ch05-2電力系統(tǒng)正常運(yùn)行方式的調(diào)整與控制

§2電力系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡和電壓調(diào)整一、電壓調(diào)整的必要性和目標(biāo)①△U偏移過(guò)大，引起效率下降，會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量；縮短電氣設(shè)備壽命，甚至造成損壞損壞設(shè)備；影響生活質(zhì)量（照明）。②對(duì)電力系統(tǒng)，過(guò)低：使網(wǎng)絡(luò)功率損耗加大，危及穩(wěn)定運(yùn)行，過(guò)高：絕緣，增加電暈損耗。電壓允許偏移：UN≧35kV，±5%；UN≤10kV，±7%UN=220V,+7%，-10%1二、無(wú)功負(fù)荷及其靜態(tài)電壓特性R/sjXaioijXmu異步電動(dòng)機(jī)是電力系統(tǒng)主要的無(wú)功負(fù)荷系統(tǒng)無(wú)功負(fù)荷的電壓特性主要由異步電動(dòng)機(jī)決定

?=0.8?=0.6?=0.3QU無(wú)功功率負(fù)荷2二、無(wú)功負(fù)荷及其靜態(tài)電壓特性RT

jXTGT-jBT

UNjB/2jB/2(b)△Q感性、容性?無(wú)功功率損耗3大致估計(jì)：當(dāng)通過(guò)線(xiàn)路輸送的有功功率大于自然功率（所謂自然功率是指負(fù)荷阻抗為波阻抗時(shí)該負(fù)荷所消耗的功率。）時(shí)，線(xiàn)路將消耗感性無(wú)功功率；當(dāng)通過(guò)線(xiàn)路輸送的有功功率小于自然功率時(shí)，線(xiàn)路將消耗容性無(wú)功功率。4二、無(wú)功負(fù)荷及其靜態(tài)電壓特性負(fù)荷類(lèi)型：恒阻抗、恒電流、恒功率綜合無(wú)功負(fù)荷具有正的調(diào)節(jié)效應(yīng)，dQ/dU>0。綜合負(fù)荷靜態(tài)電壓特性QP0.40.71U*P*,Q*1.110.60.45二、無(wú)功功率電源的功率特性無(wú)功功率電源

同步發(fā)電機(jī)

同步調(diào)相機(jī)

靜電電容器

靜止無(wú)功補(bǔ)償器

靜止無(wú)功發(fā)生器

6二、無(wú)功功率電源的功率特性1.同步發(fā)電機(jī)和同步調(diào)相機(jī)(a)

隱機(jī)發(fā)電機(jī)等值電路jxdEIjIXU7FPO’CQBSAO圖運(yùn)行極限圖轉(zhuǎn)子電流I2N定子電流IN源動(dòng)機(jī)出力靜態(tài)穩(wěn)定UEINXd8同步調(diào)相機(jī)（空載同步電機(jī)）EqjIxdU(a)

等值電路EqjIxdUI（b)過(guò)勵(lì)磁IUEqjIxd（c)欠勵(lì)磁9同步調(diào)相機(jī)的特點(diǎn)投資大；運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜；有功損耗為SN的1.5%-5%；平滑改變無(wú)功調(diào)壓；安裝在樞紐變電所。102、并聯(lián)電容器（又稱(chēng)靜電電容器）特點(diǎn)：補(bǔ)償方式靈活、投資少、功率損耗少（0.3-0.5%)、但電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)差,實(shí)現(xiàn)無(wú)功有級(jí)調(diào)節(jié)。113、靜止無(wú)功補(bǔ)償器(SVC)組成：靜電電容器、電抗器、調(diào)節(jié)裝置特點(diǎn)運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單；快速平滑地調(diào)節(jié)無(wú)功，功率損耗小；動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，對(duì)沖擊負(fù)荷有較強(qiáng)的適應(yīng)性；存在諧波問(wèn)題。12圖5-6靜止無(wú)功補(bǔ)償器的原理圖

(a)可控飽和電抗器型；(b)自飽和電抗器型；(c)可控硅控制電抗器型；(d)可控硅控制電抗器和可控硅投切電容器組合型13電壓升高U>=UN自飽和型電抗器電抗器自飽和電抗減少超前滯后UIICILI014可控硅控制電抗器TCR原理分析：用可控硅的導(dǎo)通角控制、調(diào)節(jié)電抗器上通過(guò)的電流。ThyristorControlledReactor15控硅控制電抗器和可控硅投切電容器TSC-TCR全導(dǎo)通或截止導(dǎo)通角控制IL16靜止無(wú)功發(fā)生器SVG

（staticvargenerator）它是一種更為先進(jìn)的靜止型無(wú)功補(bǔ)償裝置,它的主體是電壓源型逆變器。k:117靜止無(wú)功發(fā)生器SVG通過(guò)逆變器可以將電容C上的直流電壓轉(zhuǎn)換成與系統(tǒng)同步(同相位）的三相交流電壓，逆變器的交流側(cè)通過(guò)電抗器或變壓器并聯(lián)接入系統(tǒng)。適當(dāng)控制逆變器的輸出電壓，就可以靈活地改變SVG的運(yùn)行工況，使其處于容性負(fù)荷、零負(fù)荷狀態(tài)或感性負(fù)荷狀態(tài)。jx18與SVC比較，SVG具有相應(yīng)快、運(yùn)行范圍寬、諧波電流含量少等優(yōu)點(diǎn)。尤其是電壓較低時(shí)仍可向系統(tǒng)注入較大的無(wú)功電流.19三、無(wú)功平衡和電壓水平的關(guān)系EIjIXU

jXEP+jQU20三、無(wú)功平衡和電壓水平的關(guān)系IjIXU21三、無(wú)功平衡和電壓水平的關(guān)系要維持正常電壓水平，發(fā)電機(jī)須有足夠的無(wú)功容量。

jXEP+jQ負(fù)荷特性發(fā)電機(jī)特性EE’22三、無(wú)功功率平衡和電壓的關(guān)系7-8%最大無(wú)功負(fù)荷無(wú)功功率平衡的前提：保證電壓質(zhì)量。UNQUQLD+QL無(wú)功負(fù)荷（含網(wǎng)絡(luò)損耗）與無(wú)功電源失去平衡時(shí)，會(huì)引起系統(tǒng)電壓的升高或下降。無(wú)功功率的平衡應(yīng)本著分層、分區(qū)、就地平衡的原則。23四、中樞點(diǎn)的電壓管理中樞點(diǎn)-----具有代表性的節(jié)點(diǎn)。區(qū)域發(fā)電廠的高壓母線(xiàn)；有大量地方負(fù)荷的發(fā)電廠母線(xiàn)；樞紐變電所的二次母線(xiàn)。1、中樞點(diǎn)電壓的確定OAB中樞點(diǎn)081624tSSAminSAmaxSBmaxSBmin241、中樞點(diǎn)電壓的確定081624t△U0.04UN0.01UN0.03UN0.01UNOAB中樞點(diǎn)081624tSSAminSAmaxSBmaxSBmin允許偏移±5%25081624t△U0.04UN0.01UN0.03UN0.01UN26081624t△U0.04UN0.01UN0.03UN0.01UN271、中樞點(diǎn)電壓的確定推廣：供多個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的中樞點(diǎn)，選出電壓最高、電壓最低的兩種極端負(fù)荷點(diǎn)。081624t(h)U1.15UN1.08UN1.05UN0.98UN1.09UN1.06UN0.99UN0.96UN282、中樞點(diǎn)的調(diào)壓方式逆調(diào)壓方式高峰負(fù)荷---1.05UN;低谷負(fù)荷---UN;

適用于：線(xiàn)路較長(zhǎng)，負(fù)荷范圍變化較大。順調(diào)壓方式高峰負(fù)荷>=1.025UN;低谷負(fù)荷<=1.075UN;適用于：線(xiàn)路較短，負(fù)荷范圍變化不大或用戶(hù)對(duì)電壓要求不高.恒調(diào)壓方式電壓維持恒定值（1.02-1.05)UN。29五、電壓調(diào)整的方法和分析計(jì)算1、調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓；2、改變變壓器變比；3、改變線(xiàn)路參數(shù)X；4、無(wú)功補(bǔ)償。UGUb301、發(fā)電機(jī)調(diào)壓適合場(chǎng)合：直供電的小系統(tǒng)，逆調(diào)壓。

jXEP+jQEIjIXU改變勵(lì)磁電流3132自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)的工作原理和框圖現(xiàn)代發(fā)電機(jī)均裝有由自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)，其作用：正常運(yùn)行情況下：根據(jù)負(fù)荷變化，調(diào)整勵(lì)磁電流，維持發(fā)電機(jī)端電壓基本恒定。故障情況下：發(fā)電機(jī)端電壓急劇下降，強(qiáng)行勵(lì)磁動(dòng)作，迅速將勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)到最大，以提高發(fā)電機(jī)端電壓，較少加速功率，達(dá)到提高發(fā)電機(jī)同步運(yùn)行穩(wěn)定性的目的。組成：主勵(lì)磁系統(tǒng)和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器33主勵(lì)磁系統(tǒng)作用：提供勵(lì)磁電源，形成一個(gè)電壓為Uf、電流為If的直流回路，產(chǎn)生直流磁場(chǎng)，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)切割定子繞組，在其中感應(yīng)出交流電勢(shì)分類(lèi)：有直流發(fā)電機(jī)供電（直流勵(lì)磁機(jī)）：自勵(lì)和他勵(lì)，用于較少容量的發(fā)電機(jī)（10萬(wàn)kW）。有交流勵(lì)磁機(jī)經(jīng)整流供電:自勵(lì)和他勵(lì)。34交流勵(lì)磁機(jī)經(jīng)整流供電的勵(lì)磁方式:副勵(lì)機(jī)為永磁發(fā)電機(jī)，發(fā)出的交流電經(jīng)整流后供給勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁繞組，勵(lì)磁機(jī)的交流電壓經(jīng)整流后供給同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器比例式：按運(yùn)行參數(shù)（電壓、電流、功率角）與整定值之間的偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)。分為單參數(shù)調(diào)節(jié)器和多參數(shù)調(diào)節(jié)器改進(jìn)式：按運(yùn)行參數(shù)的偏差及其變化率進(jìn)行調(diào)節(jié)。35按電壓偏差調(diào)節(jié)的可控硅勵(lì)磁調(diào)節(jié)器GPESCRffEVF綜合放大量測(cè)濾波移相觸發(fā)UG0AVRTV362、改變變壓器變比調(diào)壓普通變壓器分接頭的選擇SN≥8000kVA,高壓側(cè)有5個(gè)分接頭：0、±2.5%、±5%SN≤6300kVA,高壓側(cè)有3個(gè)分接頭：0、±5%為什么？37降壓變壓器分接頭的選擇要求給定最大負(fù)荷最小負(fù)荷38平均分接頭電壓選擇標(biāo)準(zhǔn)分接頭校驗(yàn)最大、最小負(fù)荷時(shí)低壓母線(xiàn)的實(shí)際電壓。三繞組變壓器分接頭的選擇與負(fù)荷流向有關(guān)：當(dāng)變壓器負(fù)荷從高壓側(cè)流向低壓側(cè)和中壓側(cè)：①將高低繞組看作雙繞組，確定高繞組接頭。②將高中繞組看作雙繞組，確定中繞組分接頭位置。39110kV調(diào)壓變壓器，UN±3×2.5%共7個(gè)分接頭220kV調(diào)壓變壓器，UN±4×2.5%共9個(gè)分接頭短路電流先后相繼移動(dòng)斷電移動(dòng)防止電弧變壓器中性點(diǎn)側(cè)有載調(diào)壓變壓器40注意：只有當(dāng)系統(tǒng)無(wú)功功率電源容量充足時(shí)，用改變變壓器變比調(diào)壓才能奏效。簡(jiǎn)單的電力系統(tǒng)圖

因此，當(dāng)系統(tǒng)無(wú)功功率不足時(shí)，首先應(yīng)裝設(shè)無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備。（why?)413、利用無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備調(diào)壓U1R+jXU2P+jQjQc42U1R+jXU2P+jQjQc補(bǔ)償后變比與補(bǔ)償后變比無(wú)關(guān)43按最小負(fù)荷時(shí)沒(méi)有補(bǔ)償容量，確定變比；補(bǔ)償設(shè)備為靜電電容器按最大負(fù)荷時(shí)的調(diào)壓要求計(jì)算補(bǔ)償容量；根據(jù)變比和補(bǔ)償容量校驗(yàn)低壓母線(xiàn)的實(shí)際電壓。44充分利用調(diào)相機(jī)容量：最大負(fù)荷時(shí)，按額定容量過(guò)勵(lì)磁運(yùn)行；最小負(fù)荷時(shí)，按（0.5-0.65)SN欠勵(lì)磁運(yùn)行。補(bǔ)償設(shè)備為為同步調(diào)相機(jī)45按所選容量和變比進(jìn)行電壓校驗(yàn)補(bǔ)償設(shè)備為為同步調(diào)相機(jī)46利用無(wú)功功率補(bǔ)償調(diào)壓（1）電壓損耗△U＝（PR＋QX）/U

中包含兩個(gè)分量：一個(gè)是有功負(fù)荷及電阻產(chǎn)生的PR/U分量；另一個(gè)是無(wú)功負(fù)荷及電抗產(chǎn)生的QX/U分量。利用無(wú)功補(bǔ)償調(diào)壓的效果與網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)及負(fù)荷情況有關(guān)。（2）在低壓電網(wǎng)中，△U中有功功率引起的PR/U分量所占的比重大；在高壓電網(wǎng)中，△U中無(wú)功功率引起的QX/U分量所占比重大。在這種情況下，減少輸送無(wú)功功率可以產(chǎn)生比較顯著的調(diào)壓效果。反之，對(duì)截面不大的架空線(xiàn)路和所有電纜線(xiàn)路，用這種方法調(diào)壓就不合適。474、線(xiàn)路串聯(lián)電容補(bǔ)償調(diào)壓串聯(lián)電容器補(bǔ)償容量的確定電壓的提高值U2R+jXU1P1+jQ1U2R+jXU1P1+jQ148

電壓損失減少百分比

定義補(bǔ)償度

欠補(bǔ)償過(guò)補(bǔ)償全補(bǔ)償4、線(xiàn)路串聯(lián)電容補(bǔ)償調(diào)壓49并聯(lián)電容器的個(gè)數(shù)串聯(lián)電容器的個(gè)數(shù)三相電容器的容量50適用場(chǎng)合：供電電壓35、10kV、負(fù)荷波動(dòng)大而頻繁，功率因數(shù)低的配電線(xiàn)路--------調(diào)壓；超高壓線(xiàn)路------提高輸送容量、系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。串聯(lián)電容器的安裝地點(diǎn)負(fù)荷集中負(fù)荷分散51小結(jié)：串聯(lián)電容和并聯(lián)電容補(bǔ)償減少?zèng)_擊負(fù)荷的波動(dòng)有效；但增大線(xiàn)路電流，短路時(shí)，短路電流將在電容上引起過(guò)電壓。并聯(lián)電容補(bǔ)償：串聯(lián)電容補(bǔ)償：線(xiàn)路功率因數(shù)高；線(xiàn)路傳輸無(wú)功少。52適用：低壓電力網(wǎng)，中分量較大。

單負(fù)荷時(shí)公式

對(duì)于給定電壓等級(jí)，單位長(zhǎng)度電抗相差不大

5、按調(diào)壓要求選擇導(dǎo)線(xiàn)截面*53幾個(gè)負(fù)荷時(shí)5、按調(diào)壓要求選擇導(dǎo)線(xiàn)截面54綜合調(diào)壓措施的應(yīng)用無(wú)功功率的分層就地平衡，避免無(wú)功功率的遠(yuǎn)距離傳輸。不同電壓等級(jí)間不交換無(wú)功功率；220kV----0.95~1.0；110kV----0.9~1.0發(fā)電機(jī)調(diào)壓：直供電的小系統(tǒng)，逆調(diào)壓，不需增加費(fèi)用，但須考慮的因素多，制作輔助調(diào)壓手段。并聯(lián)補(bǔ)償調(diào)壓：達(dá)到無(wú)功分層分區(qū)平衡的主要手段。并聯(lián)電容器可分散于各用戶(hù)，以提高用戶(hù)的功率因數(shù)；調(diào)相機(jī)或靜止補(bǔ)償器可集中于電壓中樞點(diǎn)補(bǔ)償。可減少網(wǎng)損，但須投資量。55各種調(diào)壓手段的優(yōu)缺點(diǎn)變壓器調(diào)壓：只能改變電壓的高低，從而改變無(wú)功功率的流向和分布，而不能發(fā)出或吸收無(wú)功，只能用于無(wú)功充裕時(shí)。普通變壓器適用于最大、最小負(fù)荷電壓幅值變化不大、不需逆調(diào)壓；有載調(diào)壓變壓器適用于重要的樞紐變電所或電壓要求高的用戶(hù)（電壓幅值變化大、需逆調(diào)壓）。串聯(lián)補(bǔ)償調(diào)壓：電容器串于線(xiàn)路中也不是無(wú)功電源，只是起著參數(shù)補(bǔ)償?shù)淖饔?，從而減少線(xiàn)路電壓損失。56綜合電壓分析方法---靈敏度分析調(diào)壓目標(biāo)不是單純的：在電壓安全的條件下經(jīng)濟(jì)性能最好：在電壓安全的條件下投資最少。綜合電壓分析方法---靈敏度分析所謂靈敏度分析實(shí)際是利用各變量之間關(guān)系的顯性化表達(dá)式研究一些變量微小變化使另一些變量如何變化的一種分析方法。它是控制策略和抗擾動(dòng)策略的有效工具，得到廣泛應(yīng)用。57（1）靈敏度分析

系統(tǒng)正常運(yùn)行滿(mǎn)足方程：x-----狀態(tài)變量,維數(shù)為n；u-----控制變量,維數(shù)為m；p-----擾動(dòng)變量,維數(shù)為l;系統(tǒng)受擾動(dòng)后，方程為：展開(kāi)為臺(tái)勞級(jí)數(shù)忽略高次項(xiàng)58結(jié)論：由靈敏度矩陣各元素的值可看出狀態(tài)變量對(duì)哪個(gè)或哪些控制變量或擾動(dòng)變量最敏感即改變哪個(gè)控制量的效果最好。sxu,sxp為靈敏度矩陣。59（2）各種調(diào)壓效果的綜合分析狀態(tài)量控制量控制量控制量控制量狀態(tài)量60復(fù)雜的系統(tǒng)：被控量︵狀態(tài)量︶控制量︵調(diào)節(jié)量︶x靈敏度矩陣靈敏度矩陣的建立方法：數(shù)據(jù)攝動(dòng)法-----用計(jì)算機(jī)作潮流計(jì)算，求個(gè)控制變量單獨(dú)變化時(shí)所有狀態(tài)變量的變化量。測(cè)量法---在系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)測(cè)。對(duì)某些簡(jiǎn)單系統(tǒng)，可用解析法61標(biāo)么值控制量控制量控制量控制量狀態(tài)量狀態(tài)量△U1△U2△k△Uj△Qj△qj△Q+j△qjX2jX162改變V1、k,對(duì)節(jié)點(diǎn)3電壓的影響相同（X1/X2）改變V2對(duì)節(jié)點(diǎn)3電壓的影響同X2/X1有關(guān)；