6章电力系统的无功功率和电压调整

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功补偿及其组合调压等)?
21 变压器分接头调压或者电容器调压的计算方法?
6.3 电力系统的电压调整
——电压管理和借发电机、变压器调压
6.3.1 调整电压的必要性 6.3.2 电压波动和电压管理
6.3.2.1 电压波动 6.3.2.2 电压管理 6.3.2.3 电压调整的主要手段及其调压原理(补充) 6.3.3 借改变发电机端电压调压 ——发电机端电压调节的原理示意图 ——发电机端电压调节的特点 6.3.4 借改变变压器变比调压 (考虑最大最小两种负荷状态的单一变压器变比调压)
随机 冲击 性的 电压 波动
接大系统 并联电容器 并联调相机 并联饱和电抗器
无功和电压调节与有功和频率调整的区别
有功电源:只有发电机组,单一性。 无功电源:发电机组,无功补偿装置(电容器组、电 抗器组、调相机、静止补偿器等)(变电站),多样 性。
有功电源供应有功功率和电能需要消耗一次能源。无 功电源不消耗一次能源。
全系统频率相同,频率调整集中在发电厂,调频手段 只有调整原动机功率一种。电压水平则全系统各点不 同,而且电压调整可分散进行,调压手段也多种多 样。 ——电压无功调整的基本原则:分层分区调整与 无功的就地平衡
3 电网中,无功损耗远大于有功损耗。
无功损耗远大于有功损耗
P
P2 Q2 U2
R
Q
P2 Q2 U2
经济性好。不可连续调节,不能作为动态无功电源。
9
6.1.2 无功功率电源* ——并联电抗器与调相机
• 并联电抗器:
输出无功与电压有关,只发容性无功,用于超高压、 长距离、轻载线路。投资小,经济性好。不可连续调 节,不能作为动态无功电源。
• 调相机:
过激运行,发感性无功;欠激运行,吸收感性无功。 输出无功与U无关,可连续调节,但投资大,运行维 护困难。
5
6.1.1 无功负荷和无功损耗 ——无功负荷
照明、电热,消耗感性无功QL小。 同步电动机,有励磁绕组,通过励磁电流的调
节,可以调节其输出无功的大小。过激运行, 发 例Q小L。;欠激运行,吸收QL 。在综合负荷中比 异 大步 。电动机,消耗QL ,在综合负荷中比例很 综合负荷功率因素,0.6~0.9,滞后(感性无 功)
TSC:通过晶闸管开关的切换,调节其吸收的IC(即 输出IL ),可频繁投切;只能输出IL 。用得很少。
S电R容:器根,据可SR吸的可伏发安IL特。性用,得自很动少调。节其吸收的IL。结合
U 吸 收 IL U
14
6.1.2 无功功率电源*
——静止调相机的等值电路
Fra Baidu bibliotek
静止调相机/静止无功发生器/静止无功同步补偿器
目标:尽可能满足终端负荷的电压偏移要求 ——终端负荷及负荷曲线 ——允许电压偏移及电压损耗曲线 ——电压中枢点的电压调整量计算 ——中枢点电压曲线的编制 中枢点电压的调整方式
29
6.3.2.2 电压管理
无功和电压管理的目的:保证电压质量,降低有功损耗 无功和电压的管理方法
无功平衡与优化 电压调整
电压波动限制
条手 目 方 计


件段 标 式 算




2
可预 见性 的电 压变 动
发电 机、 变压 器、 无功 补偿 设备
中枢 点电 压满 足要 求
逆调 压、 顺调 压、 常调 压
变压器、 补偿设备 的电压无 功调节方 法
X
XR Q P
4
6.1 电力系统中的无功功率平衡
基本概念 常用的无功电源有哪几类?各自有何主要特点 (范围、控制方式、与电压的关系、单位投资、 维护费用、反应速度)?
6.1.1 无功负荷和无功损耗 ——无功负荷 ——无功损耗
6.1.2 无功功率电源 6.1.3 无功功率的平衡(满足电源功率因数的要求) 6.1.4 例6-1(Page-225)-无功补偿的作用
(1)周期长、波及面大,主要由生产、生活、气象 变化等引起的可预见性负荷变动及其引起的电压波 动。——电压调整的负荷变动特点
(2)冲击性或者间歇性的不可预见性负荷变动及其 引起的电压波动。这类负荷主要有往复式泵(压缩 机)、电弧炉(电焊机)、卷扬机(起重机)、通风 设备。——电压波动限制的负荷变动特点
18
6.1.4 例6-1(Page-225)-无功补偿的作用
i R+j X
Pi , Qi , cos
j Pj+j Qj
QC
Qi
Pj2
(Qj QC )2 UN2
X
Qj
QC
无功调节
Pi
Pj2
(Qj QC )2 UN2
R
Pj
有功损耗调节
19
Vj Vi PjR(Q UjN 2QC)X
电压调节
6.2 电力系统中无功功率的最优分布(略)
10%
50%
器 激磁: QYT =1I00%0 SNT
1~2% 7%
感 性 无 功
7 多电压级网络,变压器的无功损耗很大,远大于有功损耗
6.1.2 无功功率电源*
发电机与并联电容器 并联电抗器与调相机 静止无功补偿器(SVC)-Static Var Compensator
——静止补偿器(SVC)的类型 ——静止补偿器(SVC)的等值电路 ——静止补偿器(SVC)的伏安特性 ——静止补偿器(SVC)特点 静止调相机(STATCON)—Static Condenser ——静止调相机的等值电路 ——静止调相机的无功调节原理 电容器、调相机、静止补偿器的比较 见书Page-223 重点:调节范围、控制方式、电压调节效应、投资、有功损耗
Statcon / SVG / Statcom
输出Q与U无关,可快速连续调节感性或容性无功;投
资大,技术不成熟。 A
U A
I
I
k:1 a
jX L
逆变器
k:1
15
C
U a
6.1.2 无功功率电源* ——静止调相机的无功调节原理
IkUa UA j(kUa UA)
jXL
XL
S~UA
I
跟踪接入点电 压相位,调节 逆变器输出电 压幅值,实现 感性或容性无 功调节。
23
6.3.2.1 电压波动
电压调整与限制的负荷分类及其特点 *限制冲击性负荷引起电压波动的主要措施
(1)大系统专用母线或线路单独供电 (2)设置串联电容器 (3)设置附加电抗器的调相机 (4)设置静止补偿器
24
6.3.2.1 电压波动
——电压调整与限制的负荷分类及其特点*
频率调整时将有功负荷的变动分成三种,而电压管理 (调整和限制)时,将有功和无功负荷的变动及其引 起的电压波动分成两类:
25
6.3.2.1 电压波动
——设置串联电容器
(2)串联电容器:抵消线路电抗,限制电压波动幅度
一般负荷 电源
输电系统
冲击负荷
26
6.3.2.1 电压波动
——设置附加串联电抗器的调相机
(3)调相机补偿:提供波动负荷所需的波动无功功率,减 小电压波动幅度。串联电抗器:隔离波动负荷,维持公用 母线电压的恒定。
10
6.1.2 无功功率电源* ——静止无功补偿器(SVC)的类型
TCR:晶闸管控制电抗器型 SVCTSC:晶闸管开关电容器型
SR:饱和电抗器型
SVC:Static Var Compensator; TCR:Transistor Controlled Reactor TSC :Transistor Switched Capacitor; SR :Saturated Reactor
无功功率电源的最优分布和无功功率负荷的最优补偿,即无功的 运行优化问题和规划问题。无功优化:通过现有无功电源和调压 设备(变压器分接头)的控制,使无功的潮流分布合理,以降低 有功网损,提高电压质量等。无功规划:通过规划无功电源和调 压设备的位置、容量、调节能力,以满足无功平衡、电压质量、 电压稳定和投资成本的要求。
11
6.1.2 无功功率电源* ——静止无功补偿器(SVC)的等值电路
C C滤
波 Lf 器
(a)TCR型
12
(b)TSC型
晶闸管代替 机械开关
SR CSC
CC Lf
(b)SR型
不可控,限制电 压波动
6.1.2 无功功率电源* ——静止无功补偿器(SVC)的伏安特性
U
C Umin
U
n=1 TCR n=3 n=2
U
C
SR
Umin SR+CSC
0 ICmax
ILmax
TCR
13
I
IC
0 IL
IC 0 IL
I
TSC
SR
6.1.2 无功功率电源* ——静止无功补偿器(SVC)特点
输出无功仍然与电压有关,但可连续快速调节,可作 为动态无功电源。
TCR:通过TCR 中晶闸管开关的控制,连续调节其吸 收于的50I0Lk;V结电合网电,容以器提,供可动吸态可无发功I电L 。源投。资大,主要用
负荷的自然功率因数大约为0.6~0.9。负荷中比例最大的异步电 动机,其负荷率愈低,功率因数愈低。当其轻载或空载运行时, 其功率因数甚至低于0.6。
提高负荷功率因数的措施: (1)尽量使电动机的容量与其机械负载匹配。(2)限制电动机的空 载运行。(3)同步电动机不需系统供应无功功率,甚至还可向系统 输出无功功率,因此尽量以同步电动机代替异步电动机或将绕线式 异步电动机同步化。
电源 输电系统
CS
一般负荷 冲击负荷
27
6.3.2.1 电压波动
——设置饱和电抗器型静止补偿器
(4)饱和电抗器(SR)补偿:随电压的波动快速提供 波动的无功功率,从而维持公用母线供电电压的恒定。
电源 输电系统
一般负荷 冲击负荷
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6.3.2.2 电压管理
电压调整的电压变动原因与电压中枢点 中枢点电压曲线的编制
8
6.1.2 无功功率电源*
——发电机与并联电容器
发电机:
通过改变励磁电流,可连续 调节无功,且可吸可发感性
P SN
PN
无功,不需额外投资。
Q<0,吸QL
QN Q>0,发QL
并联电容器:
cos N 0.95
0.85
QC=BCU2 , 输出无功与电压有关,电压越高,输出
无功越大,不利于无功调节;只发感性无功,投资小,
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6.1.3 无功功率的平衡
有功电源不足,相应的有功平衡,意味着频率的下降
无功电源不足,相应的无功平衡,意味着电压的下降
Q
PL
KG
KC
PGN
A
PG
B
减少 发电
∑QGC
A
∑QGCN
减少
无功
功率
B
功率
f1 fN
f
∑QL+△Q∑
0
UUN U
17 A、B两平衡点, B点电源不足,频率(电压)小于额定值
第六章 电力系统的无功功率和电压调整
主要研究内容及其相互关系 引言:Q~U与P~f 的区别 6.1 电力系统中的无功功率平衡 6.2 电力系统中无功功率的最优分布 6.3 电力系统的电压调整—电压管理和借发
电机、变压器调压 6.4 电力系统的电压调整—借补偿设备调压
和组合调压
1
主要研究内容及其相互关系
6.1.4 例6-1(Page-225)-无功补偿的作用
已知线路末端负荷和首端电压,根据首端功率因数的要 求(也可以根据末端电压调整量的要求),确定末端无功 补偿的容量;——无功补偿具有功率因数调节(降损) 和电压调节的双重作用
为了满足电源功率因数要求,考虑电网的感性无功损耗, 则负荷功率因数应该比电源功率因数大,但具体等于多 少,需要根据潮流方程来确定。书上例题的结果:满足 电源功率因数大于0.85,则要求负荷功率因数等于0.9。 这仅是估算值,不是精确值。理论上除0.9以外,还有 很多解都能满足这个要求。
6
6.1.1 无功负荷和无功损耗 ——无功损耗
jQL
j
P2 Q2 U2
XL
线路电抗消耗的感性无功
线
jQL jb1lUN2 线路对地电容消耗的容性无功

0 QQL QL >0
<0
线路传输功率S=自然功率
S>自然功率
S<自然功率 单个
额定负载 五级变压
变 压
绕组:QZT
Uk1%00SNT
(
S SNT
)2
20
6.3 电力系统的电压调整 ——基本概念和计算方法
电压调整时负荷变动及其引起电压的偏移分类有几种? 具体是什么?
限制冲击性负荷引起的电压波动的主要措施及其作用 原理是什么?
电压调整针对的电压变动产生的原因是什么? 什么是电压中枢点? 中枢点电压的调整方式有那些?什么是逆调压、顺调
压和常调压? 电压调整的主要手段有那些?(发电机、变压器、无
22
6.3.1 调整电压的必要性
电压偏移过大,影响生活、生产、产品质量和产量, 损坏设备,甚至大面积停电。
电压过高,设备绝缘受损,同时变压器、电动机等的 铁芯损耗增大,稳升增加,寿命缩短。
电压过低,功率一定时,发电机、电动机和变压器的 绕组电流增大,也会损坏设备,影响寿命。
电压波动,影响照明设备的效率,冶炼产品的的质量 和产量,而对枢纽变电站,严重时可能引起“电压崩 溃”,造成大面积停电。
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