电力系统电压调整和无功功率控制技术(ppt 46页)

如何使电压偏移在合理的范围内？ 首先要解决的问题是：
电力系统的电压水平取决于什么？
6
无功功率负荷
在电力系统的各种用电设备中，除一小部分照明负荷消耗有功功率、为数 不多的同步电动机发出一部分无功功率外，大量的异步电动机消耗无功功率。 异步电动机的等值电路如图6-1所示，其消耗的无功功率为：
QMQmQ U Xm 2 I2X
各种调压措施所依据的基本原理说明如下。 一简单电力系统以及略去元件导纳支路和功率损耗后归算至基本级的等值电路。
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要求调整的负荷节点b的电压为:
U b U b /k 2 (U G U )/k 2 (U G k 1 P U G k Q R 1 )/X k 2
7
E&
jXΣ
Ф
Q &I U&
δ
Ф
U&
&I
E&
YD
PQ解耦特性
2’
2
系统无功—电压静态特性
E
Q UIsin U IXsin U E cosU
X
U (EcosU) X
X
U
近似二次曲线族
E↑,曲线↑
8
现代电力系统的电压是如何管理的？
负荷节点：现代大型电力系统中负荷 节点数多且分散，不可能对所有负荷 节点的电压进行监视和控制。
t
0
8
16
24 (h)
满足B点电压要求的范围
24
能同时满足A、B的要求
U
t
0
8
16
24 (h)
不能同时满足A、B的要求
U
W=（ΔU’A-ΔUB）-（ UH-UL ）>0
ΔUB UH-UL
ΔU’A
t
0
8
16
24 (h)
结论：中枢点至各负荷点在最大最小负荷时电压损耗 之差不能大于负荷点允许上下限电压之差(一般为10%)。 即：中枢点到不同负荷点的电压损耗不能太大
在任何负荷情况下都保持中枢点电压为一基本不变的数值，如(102％— 105％) U N ，称为恒(常)调压。
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中枢点的调压方式
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电压调整的措施
随着运行方式的改变，电网中电压损耗的作用有可能出现无论中枢点电压取 什么范围，都不能满足所有负荷对电压的要求。当发生这种情况时，只靠控制中 枢点电压就不能保证所有负荷点的电压。因此必须采取其他调压措施来保证电压 质量。
最大负荷时升高中枢点电压、最小负荷时降低中枢点电压的调压方式称为 逆调压。逆调压在最大负荷时可将中枢点电压升高至105％U N ，( U N 为线路 额定电压)，最小负荷时可将中枢点电压降为 U N 。供电线路较长，负荷变动较 大的中枢点往往采用逆调压方式。
最大负荷时允许中枢点电压降低，最小负荷时允许中枢点电压升高的调压 方式称为顺调压。顺调压在最大负荷时允许中枢点电压不低于102.5％U N ，最 小负荷时允许不高于107.5％U N 。供电线路不长，负荷变动不大的中枢点通常 采用顺调压方式。
电力系统电压调整和无功功率控制技术
问题
1、电压偏移如何影响现代生产和生活？ 2、电力系统为何总存在电压偏移？允许电压偏移量？ 3、电力系统的电压水平取决于什么？ 4、控制电压的无功电源主要有哪些？分别有何特点？ 5、现代电力大系统的电压是如何管理和控制的？
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一、大电压偏移对现代生产和生活影响？
电力设备设计：额定电压下才能有好技术经济性能
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无功功率电源
1.发电机 发电机既是惟一的有功功率电源，又是最基本的无功功率电源。发电机在额定 状态下运行时，可发出无功功率为：
Q G N S GsNiN n P G tN g N
式中 SG、 N PG、 N N——发电机的额定视在功率、额定有功功率和额定功率因数角。
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设 U 1－高压测母线电压；
U 2 －低压测母线归算至高压测的归算电压；
U 2 －低压测母线电压（要求电压）； UT －变压器的电压损耗；
U 1t －变压器的高压绕组的分接头电压； U 2 N －变压器低压绕组的额定电压； k－ 变压器的变化
根据等值电路有（略去功率损耗）
我们该怎么办
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一、中枢点的选择及其电压管理
中枢点:电压水平具有代表性的关键母线，包括：大 型发电厂的高压母线、大型变电所的二次母线、有 大量地方负荷的发电厂母线。
大型发电厂
大型变电所
地方负荷
认为：只要控制好中枢点电压，其它母线的电压就可 以在合理的范围内
中枢点 O
Q
QA
中枢点电压和所代表的负荷电压的关系
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无功功率损耗
电力系统的无功损耗包括变压器和线路的无功损耗。 变压器的无功损耗包括励磁损耗 Q0 和漏抗中的损耗 Q ，即
Q T Q 0 Q U 2B T (U S)2X T
可见，变压器的无功损耗一电压特性与异步电动机类似。线路的无功损耗 包括线路串联电抗中的无功损耗 QX 与线路电容的充电功率 QB ，即
需要说明的是，为了调压改变有功功率的分配以及增大导线截面以减小电 阻是不恰当的。
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1．改变发电机机端电压调压
大中型同步发电机都装有自动励磁调节装置，根据运行情况调节发电机 励磁电流以改变-发电机机端电压以达到调压的目的。这是一种不需耗费投 资而且最直接的调压手段。这种调 压措施对供电线路不长的直配电网，是 最经济合理的调压措施。但对供电线路较长、供电范围较大的多电压等级 电网，由于不同运行方式下电压损耗的变化幅度太大，靠发电机调压不 能 满足负荷点电压的需求。
2.同步补偿机（调相机） 它是专门用来生产无功功率的一种同步电机。在过励磁、欠励磁的不
同情况下，它可分别发出或吸收感性无功功率。而且，只要改变它的励磁， 就可以平滑地调节无功功率输出，单机容量也可以做得较大。通常，它可 以直接装设在用户附近就近供应无功功率，从而减少输送过程中的损耗。 但由于它是旋转电机，故有功功率损耗较大。
Q L Q X Q B (U S )2X ( B 2 U 2 )
对35kV及以下的线路，充电功率甚小，线路消耗无功功率。对110kV及以上 线路，当线路传输功率较大时，线路电抗消耗的无功功率大于充电功率，线路 无功损耗成为无功负载；当传输功率较小(小于自然功率)时，充电功率大于线路 电抗消耗的无功，线路无功损耗成为无功电源。
异步电动机：电压低，定子电流显著增大，温升，加 速绝缘老化，烧电机；电压高，破坏绝缘。
电热设备：电压低，大大降低发热量。
照明设备：电压低，发光不足；电压高，影响寿命
家用电器（如电视机）：电压低，图像不稳定；电压 高，影响显像管寿命。
电子设备、精密仪器：对电压都极其敏感，要求更高， 电压质量已经成为现代企业投资环境的重要因素 电力系统用户，要求提供电压合格的优质电能商品
3
二、大电压偏移对电力系统自身的影响？
电压低：功率损耗、电能损耗增大，危机 电力系统的稳定性。 电压高：破坏绝缘，超高压网络电晕损耗
4
电力系统允许的电压偏移？
负荷随机变化 系统运行方式经常变化
电压损耗随机变化
不可能严格保证所有节点任何时刻额定电压，电 压偏移不可避免，需合理规定允许的偏移范围。
5
ΔUB
UB
负荷点 B
ΔUA UA
负荷点 Aቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
系统图
Q
Q’B
Q’A
QB
t
t
0
8
16
24 (h)
0
8
16
24 (h)
A、B点日无功负荷曲线图 22
满足负荷点电压要求的中枢点电压范围的形成
U
U’ OH
U OH
ΔU’
ΔU
UH
U额定 ΔU
U OL
U’ OL ΔU’
UL
±5%
t
0
8
16
24 (h)
23
U
U OH (A) ΔU (A)
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第六章 电力系统的无功功率平衡和电压调整
据此相量图作出了发电机的运行极 限图。运行极限图表明在不同功率因数 下，受发电机定子额定电流(额定视在功 率)、转子额定电流(空载电势)、原动机 出力(额定有功功率)等的限制，发电机 应发有功功率和无功功率的限额。
图中，以A为圆心，以AC为半径的 圆弧表示定子额定电流的限制；以O为 圆心，OC为半径的圆弧表示转子额定 电流的限制；水平线DC表示原动机出力 的限制。此外，曲线DF表示当发电机超 前功率因数运行即进相运行时，发电机 静态稳定性和定子端部温升的限制。发 电机应发有功功率、无功功率的限额在 图中体现为曲线段AB、BC、CD、DF 包围的面积。
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（1） FC-TCR型静止补偿器 （2）TSC-TCR型静止补偿器
图 FC-TCR型静止
图 TSC-TCR型静止
补偿器原理接线图
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无功功率的平衡
电力系统无功功率平衡的基本要求：系统中的无功电源可以发出的无功功 率应该大于或至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗。
U OL (A) ΔU (A)
U’ OH (A)
UH (A)
ΔU’ (A)
U’ OL (A)
UL (A)
ΔU’ (A)
U
ΔU (B) ΔU (B)
U’ OH (B)
U OH (B) UH(B)
ΔU’ (B)
U OL (B)
U’ OL(B) ΔU’ (B)
UL (B)
t
0
8
16
24 (h)
满足A点电压要求的范围
式中
Ub、UG ----b点、G点的实际电压； Ub、UG ----b点、C点的归算电压； k1、k2 ——变压器T1、T2的变比； R、X ------电力网的等值电阻、等值电抗。
调整负荷节点b的电压可以采取以下措施： (1)调节发电机励磁电流以改变发电机端电压U G ； (2)选择适当变压器变比； (3)改变线路的电抗参数； (4)改变无功功率分布。
此外，对大型电力系统中有众多处于并列运行的发电机，个别发电机进 行机端电压的调整，会引起系统无功功率的重新分配，并可能造成与无功 功率经济分配发生矛盾。在这两种情况下，改变发电机机端电压调压只能 作为一种辅助性的调压措施。
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2．改变变压器变比调压 改变变压器变比调压就是根据调压要求适当选择变压器的分接头电压。 下面介绍普通双绕组变压器分接头的选择方法。 1） 降压变压器分接头选择 (1) 分接头电压的计算及选择 降压变压器的接线及等值电路如图4-9 所示
PS =
PS2 + Q
U
2 S
2 S
R
U S

Q SX US
因此：需要就地设置除发电机外的其它无功电源 以满足系统电压要求，称：无功补偿（重要！）
无功平衡：
1、全系统平衡(运行、规划设计)
2、局部地区基本平衡、避免无功远距离输送。
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jXΣ
Q
无功
负荷
Q &I U&
E&
YD
1’
1
U
负荷无功—电压静态特性（曲线族）
U2 U1UT
其中
UT
PRT QXT U1
也即：U 2kU 2U T
而
k U 1t U 2N
则有：
U1t
U1
UT U2
U2N
由于普通变压器只能停电改变电压，再运行中只能使用一个固定分接头， 所以应在最大、最小负荷下分别求出变压器的分接头电压的计算值
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3.并联电容器
静电电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上。它供给的 无功功率QC值与所在节点电压的平方成正比，即：
Qc U2/ Xc
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4.静止补偿器 静止补偿器是20世纪60年代起发展起来的一种新型可控的静止无功
补偿装置，它简称为SVC。其特点是：利用晶闸管电力电子元件所组成 的电子开关来分别控制电容器组与电抗器的投切，这样它的性能完全可 以做到和同步补偿机一样，既可发出感性无功，又可发出容性无功，并 能依靠自身装置实现快速调节，从而可以作为系统的一种动态无功电源， 对稳定电压、提高系统的暂态稳定性以及减弱动态电压闪变等均能起着 较大的作用。
QGCQLD QL Qres QL QLTQL QB QGC QG QC
Q r e s >0表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用； Q r e s <0表示系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装置。
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无功功率不能远距离输送： 有功功率损耗（如何理解？I） 电压损耗