電力系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)課件：電壓調(diào)整

電力系統(tǒng)自動(dòng)控制技術(shù)

電壓調(diào)整2025/3/72上次課內(nèi)容低頻減載含義什么是低頻減載、其與自動(dòng)調(diào)頻系統(tǒng)（一、二、三次調(diào)頻）的關(guān)系電力系統(tǒng)低頻運(yùn)行的危害低頻減載實(shí)現(xiàn)（整定）方法總的切負(fù)荷量（接于低頻減載裝置上負(fù)荷總功率PJH）動(dòng)作輪次和各輪動(dòng)作頻率各輪最佳斷開功率計(jì)算特殊輪設(shè)計(jì)動(dòng)作時(shí)限低頻減載基本原理電力系統(tǒng)頻率的動(dòng)態(tài)特性基于“逐次逼近”法的低頻減載原理2025/3/73本次課內(nèi)容電壓控制意義和目標(biāo)電力系統(tǒng)低壓/高壓運(yùn)行的危害電力系統(tǒng)電壓控制措施及特點(diǎn)四種主要電壓控制措施掌握變壓器分接頭選擇、并聯(lián)補(bǔ)償電容器容量計(jì)算方法自學(xué)并聯(lián)調(diào)相機(jī)容量計(jì)算、串聯(lián)電容器容量計(jì)算方法電力系統(tǒng)無功平衡和無功電源單機(jī)系統(tǒng)中無功平衡與電壓間關(guān)系常見的無功功率源及其特點(diǎn)2025/3/741電壓控制意義回憶：電力系統(tǒng)頻率異常會導(dǎo)致多種危害，有哪些？（1）系統(tǒng)頻率降低使廠用機(jī)械的出力大為下降，可能引發(fā)頻率崩潰（2）系統(tǒng)頻率降低使勵(lì)磁機(jī)等的轉(zhuǎn)速也相應(yīng)降低，可能造成電壓失穩(wěn)（3）系統(tǒng)頻率長期運(yùn)行在49.5～49Hz以下，影響生產(chǎn)生活（4）為避免汽輪機(jī)共振，可能引起低速切機(jī)（5）局部電網(wǎng)頻率升高，導(dǎo)致大機(jī)組過速跳機(jī)（6）影響冷卻泵工作，可能導(dǎo)致核能電廠停機(jī)思考：電力系統(tǒng)電壓異常會導(dǎo)致哪些危害？2025/3/751.1電壓控制意義——電壓異常危害用電設(shè)備只有在額定電壓下運(yùn)行才能取得最佳的工作效率電壓偏離額定值較大時(shí)，會對供電設(shè)備和負(fù)荷的運(yùn)行帶來不良影響。影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，損壞設(shè)備，甚至引起電力系統(tǒng)電壓崩潰，造成大面積停電（1）降低發(fā)電機(jī)和變壓器利用率電力系統(tǒng)電壓降低時(shí)，為了維持恒定功率，發(fā)電機(jī)的定子電流增大，進(jìn)而損耗增加為了使發(fā)電機(jī)定子繞組不致過熱，不得不減少發(fā)電機(jī)所發(fā)有功功率電力系統(tǒng)電壓降低后，也需要減少變壓器所帶的有功負(fù)荷，減少發(fā)熱2025/3/76（2）降低電動(dòng)機(jī)使用效率、壽命，并導(dǎo)致后續(xù)連鎖效應(yīng)電壓降低，異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率將增大。電動(dòng)機(jī)繞組電流也將增大，溫升將增加，效率將降低，壽命會縮短；電壓降低，電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過程將顯著延長，電動(dòng)機(jī)可能在啟動(dòng)過程中因溫度過高而燒毀；電壓偏高，將加速電器設(shè)備的絕緣老化，影響電動(dòng)機(jī)的使用壽命電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的高次方成正比，所以當(dāng)轉(zhuǎn)差增大、轉(zhuǎn)速下降時(shí)，其輸出功率將迅速減少，而電廠廠用電動(dòng)機(jī)輸出功率的減少又將反過來影響鍋爐、汽輪機(jī)的工作，最終影響發(fā)電廠所發(fā)出的功率1.1電壓控制意義——電壓異常危害2025/3/77（3）影響電熱、照明負(fù)荷的效率和壽命電爐等電熱設(shè)備的發(fā)熱量與電壓平方成正比，電壓降低將大大降低發(fā)熱量，使效率降低。照明負(fù)荷，尤其是白熾燈，對電壓變化的反應(yīng)最靈敏。電壓過高，白熾燈的壽命將大為縮短，電壓過低，亮度和發(fā)光效率要大幅度下降1.1電壓控制意義——電壓異常危害（4）增加電力系統(tǒng)損耗且影響電力系統(tǒng)穩(wěn)定性電壓降低時(shí)，會使電網(wǎng)中的有功功率損耗和無功損耗增加，過低還會危及電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性電壓過高，各種電氣設(shè)備的絕緣會受到損壞，在超高壓輸電線路中還將增加電暈損耗2025/3/781.2電壓控制意義——控制目標(biāo)將各電壓等級負(fù)荷的供電電壓偏移控制在允許范圍：電壓等級正偏移負(fù)偏移10kV及以下電壓供電的負(fù)荷±7%35kV及以上電壓供電的負(fù)荷±5%低壓照明負(fù)荷+5%-10%農(nóng)村電網(wǎng)（正常）+7.5%-10%農(nóng)村電網(wǎng)（事故）+10%-15%事故后運(yùn)行狀態(tài)下，由于電力系統(tǒng)部分設(shè)備退出運(yùn)行，電壓損耗比正常時(shí)大，且故障時(shí)間較短，電壓偏移允許比正常值再多5％，但電壓的正偏移不應(yīng)超過10％2025/3/792.1電力系統(tǒng)無功平衡和無功電源——無功平衡回憶：電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率是如何確定的？有功電源的功頻特性曲線與負(fù)荷的工頻特性曲線交點(diǎn)交點(diǎn)處為有功發(fā)電與有功負(fù)荷的平衡點(diǎn)思考：電力系統(tǒng)電壓如何確定？2025/3/7102.1電力系統(tǒng)無功平衡和無功電源——無功平衡電力系統(tǒng)電壓水平與無功平衡密切相關(guān)，電壓取決于達(dá)到無功平衡處的無功供應(yīng)曲線和無功消耗曲線的交點(diǎn)與有功控制存在顯著區(qū)別：有功：全網(wǎng)頻率統(tǒng)一；集中控制為主，分散為輔；控制手段單一（發(fā)電機(jī)）無功：系統(tǒng)各處電壓不同；分層分區(qū)控制；控制手段多樣（多種無功電源）；電網(wǎng)元件損耗占無功消耗較大比重2025/3/7112.1電力系統(tǒng)無功平衡和無功電源——無功平衡以單機(jī)單負(fù)荷為例，說明無功平衡與電壓關(guān)系圖4-1單機(jī)單負(fù)荷系統(tǒng)接線圖2025/3/7122.1電力系統(tǒng)無功平衡和無功電源——無功平衡異步電動(dòng)機(jī)負(fù)荷，無功消耗與電壓間為正開口的二次函數(shù)系統(tǒng)輸出無功是負(fù)載電壓U的二次函數(shù)，且開口向下二者交點(diǎn)決定負(fù)載電壓異步電機(jī)等值電路及特性β：負(fù)荷率無功供給與無功負(fù)荷2025/3/7132.1電力系統(tǒng)無功平衡和無功電源——無功平衡初始狀態(tài)：QG與QLD平衡，交點(diǎn)為1，對應(yīng)電壓U1負(fù)荷增加：負(fù)荷無功曲線抬升為QLD’新平衡點(diǎn)：如無功電源特性不變，則新交點(diǎn)為2，即系統(tǒng)電壓降低；若無功電源提供的有功增加，則電源無功曲線也抬升至QG’，新交點(diǎn)為3，電壓一定程度恢復(fù)，甚至可恢復(fù)至初始額定值負(fù)荷無功曲線：QLD與QLD’電源無功曲線：QG與QG’2025/3/7142.1電力系統(tǒng)無功平衡和無功電源——無功平衡無功平衡的一般形式：無功功率供給等于無功負(fù)荷與損耗之和電源供應(yīng)的無功功率，包括發(fā)電機(jī)、無功補(bǔ)償設(shè)備供應(yīng)無功功率，后者又可分為調(diào)相機(jī)、并聯(lián)電容器和靜止補(bǔ)償器無功損耗包括三部分：變壓器、線路電抗、線路電納無功損耗2025/3/7152.2電力系統(tǒng)無功平衡和無功電源——無功供給無功電源：同步發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)、并聯(lián)電容、靜止無功補(bǔ)償器、輸電線路充電功熟悉各類無功電源運(yùn)行限制和優(yōu)缺點(diǎn)（1）同步發(fā)電機(jī)基本的無功功率電源、出力由P-Q曲線決定可以發(fā)出無功功率或吸收無功功率發(fā)出無功極限由定子電流和勵(lì)磁電流限制吸收無功極限（進(jìn)相）由并聯(lián)運(yùn)行穩(wěn)定性或定子端部鐵芯發(fā)熱限制2025/3/7162.2電力系統(tǒng)無功平衡和無功電源——無功供給（1）同步發(fā)電機(jī)發(fā)出無功極限由定子電流和勵(lì)磁電流限制，吸收無功極限（進(jìn)相）由并聯(lián)運(yùn)行穩(wěn)定性或定子端部鐵芯發(fā)熱限制①視在功率（定子電流）限制②③④欠勵(lì)限制2025/3/7172.2電力系統(tǒng)無功平衡和無功電源——無功供給（2）調(diào)相機(jī)特殊運(yùn)行狀態(tài)的同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性與同步發(fā)電機(jī)類似勵(lì)磁較大處于過激運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，輸出無功功率；欠激運(yùn)行時(shí)，吸收無功功率吸收無功功率能力為發(fā)出無功能力的50%-60%有功損耗為額定容量的1.5%-5%調(diào)節(jié)效應(yīng)一般為正：輸出無功功率隨電壓降低而增加2025/3/7182.2電力系統(tǒng)無功平衡和無功電源——無功供給（3）并聯(lián)電容器原理：優(yōu)點(diǎn)：使用靈活，既可集中使用，又可以分散使用成本低、損耗小（0.3%-0.5%）式中—電容器地電抗；—交流電的角頻率;C—電容器的電容量。缺點(diǎn)：產(chǎn)生的無功功率正比于電壓的平方，在系統(tǒng)低電壓期間無功輸出反而下降，這是一個(gè)惡性循環(huán)問題大量應(yīng)用時(shí)，電壓調(diào)節(jié)能力反而變差，可能導(dǎo)致電壓失穩(wěn)控制精度差2025/3/7192.2電力系統(tǒng)無功平衡和無功電源——無功供給（4）靜止無功功率補(bǔ)償器（SVC）原理：綜合無源元件（電感、電容）和電力電子技術(shù)的無功補(bǔ)償裝置，運(yùn)行特性與同步發(fā)電機(jī)類似實(shí)現(xiàn)快速無功補(bǔ)償、準(zhǔn)確連續(xù)控制廣泛用于配電系統(tǒng)，應(yīng)對電焊機(jī)和電氣化鐵路等沖擊性負(fù)荷導(dǎo)致的電壓快速跌落問題2025/3/7202.2電力系統(tǒng)無功平衡和無功電源——無功供給（4）靜止無功功率補(bǔ)償器（SVC）優(yōu)點(diǎn)：快速、平滑的調(diào)節(jié)無功功率的大小和方向，以滿足動(dòng)態(tài)無功功率補(bǔ)償要求，尤其是對沖擊性負(fù)荷適應(yīng)性較好；與同步調(diào)相機(jī)比較，運(yùn)行維護(hù)簡單，功率損耗較??；能夠作到分相補(bǔ)償以適應(yīng)不平衡的負(fù)荷變化。缺點(diǎn)：最大無功補(bǔ)償量正比于端電壓的平方，在電壓很低時(shí)，無功補(bǔ)償量將大大降2025/3/7212.2電力系統(tǒng)無功平衡和無功電源——無功供給（5）高壓輸電線路高壓輸電線即產(chǎn)生無功，又消耗無功：500kV、1000kV線路，通常采用分裂導(dǎo)線，其充電功率相當(dāng)可觀，是電力系統(tǒng)所固有的無功功率電源傳輸線無功發(fā)出量等于消耗量時(shí)的傳輸功率為自然功率傳輸功率大于自然功率時(shí)，需要無功補(bǔ)償；小于自然功率時(shí)需要并聯(lián)高壓電抗器，減小容升效應(yīng)產(chǎn)生無功：消耗無功：變化不大隨潮流而變2025/3/7222.2電力系統(tǒng)無功平衡和無功電源——無功消耗（1）異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)是電力負(fù)荷的重要類型；象居民區(qū)中的空調(diào)、冰箱；工業(yè)中的各種泵、鼓風(fēng)機(jī)、風(fēng)扇等電動(dòng)機(jī)吸收的穩(wěn)態(tài)有功值基本上與電壓無關(guān)（取決于機(jī)械負(fù)載），但無功值對電壓水平較靈敏當(dāng)電壓開始降低時(shí)，無功會瞬時(shí)減少；但電壓進(jìn)一步降低時(shí)，無功反而增加異步電機(jī)等值電路及特性β：負(fù)荷率2025/3/7232.2電力系統(tǒng)無功平衡和無功電源——無功消耗（2）變壓器和線路變壓器和中低壓線路多數(shù)為感性，吸收大量無功功率（3）空調(diào)和熱泵空調(diào)屬于電動(dòng)機(jī)一類，但很多空調(diào)器不用接觸器，發(fā)生故障和電壓下降時(shí)不會從系統(tǒng)斷開故障下，電壓降低引起的無功消耗增加可能導(dǎo)致電壓不穩(wěn)（4）照明負(fù)荷照明可能占到商用負(fù)荷的20%需要建立整流類照明負(fù)荷的負(fù)荷模型，評估對系統(tǒng)電壓影響2025/3/7242.2電力系統(tǒng)無功平衡和無功電源——總結(jié)無功功率總是保持平衡狀態(tài)，當(dāng)電力系統(tǒng)無功功率電源充足，可調(diào)節(jié)容量大時(shí)，電力系統(tǒng)可在較高電壓水平上保持平衡當(dāng)電力系統(tǒng)無功功率電源不足，可調(diào)容量小甚至沒有時(shí)，電力系統(tǒng)只能在較低電壓水平上保證平衡無功功率的輸送將引起電力網(wǎng)中的有功功率損耗及電壓損耗的增加，一般不能遠(yuǎn)距離輸送，因此一般無功功率補(bǔ)償要在負(fù)荷中心地區(qū)設(shè)置為了維持電力系統(tǒng)應(yīng)有的電壓水平，除了在整個(gè)電力系統(tǒng)需要達(dá)到相應(yīng)的無功功率平衡外，在負(fù)荷地區(qū)也要基本上達(dá)到無功功率的平衡，以避免無功功率在電網(wǎng)中的大量傳輸2025/3/7253電力系統(tǒng)調(diào)壓措施發(fā)電機(jī)經(jīng)升壓變、線路、降壓變給負(fù)載供電由UB表達(dá)式可知：調(diào)整負(fù)荷點(diǎn)的電壓可以通過調(diào)整UG、K1/K2、R/X、Q來實(shí)現(xiàn)，分別對應(yīng)各種調(diào)壓方式。2025/3/7263電力系統(tǒng)調(diào)壓措施發(fā)電機(jī)調(diào)壓：控制和調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，以改變發(fā)電機(jī)端電壓UG；變壓器調(diào)壓：調(diào)整變壓器分接頭，進(jìn)而改變變比K無功補(bǔ)償調(diào)壓：無功負(fù)荷就地產(chǎn)生，減小無功功率傳輸，繼而減小電壓損耗線路補(bǔ)償調(diào)壓：減小輸電線路電抗，繼而減小同等無功傳輸下的電壓損耗熟悉各調(diào)壓措施原理和優(yōu)缺點(diǎn)確定變壓器調(diào)壓、并聯(lián)和串聯(lián)補(bǔ)償調(diào)壓方案變壓器分接頭選擇、并聯(lián)電容器容量計(jì)算并聯(lián)調(diào)相機(jī)容量計(jì)算、串聯(lián)電容器容量計(jì)算（自學(xué)）2025/3/7273.1電力系統(tǒng)調(diào)壓措施——（1）發(fā)電機(jī)調(diào)壓原理：控制同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，可以改變發(fā)電機(jī)的端電壓；優(yōu)勢：不需要增加額外的設(shè)備，因此是最經(jīng)濟(jì)合理的控制電壓措施，應(yīng)該優(yōu)先考慮2025/3/7283.1電力系統(tǒng)調(diào)壓措施——（1）發(fā)電機(jī)調(diào)壓缺點(diǎn)：輸電線路較長、多電壓等級并且有地方負(fù)荷的情況下，僅依靠發(fā)電機(jī)控制調(diào)壓不能滿足負(fù)荷電壓質(zhì)量要求限制：能力有限，發(fā)電機(jī)端電壓偏離額定值不超過5％適用場合：對于由發(fā)電機(jī)直接供電的小系統(tǒng)，供電線路不長，輸電線路上的電壓損耗不大時(shí)，可以采用發(fā)電機(jī)直接控制電壓方式，以滿足負(fù)荷電壓要求在大型電力系統(tǒng)中僅僅作為一種輔助性的控制措施變壓器調(diào)2025/3/7293.1電力系統(tǒng)調(diào)壓措施——（2）變壓器調(diào)壓原理：調(diào)整分接抽頭（高壓側(cè)）位置，控制變壓器的變比；優(yōu)勢：基本調(diào)壓方式、不需額外投資局限：改變無功分布，改善局部電壓；系統(tǒng)無功電源不足時(shí)，無法達(dá)到滿意的調(diào)壓效果；應(yīng)用要求：兼顧多種運(yùn)行方式，選擇分接頭，從而多種方式（最大、最小運(yùn)行方式）下電壓滿足要求2025/3/7303.1電力系統(tǒng)調(diào)壓措施——（3）并聯(lián)補(bǔ)償調(diào)壓原理：配置無功功率補(bǔ)償設(shè)備，在重負(fù)荷時(shí)發(fā)出感性無功功率而補(bǔ)償負(fù)荷的需要，減少由于輸送感性無功功率而在輸電線路上產(chǎn)生的電壓降落，提高負(fù)荷端電壓；優(yōu)缺點(diǎn)：電容器組只能發(fā)出感性無功功率，而不能吸收感性無功功率，但成本低、運(yùn)維簡單、損耗??；調(diào)相機(jī)即可吸收又可以發(fā)出無功，但成本高、運(yùn)維復(fù)雜、損耗大；應(yīng)用場合：輸配電網(wǎng)、負(fù)荷側(cè)廣泛應(yīng)用2025/3/7313.1電力系統(tǒng)調(diào)壓措施——（4）串聯(lián)補(bǔ)償調(diào)壓原理：輸電線路上串入電容器，利用電容器容抗補(bǔ)償輸電線路感抗，減小電壓損耗，從而提高輸電線路末端的電壓優(yōu)缺點(diǎn)：調(diào)壓效果與傳輸?shù)臒o功功率有關(guān)，通常同等調(diào)壓效果下容量要求??；投資更大，技術(shù)要求更高，需要考慮絕緣、保護(hù)等多方面配合；應(yīng)用場合：負(fù)荷波動(dòng)大且頻繁、功率因數(shù)低的10kV、35kV輸配線路2025/3/7323.1電力系統(tǒng)調(diào)壓措施——總結(jié)在各種電壓控制措施中，首先應(yīng)該考慮發(fā)電機(jī)調(diào)壓，用這種措施不需要增加附加設(shè)備，從而不需要附加任何投資。對無功功率電源供應(yīng)較為充裕的系統(tǒng)，采用變壓器有載調(diào)壓既靈活又方便。尤其是電力系統(tǒng)中個(gè)別負(fù)荷的變化規(guī)律相差懸殊時(shí)，不采取有載調(diào)壓變壓器調(diào)壓幾乎無法滿足負(fù)荷對電壓質(zhì)量的要求。對無功功率電源不足的電力系統(tǒng)，首先應(yīng)該解決的問題是增加無功功率電源，因此以采用并聯(lián)電容器、調(diào)相機(jī)或靜止補(bǔ)償器為宜。同時(shí)，并聯(lián)電容器或調(diào)相機(jī)還可以降低電力網(wǎng)中功率傳輸中的有功功率損耗。2025/3/7333.2電力系統(tǒng)調(diào)壓措施計(jì)算——（1）分接頭選擇已知送端電壓U1，受端電壓要求為U2r，求變壓器變比K受端電壓表達(dá)式：設(shè)高壓側(cè)分接頭對應(yīng)1次側(cè)電壓為U1t，則K為代入U(xiǎn)2表達(dá)式，并令其為要求值U2r，則U1t為2025/3/7343.2電力系統(tǒng)調(diào)壓措施計(jì)算——（1）分接頭選擇適應(yīng)多種工況：最大負(fù)荷工況+最小負(fù)荷工況取算術(shù)平均值可以根據(jù)U1tav

來選擇一個(gè)與它最接近的分接抽頭，對所選取的分接抽頭校驗(yàn)最大負(fù)荷和最小負(fù)荷時(shí)低壓母線上的實(shí)際電壓是否符合用戶的要求2025/3/7353.2電力系統(tǒng)調(diào)壓措施計(jì)算——（1）分接頭選擇【例】降壓變壓器參數(shù)及負(fù)荷、分接抽頭已標(biāo)明，高壓側(cè)最大負(fù)荷時(shí)的電壓為110V，最小負(fù)荷時(shí)的電壓為113V，相應(yīng)的負(fù)荷低壓母線允許電壓上下限為6～6.6kV，試選擇變壓器分接頭?！窘狻竣儆?jì)算最大負(fù)荷和最小負(fù)荷時(shí)變壓器的電壓損耗：2025/3/7363.2電力系統(tǒng)調(diào)壓措施計(jì)算——（1）分接頭選擇假定變壓器在最大負(fù)荷和最小負(fù)荷運(yùn)行時(shí)低壓側(cè)電壓分別為6kV和6.6kV（最大負(fù)荷時(shí)電壓損耗大，電壓低），②分別計(jì)算高壓側(cè)額定電壓取算術(shù)平均值選擇最接近的分接抽頭2025/3/7373.2電力系統(tǒng)調(diào)壓措施計(jì)算——（1）分接頭選擇③校驗(yàn)：按所選分接抽頭校驗(yàn)是否滿足低壓負(fù)荷母線的實(shí)際電壓。2025/3/7383.2電力系統(tǒng)調(diào)壓措