電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)第六章

電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)第六章第一頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一第六章電力系統(tǒng)的無(wú)功功率與電壓調(diào)整本章主要內(nèi)容：1、無(wú)功負(fù)荷和無(wú)功電源及無(wú)功功率平衡

2、電壓降落（損耗、偏移）、功率損耗的計(jì)算

3、無(wú)功功率的經(jīng)濟(jì)分布；無(wú)功電源的最優(yōu)分布 ；無(wú)功負(fù)荷的最優(yōu)補(bǔ)償頻率調(diào)整和電壓調(diào)整的相同和不同之處調(diào)頻頻率唯一集中調(diào)整只能調(diào)原動(dòng)機(jī)功率調(diào)壓電壓水平各點(diǎn)不同調(diào)整分散手段多樣（有多種無(wú)功電源）第二頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一由上可以看出：維持電壓穩(wěn)定，應(yīng)該盡量減少無(wú)功的傳輸，采取就地平衡。

分析無(wú)功功率和電壓分布之間的關(guān)系無(wú)功損耗﹥﹥有功損耗;電壓降受無(wú)功功率的影響較大;無(wú)功功率的流動(dòng)從Uh→UL第三頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一第一節(jié)電力系統(tǒng)無(wú)功功率的平衡一、概念性問(wèn)題:無(wú)功功率無(wú)功電源QG無(wú)功負(fù)荷QL無(wú)功損耗ΔQΣ無(wú)功功率平衡運(yùn)行中的平衡：ΣQG=ΣQL+ΔQΣ規(guī)劃中的平衡：無(wú)功容量=無(wú)功電源功率+ 備用無(wú)功電源功率（7?8%）第四頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一二、無(wú)功功率負(fù)荷和無(wú)功功率損耗1、無(wú)功功率負(fù)荷負(fù)荷在端電壓變化時(shí)，出力、效率影響較大白熾燈的電壓特性異步電機(jī)的電壓特性轉(zhuǎn)矩∝U2,U↓帶不動(dòng)啟動(dòng)不了燒電機(jī)第五頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一吸收無(wú)功（異步電機(jī)）對(duì)于QX，當(dāng)U↑轉(zhuǎn)動(dòng)力矩增大，S↓→r’2（1-s）/s↑→I↓→QX↓對(duì)于QU，由于XU的飽和，XU↓→QU↑↑異步電機(jī)的無(wú)功功率特性綜合無(wú)功負(fù)荷的靜態(tài)特性第六頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一2、變壓器的無(wú)功功率損耗勵(lì)磁支路—空載電流I0的百分比值，約1-2%繞組漏抗—滿載時(shí)基本上等于短路電壓UK的百分 比值，約10%對(duì)多級(jí)電壓網(wǎng)—相當(dāng)可觀，可達(dá)負(fù)荷的57%3、電力線路上的無(wú)功功率損耗并聯(lián)電納—充電功率∝U2，容性并聯(lián)電抗—感性∝I235KV及以下—感性無(wú)功110KV及以上傳輸功率較大時(shí)—感性無(wú)功傳輸功率較小時(shí)—容性無(wú)功第七頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一三、無(wú)功功率電源定子繞組不超過(guò)額定電流勵(lì)磁繞組不超過(guò)額定電流受原動(dòng)機(jī)出力限制進(jìn)相運(yùn)行時(shí)受定子端部發(fā)熱限制留穩(wěn)定儲(chǔ)備發(fā)電機(jī)、調(diào)相器靜止電容器、靜止補(bǔ)償器1、發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)只有在額定電壓、電流、功率因數(shù)下運(yùn)行時(shí)，視在功率才能達(dá)到額定值，其容量才能最充分地利用系統(tǒng)中有功功率備用容量充裕時(shí)，可使靠近負(fù)荷中心的發(fā)電機(jī)在降低有功負(fù)荷的條件下運(yùn)行，這時(shí)發(fā)電機(jī)的視在功率雖較額定值小，但可利用的無(wú)功功率卻較在額定有功負(fù)荷下大。第八頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一實(shí)質(zhì)上是只發(fā)無(wú)功功率的發(fā)電機(jī)2、同步調(diào)相機(jī)不帶有功負(fù)荷的同步發(fā)電機(jī)不帶機(jī)械負(fù)荷的同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)激運(yùn)行—向系統(tǒng)發(fā)出無(wú)功欠激運(yùn)行—向系統(tǒng)吸收無(wú)功（容量為過(guò)激的50%）優(yōu)點(diǎn)平滑調(diào)節(jié)—既發(fā)無(wú)功，又可吸收無(wú)功裝有勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置時(shí)，維持系統(tǒng)電壓不變裝有強(qiáng)磁時(shí)，故障情況下，調(diào)整電壓，維持穩(wěn)定缺點(diǎn)消耗一定的有功，容量越小，比重越大(1.5-5%)小容量單位投資費(fèi)用大，宜集中使用水輪機(jī)有時(shí)作調(diào)相運(yùn)行，汽輪機(jī)較難損耗大內(nèi)部發(fā)熱內(nèi)部膨脹增大系統(tǒng)中短路時(shí)的短路電流第九頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一3、靜電電容器QC=U2/XC，只能向系統(tǒng)提供無(wú)功，不能吸收無(wú)功可集中使用，可分散使用功耗小，0.3%--0.5%（額定容量）調(diào)節(jié)不是連續(xù)的，不平滑，調(diào)節(jié)范圍小電壓下降時(shí)，QC下降，導(dǎo)致U進(jìn)一步下降單位容量投資比調(diào)相機(jī)便宜4、靜止補(bǔ)償器電容與電抗并聯(lián)，配以調(diào)接裝置，可平滑地改變輸出70年代開(kāi)始使用，有前途的三種類型為：類型直流助磁飽和電抗器型可控硅控制電抗器型自飽和電抗器型第十頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一共同點(diǎn)：電容支路同步頻率下感性無(wú)功功率電源C和Lf構(gòu)成諧振，兼作高次諧波濾波器不可控不同點(diǎn)：電抗器支路可控硅——————直流助磁—————自飽和———不可控飽和電抗器可控的不飽和第十一頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一優(yōu)點(diǎn)：極好的調(diào)節(jié)性能可用于沖擊性負(fù)荷的無(wú)功補(bǔ)償維護(hù)簡(jiǎn)單原理：自飽和型損耗小，不超過(guò)1%應(yīng)用越來(lái)越多第十二頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一四、無(wú)功功率的平衡系統(tǒng)中功率平衡：ΣQGC-ΣQL-ΔQΣ=0電源：ΣQGC=ΣQG+ΣQC=ΣQG+ΣQC1+ΣQC2+ΣQC3發(fā)電機(jī)調(diào)相機(jī)電容器靜止補(bǔ)償器負(fù)荷：未改善COSΦ=0.6-0.9規(guī)程規(guī)定不低于0.9,可按此取QL損耗：ΔQΣ=ΔQT+ΔQX+ΔQb變壓器線路電抗線路電納無(wú)功備用:為最大無(wú)功負(fù)荷的7%--8%注意：系統(tǒng)中無(wú)功率平衡的前提是系統(tǒng)的電壓水平正常無(wú)功不足時(shí)應(yīng)就地補(bǔ)償?shù)谑?yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一第二節(jié)電力系統(tǒng)無(wú)功功率的經(jīng)濟(jì)分布一、無(wú)功功率電源的最優(yōu)分布無(wú)功經(jīng)濟(jì)分布無(wú)功電源的最優(yōu)分布—等網(wǎng)損微增率無(wú)功負(fù)荷的最優(yōu)補(bǔ)償—無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量目標(biāo)函數(shù)：ΔPΣ=ΔPΣ(QGi)目的：降低網(wǎng)絡(luò)中的有功損耗等約束條件：不等約束條件：拉格朗日函數(shù)：第十四頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一最優(yōu)分布——求拉格朗日函數(shù)的極值：可改寫為：無(wú)功網(wǎng)損微增率有功網(wǎng)損微增率二、如何進(jìn)行無(wú)功功率最優(yōu)分布的計(jì)算第十五頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一一般的原則是：計(jì)算 潮流 分布按有功最優(yōu)分布結(jié)果給出各節(jié)點(diǎn)（除平衡節(jié)點(diǎn)外）的P給出P、Q節(jié)點(diǎn)的Q給出P、U節(jié)點(diǎn)的U計(jì)算 網(wǎng)損 微增 率由潮流計(jì)算得各無(wú)功電源點(diǎn)的λ值λ<0時(shí)，增大該電源的Q，可降低網(wǎng)損λ>0時(shí)，減少該電源的Q，可降低網(wǎng)損進(jìn)行調(diào)整重設(shè)電源節(jié)點(diǎn)的無(wú)功QGi和PU節(jié)點(diǎn)的電壓，進(jìn)行潮流計(jì)算，求總網(wǎng)損、網(wǎng)損微增率，判斷平衡節(jié)點(diǎn)的P，直到P最小當(dāng)ΔPΣ不再減小時(shí)，各節(jié)點(diǎn)網(wǎng)損微增率未必相等，因?yàn)槭懿坏葪l件限制第十六頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一例題：如圖，有功功率兩電廠均分，求最優(yōu)無(wú)功分配解：第十七頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一按網(wǎng)損等微增率準(zhǔn)則確定無(wú)功功率分配：由功率平衡條件得：聯(lián)合求解得：Q1≈0.248，Q2≈0.688不計(jì)無(wú)功網(wǎng)損修正時(shí)：得：Q1≈0.268，Q2≈0.670第十八頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一三、無(wú)功功率負(fù)荷的最優(yōu)補(bǔ)償負(fù)荷的自然功率因數(shù)電動(dòng)機(jī)容量不能太大（重要措施）限制電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行同步電機(jī)代替異同步電機(jī)（收、發(fā)）(補(bǔ)償前0.6-0.9)最優(yōu)補(bǔ)償補(bǔ)償容量的確定補(bǔ)償設(shè)備的分布補(bǔ)償順序的選擇規(guī)劃階段年節(jié)約費(fèi)用:β為單位電能損耗價(jià)格(元/kw·h),τmax最大負(fù)荷損耗小時(shí)數(shù)裝設(shè)補(bǔ)償設(shè)備的投資費(fèi)用:α為折舊維修率,γ投資回收率,KC為單位容量補(bǔ)償設(shè)備投資(元/kvar)第十九頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一結(jié)論最有網(wǎng)損微增率（也稱無(wú)功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量）最優(yōu)網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則：只有在網(wǎng)損微增率具有負(fù)值且小于req的節(jié)點(diǎn)設(shè)置先后順序：以網(wǎng)損微增率的大小為序，首先從最小的開(kāi)始第二十頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一第三節(jié)電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整一、電力系統(tǒng)電壓偏移的原因及影響無(wú)功充足—電壓水平較好的必要條件，不是充分條件調(diào)壓———合理分布無(wú)功，維持電壓質(zhì)量原因（隨運(yùn)行方式的改變而改變）由于R很小，ΔU主要受Q的影響負(fù)荷大小的變化電力網(wǎng)阻抗參數(shù)的變化（設(shè)備故障或檢修退出）電力系統(tǒng)接線的改變第二十一頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一偏移的影響電壓過(guò)低發(fā)電機(jī)：U↘，δ↗，I↗→發(fā)電機(jī)過(guò)熱異步電機(jī)：U↘，轉(zhuǎn)差率σ↗，各繞組I↗，溫升↗，μ↘，壽命↘，出力P↘，起動(dòng)過(guò)程長(zhǎng)→燒電機(jī)電爐：P∝U2電燈：亮度和發(fā)光效率大幅下降電壓過(guò)低設(shè)備絕緣受損變壓器、電動(dòng)機(jī)鐵芯飽和，損耗↗，壽命↘白熾燈壽命大為縮短嚴(yán)重時(shí)，無(wú)功不足，電壓崩潰第二十二頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一電力系統(tǒng)允許的電壓偏移35KV及以上電壓供電的負(fù)荷 ±5%10KV及以下電壓供電的負(fù)荷 ±7%低壓照明負(fù)荷 +5%—-10%農(nóng)村電網(wǎng) +5%—-10%事故狀態(tài)下，允許在上述基礎(chǔ)上再增加5%，但正偏 移不超過(guò)+10%二、中樞點(diǎn)的電壓管理電壓中樞點(diǎn)的選擇集中負(fù)荷的母線作為電壓中樞點(diǎn)大型發(fā)電廠的高壓母線樞紐變電所的二次母線有大量負(fù)荷的發(fā)電廠母線第二十三頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一中樞點(diǎn)電壓與負(fù)荷的關(guān)系適應(yīng)：線路長(zhǎng)，負(fù)荷變化大方式：難易程度：實(shí)現(xiàn)較難有時(shí)中樞點(diǎn)電壓不能滿足要求，見(jiàn)書(shū)上P226-227的例子中樞點(diǎn)電壓調(diào)整方式逆調(diào)壓最大負(fù)荷時(shí)提高中樞點(diǎn)電壓 1.05UN最小負(fù)荷時(shí)降低中樞點(diǎn)電壓 1.00UN適應(yīng)：線路不長(zhǎng)，負(fù)荷變化不大方式：難易程度：最易實(shí)現(xiàn)順調(diào)壓最大負(fù)荷時(shí)允許中樞點(diǎn)電壓低一些1.025UN最小負(fù)荷時(shí)允許中樞點(diǎn)電壓高一些1.075UN適應(yīng)：中型網(wǎng)絡(luò)，負(fù)荷變化繳小方式：保持在較線路額定高2%-5%難易程度：較易實(shí)現(xiàn)常調(diào)壓第二十四頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一三、電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整忽略：線路對(duì)地電容、變壓器勵(lì)磁支路參數(shù)、橫向壓降調(diào)壓比調(diào)頻復(fù)雜，頻率系統(tǒng)為一，電壓不為一改變電壓水平調(diào)壓措施利用發(fā)電機(jī)調(diào)壓UG—改變勵(lì)磁電流改變變壓器分接頭k1，k2改變電壓損耗改變功率分布（主要是Q）—使ΔU減少改變線路參數(shù)R+jX（主要是X）—減少ΔU第二十五頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一改變發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)壓發(fā)電機(jī)電壓UG可在5%的范圍內(nèi)保持發(fā)額定功率發(fā)電機(jī)直接供電系統(tǒng)（線路不長(zhǎng)，損耗不大）調(diào)節(jié)勵(lì)磁，改變機(jī)端電壓，實(shí)現(xiàn)逆調(diào)壓滿足電壓的要求例：最大負(fù)荷時(shí)：ΣΔUmax=20%，最大負(fù)荷時(shí)：ΣΔUmin=8%ΣΔUmax-ΣΔUmin=12%，發(fā)電機(jī)逆調(diào)5%故最終相差7%，在10%的范圍內(nèi)第二十六頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一調(diào)節(jié)原理：轉(zhuǎn)子電壓負(fù)反饋的作用是提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，它的輸出正比于轉(zhuǎn)子電壓的變化率例：發(fā)電機(jī)經(jīng)多級(jí)電壓向負(fù)荷供電，不能保證電壓質(zhì)量要求最大負(fù)荷時(shí)：ΣΔUmax=34%，最大負(fù)荷時(shí)：ΣΔUmin=14%ΣΔUmax-ΣΔUmin=20%，發(fā)電機(jī)逆調(diào)5%故最終相差15%，超出10%的范圍內(nèi)第二十七頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一改變變壓器分接頭進(jìn)行調(diào)壓雙繞組變壓器分接頭選擇最大負(fù)荷時(shí)：UImax，ΔUImax，Uimax，

U’imax為已知雙繞組變壓器高壓側(cè)6300KVA以下三個(gè)分接頭 UN

±5%三繞組變壓器高、中壓側(cè)8000KVA以上五個(gè)分接頭 UN

±2.5%裝有3-5個(gè)分接頭最小負(fù)荷時(shí)：第二十八頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一選一接近值作分接頭UtImax，UtImin，UtI對(duì)于升壓變壓器：因正常運(yùn)行時(shí)，變壓器分接頭不能調(diào)整，故取平均值返回校驗(yàn)求低壓母線電壓計(jì)算電壓偏移%第二十九頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一選分接頭110KV例子：UI在113-115KV時(shí)，允許U’i在10-11KV，求變壓器分接頭校驗(yàn)：解：第三十頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一普通三繞組變壓器分接頭的選擇高、中壓側(cè)有分接頭，低壓側(cè)沒(méi)有高、低壓側(cè)——確定高壓繞組的分接頭（低壓側(cè)要求）高、中壓側(cè)——確定中壓繞組的分接頭例題：P233，例8-3有載調(diào)壓變壓器調(diào)整分接頭帶電調(diào)整，允許最大、最小負(fù)荷時(shí)分設(shè)不同抽頭計(jì)算方法同雙繞組，可分設(shè)調(diào)整范圍大15%以上110KV，UN32.5%（七級(jí)）220KV，UN42.5%（九級(jí)）三繞組高壓側(cè)裝有載調(diào)壓分接頭低壓側(cè)裝有普通分接頭第三十一頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一有載調(diào)壓原理無(wú)功功率充足時(shí)，采用有載調(diào)壓可滿足一般的調(diào)壓要求長(zhǎng)線供電負(fù)荷變化大聯(lián)絡(luò)線兩端某些發(fā)電廠的變壓器無(wú)功功率充足時(shí)并補(bǔ)串補(bǔ)第三十二頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一利用并聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備調(diào)壓調(diào)相機(jī)作用發(fā)無(wú)功，就地補(bǔ)償，減少壓降各種補(bǔ)償設(shè)備的調(diào)節(jié)方式截面積小R>X，不可用并補(bǔ)截面積大R<X，明顯靜止補(bǔ)償器電容器調(diào)相機(jī)改變勵(lì)磁電流if靜止補(bǔ)償器（直流助磁）改變助磁電流if電容全部投入電容全部退出靜止補(bǔ)償器（可控硅）改變可控角α第三十三頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一補(bǔ)償設(shè)備容量的確定補(bǔ)償前：補(bǔ)償后：補(bǔ)償容量QC與補(bǔ)償前后低壓母線電壓Ui，Uic有關(guān)：第三十四頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一QC的確定應(yīng)滿足調(diào)壓要求，設(shè)低壓母線調(diào)壓要求電壓為 U’ic，則Uic=kU’ic。存在QC與k的選擇配合問(wèn)題最小負(fù)荷時(shí)：將電容器全部切除，選變壓器分接頭 UtI=UiminUNi/U’imin，從而k=UtI/UNi最大負(fù)荷時(shí)：發(fā)額定容量的無(wú)功最大負(fù)荷時(shí)：全部投入電容最小負(fù)荷時(shí)：吸收（50%-60%）QNC同步調(diào)相機(jī)第三十五頁(yè)，共三十九頁(yè)，編輯于2023年，星期一改變輸電線路參數(shù)進(jìn)行調(diào)壓對(duì)于負(fù)