现代电力系统的运行

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（1）发电机：非额定状态运行时可能发出的无功 功率分析。
①当发电机运行于HC段时， 发电机发出的无功功率低于 额定运行情况下的无功输出；
②当发电机运行于BC段时， 发电机可在降低功率因数、 减少有功输出的情况下多 发无功功率；
③只有在额定电压、额定电流和额定功率（C点） 下运行时，发电机的视在功率才能达到额定值，其 容量也利用得最充分；
❖曲线2：系统等值负荷的无功
电压静态特性 。
❖曲线交点a为无功功率平衡点，
对应运行电压Ua 。
❖无功功率平衡的过程及对应运行电压水平 。
❖系统无功电源充足时，可以维持系统在较高的电压
水平上运行。
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二、中枢点的电压管理
中枢点：是指那些反映系统电压水平的主要发电厂 或枢纽变电站的母线，系统中大部分负荷由这些节点 供电。根据负荷对电压的要求，确定中枢点的电压允 许范围。 例如 假定一简单电力系统，中枢点O向负荷A和B供电。
➢顺调压：（发电机端电压一定）在最大负荷时，降 低中枢点电压，在最小负荷时，升高中枢点电压。 （线路额定电压的102.5%～107.5%之间）
➢常调压：不管中枢点的负荷怎样变动，都要保持中 枢点的电压偏差为恒定值。（线路额定电压的102%～ 105%之间）
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三、电力系统的调压措施
与负荷电流（或功率）的平方成正比，可用 U k %
来表征。
U k% U U N k 1 03 U 0 IN N X T 1 03 3 I 0 U N 2X N I T N 1 0 S Q N 0 N 100
所以
QN U1k0%0SN ——额定负载下的损耗
任意负载下的损耗为： Q L2Q N2U 1k% 0S0 N
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1.利用发电机调压
产生电压偏差的主要原因是正常的负荷电流或故障 电流在系统各元件上流过时所产生的电压损失所引起 的。
实际电压偏高或偏低，对运行中的电气设备会造成不 良影响。
➢电网负荷增加时，电力网电压损耗增加，用户端 电压降低，此时增加发电机励磁电流，提高发电 机的端电压。
➢电网负荷减少时，电力网电压损耗减少，用户端
耗 Q0 ：只与电网的电压有关，与负荷大小无关， 可用 I 0 % 来表征。
I0% IIN 010 03 3 U U N N IIN 010 0 S Q N 0100
所以
Q0 1I0%0SN
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变压器的无功功率损耗：
➢消耗在一、二次线圈电抗上的无功功率损耗 QL ：
图9-11简单电力系统电压损耗 20（20/a10）/19网络接线 （b）日华负南热荷带曲农业线大学（c）电压损耗曲线 23
二、中枢点的电压管理
负荷点A和B供电电压的允许变化范围均为 （0.95～1.05）UN。
❖ 为满足负荷A的调 压要求，中枢点O电 压应控制的变化范围
为➢：0～8h
U（A） = （0.99～1.09）UN 图9-11简单电力系统电压损耗
电力工程基础
第九章 现代电力系统的运行
第九章 现代电力系统的运行
9.1 电力系统有功功率与频率的调整 9.2 电力系统无功功率和电压的调整 9.3 电力网运行的经济性 9.4 电力系统运行的稳定性
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第一节 电力系统有功功率与频率的调整 一、电力系统有功功率
❖负荷与发电机的共同调 节，使系统频率在 f0′点达 到平衡。
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3.电力系统的频率调整
（2）二次调整：针对第二种负荷变动进行的调整。 利用发电机组上装设调频系统来完成。（调频厂）
（3）三次调整：是通过负荷预计得到负荷曲线， 按最优化原则分配负荷，从而在各发电厂或发电 机组间实现有功负荷的经济分配（经济调度）
从而在某些时间段，中
枢点的电压允许变化范
围很小。因此仅靠控制
中枢点的电压不能保证
图9-12中枢点电压允许变化范围 负荷对电压的要求，必 须采取其它措施。
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二、中枢点的电压管理
中枢点调压方式：
➢逆调压：在最大负荷时，升高中枢点电压，在最小 负荷时，降低中枢点电压。
➢优点：电力电容器是静止元件，有功损耗小，适合 于分散安装。 ➢缺点：电力电容器只能成组地投入、切除；它所供 应的无功功率随端电压的下降而减少。
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（4）静止无功补偿器：
由晶闸管控制的可调电抗器与电容器并联组成， 既可发出无功功率，又可吸收无功功率，且调节平 滑、安全。
➢16～24h
（b）日负荷曲线 （c）电压损耗曲线
U（B） = （0.98～1.08）UN
综合考虑负荷A和B，供电电压的允许变化范围如图
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二、中枢点的电压管理
分析得到中枢点0的电压允许变化范围：
由图可知，尽管A和B
两点的允许电压偏移量
都是+5%，但由于两个
负荷的变化规律不同，
PUcIosEU sin
X
Eco sU IX sin IsinEcosU
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X 华南热带农业大学
X
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（1）发电机：
❖发电机的无功输出与电压 的关系：
PUcIosEU sin
X
IsinEcosU
XX
QUsIinEU cosU2
XX
sin
P EU
X
cos 1si2n QEU1
P
2
通过调节调相机的激磁可以平滑地改变其输出的无
功功率的大小和方向。（安装接近负荷）
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（2）同步调相机：
同步调相机具有正的调节效应，即它所供应的 无功功率随端电压的下降而增加，对调压有利。
（3）电力电容器：
并接于电网，它供给的无功功率与其端电压的平
方成正比。
U2 Qc X c
1. 有功功率负荷：实际负荷时时刻刻在变化
❖负荷的变化将引起频率的变化;
❖原因是负荷的经常性变化,随时 都将打破电源有功出力与负荷消 耗的有功功率之间的平衡;
❖在电力系统运行中,必须调节电 源的功率保持系统的功率平衡,使 系统的频率运行在允许的范围内。
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一、电力系统有功功率
ห้องสมุดไป่ตู้
2. 有功功率电源和备用容量：
(1)有功功率平衡:电力系统稳定运行情况下, 电源发
出的有功功率应满足负荷消耗的有功功率和传输电
功率时在网络中损耗的有功功率之和。
n
n
PGi PLiP
i1
i1
（2）系统的总装机容量：各类发电厂的发电机组成
了电力系统的有功功率电源，所有发电机的额定容量
之和为系统的总装机容量。
（3）有功电源容量：系统中可投入发电设备的总 容量之和。
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一、电力系统有功功率
2. 有功功率电源和备用容量： (4)系统的备用容量:系统的电源容量大于发电负荷 的部分。
二、电力系统有功功率的分配
❖有功功率的最优分配：有功电源的最优组合、有 功负荷在运行机组间的最优分配。 ❖各类发电厂承担负荷的顺序
第二节 电力系统无功功率与电压的调整
❖综合负荷的电压静态特性：电压与负荷取用的有 功功率和无功功率的关系：
❖在额定电压附近，电压与无功 功率的关系比较密切，表现为无 功功率对电压具有较大的变化率。
❖分析系统运行的电压水平应从 系统的无功功率入手。
一、电力系统的无功功率平衡
1、无功电源：发电机、同步调相机、静电电容器、 静止补偿器等。
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1、无功电源
（1）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。 ❖额定状态：在此状态运行发出的无功功率；
Q G N S Gs NiN n P G tN g N
❖非额定状态：在此状 态运行时可能发出的无 功功率；
C点为发电机的额定点
以图示电力系统说明 调压措施依据的基本原 理：
b点电压：
U bU G K 1 U /K 2 U G K 1PU R N Q /X K 2
由此式可知，可采取的调压措施：
➢改变发电机端电压；
➢改变变压器的变比；
➢增设无功补偿装置，以减少网络传输的无功功率；
➢改变输电线路的参数。
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2、无功负荷和无功损耗
（1）无功负荷：主要是异步电动 机。其无功消耗为
QMQmQ U Xm 2 I2X
➢综合两部分无功的特点，得到曲线2。
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2、无功负荷和无功损耗
（2）无功损耗：包括变压器和输电线的无功损耗
变压器的无功功率损耗：
➢用来产生主磁通即产生励磁电流的无功功率损
U2
X EU/X X
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（1）发电机：
❖发电机的无功输出与电压的关系：
QEU1
P
2
U2
X EU/X X
由此可知，当电势E一定时，Q与 U的关系，是一条开口向下的抛物线。
（2）同步调相机：是专门设计的无功功率发电
机。工作原理相当于空载运行的同步电动机。
❖过励磁运行：向系统输送无功功率； ❖欠励磁运行：从系统吸收无功功率。
❖频率增加，负荷取用功
率增加；频率减小，负荷
取用功率减小。（负荷的
调节效应）
❖电力系统频率变化范围
很小，在较小的频率范围
内，该曲线接近直线。
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3.电力系统的频率调整
（1）一次调整：针对第一种负荷变动进行的调整。 利用发电机组上装设调速器系统。
❖系统中一台发电机和一 综合负荷，静态频率特性 曲线如图：
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❖各类发电厂承担负荷的顺序
图9-1各类发电厂组合顺序示意图
（a）枯水季节 （b）丰水季节
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三、电力系统的频率调整
1. 频率调整的必要性 2.电力系统的频率特性 （1）电源有功功率静态频率特性：发电机的原动 机机械功率与角速度或频率的关系。
电压升高，此时减少发电机励磁电流，降低发电
机的端电压。
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❖发电机配置自动调速
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2.电力系统的频率特性
（2）电力系统负荷的静态频率特性：仅考虑有功
负荷随频率的变化特性。
2
n
P L D aLP D a 1 N P LD ffN N a 2 P LD ffN N a n P LD ffN N
3. 无功功率的平衡与运行电压水平
在电力系统的任何时刻，电源发出的无功功率 总是等于同时刻系统负荷和网络的无功损耗之和。
Q Gtc Q LD t Q t
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3. 无功功率的平衡与运行电压水平
Q Gtc Q LD t Q t
❖曲线1：系统等值无功电源的
无功电压静态特性 。
Q T Q 0 Q L 1 I 0 % S N 0 2 0 U 1 k % S 0 N 1 S 0 N ( I 0 0 % 0 2 U k %
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。
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输电线路的无功功率损耗：
➢串联电抗上的无功功率损耗 ：与通过线路的功率 或负荷电流的平方成正比。 ➢并联电纳中发出的无功功率：与电网的电压成正比。 ➢输电线路可消耗无功，亦或无功电源。
第二节 电力系统无功功率与电压的调整
❖电气设备在额定电压下运行最有利；
❖网络存在电压损耗，当负荷或系统运行方式变化， 网络中的电压损耗也变化，即网络中的电压发生变化； ❖随网络范围增大，网络的电压损耗也增大，要使系 2统020/中10/1各9 处电压在允许华的南热范带围农业内大学，需要多种调压措施1。0
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（1）发电机：非额定状态运行时可能发出的无功 功率分析。
④当系统中有功功率备用容 量较充裕时，可使靠近负荷 中心的发电机降低有功功率 出力的条件下运行，从而发 电机多发出无功功率，改善 系统的电压。
❖分析相量图，得出发电机
的无功输出与电压的关系：
EsinXIcos
➢8～24h
（b）日负荷曲线 （c）电压损耗曲线
U（A） = （1.05～1.15）UN
❖ 为满足负荷B的调压要求，中枢点O电压应控制的变 化范围为：
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二、中枢点的电压管理
❖ 为满足负荷B的调
压要求，中枢点O电
压应控制的变化范围
为：
➢0～16h
U（B） = （0.96～1.06）UN 图9-11简单电力系统电压损耗