第12章-电力系统的无功功率补偿与电压调整
电力系统的电压与无功功率
沿线路各点电压的变化
我国规定的电压偏移范围
35kV及以上电压供电的负荷: ±5%
10kV及以下电压供电的负荷: ±7%
低压照明负荷:
+5%~-10%
农村电网
正常运行情况:
+7.5%~-10%
事故运行情况:
+10%~-15%
电压调整的基点-无功功率
①电压损耗近似等于电压降落的纵分量 △U; ②△U可以分解成电阻电压损耗分量PR/U和电抗 电压损耗分量QX/U ③减小无功功率的输送可降低电压损耗。
输电线路的无功损耗
输电线路的π型等值电路
2 P +2Q Q L = 2 X =
U1
P2 +Q 2 2X U2
QB =
B 2
2 (U1 +U 2 )
线路的无功总损耗为
2 P +2Q
U2 1 +U2
Q L+Q B = 2 X
B
U1
2
一般情况下,220kV系统,线路长度100km以内,呈 感性,消耗无功功率;300km左右,呈电阻性,不 消耗无功功率;大于300km时,呈容性,提供无功 功率。
在额定电压附近,电动 机的无功功率随电压的 升降而增减。
当电压明显低于额定值 时,无功功率主要由漏 抗中的无功损耗决定, 随电压下降反而具有上 升的性质。
图5-24 异步电动机的无功功率与端电压的关系
㈡发电机的无功功率―电压静态特性
定义:发电机输出的无功功率与电压变 化关系的曲线。 对于一个简单电力系统,原理图与等值 电路图如下图所示
三、电力系统的无功功率
(一)无功负荷和无功损耗功率 (二)无功电源 (三)无功功率的平衡方程
电力系统的无功功率和电压调整培训课件(ppt 57页)
§6.1 电力系统中无功功率的平衡
2.变压器的无功损耗
绕组漏抗中损耗
励磁支路损耗
QLT
Q0
QT
U2BT
US 2
XT
I100% 0 SN
Uk%S2 100SN
UN U
2
假定一台变压器的空载电流 I0%=2.5,短路电压Uk% =10.5,在额定满载下运行时,无功功率的消耗将达额定容量 的13%。如果从电源到用户需要经过好几级变压,则变压器 中无功功率损耗的数值是相当可观的。
3
§6.1 电力系统中无功功率的平衡
电压是衡量电能质量的重要指标。 电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。 系统中各种无功电源的无功出力应能满足系统负荷和网络损耗
在额定电压下对无功功率的需求,否则电压就会偏离额定值。
一、无功功率负荷和无功功率损耗 1.无功功率负荷
白炽灯:纯有功 同步电动机:可发无功 异步电动机:吸收无功
U1 10
P1 jQ1
P2 jQ2
S L P L j P L 1 .2 j 0 .7
U2 1.0
21
§6.2 电力系统中无功功率的最优分布
三、无功功率负荷的最优补偿
负荷的自然功率因数
电动机容量不能太大(重要措施) 限制电动机的空载运行
(补偿前0.6-0.9) 同步电机代替异同步电机(收、发)
Q 1
Q 2
由功率平衡条件得:Q 1Q 2Q L Q 0
Q (0 .62Q 1 2)0 .4 0(0 .6 2Q 2 2)0 .0 8
不计无功网损修正时: P P
Q1 Q2
得:Q1≈0.268,Q2≈0.670
国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定
国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定第一章总则第一条电压质量是电能质量的重要指标之一。
电力系统的无功补偿与无功平衡,是保证电压质量的基本条件,对保证电力系统的安全稳定与经济运行起着重要的作用。
为保证国家电网公司系统电压质量,降低电网损耗,向用户提供电压质量合格的电能,根据国家有关法律法规和《电力系统安全稳定导则》、《电力系统电压和无功电力技术导则》及相关技术标准,特制订本规定。
第二条本规定适用于国家电网公司各级电网企业。
所属发电机组并网运行的发电企业、电力用户应遵守本规定。
第三条各电网有限公司、省(自治区、直辖市)电力公司可根据本规定结合本企业的具体情况制订实施细则。
第二章电压质量标准第四条本规定中电压质量是指缓慢变化(电压变化率小于每秒1%时的实际电压值与系统标称电压值之差)的电压偏差值指标。
第五条用户受电端供电电压允许偏差值(一)35kV及以上用户供电电压正、负偏差绝对值之和不超过额定电压的10%。
(二)10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7%。
(三)220V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7%、-10%。
第六条电力网电压质量控制标准(一)发电厂和变电站的母线电压允许偏差值1.500(330)kV及以上母线正常运行方式时,最高运行电压不得超过系统额定电压的+10%;最低运行电压不应影响电力系统同步稳定、电压稳定、厂用电的正常使用及下一级电压的调节。
2.发电厂220kV母线和500(330)kV及以上变电站的中压侧母线正常运行方式时,电压允许偏差为系统额定电压的0%—+10%;事故运行方式时为系统额定电压的-5%—+10%。
3.发电厂和220kV变电站的110kV—35kV母线正常运行方式时,电压允许偏差为系统额定电压的-3%—+7%;事故运行方式时为系统额定电压的±10%。
4.带地区供电负荷的变电站和发电厂(直属)的10(6)kV母线正常运行方式下的电压允许偏差为系统额定电压的0%—+7%。
电力系统无功功率平衡与电压调整
电力系统无功功率平衡与电压调整由于电力系统中节点很多,网络结构复杂,负荷分布不均匀,各节点的负荷变动时,会引起各节点电压的波动。
要使各节点电压维持在额定值是不可能的。
所以,电力系统调压的任务,就是在满足各负荷正常需求的条件下,使各节点的电压偏移在允许范围之内.由综合负荷的无功功率一电压静态特性分析可知,负荷的无功功率是随电压的降低而减少的,要想保持负荷端电压水平,就得向负荷供应所需要的无功功率。
所以,电力系统的无功功率必须保持平衡,即无功功率电源发出的无功功率要与无功功率负荷和无功功率损耗平衡。
这是维持电力系统电压水平的必要条件。
一、无功功率负荷和无功功率损耗1.无功功率负荷无功功率负荷是以滞后功率因数运行的用电设备(主要是异步电动机)所吸收的无功功率。
一般综合负荷的功率因数为0.6~O.9,其中,较大的数值对应于采用大容量同步电动机的场合.2.电力系统中的无功损耗(1)变压器的无功损耗。
变压器的无功损耗包括两部分.一部分为励磁损耗,这种无功损耗占额定容量的百分数,基本上等于空载电流百分数0I %,约为1%~2%。
因此励磁损耗为0/100Ty TN Q I S = (Mvar) (5-1-1) 另一部分为绕组中的无功损耗。
在变压器满载时,基本上等于短路电压k U 的百分值,约为10%这损耗可用式(6—2)求得 2(%)()100k TN TL Tz TNU S S Q S = (Mvar) (5-1-2) 式中,TN S 为变压器的额定容量(MVA );TL S 为变压器的负荷功率(MVA ). 由发电厂到用户,中间要经过多级变压,虽然每台变压器的无功损耗只占每台变压器容量的百分之十几,但多级变压器无功损耗的总和可达用户无功负荷的75%~100%左右.(2)电力线路的无功损耗.电力线路上的无功功率损耗也分为两部分,即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。
并联电纳中的无功损耗又称充电功率,与电力线路电压的平方成正比,呈容性。
电力系统无功功率和电压调整-PPT课件
V VV
imax max
min
电力系统分析
35
例
简单电力网电压损耗
电力系统分析
36
电力系统分析
37
只满足i节点负荷时,中枢点电压VO应维持的电压为
0~ 8h
VO Vi VOi
(0.95~1.0)5VN0.0V 4N (0.99~1.0)9VN
8 ~ 24h
VO Vi VOi
电力系统分析
25
5.静止无功发生器(SVG)
SVG的优点:响应速度快,运行范围宽,谐波电 流含量少,尤其重要的是,电压较低时仍可向系 统注入较大的无功。
电力系统分析
26
5.2.3 无功功率平衡
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。
(1)大型发电厂的高压母线; (2)枢纽变电所的二次母线; (3)有大量地方性负荷的发电厂母线。
电力系统分析
32
5.3 电力系统中枢点的电压管理
例:
中枢点
中枢点
图5-16 电力系统的电压中枢点
电力系统分析
33
5.3.2 中枢点电压允许变化范围
中枢点i的电压满足Vimin≤Vi ≤ Vimax 图5-17 负荷电压与中枢点电压
电力系统分析
4
5.1 电压调整的一般概念
(5)系统电压降低,发电机定子电流将因其功率角的增大
而增大。增大到额定值后,使发电机过热,不得不降低出力。
(6)系统电压过低会使电网的电压损耗和功率损耗增加,
影响系统的经济运行;过低的电压甚至严重影响电力系统的
稳定性。
系统无功功率不足,电压 水平低下时,某些枢纽变 电所母线电压在微小扰动 下会迅速大幅度下降,产 生电压崩溃,从而导致电 厂之间失步,系统瓦解, 大面积停电的灾难性事故。
电力系统无功功率平衡和电压调整
无功补偿装置的应用场景和效果
高峰负荷时段
提高电压稳定性,减少电压波动和闪变现象。
电网故障时
快速响应无功功率变化,维持系统电压稳定。
风电、光伏等新能源接入
平滑新能源发电的功率输出波动,提高并网性能。
工业园区和大型建筑物
降低能耗,提高供电质量。
电力系统无功功率平衡和电 压调整
目 录
• 电力系统无功功率平衡 • 电压调整的原理和方法 • 电力系统无功补偿装置 • 电力系统无功管理和优化 • 电力系统电压稳定性和控制 • 电力系统无功功率平衡和电压调整的未来发展
01
电力系统无功功率平衡
无功功率的产生和影响
无功功率的产生
在电力系统中,电动机、变压器等感 性负载需要消耗无功功率来建立磁场 ,以实现能量的转换和传输。
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THANKS
06
电力系统无功功率平衡和 电压调整的未来发展
新能源并网对无功功率平衡和电压调整的影响
01
新能源并网将增加电力系统的复杂性和不确定性,对无功功率 平衡和电压调整带来挑战。
02
新能源并网将促进无功功率平衡和电压调整技术的发展,推动
电力系统向更加智能化、高效化的方向发展。
新能源并网将促进电力系统的优化配置,提高电力系统的可靠
电压波动可能导致电力设备过载或欠载,影响 其正常运行和寿命。
对用户设备的影响
电压波动可能导致用户设备工作异常,影响生 产和生活。
对系统稳定性的影响
电压波动可能导致电力系统不稳定,甚至引发系统崩溃。
电压调整的原理
根据电力系统的无功功率平衡原理, 电压水平取决于无功功率的分布和平 衡情况。
无功功率补偿与电压调整
电压管理和调压方法
三种电压调节方式:
(1)逆调整——高峰负荷时升高中枢点母线电压, 低谷时降低中枢点母线电压。适用于供电线路较长, 负荷变动较大的中枢点; (2)顺调整——高峰负荷时允许中枢点母线电压略低, 低谷时允许中枢点母线电压略高。适用于供电线路 不长,负荷变动不大的中枢点; (3)恒调整——中枢点母线电压基本不变,适用于 线路长度、负荷变动情况介于上述两者之间的情况。
无功功率的平衡与补偿
3)SR型补偿器是用直流电流控制的饱和电
抗器(D.C. Control Saturable Reaction) 与固定电容器的并联组合。
SR
C Lf
C
CSC
无功功率的平衡与补偿
高压输电线路的充电功率
高压及超高压线路是一种数量可观的无功 功率电源,其充电功率与线路电压的平方成 正比。
无功功率的平衡与补偿
1)TCR-FC型补偿器
TCR
C
C Lf
1 2 1 B sin 2 L
无功功率的平衡与补偿
2)TSC型补偿器是用可控硅投切的电容器组
(Thyristor Switched Capacitor)。
TSC
过激运行时向电网发出滞后的无功功率,欠
激时从电网吸收滞后的无功功率,成为无功 功率用户 ,有正常激磁、过激与欠激三种不 Eq U I CK xd 同运行状态 1 I CK Eq U xd EqU U 2 QCK UI CK xd xd
无功功率的平衡与补偿
静电电容器
无功功率负荷-电压机制
U AU B P sin X 2 U U U A B Q cos B X X
国家电网公司管理系统电力系统电压高质量和无功电压管理系统规定
国家电网公司电力系统电压质量和无功电压管理规定第一章总则第一条电压质量是电能质量的重要指标之一。
电力系统的无功补偿与无功平衡,是保证电压质量的基本条件,对保证电力系统的安全稳定与经济运行起着重要的作用。
为保证国家电网公司系统电压质量,降低电网损耗,向用户提供电压质量合格的电能,根据国家有关法律法规和《电力系统安全稳定导则》、《电力系统电压和无功电力技术导则》及相关技术标准,特制订本规定。
第二条本规定适用于国家电网公司各级电网企业。
所属发电机组并网运行的发电企业、电力用户应遵守本规定。
第三条各电网有限公司、省(自治区、直辖市)电力公司可根据本规定结合本企业的具体情况制订实施细则。
第二章电压质量标准第四条本规定中电压质量是指缓慢变化(电压变化率小于每秒1%时的实际电压值与系统标称电压值之差)的电压偏差值指标。
第五条用户受电端供电电压允许偏差值(一)35kV及以上用户供电电压正、负偏差绝对值之和不超过额定电压的10%。
(二)1OKV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7%。
(三)220V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7%、-10%。
第六条电力网电压质量控制标准(一)发电厂和变电站的母线电压允许偏差值1. 500(330)kV及以上母线正常运行方式时,最高运行电压不得超过系统额定电压的+10%;最低运行电压不应影响电力系统同步稳定、电压稳定、厂用电的正常使用及下一级电压的调节。
2. 发电厂220kV母线和500(330)kV及以上变电站的中压侧母线正常运行方式时,电压允许偏差为系统额定电压的0%——+10%;事故运行方式时为系统额定电压的-5%——+10%。
3. 发电厂和220kV变电站的110kV—35kV母线正常运行方式时,电压允许偏差为系统额定电压的-3%—+7%;事故运行方式时为系统额定电压的±10%。
4. 带地区供电负荷的变电站和发电厂(直属)的10(6)kV母线正常运行方式下的电压允许偏差为系统额定电压的0%—+7%。
第二节 电力系统无功功率与电压的调整
图9-7 综合负荷的电压静态特性图9-8 发电机有功与无功功率的出力图第二节 电力系统无功功率与电压的调整电压是衡量电能质量的重要指标,各种电气设备都是设计在额定电压下运行的,这样既安全又有最高的效率。
电力系统在正常运行时,由于网络中电压损耗的存在,当用电负荷变化或系统运行方式变化时,网络中的电压损耗也将发生变化,从而网络中的电压分布将不可避免地随之而发生变化。
随着电力工业的发展,供电范围不断扩大,网络的电压损耗也增大,要使系统中各处的电压都在允许的偏移范围内,需要采取多种调压措施。
电力系统的负荷由各种类型的用电设备组成,一般以异步电动机为主体。
综合负荷的电压静态特性,即电压与负荷取用的有功功率和无功功率的关系如图9-7所示。
分析负荷的电压静态特性可见,在额定电压附近,电压与无功功率的关系比电压与有功功率的关系密切得多,表现为无功功率对电压具有较大的变化率,所以分析系统运行的电压水平应从系统的无功功率分析入手。
一、电力系统的无功功率平衡1.无功电源 电力系统的无功电源有发电机、同步调相机、静电电容器及静止补偿器等。
同步发电机不仅是电力系统唯一的有功电源,也是电力系统的主要无功电源。
当发电机处于额定状态下运行时,发出的无功功率为 Q GN =S GN sin φN =P GN tg φN (9-6)式中,S GN ——发电机的额定视在功率;P GN ——发电机的额定有功功率;Q GN ——发电机的额定无功功率;φN ——发电机的额定功率因数角。
现在以图9-8所示的汽轮发电机有功与无功功率出力图为例来分析发电机在非额定功率因数下运行时,可能发出的无功功率。
图中OA 代表发电机额定电压GN U ,GN I 为发电机额定定子电流,它滞后于GN U 一个额定功率因数角φN 。
AC 代表GNI 在发电机电抗X d 上引起的电压降,正比于定子额定电流,所以AC 亦正比于发电机的额定视在功率S GN 。
这样,C 点表示了发电机的额定运行点。
无功功率与电压调整
第二节 无功功率与电压调整一、 电压的作用电压是衡量电能质量的一个重要标准,电压过高或过低都会对用户造成不良的影响。
比如:电压低的危害:在电力系统中常见的用电设备为异步电动机,各种电热设备、照明以及家用电器。
这些设备与电压都保持着一定的关系,电动机的转矩是与其端电压的平方成正比,当电压下降时,转矩也下降,如果电动机所拖的机械负荷的阻力矩(负荷)不变,随着电压的降低,电动机的转差增大,定子电流也随之增大,发热增加,绕组温度增高,加速绝缘老化。
当电压再低时,电动机将停转。
电压低了,照明灯发光不足,电炉冶炼时间长,降低效率。
电压降低,会使网络中的功率损耗和能量损耗将加大,电压过低还可能危及电力系统运行稳定。
电压高的危害:电压偏高,用电设备的使用寿命将缩短,电压高,加在设备上的电场变的强,使介质中的局部产生放电,这是电老化。
绝缘的老化分为电老化、热老化、环境老化。
在超高压网络中还将增加电晕损耗等。
因此电力系统根据电压等级的不同,制定了各类用户的允许电压偏移。
1.35kV 及以上用户供电电压正负偏差绝对值之和不超过额定电压的10%。
2.10kV 用户的电压允许偏差值,为系统额定电压的±7%。
3.380V 用户的电压允许偏差值,为系统额定电压的±7%。
4.220V 用户的电压允许偏差值,为系统额定电压的+5%~-10%。
事故后,考虑时间较短,事故又不经常发生,电压偏移容许比正常值再多5%。
二、 系统中的无功功率的平衡电力系统中,各种无功电源发出的无功功率应能满足系统负荷和电网损耗的需求。
电力系统对无功功率的要求是:系统中的无功电源可能发出的无功功率应该大于或至少等于所需要的无功功率和网络的无功损耗,为了保证安全,应有一定的储备。
Q GC -Q LD -Q L =Q res Q GC 为系统的无功电源之和;Q LD 为系统无功负荷之和;Q L 为网络无功损耗之和,这个损耗包含线路电抗的无功损耗,为正,线路的充电功率,为负。
第12章_电力系统的无功功率平衡和电压调整
c
2
Va′
Va
V
12.1
电力系统无功功率平衡
2. 无功功率平衡
① 无功功率平衡计算 系统无功功率平衡关系式: 系统无功功率平衡关系式: QGC-QLD-QL=Qres QGC:电源供应的无功功率之和 QLD:无功负荷之和 QL: 网络无功功率损耗之和 Qres:无功功率备用 Qres>0 表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用 Qres<0 表示系统中无功功率不足,应考虑加设无功补偿装置 表示系统中无功功率不足,
△QL:线路电抗的无功功率 △QB:充电无功功率
35kV及以下输电线的充电功率小,线路消耗无功功率 及以下输电线的充电功率小, 及以下输电线的充电功率小 110kV及以上输电线,重载时是无功负载,轻载时能成为无功源 及以上输电线,重载时是无功负载, 及以上输电线
12.1
电力系统无功功率平衡
4电力系统的无功功率平衡 1212-2: 电压调整的基本概念 1212-3: 电压调整的措施 1212-4: 调压措施的应用
12.1
电力系统无功功率平衡
无功负荷与无功电源失去平衡时, 无功负荷与无功电源失去平衡时,会引起
无功 功率 平衡
系统电压的升高或下降。 系统电压的升高或下降。 实现无功功率在额定电压下的平衡是保证 电压质量的基本条件。 电压质量的基本条件。
12.0
概述
日本东京电力系统1987年7月23日发生电压崩溃造成大 日本东京电力系统1987年 23日发生电压崩溃造成大 1987 停电事故。起因是由于负荷增加过快,电压开始下降, 停电事故。起因是由于负荷增加过快,电压开始下降,最后 发展到继电保护动作跳闸,导致三个变电所全停。 发展到继电保护动作跳闸,导致三个变电所全停。 1982年8月7日,华中电网因220KV联络线A相对支路放 1982年 华中电网因220KV联络线A 220KV联络线 电,继电保护动作跳闸,导致系统稳定破坏,各电厂和变电 继电保护动作跳闸,导致系统稳定破坏, 站电压大幅度下降,系统解环,电网失去大量无功电源, 站电压大幅度下降,系统解环,电网失去大量无功电源,结 果使湖北地区大面积停电,武汉钢铁公司等重要用户受到很 果使湖北地区大面积停电, 大的损害,部分设备损坏。 大的损害,部分设备损坏。
电力系统的无功功率与电压调整
2. 改变变压器分接头进行调压
双绕组变压器高压侧 三绕组变压器高、中压侧
装有3-5个分接头
6300KVA以下三个分接头 UN ± 5% 8000KVA以上五个分接头 UN ± 2.5%
解:接头
选分接头 1校1验0K:V
2) 普通三绕组变压器分接头的选择
高、中压侧有分接头,低压侧没有 高、低压侧——确定高压绕组的分接头(低压侧要求) 高、中压侧——确定中压绕组的分接头
例题:P233,例8-3
3) 有载调压变压器调整分接头
带电调整,允许最大、最小负荷时分设不同抽头
调整范围大15%以 上
➢ QC的确定应满足调压要求,设低压母线调压要求电压 为 U’ic,则Uic=kU’ic。存在QC与k的选择配合问题
最小负荷时:将电容器全部切除,选变压器分接头 UtI=UiminUNi/U’imin,从而k= UtI /UNi
最大负荷时:全部投入电容
➢ 同步调相机
最大负荷时:发额定容量的无功
最小负荷时:吸收(50%-60%) QNC
规程规定不低于0.9,可按此取QL
3) 损耗: ΔQΣ = ΔQT + ΔQX + ΔQb 变压器 线路电抗 线路电纳
4) 无功备用:为最大无功负荷的7%--8%
系统中无功率平衡的前提是系统的电压水平正常 注意:
无功不足时应就地补偿
第二节电力系统无功功率的经济分布
无功电源的最优分布—等网损微增率 无功经济分布 无功负荷的最优补偿—无功经济当量
适应:线路不长,负荷变化不大
电力系统复习思考题
电⼒系统复习思考题1、电⼒系统各类元件的额定电压与电⼒⽹的额定电压有什么关系?*发电机的额定电压与系统的额定电压为同⼀等级时,发电机的额定电压规定⽐系统的额定电压⾼5 %*电⼒线路和系统的额定电压相等,称为⽹络的额定电压*根据T的功率传输⽅向,规定T接受功率侧的绕组为⼀次绕组,输出功率侧的绕组为⼆次绕组。
⼀次绕组相当于受电设备时,变压器额定电压与系统的额定电压相等,但直接与发电机联接时,其额定电压则与发电机的额定电压相等。
⼆次绕组的作⽤相当于供电设备,考虑其内部电压损耗,额定电压规定⽐系统的额定电压⾼10% ,如果变压器的短路电压⼩于7%或直接(包括通过短距离线路)与⽤户联接时,则规定⽐系统的额定电压⾼5%。
分接头的额定电压规定为:主抽头额定电压加上主抽头额定电压乘以分接头档位。
例如对于+5%抽头,升压变压器为242+0.05*242=254.1kV对于-5%抽头,升压变压器为242-0.05×242=229.9kV,同样对于+5%抽头,降压变压器则为220+0.05*220=231kV同样对于-5%抽头,降压变压器则为220-0.05*220=209kV第⼆章1、试绘制电⼒⽹计算中,单位长度输电线路等值电路采⽤的等值电路。
等值电路有哪些参数?各参数反映什么的物理现象?单位长度输电线路等值电路:如图所⽰其中参数电阻r0反映线路通过电流时产⽣有功功率损;电感L0反映载流导线产⽣磁场效应;电导g0反映线路绝缘介质中产⽣泄漏电流及导线附近空⽓游离⽽产⽣有功功率损失;C0反映带电导线周围电场效应。
2、何谓⼀相等值参数?电⼒系统的运⾏状态基本上是三相对称的(如正常运⾏状态)。
因此,只要研究⼀相电路情况就可以了。
电⼒系统的元件按三相连接,⼀般三相等值电路有星形和三⾓形两种。
为了便于应⽤⼀相等值电路进⾏分析计算,常把三⾓形电路化为星形电路。
星形电路等值电路中的参数(计及了其余两相影响(如互感等))称作的⼀相等值参数。
电力系统的无功功率和电压调整
电压调整的措施-变压器变比
(3)三绕组变压器
❖ 分接头选定:
高压绕组分接头 中压绕组分接头
❖ 步骤:
根据电压母线的要求选定高压绕组分接头 由选定高压绕组分接头和中压母线的要求选定中压
范围较大等场合。
中枢点的调压方式
ห้องสมุดไป่ตู้2. 顺调压
高峰负荷,中枢点电压不低于1.025UN或某 值;
低谷负荷,中枢点电压不高于1.075UN或某 值;
适用于用户对电压要求不高或线路较短、 负荷变化不大等场合。
中枢点的调压方式
3. 常调压
高峰、低谷负荷,要求在任何负荷时中枢点 电压基本保持不变且略大于UN,例如 1.025UN或1.02~1.05UN间的某一值。
❖ 发电机端电压有由自动励磁调节装置控制,可根据运行 情况调节励磁电流来改变端电压;
❖ 发电机端电压的调节受发电机无功功率极限的限制,当 发电机输出的无功功率达到其上限或下限时,发电机就 不能继续进行调压;
❖ 由发电机直接供电的小系统,有可能只依靠发电机调压 满足各用户的电压要求。对于大系统,尤其是线路很长 且多级电压的电力网,单靠发电机调压就无法满足系统 中各点的电压要求,必须与其他调压方法相配合。
•超高压线路
无功功率与电压的关系
无功功率对节点电压有效值起决定性影响
•超高压线路
第三节 电力系统的电压调整
二、电压波动和电压管理
❖ 电压波动由冲击性或间歇性负荷引起; ❖ 习惯上所谓的电压调整仅针对周期长、波及面大,主要
由生产、生活和气象变化引起的负荷和电压变动。
电压调整
中枢点电压管理(电压控制的策略)
调压的目标
电压偏移:指线路始端或末端电压与线路额定电 压的数值差。
电力系统的无功功率和电压调整
UL
U L k2
(UGk1
PR QX UN
)
/
k2
要改变负荷点电压: ➢改变 UG-借改变发电机机端电压调压 ➢改变k1, k2 -借改变变压器变比调压 ➢改变Q-借无功补偿设备调压 ➢改变X-借串联电容调压 ➢组合调压
29
第三节 电力系统的电压调整
调压手段之一:借改变发电机端电压调压
实施:调节发电机的励磁 方式:机端无负荷时,调节范围95%~105%;
电力系统的电压调整 保证中枢点电压偏移不越 限
22
第三节 电力系统的电压调整
中枢点电压曲线的编制
目的:确定中枢点的电压允许变动范围 编制方法:根据各负荷点的负荷曲线和电压要求,
计及中枢点到负荷点的电压损耗,从而确定对中 枢点电压的要求。
举例说明
中枢点 i
U ij U ik
负荷点
j
k 负荷点
静止调相机(Statcom)
11
第一节 电力系统中无功功率的平衡
静止补偿器
可吸可发感性无功; 只能发感性无功;
连续调节
不能连续调节
可吸可发无功; 连续调节
12
第一节 电力系统中无功功率的平衡
静止调相机
A
.
R<<X
I k:1
a
. . UA
I
jX L
逆变器
理想变 k:1
.
C
Ua
.
I
.
kUa
.
U A
电压调整的必要性 电压波动和电压管理 电压调整的手段
18
第三节 电力系统的电压调整
3.1电压调整的必要性
电压调整的含义:在正常运行状态下,随着负 荷变动及运行方式的变化,使各节点电压在允 许的偏移范围内而采取的各种技术措施
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第12章 电力系统的无功功率平衡及电压调整 上一章我们学习了电力系统正常、稳态运行状况的分析和计算。
本章和下一章是上章的继续和发展。
因这两章将阐述正常、稳态运行状况的优化和调整,亦即保证正常、稳态运行时的电能质量和经济性问题。
衡量电能质量的指标是频率和电压的偏移。
频率偏移以Hz 表示,例如±0.2Hz 。
电压偏移以百分数表示,例如±0.5%。
衡量运行经济性的主要指标是比耗量和线损率。
这些技术经济指标的优劣与系统中有功、无功功率的分配以及频率、电压的调整有关。
而这两方面正分别是接下来两章中将讨论的主要容。
本章主要阐述电力系统中无功功率平衡和电力系统的电压调整两个问题。
包括图12-1所示容。
图12-1 第12章结构图 Q -V ? 么 什 为 怎样调整?有谁有关系? 有什么关系?12-1 电力系统的无功功率平衡电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。
系统中各种无功电源的无功功率输出(简称无功出力)应能满足系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求,否则电压就会偏离额定值。
为此,先对无功负荷、网络损耗和各种无功电源的特点作一些说明,并得到系统无功和电压特性图。
一无功负荷和无功损耗大多数用电设备都要消耗无功功率。
白炽灯和一些电热设备不消耗无功功率;同步电机可以消耗也可以发出无功功率;而用电设备中的异步电动机消耗的无功功率最大。
未经补偿的综合负荷的自然功率因数一般为0.6~0.9,低值对应于异步电动机比例较高的负荷。
这些在运行中要消耗无功功率的负荷,即为无功负荷。
无功损耗主要是指电力线路上的无功损耗和变压器的无功损耗。
1 无功负荷异步电动机在电力系统负荷(特别是无功负荷)中占的比重很大。
系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定,其等值电路如图12-2所示。
其中Xσ为定子和转子漏抗,R为转子电阻,X m为励磁电抗,s为转差率。
电动机从电网中吸收的无功功率为:σσX I X V Q Q Q mm M 22+=+= (12-1)图12-2 第12章结构图其中Q m 为励磁无功功率损耗,与电压的平方成正比。
Q σ为漏抗X σ上的无功功率损耗,当负载功率不变时,随电压的降低Q σ要增大。
综合这两部分无功功率的变化特点,可得图12-3所示曲线,其中β为电动机实际负荷与额定负荷之比,称为电动机的受载系数。
图12-3 第12章结构图由图12-3可见,在额定电压附近,电动机吸收的无功功率随电压的降低而明显下降,随电压的升高而明显升高;当电压明显低于额定值时,电动机吸收的无功功率随电压的下降反而具有上升的趋势。
另外,无功功率的电压特性和电动机的受载系数β有很大关系,β高时,漏抗中的无功功V /s率损耗Q σ在电动机总的无功功率中占的比例要高一些。
2 变压器的无功损耗变压器中的无功功率损耗包括励磁损耗ΔQ 0与绕组漏抗损耗ΔQ T ,由等值电路图12-4,可得图12-4 第12章结构图==∆T B V Q 20N N N S I V S I V 100%100%0202≈Mvar (12-2) ==∆T T X I Q 2NN s S V V V S 222100%Mvar (12-3) 其中S N 为变压器的额定容量;S 为变压器负载量;I 0%为变压器的空载电流;V s %为变压器的短路电压百分比。
可见,励磁功率大致与电压平方成正比;当通过变压器的视在功率不变时,漏抗中损耗的无功功率与电压平方成反比。
因此变压器的无功损耗电压特性也与异步电动机的相似。
变压器的无功功率损耗在系统的无功需求中占有相当的比重。
对于单个变压器,满载时的无功功率损耗占无功负荷的11%~12%。
如果从电源到用户需要经过好几级变压,则变压器中无功功率损耗的数值相当可观,总和占无功负荷的50%~75%。
以5级变压网络(10/220,220/110,110/35,35/10,V10/0.4kV)为例,统计结果如表12-1所示。
表12-1 5级变压网络的变压器损耗3 输电线路的无功损耗输电线路用II 形等值电路表示如图12-5。
图12-5 第12章结构图线路串联电抗中的无功功率损耗ΔQ L 与所通过电流的平方成正比,即X V Q P X V Q P X I Q L 2222222121212+=+==∆ (12-4) 线路电容的充电功率ΔQ B 与电压平方成正比,当作无功损耗时应取负号。
)(22221V V B Q B +-=∆ (12-5) 1V P +jQ 2 P +jQ线路的无功总损耗为)(22221212121V V B X V Q P Q Q B L +-+=∆+∆ (12-6) 35kV 及以下的架空线路的充电功率甚小,一般说,这种线路都是消耗无功功率的。
110kV 及以上的架空线路当传输功率较大时,电抗中消耗的无功功率将大于电纳中产生的无功功率,线路成为无功负载。
110kV 及以上的架空线路当传输功率较小时,电纳中产生的无功功率,除了抵偿电抗中的损耗以外,还有多余,此时线路就为无功电源。
此外,为吸收超高压输电线路充电功率而装设的并联电抗器也属于系统的无功负荷。
二 无功功率电源电力系统中的无功电源向系统发出感性无功功率。
无功电源主要有以下三类:a 发电机; b 无功补偿电源,包括同步调相机、静电电容器、静止无功补偿器和静止无功发生器;c 110kV 及以上电压线路的充电功率。
1 发电机发电机既是唯一的有功功率电源,又是最基本的无功功率电源。
通过调节发电机的励磁电流,改变发电机发出的无功功率。
增加励磁电流(电压),则可以增大无功输出;减小励磁电流(电压),则可减小无功输出。
发电机在额定运行状态下可发出最大的无功功率为:N GN N GN GN tg P S Q ϕϕ==sin (12-7)式中,S GN 、P GN 、φN 分别为发电机的额定视在功率、额定有功功率和额定功率因数角。
发电机在非额定功率因数下运行时可能发出的有功、无功和视在功率需要运用发电机的运行极限图进行分析。
假定隐极发电机联接在恒压母线上,母线电压为V N 。
发电机的等值电路和相量图示于图12-6。
图12-6 发电机的等值电路和相量图图12-6中C 点为额定运行点。
电压降相量AC 的长度代表X d I N ,正比于定子额定全电流,也可以说,正比于发电机的额定视在功率S GN ,它在纵轴上的投影AD 代表P GN ,在横轴上的投影AB 代表Q GN 。
相量OC 的长度代表空载电势E,它正比于发电机的额定励磁电流。
当改变功率因数时,发电机发出的有功功率P 和无功功率Q 要受定子电流额定值(额定N I视在功率)、转子电流额定值(空载电势)、原动机出力(额定有功功率)的限制。
在图12-6中,以A为圆心,以AC为半径的圆弧表示额定视在功率的限制;以O为圆心,以OC为半径的圆弧表示额定转子电流的限制;而水平线DC表示原动机出力的限制。
这些限制条件在图中用粗线画出,这就是发电机的运行极限图。
从图12-6中可以看到,发电机只有在额定电压、电流和功率因数(即运行点C)下运行时视在功率才能达到额定值,使其容量得到最充分的利用。
发电机降低功率因数运行时,其无功功率输出将受转子电流的限制。
当系统无功电源不足,而有功备用容量较充裕时,可利用靠近负荷中心的发电机降低功率因数,使之在低功率因数下运行,从而多发出无功功率以提高电力网的电压水平,但发电机的运行点不能跃出P-Q极限曲线的围。
2 无功补偿装置a 同步调相机同步调相机实质上相当于专用的空载运行的大容量同步电动机。
同步调相机有三种运行状态如图12-7所示,分别为:(1)正常:与系统间无无功功率的交换;(2)过励磁:向系统供给感性无功功率,起无功电源的作用,提高系统电压,所能提供的最大无功功率取决于它的额定容量;(3)欠励磁:从系统吸取感性无功功率,起无功负荷的作用,降低系统电压,由于实际运行的需要和对稳定性的要求,欠励磁最大容量只有过励磁容量的50%~65%。
图12-7 同步调相机的三种工作状态装有自动励磁调节装置的同步调相机,能根据装设地点电压的数值平滑地改变输出(或吸收)的无功功率,进行电压调节。
特别是有强行励磁装置时,在系统故障情况下,还能调整系统的电压,有利于提高系统的稳定性。
但是同步调相机是旋转机械,运行维护比较复杂。
它的有功功率损耗较大,在满负荷时约为其额定容量的1.5~3%,容量越小,百分比越大。
小容量的调相机每kVA 容量的投资费用也较大。
故同步调相机宜于大容量集中使用。
此外,同步调相机的响应速度较慢,难以适应动态无功控制的要求。
20世纪70年代以来以逐渐被静止无功补偿装置所取代。
b 静电电容器静电电容器是电力系统中的一种重要的无功功率电源,广泛地应用于改善负荷的功率因数。
额定电压V N =3.15~10.5kV 的静电电容器均为单相式的,单台容量可达40kvar ;额定电压V N 小于525V 的多为三相式,单台容量可达25~30kvar 。
由于单台容量有限制,静电电容器一般按三角形和星形接法连接在变电所母线上。
用于35kV 电力网时,除了并联以外还要多个串联。
大容量并联电容装置一般还分为数组,各设有开关,操作开关就可分级调节输出的无功功率。
静电电容器只能向系统供给感性的无功功率,所供给的无功功率Q c值与所在节点的电压V的平方成正比,即Q c=V2/X c (12-8) 其中X c为静电电容器的容抗。
在电力系统常用的无功补偿设备中,静电电容器的单位容量费用最低,有功功率损耗最小(约为额定容量的0.3%~0.5%),运行维护最简单。
它可分散安装在用户处或靠近负荷中心的地点,实现无功功率的就地补偿,获得最好的技术经济效果。
此外,改变容量方便,还可根据需要分散拆迁到其它地点。
但是,当节点电压下降时,它所供给系统的无功功率将减小。
因此,当系统发生故障或由于其他原因电压下降时,电容器无功输出的减小将导致电压继续下降,即电容器的无功功率调节性能比较差。
c 静止无功补偿器静止无功补偿器(SVC, Static Var Compensator)属于灵活交流输电系统的一员,它由静电电容器和电抗器并联组成。
电容器可发出无功功率,电抗器可吸收无功功率,两者结合起来,再配以适当的调节装置,就既可以发出无功功率,也可以吸收无功功率,从而能够平滑地改变输出或吸收的无功功率。
各类静止无功补偿器在正常工作围的无功功率电压静特性如下。
图12-8 静止无功补偿器在正常工作围的无功-电压特性因此近似计算中可以把静止补偿器当作恒电压的无功功率电源。
电压变化时,静止补偿器能够快速、平滑地调节无功功率,以满足动态无功补偿的需要。
与同步调相机相比较,运行维护简单,功率损耗较小,能作到分相补偿以适应不平衡的负荷变化,对于冲击负荷也有较强的适应性。