的可控硅勵磁調(diào)節(jié)器GPESCRffEVF綜合放大量測濾波移相觸發(fā)UG0AVRTV362、改變變壓器變比調(diào)壓普通變壓器分接頭的選擇SN≥8000kVA,高壓側(cè)有5個分接頭：0、±2.5%、±5%SN≤6300kVA,高壓側(cè)有3個分接頭：0、±5%為什么？37降壓變壓器分接頭的選擇要求給定最大負(fù)荷最小負(fù)荷38平均分接頭電壓選擇標(biāo)準(zhǔn)分接頭校驗(yàn)最大、最小負(fù)荷時低壓母線的實(shí)際電壓。三繞組變壓器分接頭的選擇與負(fù)荷流向有關(guān)：當(dāng)變壓器負(fù)荷從高壓側(cè)流向低壓側(cè)和中壓側(cè)：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。39110kV調(diào)壓變壓器，UN±3×2.5%共7個分接頭220kV調(diào)壓變壓器，UN±4×2.5%共9個分接頭短路電流先后相繼移動斷電移動防止電弧變壓器中性點(diǎn)側(cè)有載調(diào)壓變壓器40注意：只有當(dāng)系統(tǒng)無功功率電源容量充足時，用改變變壓器變比調(diào)壓才能奏效。簡單的電力系統(tǒng)圖

因此，當(dāng)系統(tǒng)無功功率不足時，首先應(yīng)裝設(shè)無功功率補(bǔ)償設(shè)備。（why?)413、利用無功補(bǔ)償設(shè)備調(diào)壓U1R+jXU2P+jQjQc42U1R+jXU2P+jQjQc補(bǔ)償后變比與補(bǔ)償后變比無關(guān)43按最小負(fù)荷時沒有補(bǔ)償容量，確定變比；補(bǔ)償設(shè)備為靜電電容器按最大負(fù)荷時的調(diào)壓要求計算補(bǔ)償容量；根據(jù)變比和補(bǔ)償容量校驗(yàn)低壓母線的實(shí)際電壓。44充分利用調(diào)相機(jī)容量：最大負(fù)荷時，按額定容量過勵磁運(yùn)行；最小負(fù)荷時，按（0.5-0.65)SN欠勵磁運(yùn)行。補(bǔ)償設(shè)備為為同步調(diào)相機(jī)45按所選容量和變比進(jìn)行電壓校驗(yàn)補(bǔ)償設(shè)備為為同步調(diào)相機(jī)46利用無功功率補(bǔ)償調(diào)壓（1）電壓損耗△U＝（PR＋QX）/U

中包含兩個分量：一個是有功負(fù)荷及電阻產(chǎn)生的PR/U分量；另一個是無功負(fù)荷及電抗產(chǎn)生的QX/U分量。利用無功補(bǔ)償調(diào)壓的效果與網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)及負(fù)荷情況有關(guān)。（2）在低壓電網(wǎng)中，△U中有功功率引起的PR/U分量所占的比重大；在高壓電網(wǎng)中，△U中無功功率引起的QX/U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。474、線路串聯(lián)電容補(bǔ)償調(diào)壓串聯(lián)電容器補(bǔ)償容量的確定電壓的提高值U2R+jXU1P1+jQ1U2R+jXU1P1+jQ148

電壓損失減少百分比

定義補(bǔ)償度

欠補(bǔ)償過補(bǔ)償全補(bǔ)償4、線路串聯(lián)電容補(bǔ)償調(diào)壓49并聯(lián)電容器的個數(shù)串聯(lián)電容器的個數(shù)三相電容器的容量50適用場合：供電電壓35、10kV、負(fù)荷波動大而頻繁，功率因數(shù)低的配電線路--------調(diào)壓；超高壓線路------提高輸送容量、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。串聯(lián)電容器的安裝地點(diǎn)負(fù)荷集中負(fù)荷分散51小結(jié)：串聯(lián)電容和并聯(lián)電容補(bǔ)償減少沖擊負(fù)荷的波動有效；但增大線路電流，短路時，短路電流將在電容上引起過電壓。并聯(lián)電容補(bǔ)償：串聯(lián)電容補(bǔ)償：線路功率因數(shù)高；線路傳輸無功少。52適用：低壓電力網(wǎng)，中分量較大。

單負(fù)荷時公式

對于給定電壓等級，單位長度電抗相差不大

5、按調(diào)壓要求選擇導(dǎo)線截面*53幾個負(fù)荷時5、按調(diào)壓要求選擇導(dǎo)線截面54綜合調(diào)壓措施的應(yīng)用無功功率的分層就地平衡，避免無功功率的遠(yuǎn)距離傳輸。不同電壓等級間不交換無功功率；220kV----0.95~1.0；110kV----0.9~1.0發(fā)電機(jī)調(diào)壓：直供電的小系統(tǒng)，逆調(diào)壓，不需增加費(fèi)用，但須考慮的因素多，制作輔助調(diào)壓手段。并聯(lián)補(bǔ)償調(diào)壓：達(dá)到無功分層分區(qū)平衡的主要手段。并聯(lián)電容器可分散于各用戶，以提高用戶的功率因數(shù)；調(diào)相機(jī)或靜止補(bǔ)償器可集中于電壓中樞點(diǎn)補(bǔ)償?？蓽p少網(wǎng)損，但須投資量。55各種調(diào)壓手段的優(yōu)缺點(diǎn)變壓器調(diào)壓：只能改變電壓的高低，從而改變無功功率的流向和分布，而不能發(fā)出或吸收無功，只能用于無功充裕時。普通變壓器適用于最大、最小負(fù)荷電壓幅值變化不大、不需逆調(diào)壓；有載調(diào)壓變壓器適用于重要的樞紐變電所或電壓要求高的用戶（電壓幅值變化大、需逆調(diào)壓）。串聯(lián)補(bǔ)償調(diào)壓：電容器串于線路中也不是無功電源，只是起著參數(shù)補(bǔ)償?shù)淖饔茫瑥亩鴾p少線路電壓損失。56綜合電壓分析方法---靈敏度分析調(diào)壓目標(biāo)不是單純的：在電壓安全的條件下經(jīng)濟(jì)性能最好：在電壓安全的條件下投資最少。綜合電壓分析方法---靈敏度分析所謂靈敏度分析實(shí)際是利用各變量之間關(guān)系的顯性化表達(dá)式研究一些變量微小變化使另一些變量如何變化的一種分析方法。它是控制策略和抗擾動策略的有效工具，得到廣泛應(yīng)用。57（1）靈敏度分析

系統(tǒng)正常運(yùn)行滿足方程：x-----狀態(tài)變量,維數(shù)為n；u-----控制變量,維數(shù)為m；p-----擾動變量,維數(shù)為l;系統(tǒng)受擾動后，方程為：展開為臺勞級數(shù)忽略高次項(xiàng)58結(jié)論：由靈敏度矩陣各元素的值可看出狀態(tài)變量對哪個或哪些控制變量或擾動變量最敏感即改變哪個控制量的效果最好。sxu,sxp為靈敏度矩陣。59（2）各種調(diào)壓效果的綜合分析狀態(tài)量控制量控制量控制量控制量狀態(tài)量60復(fù)雜的系統(tǒng)：被控量︵狀態(tài)量︶控制量︵調(diào)節(jié)量︶x靈敏度矩陣靈敏度矩陣的建立方法：數(shù)據(jù)攝動法-----用計算機(jī)作潮流計算，求個控制變量單獨(dú)變化時所有狀態(tài)變量的變化量。測量法---在系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)測。對某些簡單系統(tǒng)，可用解析法61標(biāo)么值控制量控制量控制量控制量狀態(tài)量狀態(tài)量△U1△U2△k△Uj△Qj△qj△Q+j△qjX2jX162改變V1、k,對節(jié)點(diǎn)3電壓的影響相同（X1/X2）改變V2對節(jié)點(diǎn)3電壓的影響同X2/X1有關(guān)；