電力系統(tǒng)運(yùn)行特性及分析

電力工程概論第七章電力系統(tǒng)運(yùn)行特性及分析1整理課件電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析主要研究電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式的性能，包括系統(tǒng)有功功率和無(wú)功功率的平衡，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電壓和支路功率的分布等，解決系統(tǒng)有功功率和頻率調(diào)整，無(wú)功功率和電壓控制問(wèn)題。

2整理課件第一節(jié)電力系統(tǒng)的潮流分布電力系統(tǒng)的潮流分布是指電力系統(tǒng)在某一穩(wěn)態(tài)的正常運(yùn)行方式下，電力網(wǎng)絡(luò)各處〔節(jié)點(diǎn)〕的功率和電壓的分布。3整理課件潮流計(jì)算的定義潮流計(jì)算是按給定的電力系統(tǒng)接線方式、參數(shù)和運(yùn)行條件，確定電力系統(tǒng)各局部穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)參量的計(jì)算。通常給定的運(yùn)行條件有系統(tǒng)中各電源和負(fù)載節(jié)點(diǎn)的功率、樞紐點(diǎn)電壓、平衡節(jié)點(diǎn)的電壓和相位角。待求的運(yùn)行狀態(tài)參量包括各節(jié)點(diǎn)的電壓及其相位角以及流經(jīng)各元件的功率、網(wǎng)絡(luò)的功率損耗等。4整理課件潮流計(jì)算的目的5整理課件6整理課件一、輸電線路的等值電路1、輸電線路的參數(shù)架空輸電線路參數(shù)有四個(gè)電阻r0：反映線路通過(guò)電流時(shí)產(chǎn)生的有功功率損耗效應(yīng)。電感L0：反映載流導(dǎo)體的磁場(chǎng)效應(yīng)。電導(dǎo)g0：線路帶電時(shí)絕緣介質(zhì)中產(chǎn)生的泄漏電流及導(dǎo)體附近空氣游離而產(chǎn)生有功功率損耗。電容C0

：帶電導(dǎo)體周?chē)碾妶?chǎng)效應(yīng)。輸電線路的以上四個(gè)參數(shù)沿線路均勻分布。7整理課件1〕.電阻有色金屬導(dǎo)線單位長(zhǎng)度的直流電阻：考慮如下三個(gè)因素：〔1〕交流集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)?！?〕絞線的實(shí)際長(zhǎng)度比導(dǎo)線長(zhǎng)度長(zhǎng)2～3％?！?〕導(dǎo)線的實(shí)際截面比標(biāo)稱截面略小。因此交流電阻率比直流電阻率略為增大：銅：18.8鋁：31.5精確計(jì)算時(shí)進(jìn)行溫度修正：

為溫度系數(shù)：銅：鋁:8整理課件2〕.電抗三相導(dǎo)線排列對(duì)稱，那么三相電抗相等。三相導(dǎo)線排列不對(duì)稱，那么進(jìn)行整體循環(huán)換位后三相電抗相等。9整理課件2〕.電抗單導(dǎo)線每相單位長(zhǎng)度電抗：xl=w(4.6lgDm/r+0.5μ)*10-4(Ω/Km)

式中：Dm為三相導(dǎo)線間幾何均距，

Xl=0.1445lgDm/r+0.015710整理課件3〕.等值電容和電納單導(dǎo)線

11整理課件4〕.輸電線路的電導(dǎo)：用來(lái)反映泄漏電流和空氣游離所引起的有功功率損耗?！?〕正常情況下，泄漏電流很小，可以忽略，主要考慮電暈現(xiàn)象引起的功率損耗。〔2〕電暈：局部場(chǎng)強(qiáng)較高，超過(guò)空氣的擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，空氣發(fā)生游離，從而產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象。

12整理課件〔3〕當(dāng)運(yùn)行電壓過(guò)高或氣象條件變壞時(shí)，將產(chǎn)生電暈現(xiàn)象，從而產(chǎn)生電暈損耗△Pg,那么電導(dǎo)為：

VL：線電壓。

13整理課件1〕.短輸電線路：電導(dǎo)和電納忽略不計(jì)長(zhǎng)度<100km電壓60kV以下短的電纜線線路阻抗2、輸電線路等值電路14整理課件2.〕、中長(zhǎng)度的輸電線路可作出π型等值電路參數(shù)：

Y=G+jB=(gl+Jbl)=jB=jbl15整理課件3〕例題2—1例2-1：有一長(zhǎng)度為100km，10kv的輸電線路、導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ-185,導(dǎo)線水平排列，相間距離為4m,求線路參數(shù)及輸電線路的等值電路。16整理課件二、變壓器等值電路1、變壓器參數(shù)17整理課件變壓器的試驗(yàn)數(shù)據(jù)：短路損耗ΔPs，短路電壓Vs%空載損耗ΔP0，空載電流I0%電阻RT

注意單位

ΔPs為kW,SN為kVA,VN為kV,IN為A，RT為Ω。

18整理課件電抗

電導(dǎo)

19整理課件電納

20整理課件2、變壓器等值電路雙繞組變壓器三繞組變壓器21整理課件三、發(fā)電機(jī)的參數(shù)及等值電路1、發(fā)電機(jī)的參數(shù)22整理課件2、發(fā)電機(jī)的等值電路23整理課件四、負(fù)荷的參數(shù)及其等值電路24整理課件25整理課件二、電力系統(tǒng)潮流計(jì)算1、手工計(jì)算例2-2如下圖簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)，各元件參數(shù)標(biāo)于圖中，試用有名值計(jì)算該系統(tǒng)的潮流分布?！睻3=10.2KV〕26整理課件3系統(tǒng)12TSL=16+j8MVAL=1ooKm

r1=0.17Ω/Km

x1=0.36Ω/Km

b1=2.96*10-6Ω/Km

110/11KV

SN=20MVA

△PK=135KW

Us%=10.5

△P0=22KW

I0%=0.827整理課件U1U3’U2ZlZTY1/2Y1/2YTS1S1’S2‘S2S2”S3SL1)、等值電路圖28整理課件U1U3’U217+j38.64.08+j63.52Y1/2j1.48*10-4（1.82—j13.2）*10-4S1S1’S2‘S2S2”S3SL參數(shù)計(jì)算?Syl?SyT29整理課件2)、潮流分布計(jì)算?S=[(P2+Q2)/U2]*(R+jX)?U=(P*R+Q*X)/UδU=(P*X-Q*R)/U?U——電壓降落的縱向分量δU——電壓降落的橫向分量?SYT=(GT+jBT〕*U2?Syl=-1/2*Yl*U230整理課件系統(tǒng)潮流分布如圖SL=16+j810.2KV系統(tǒng)113.24KV107.8KVT17.025+J6.82

16.54+J9.3431整理課件2、計(jì)算機(jī)算法32整理課件33整理課件34整理課件35整理課件36整理課件37整理課件38整理課件39整理課件40整理課件41整理課件42整理課件43整理課件44整理課件第二節(jié)電力系統(tǒng)頻率特性及調(diào)整一.電力系統(tǒng)頻率變化的影響對(duì)用戶的影響〔1〕異步電機(jī)轉(zhuǎn)速〔2〕異步電機(jī)功率〔3〕電子設(shè)備對(duì)發(fā)電廠和電力系統(tǒng)的影響〔1〕對(duì)發(fā)電廠廠用機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的影響〔2〕對(duì)汽輪機(jī)葉片的影響〔3〕對(duì)異步電機(jī)及變壓器勵(lì)磁的影響45整理課件

二、系統(tǒng)負(fù)荷可以看作由以下三種具有不同變化規(guī)律的變動(dòng)負(fù)荷組成：

〔1〕變動(dòng)周期小于10s，變化幅度小〔3〕變動(dòng)周期最大，變化幅度最大：氣象、生產(chǎn)、生活規(guī)律〔2〕變動(dòng)周期在〔10s，180s〕，變化幅度較大調(diào)速器頻率的一次調(diào)整調(diào)頻器頻率的二次調(diào)整根據(jù)預(yù)測(cè)負(fù)荷，在各機(jī)組間進(jìn)行最優(yōu)負(fù)荷分配頻率的三次調(diào)整46整理課件47整理課件三、有功功率平衡與備用容量備用容量：15%～20%作用：為了保證供電可靠性及電能質(zhì)量合格，系統(tǒng)電源容量應(yīng)大于發(fā)電負(fù)荷定義：備用容量＝系統(tǒng)可用電源容量－發(fā)電負(fù)荷分類：

有功功率平衡：按作用分：(1)負(fù)荷備用：滿足負(fù)荷波動(dòng)、方案外的負(fù)荷增量2%~5%(2)事故備用：發(fā)電機(jī)因故退出運(yùn)行能頂上的容量5%~10%(3)檢修備用：發(fā)電機(jī)方案檢修4%~5%(4)國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用：滿足工農(nóng)業(yè)超方案增長(zhǎng)3%~5%按其存在形式分：

(1)熱備用

(2)冷備用48整理課件備用容量8760t(h)P(MW)發(fā)電負(fù)荷備用容量新增容量49整理課件四、電力系統(tǒng)的頻率特性1、電力系統(tǒng)負(fù)荷的有功功率--頻率靜態(tài)特性50整理課件負(fù)荷的有功功率－頻率靜態(tài)特性簡(jiǎn)化表達(dá)當(dāng)頻率偏離額定值不大時(shí)，負(fù)荷有功－頻率靜態(tài)特性用一條近似直線來(lái)表示。負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)或稱為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)，表示負(fù)荷隨頻率的變化程度。51整理課件2、發(fā)電機(jī)組的有功功率--頻率靜態(tài)特性當(dāng)系統(tǒng)頻率變化時(shí)，汽輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)將自動(dòng)的改變進(jìn)氣量，以相應(yīng)的增減發(fā)電機(jī)輸出的功率，調(diào)整結(jié)束后到達(dá)新的穩(wěn)態(tài)。這種反映由頻率變化而引起汽輪機(jī)輸出功率變化的關(guān)系，稱為發(fā)電機(jī)組有功功率--頻率靜態(tài)特性52整理課件53整理課件54

〔1〕靜態(tài)調(diào)差系數(shù):某臺(tái)機(jī)組負(fù)荷改變時(shí)相應(yīng)的頻率偏移假設(shè)2為額定運(yùn)行點(diǎn)，1為空載運(yùn)行點(diǎn)：54整理課件55

單位調(diào)節(jié)功率:調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)，表示頻率變化時(shí)發(fā)電機(jī)組輸出功率的變化量。

調(diào)差系數(shù)越小，單位調(diào)節(jié)功率越大，頻率偏移越小。55整理課件五、頻率的一次調(diào)整56整理課件57整理課件六、頻率的二次調(diào)整58整理課件59整理課件60整理課件一、無(wú)功功率負(fù)荷和無(wú)功功率損耗1．無(wú)功功率負(fù)荷各種用電設(shè)備中，除相對(duì)很小的白熾燈照明負(fù)荷只消耗有功功率、為數(shù)不多的同步電動(dòng)機(jī)可發(fā)出一局部無(wú)功功率外，大多數(shù)都要消耗無(wú)功功率。因此，無(wú)論工業(yè)或農(nóng)業(yè)用戶都以滯后功率因數(shù)運(yùn)行，其值約為0.6~0.9。無(wú)功功率負(fù)荷曲線的變化規(guī)律雖大體與有功功率相似，也并非完全亦步亦趨。第三節(jié)電力系統(tǒng)電壓的管理及調(diào)整61整理課件2．變壓器中的無(wú)功功率損耗變壓器中的無(wú)功功率損耗分兩局部，即勵(lì)磁支路損耗和繞組漏抗中損耗。其中，勵(lì)磁支路損耗的百分值根本上等于空載電流I0的百分值，約為1％~2％；繞組漏抗中損耗。在變壓器滿載時(shí)，根本上等于短路電壓Uk的百分值，約為10％。但對(duì)多電壓級(jí)網(wǎng)絡(luò)。變壓器中的無(wú)功功率損耗就相當(dāng)可觀。RTjXTU1N.-jBTGT62整理課件3．電力線路上的無(wú)功功率損耗電力線路上的無(wú)功功率損耗也分兩局部，即并聯(lián)電納和串聯(lián)電抗中的無(wú)功功率損耗。并聯(lián)電納中的這種損耗又稱充電功率，與線路電壓的平方成正比，呈容性。串聯(lián)電抗中的這種損耗與負(fù)荷電流的平方成正比，呈感性。RjXU1.U2.63整理課件1．發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)既是有功功率電源，又是最根本的無(wú)功功率電源。二、無(wú)功功率電源2．電容器和調(diào)相機(jī)并聯(lián)電容器只能向系統(tǒng)供給感性無(wú)功功率。它所供給的感性無(wú)功功率與其端電壓約平方成正比。64整理課件調(diào)相機(jī)實(shí)質(zhì)上是只能發(fā)無(wú)功功率的發(fā)電機(jī)。它在過(guò)激運(yùn)行時(shí)向系統(tǒng)供給感性無(wú)功功率，欠激運(yùn)行時(shí)從系統(tǒng)吸取感性無(wú)功功率。欠激運(yùn)行時(shí)的容量約為過(guò)激運(yùn)行時(shí)容量的50%。這些也就是作為無(wú)功功率電源的調(diào)相機(jī)的運(yùn)行極限?！?5整理課件3．靜止補(bǔ)償器和靜止凋相機(jī)靜止補(bǔ)償器和靜止調(diào)相機(jī)是分別與電容器和調(diào)相機(jī)相對(duì)應(yīng)而又同屬“靈活交流輸電系統(tǒng)〞范疇的兩種無(wú)功功率電源。前者出現(xiàn)在70年代初，是這一“家族〞的最早成員。目前已為人們所熟知；后者那么尚待擴(kuò)大試運(yùn)行的規(guī)模。靜止補(bǔ)償器的全稱為靜止無(wú)功功率補(bǔ)償器(SVC)，有各種不同型式。目前常用的有晶閘管控制電抗器型(TCR型)、晶閘管開(kāi)關(guān)電容器型(TSC型)和飽和電抗器型(SR型)三種。66整理課件67整理課件68整理課件四、電力系統(tǒng)的電壓管理69整理課件1.調(diào)整電壓的必要性電力系統(tǒng)的電壓和頻率一樣也需要經(jīng)常調(diào)整。由于電壓偏移過(guò)大時(shí)，會(huì)影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，損壞設(shè)備，甚至引起系統(tǒng)性的“電壓崩潰〞，造成大面積停電。70整理課件2.電壓管理電壓中樞點(diǎn)就是那些反映系統(tǒng)電壓水平的主要發(fā)電廠的高壓母線、樞紐變電所低壓母線或有大量地方負(fù)荷的發(fā)電機(jī)母線?！?〕中樞點(diǎn)的電壓偏移根據(jù)負(fù)荷對(duì)電壓的要求，任何時(shí)刻應(yīng)滿足：ABO71整理課件72整理課件73整理課件74整理課件75整理課件76整理課件2.電壓管理〔1〕中樞點(diǎn)的電壓偏移需綜合考慮A、B對(duì)電壓中樞點(diǎn)O點(diǎn)的要求。要同時(shí)滿足兩個(gè)負(fù)荷對(duì)電壓質(zhì)量的要求，中樞點(diǎn)電壓的允許變動(dòng)范圍減小。在實(shí)際電力系統(tǒng)中，由同一中樞點(diǎn)供電的負(fù)荷可能很多，且中樞點(diǎn)到負(fù)荷處線路上的電壓損耗的大小和變化規(guī)律的差異可能很大，完全可能出現(xiàn)在某些時(shí)段內(nèi)，中樞點(diǎn)電壓取任何值均不能滿足要求，這時(shí)須采取其他措施〔如在負(fù)荷處進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，改變變壓器變比等〕。77整理課件2.電壓管理〔2〕中樞點(diǎn)電壓的調(diào)整方式逆調(diào)壓：對(duì)于供電線路較長(zhǎng)，負(fù)荷波動(dòng)較大的網(wǎng)絡(luò)，考慮在最大負(fù)荷時(shí)線路上的電壓損耗增加，這時(shí)適當(dāng)提高中樞點(diǎn)電壓以補(bǔ)償增大的電壓損耗，比線路UN高5％〔即1.05UN〕；最小負(fù)荷時(shí)線路上電壓損耗減小，降低中樞點(diǎn)電壓為UN。順調(diào)壓：負(fù)荷變動(dòng)小，供電線路不長(zhǎng)，在允許電壓偏移范圍內(nèi)某個(gè)值或較小的范圍內(nèi)，最大負(fù)荷時(shí)電壓可以低一些，但≥1.025UN，小負(fù)荷時(shí)電壓可以高一些，但≤1.075UN。78整理課件〔2〕中樞點(diǎn)電壓的調(diào)整方式常調(diào)壓〔恒