4电力系统优化调整全解

中枢点（如节点i）电压范围的确定
Ui＝用户端电压U＋用户到中枢点的电压损失△U Uimin＜Ui＜Uimax 可通过调整中枢点的电压水平来保证负荷点的电压质量 如果要同时满足多个负荷点对电压质量的要求，中枢点 的电压允许变化范围将很小甚至可能无法满足要求
例：
电力系统的调压措施
1。改变发电机端电压调压
2.
3. 4.
调频的必要性
电力系统负荷的频率静态特性
接入电力系统中的用电设备从系统中取用的有功 功率的多少与用户的生产状态有关，与接入点的 系统电压有关，还与系统的频率有关。电力系统 中用电设备的有功功率负荷与频率的关系可以归 纳为以下几点： 与频率无关的负荷，如照明、电弧炉、电阻炉、 整流器负荷等。 与频率的一次方成正比的负荷，如球磨机、切割 机床、压缩机、卷扬机、往复式水泵等。 与频率的二次方成正比的负荷，如变压器的涡流 损耗。 与频率的三次方成正比的负荷，如通风机、静水 头阻力不大的循环水泵等。 与频率的高次方成正比的负荷，如静水头阻力很 大的给水泵。
电力系统的电压偏移
用电设备在额定电压下运行性能最好，系 统的电压波动会使设备的性能受到影响。 由于系统中节点很多，网络复杂，负荷分 配不均，电力系统中允许一定范围的电压 偏移
35KV及以上电压供电的负荷电压偏移为±5% 10KV及以下电压供电的负荷电压偏移为±7% 低压照明负荷为＋5％～－10％ 农村电网为＋7.5%～－10％
对于异步电机如图4－2；对于电力系统的 综合无功负荷有图4－3关系：
2。变压器无功功率损耗
励磁损耗（由空载电流百分数I0%求）
I 0 %S N BT 2 100 UN
电抗损耗（由短路电压百分数Uk %求）
2 U % U 2 2 k N XT I I 100S N
3。电力线路的无功功率损耗
外界PL ↑ →PE↑ → ME ↑ →MT↑ → ω ↓ →f↓ 稳定运行时频率值决定于电机的转速，而机组的转速则 主要取决于输出功率和输入功率的平衡，即应维持电源 和负荷间的有功功率平衡。 50.0Hz 调频只能集中在发电厂调整
50.2 49.8
发电
用电
频率调节与电压调节比较：
1. 根据同步电机原理，在并联运行的电力系统中全系统所有机组 在任一瞬间的频率值是一致的（50Hz），因而无论在系统任何 地方调节有功功率，均可达到调频目的（统一性）。但系统各 处电压不同，在某点调节其无功功率，只能影响附近电压（局 部性）。 无功电源基本不消耗一次能源，而有功电源需消耗一次能源， 因此调频中在维持有功功率平衡、有功负荷优化分配时经济因 素考虑更突出。 容许频率偏差（±0.2~0.5Hz）较电压偏差要严得多。 从数学上看最优无功分配比有功分配复杂，在负荷最大时（白 天）应使线路损耗最小，在负荷最小时（深夜）应最有效地吸 收过剩的无用功。
无功损耗
1。无功功率负荷：主要是指用电设备所吸收的
漏抗损耗
“感性”无功功率。这类用电设备包括异步电机、 同步电机、电炉、整流设备等。
励磁损耗
外加U1↑→转动力矩↑→转差率s↓→等值电阻 r2/s↑→I1↓→Qx↓ 外加U1↑→ Qu↑由于励磁电抗Xu与电机饱和特性有关， 电压升高电机饱和程度越大，导磁率下降， Xu减小， Qu会很快增大
第一节 电力系统无功功率的平衡和电压调整
令
由于一般高压输电线路中R<<X，因而可认为线路中的 电压降主要决定于线路上传输的无功功率。无功功率 会朝电压低的母线一侧流动，电网中某点的无功不足 时，该点的电压必将降低；反之，无功过剩时电压将 升高。要保证系统的电压水平，系统中应该有充足的 无功电源以维持无功功率的平衡。
系统运行的稳定性与供电可靠性
电力系统运行的根本目的是对负荷提供可靠的供电能力。 供电可靠性一方面体现在不间断供电上，另一方面则体现 在对供电质量的保证上。 理想情况下，电力系统在任何时候都必须以恒定的电压和 频率向负荷供电，实际系统中则是要求电压和频率必须维 持在很小的偏差内。 广义的电力系统稳定性实际上指的就是电力系统的供电可 靠性。在现代大电网中，各区域、各部分互相联系、密切 相关、在运行过程中互相影响。如果电网结构不完善，缺 少必要的安全措施，一个局部的小扰动或异常运行也可能 引起全系统的连锁反应，甚至造成大面积的系统瓦解。
由上式可知，无功补偿容量应与变比K相互配合 调节方式：1.选用静电电容器 2.选用调相机
4。利用串联补偿电容调压
引起网络末端电压偏移的直接原因是线路和变压器上的 电压损耗，可通过改变网络参数（串联电容容抗来与线 路感抗相互补偿以减小线路电抗）来减小电压损耗 △U =(PR+QX)/U
当一串电容不能承受很大的负荷电流时，可将串 串相并：
第四章 电力系统运行状况的优化和调整
电力系统运行状况优化和调整就是保证电 力系统正常稳态运行时的电能质量和经济 性的问题 优化：指对系统中的有功功率和无功功率 的优化分配。 调整：指对系统的电压和频率进行调整， 以保证正常稳态运行时的电能质量。
电压调节主要通过无功功率的调节来实现，频 率调节主要通过有功功率的调节来实现。
3。静电电容器
只能向系统供给无功功率，即只能作为无功电源 不足之处：其供给无功与其端电压的平方成正比， 故当节点电压下降时，电容器供给系统的无功功率 反而减小，导致系统电压水平继续下降。
Qc U / X c
2
4。静止补偿器（简称SVC）
由电容器组和电抗器组并联组成。容性的电容 器发出无功来补偿系统中的感性无功损耗，感 性的电抗器来吸收系统中的容性充电无功，从 而可同时作为系统的一种动态无功电源和无功 负荷。可利用晶闸管等电力电子元件所组成的 电子开关来分别控制电容器组和电抗器组的快 速投切。 不足：由于使用电力电子开关投切电抗器和电 容器，会使电力系统产生一些附加的高次谐波。
高压侧引出3个抽 头：1.05UN、 UN、 0.95UN
当系统无功电源不足时，上述两种方法都难以实现调 压，在系统中电压较低的点应进行无功补偿
3。利用无功补偿设备调压
作用： 1。可调整网络中的节点电压，使之维持在额定 值附近，保证系统的电能质量 2。可改变网络中的无功功率的分布，以降低网 络中的功率、电压及电能损耗，提高系统运行 的经济性。
1. 2. 3. 由于频率变化引起异步电动机转速变化，这将影响用 户产品质量。如纺织及造纸可能产生次品及废品。 频率降低还引起电动机输出功率降低，这将影响电动 机驱动设备的正常运行。 新兴电子设备在国防、科研等部门的使用日益增多， 它们对频率有一定要求，频率变化大将影响其准确性。
续
4. 发电厂本身有许多由异步电动机拖动的重要设备， 如：给水泵、循环水泵、风机等。频率降低将使它们 的出力降低，造成水压、风力不足，从而使发电机组 降低发电能力，进一步招致频率下降，若不采取必要 措施，系统频率将不能维持。 另外频率降低， 在汽轮机处在低于额定速度的运动 状态，会使汽轮机叶片产生共振，使得叶片寿命降低， 严重时产生断裂，造成重大事故等等。因此必须设法 使系统频率保持在规定的范围内，这就要求进行频率 的控制。
电力系统的电压管理
目的：要在各种运行条件下，维持各用电设备的端电压在 规定的波动范围内。 电压中枢点：指能反映和控制整个系统电压水平的点。只 要中枢点电压质量满足要求，其他节点的电压质量也基本 上满足要求。可选择电压中枢点为代表进行监视和控制。
大型发电厂的高压母线 枢纽变电所的二次母线 有大量地方性负荷的发电厂母线
5.
有功功率平衡
电力系统的有功功率平衡关系可用 下述方程表示： ∑PG＝ ∑ PL +△P ∑ 该方程在任何时刻都成立。 电厂的装机容量除了发电负荷，还 应含有备用容量 电力系统功率平衡的关键是根据电 力系统的负荷曲线，确定各发电机 在不同时间应发的功率。即进行所 谓的功率分配。为了使电力系统的 运行在完成供电任务的同时，又能 够获得最佳经济效益，分配方案应 当使得一次能源消耗最小。这种功 率分配方法称为经济功率分配，或 称为电力系统的经济运行。
无功功率平衡
Q Q Q Q Q Q Q
G C1 C2 GC L

C3
QL QT QX Qb
如果无功功率不能维持平衡，就不能保证系统的 电压质量 在无功平衡的基础上，应有一定的无功备用容量， 一般为无功负荷的7％～8％ 补偿系统无功不能过多的依靠电源，而应在电压 较低的负荷节点增加无功补偿装置
目前较为完善的SVC有以下三种类型， 它们都有电抗器支路（吸Q）和电容器 支路（发Q）两个支路，不同点主要集 中在电抗器支路侧
当U≥UN时，电抗器L自行饱和， 相当于空芯电抗器，此时所选的 串联Cs的容抗与其漏抗绝对值相 等而进行完全补偿，使得电抗器 支路总感抗很小， I2增大，所吸 收Q增加，使母线电压降低。 U<UN时，L不饱和，电容器的容 抗不足以补偿L的漏抗，故L－Cs 的总感抗很大，I2很小，基本不 消耗Q，此时C发出Q使母线电压 升高。
优点：根据补偿后末端电压提高值△U=QXc/UN知，利用串 联电容器调压，可使末端电压随无功负荷的增减而增减， 一般可用于负荷波动很大、功率因素很低的配电线路。对 于功率因素高的线路，线路电阻对电压降影响较大，串联 电容效果将不明显。
ห้องสมุดไป่ตู้
第二节 电力系统有功功率优化分配与频率调整
1. 2. 3. 转矩平衡ME=MT 发电机的电磁功率PE=MEω 原动机（如汽轮机）的机械功率 PT=MTω
并联电纳损耗（容性，又称充电损耗）
串联电抗损耗（感性）
容性大于感性，则向系统输送无功；感性大于容性， 则向系统吸收无功。35KV以下架空线路△Qb小，主要 是△Qx ；110KV及以上架空线路，输送功率大时 △Qx>△Qb ，输送功率小时△Qx<△Qb 。
无功电源
1。同步发电机
是唯一的有功电源，也是最基本的无功电源。根 据同步电机原理知，过励磁时发电机可发出感性 无功功率，欠励磁时会吸收感性无功功率。 发电机供给的无功功率容量要受励磁电流不过载、 原动机出力等条件限制，不是无限可调的。而且 由电厂发出的无功功率经过长距离的输电线路传 输必定要引起较大的无功、有功的损耗，经济上 不合理。因为无功电源不消耗一次能源，在用户 中心设置无功补偿装置将更加经济合理。