稳态分析09-2

第二节电力系统无功功率与电压的调整•主要内容：•电压调整的重要性。无功功率与电压的关系。•电力系统的无功平衡与运行电压水平无功电源，无功负荷及无功损耗•中枢点电压管理•各种调压措施电力系统的无功平衡•1无功电源•无功电源包括发电机、同步调相机、静电电容器及静止补偿器等•发电机•额定状态下：QGN=SGNsinφN=PGNtgφN•非额定功率因素有功与无功的关系：OA代表发电机额定电压AC代表在发电机电抗Xd上引起的电压降,正比于定子额定电流，所以亦正比于发电机的额定视在功率SGNAC在纵坐标和横坐标上的投影分别正比于发电机的额定有功功率PGN和额定无功功率QGNC点表示了发电机的额定运行点OC发电机电势，它正比于发电机的额定激磁电流•所受限制:转子电流不能超过额定值BC定子电流不能超过额定值ECD汽轮机出力的限制HC故实际运行于HCB•分析:当运行于HC，发电机发出的无功功率低于额定运行情况下的无功输出运行于BC段时，在降低功率因数、减少有功输出的情况下多发无功功率只有在额定电压、额定电流和额定功率因数（即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•发电机无功输出与电压的关系XUPXEUQ222•同步调相机相当于空载运行的同步电动机在过励磁运行时，同步调相机向系统输送无功功率欠励磁运行时，它从系统吸收无功功率无功功率与电压静特性与发电机相似•电容器无功功率与电压静特性关系•调相机与电容器的比较调相机：能平滑调节，具有正的调节效应，维护复杂，响应慢，损耗大电容器:成组地投入切除,具有负的调节效应，维护简单，响应快，损耗小•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，经济，维护方便CCXUQ/22无功负荷和无功损耗•无功负荷电力系统的无功负荷与电压的静态特性主要由异步电动机决定异步电动机的无功消耗：Qm——异步电动机的激磁功率，它与施加于异步电动机的电压平方成正比Qσ——异步电动机漏抗Xσ中的无功损耗，它与负荷电流平方成正比。在额定电压附近，电动机取用的无功功率随电压的升降而增减。当电压明显地低于额定值时，电动机取用的无功功率主要由漏抗中的无功损耗决定，此时，随电压下降，曲线反而具有上升•无功损耗•1变压器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△Q0——变压器空载无功损耗，它与所施的电压平方成正比；△QT——变压器绕组漏抗中的无功损耗，与通过变压器的电流平方成正比XIXUQQQmmM22NkNTTTTSSUSIXIBUQQQ100(%)100(%)20220•输电线路无功损耗:当线路传输功率较大，电抗中消耗的无功功率大于电容中发出的无功功率时，线路等值为消耗无功；当传输功率较小、线路运行电压水平较高，电容中产生的无功功率大于电抗中消耗的无功功率时，线路等值为无功电源BVVVQPQQQBXL22221212121无功功率的平衡与运行电压水平•无功平衡在电力系统运行的任何时刻，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QGC（t）=QLD（t）+（t）•无功功率与运行电压水平为保证系统电压质量，在进行规划设计和运行时，需制订无功功率的供需平衡关系，并保证系统有一定的备用容量无功备用容量一般为无功负荷的7%~8%•无功功率的就地平衡在无功电源不足时，应增设无功补偿装置。无功补偿装置应尽可能装在负荷中心，以做到无功功率的就地平衡，减少无功功率在网络中传输而引起的网络功率损耗和电压损耗Q中枢点的电压管理•中枢点指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及电压损耗的实际情况，确定中枢点的电压允许调整范围：负荷点电压UA和UB的允许变化范围均为（0.95~1.05）UN满足负荷节点A的调压要求，中枢点电压应控制的变化范围是：0－8时，U（A）=UA+△UA=（0.95~1.05）UN+0.04UN=(0.99~1.09)UN；在8~24时，U（A）=UA+△UA=（0.95~1.05）UN+0.1UN=(1.05~1.15)UN满足负荷节点B的调压要求在0~16时，U（B）=UB+△UB=(0.96~1.06)UN；在16~24时，U（B）=UB+△UB=(0.98~1.08)UN•三种调压方式逆调压：大负荷时，电压损耗大，将中枢点的电压适当升高些（比线路额定电压高5%），小负荷时将中枢点电压适当降低（取线路的额定电压）适合于供电线路较长，负荷变动较大的中枢点顺调压：在大负荷时允许中枢点电压不低于线路额定电压的102.5%，小负荷时不高于线路额定电压107.5%适于供电线路不长，负荷变动不大的中枢点常调压：即在任何负荷下都保持中枢点电压为线路额定电压的102%~105%3电力系统的调压措施•调压的原理与途径发电机通过升压变压器、线路和降压变压器向用户供电,要求调整负荷节点b的电压Ub略去线路的电容充电功率和变压器的激磁功率，变压器的参数均已归算到高压侧b点的电压:可采取的措施:改变发电机端电压UG改变变压器比K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2121//)(KUQXPRKUKUKUUGGb调压途径1：发电机调压•发电机的端电压可以通过改变发电机励磁电流的办法进行调整，这是一种经济、简单的调压方式。在负荷增大时，电力网的电压损耗增加，用户端电压降低，这时增加发电机励磁电流，提高发电机的端电压；在负荷减小时，电力网的电压损耗减少，用户端电压升高，这时减少发电机励磁电流，降低发电机的端电压。即对发电机实行“逆调压”以满足用户的电压要求。按规定，发电机运行电压的变化范围在发电机额定电压的+5%以内。在直接以发电机电压向用户供电的系统中，如供电线路不长，电压损耗不大，用发电机进行调压一般就可满足调压要求。调压途径2：改变变压器变比调压•计算电压损耗归算到高压侧的变压器电压损耗为若低压侧要求的电压为U2,式中，KT=U1t/U2N——变压器的变比•确定分接头电压按两种极端情况（变压器通过最大负荷和最小负荷的情况）下的调压要求计算变压器通过最大负荷时对分接头电压的要求为U1tmax=(U1max-△Umax)U2N/U2max变压器通过最小负荷时对分接头电压的要求为U1tmin=(U1min-△Umin)U2N/U2min考虑到在最大和最小负荷时变压器要用同一分接头，故取U1max和U1tmin的算术平均值再根据U1tav值选择一个与它最接近的变压器标准分接头电压校验所选的分接头在最大负荷和最小负荷时变压器低压母线上的实际电压是否符合调压要求1UQXPRUTTTTTKUUU12NTtUUUUU2211)(21min1max11tttavUUU•例9-1其降压变电所有一台变比KT=（110+2×2.5%）/11的变压器，归算到高压侧的变压器阻抗为ZT=（2.44+j40）Ω，最大负荷时进入变压器的功率为Smax=（28+j14）MVA，最小负荷时为Smin=（10+j6）MVA。最大负荷时，高压侧母线电压为113kV，最小负荷时为115kV，低压侧母线电压允许变化范围为10~11kV，试选择变压器分接头。解：最大负荷及最小负荷时变压器的电压损耗为按最大和最小负荷情况选变压器的分接头电压取平均值选择最接近的分接头电压115.5kV，即110+5%的分接头。按所选分接头校验低压线的实际电压均未超出允许电压范围10~11kV，可见所选分接头能满足调压要求•升压变压器的分接头选择上述降压变压器的选择方法基本相同。但在通常的运行方式下，升压变压器的功率方向与降压变压器相反，是从低压侧流各高压侧的。故电压损耗项△UT前的符号应相反kVkVUXQRPUkVkVUXQRPUTTTT3.211540644.21056.5113401444.228min1minminminmax1maxmaxmaxkVkVUUUUUkVkVUUUUUNtNt7.11211113.21152.11811106.51132min2minmin1min12max2maxmax1max1kVkVUUUtttav45.115)7.1122.118(21)(21min1max11kVkVkVUkVkVkVU1173.10115.1153.21151023.10115.1156.5113min2max2调压途径3:利用无功功率补偿调压•基本原理通过在负荷侧安装同步调相机、并联电容器或静止补偿器，以减少通过网络传输的无功功率，降低网络的电压损耗而达到调压的目的在未装补偿装置时，电力网首端电压在负荷侧装设容量为QC的无功补偿装置后，电力网的首端电压若首端电压U1保持不变，则有补偿容量为简化如变压器变比为KT，则式中，U2C——变压器低压侧实际要求的电压值221UQXPRUUCCCUXQQPRUU221)(CCCUXQQPRUUQXPRU2222)(])[(22222UQXPRUQXPRUUXUQCCCC)(222UUXUQCCC)(2222TCCTCKUUXUKQ•静止电容器容量的选择考虑在最小负荷时将电容器全部切除，在最大负荷时全部投入的运行方式，无功补偿容量还与变压器变比的选择有关按在最小负荷时不补偿（即电容器不投入）来确定变压器分接头，U2min最小负荷时变压器低压母线归算到高压侧的电压和低压母线要求的电压值。按最大负荷时的调压要求计算无功补偿容量式中，和U2Cmax——最大负荷时变压器低压母线归算到高压侧的电压值和低压母线要求的电压值。•同步调相机容量的选择考虑在最大负荷时同步调相机满发无功在最小负荷时同步调相机吸收无功功率，考虑到同步调相机通常设计在只能吸收（0.5~0.6）QCN的无功功率两式相除可解出变比KT，选择与KT值最接近的变压器高压绕组分接头电压，即确定了变压器实际变比再将实际变比代入以上两式中任一式即可求出为满足调压要求所需的调相机容量QCN。NtUUUU2min2min212max2max2max2)(TTCCCKKUUXUQmin2Umax2U2max2max2max2)(TTCCCNKKUUXUQ2min2min2min2)()6.0~5.0(TTCCCNKKUUXUQ例9-2电力网如图9-16所示，归算到高压侧的线路和变压器阻抗为Z=（6+j120）Ω。供电点提供的最大负荷Smax=(20+j15)MVA，最小负荷Smax=(10+j8)MVA，降压变低压侧母线电压要求保持为10.5kV。若U1保持为110kV不变，试配合变压器分接头选择，确定用电容器无功补偿容量。解计算未补偿时，最大及最小负荷时变电所低压母线归算到高压侧的电压最小负荷时，将电容器全部切除，选择分接头电压选最接近的分接头104.5kV，即110—5%的分接头，则按最大负荷时的调压要求，确定电容器的容量取补偿容量为6Mvar，验算低压母线实际电压值可见选取此补偿容量能基本满足调压要求kVkVUUUkVkVUUU7.100)1101208610110(5.92)11012015620110(min1min2max1max2kVkVUUUUNt5.105115.107.1002min2min215.9115.104TKvar03.6var5.9)5.95.925.10(12010.5)(22max2max2max2MMKKUUXUQTTCkVkVKUUUTCC43.105.9110120)615(620110max1max2kVkVKUUUT6.105.91101208610110min1min2