电力系统的电压调整

西安交通大学高电压技术教研室刘轩东第二章第八节电力系统的电压调整刘轩东西安交通大学高电压技术教研室西安交通大学高电压技术教研室刘轩东电压调整的基本概念为什么要进行电压调整：电压是衡量电能质量的主要指标之一，电压偏移超过允许值，会给电力系统的经济和安全等方面带来非常不利的影响。电压偏移的定义：上式中，U为系统母线电压；单位为kVUN为母线的额定电压，kV保证电压偏移在允许的范围内，是电力系统运行的主要要求之一。还有什么指标？电力系统的要求：安全、可靠、优质、经济西安交通大学高电压技术教研室刘轩东我国规定的电压偏移的范围：35kV及以上供电电压：±5%10kV及以下三相供电电压：±7%220kV单相供电电压：+5%~-10%农村电网：正常运行情况：+7.5%~-10事故运行情况：+10%~-15%西安交通大学高电压技术教研室刘轩东电压监视中枢点（电压中枢点）主要包括：区域性发电厂的高压母线枢纽变电站的二次母线有大量地方性负荷的发电厂母线若这些主要节点电压满足要求，则这些节点附近的其他节点电压也能满足要求电压调整的主要方式：1、顺调压2、逆调压3、恒调压西安交通大学高电压技术教研室刘轩东1、顺调压最大负荷运行方式时，中枢点的电压不应低于线路额定电压的102.5%；最小负荷运行方式时，中枢点的电压不应高于线路额定电压的107.5%；适用于供电线路不长，负荷变动不大的中枢点西安交通大学高电压技术教研室刘轩东2、逆调压最大负荷运行方式时，中枢点的电压要比线路额定电压高5%；最小负荷运行方式时，中枢点的电压要等于线路的额定电压；适用于供电线路较长，负荷变动较大的中枢点3、恒调压最大和最小负荷方式时保持中枢点电压为线路额定电压的1.02~1.05倍；也称为常调压。西安交通大学高电压技术教研室刘轩东电压调整的基本原理k1：升压变压器变比k2：降压变压器变比R∑+X∑：归算到高压侧的变压器和线路的总阻抗忽略掉变压器励磁支路和线路的并联支路以及网络的功率损耗，则负荷点的电压可表示为：电压调整措施：1、改变发电机端电压调压2、改变变压器的变比调压3、改变网络的无功分布调压4、改变网络参数调压西安交通大学高电压技术教研室刘轩东2.8.2利用发电机调压2.7节中讲过发电机可作为无功功率电源改变发电机端电压的电压调节方法不用另外增加设备，在各种调压方式中应该优先考虑。其主要特点为：通过改变发电的励磁电流来实现逆调压是一种经济、直接的调压手段实质上是调节发电机无功出力。由发电机直接供电的小系统调压方法：最大负荷时，系统电压损耗最大，发电机保持较高的端电压，以提高网络电压最小负荷时，发电机应维持低一些的电压，以满足电力网络电压的要求存在问题：难以兼顾机端负荷和远方负荷的要求；多级电压系统中，只能作为辅助调压措施。因此，不能完全依靠发电机进行电压调节。西安交通大学高电压技术教研室刘轩东2.8.3改变变压器变比调压降压变压器及其等值电路不考虑变压器功率损耗时：U2N为降压变压器低压侧额定电压，U1t为降压变压器高压侧某分接头电压，将变比用分接头电压表示，可求得变压器高压侧分接头电压：此时求得的变压器分接头，只是某一种运行方式下的分接头，不能满足各种不同运行方式的要求，在实际计算中，分别取最大负荷和最小负荷两种情况，计算出高压侧最高电压和最低电压，然后取平均值。先决条件：电网无功电源容量充足西安交通大学高电压技术教研室刘轩东U2max、U2min分别为最大、最小负荷时变压器低压侧要求的电压。存在问题：根据此种方法确定的U1t如果不是变压器所具有的分接头电压，则根据U1t选择一个最接近的实际分接头电压，然后校验所选的分接头是否能够满足低压侧母线电压的要求；若U2max和U2min均在要求范围内，则认为该分接头满足调压要求；若U2max和U2min相差较大，可能无论选择哪个分接头都无法满足调压要求！第二种情况发生时，必须要与其他调压方式进行配合才能达到调压目的。西安交通大学高电压技术教研室刘轩东现在回顾刚才的推导过程，掌握分接头的选择步骤：1、最大负荷时，分接头电压的计算；2、最小负荷时，分接头电压的计算；3、分接头电压平均值的计算；4、标准分接头电压的选择；5、最大、最小负荷时，变压器低压侧实际运行电压的校验。变压器变比调压的先决条件？电网中无功电源容量充足若该条件不满足，只靠改变变压器的分接头，是无法达到调压目的的。此时必须合理的加装无功补偿装置。Why？该方法的实质是改变无功的分布，若无功容量不足，何来改变分布？西安交通大学高电压技术教研室刘轩东2.8.4并联无功补偿装置调压基本思路：在电力系统适当地点加装无功补偿装置，减少线路和变压器中输送的无功功率，从而改变线路和变压器的电压损耗，达到调压的目的。当线路末端未装无功补偿装置，且不计电压降落的横分量时，等值电源母线电压为：其中，R∑和X∑为归算到高压侧的总电阻和电抗，U2’为未装无功补偿设备时，变压器二次侧电压归算到高压侧的值。西安交通大学高电压技术教研室刘轩东而当变压器低压母线上加装无功补偿设备之后，等值电路为：此时，等值电源母线电压为：所需补偿的无功功率为：由于补偿前后，变压器低压侧的电压变化不大，因此第二项可以忽略补偿容量：调压的要求变压器变比西安交通大学高电压技术教研室刘轩东并联无功补偿措施的选取⊙并联电容器（并补）最小负荷时，全部切除，按照最小负荷选择变压器变比；最大负荷时，全部投入，按照最大负荷选安装容量；基本思路：1、按照最小负荷时，低压侧要求的电压U2min，确定分接头电压（k）；2、按照最大负荷时，低压侧要求的电压U2max，以及已经确定的k值，确定补偿容量Qc西安交通大学高电压技术教研室刘轩东并联无功补偿措施的选取⊙同步调相机（并补）最小负荷时，欠激运行，作为无功负荷，吸收感性无功；最大负荷时，过激运行，作为无功电源，输出感性无功。基本思路：1、最大负荷时调相机应选取的额定容量：2、最小负荷时调相机吸收的感性无功：3、两式相除，得到变压器的变比：在高压网中，电阻远小于电抗，无功功率所引起的电压损耗占很大比例，因此，在高压网中并联无功补偿设备有明显的调压效果，但在低压网中，电阻较大，改变无功功率分布进行调压的效果不大。西安交通大学高电压技术教研室刘轩东2.8.5线路串联电容补偿装置调压适用情况和基本思路：当线路比较长，负荷变动较大，或者向冲击负荷供电时，在线路串联电容器，利用容性电抗来抵消线路的一部分感性电抗，使得线路等值参数X变小，从而可以改变电压损耗，达到调节电压的目的。未串联电容，电压损耗：串联电容后，电压损耗：补偿后电压提升：电容补偿装置的容抗西安交通大学高电压技术教研室刘轩东由于串联电容器的额定电压最高约为1~2kV（电压低），额定容量约为20~40Mvar（容量小），所以实际运行中采用的串联电容补偿装置都是由许多个电容串、并联组成的串联电容器组。串联电容器组的并联支路数m，可根据线路通过的最大负荷电流Imax来确定，假设每台电容器的额定电流为ICN：每一并联支路串联电容器数n，可根据最大电流通过Xc时的电压降ImaxXc来确定，设每台电容器的额定电压为UCN：每一并联支路串联电容器数n，可根据最大电流通过Xc时的电压降ImaxXc来确定，设每台电容器的额定电压为UCN：基本原则：三相需要串联电容器组总容量为：3mnQcn西安交通大学高电压技术教研室刘轩东串补的功能串补能够自动跟踪负荷，进行电压调节，瞬时性能好；串补多用于负荷经常波动，功率因素不高的35kV及以下电压的配电网中；超高压电网中串联电容补偿主要用于提高超高压电力网的输送容量和稳定性。西安交通大学高电压技术教研室刘轩东串补和并补的比较并补串补减少Q流动，直接减少有功功率损耗通过提高U而减小有功功率损耗，等容量下不如并补作用强通过减少无功流动而减小电压损耗，不如串补明显（无功变化）由Xc上负电压损耗抵偿XL上的电压损耗，适用于电压波动频繁、功率因素低的场合ΔP=（P2+Q2）R/U2ΔU=QX/U西安交通大学高电压技术教研室刘轩东调压方式的选择无功电源缺乏时：电容器、静止补偿器、调相机无功电源充足：调节变压器抽头（变比）发电机调压：幅度有限，对于机压负荷最有效实际电力系统的电压调整时一个复杂的综合性问题各种调压措施要互相配合，使全网的无功功率分布合理。西安交通大学高电压技术教研室刘轩东第二章第九节电力系统的有功功率和频率调整刘轩东西安交通大学高电压技术教研室西安交通大学高电压技术教研室刘轩东频率是衡量电能质量的一个重要指标回忆一下其他的指标是什么？频率变化带来的危害：1、异步电动机：频率改变，转速改变2、电子设备：对频率非常敏感3、威胁电力系统自身的正常安全运行因此，要求电力系统提供频率合格的优质电能产品。火电厂主要设备：水泵、风机、磨煤机都是异步机，f，输出，有功发电，f进一步汽轮机叶片：f，共振，缩短寿命，严重时断裂电机和变压器励磁：f，消耗无功，当无功不足时，电压西安交通大学高电压技术教研室刘轩东对于电力系统而言，保证系统频率合乎标准是电力系统运行调整的一项基本任务目前频率标准是什么样的？我国规定的额定频率为50Hz大容量系统允许的频率偏差为：±0.2Hz中小容量系统允许的频率偏差为：±0.5Hz发达国家（澳大利亚）要求：50±0.1Hz随着频率自动控制技术的进步，我国部分地区，如华东电网已经达到了50±0.1Hz的技术水平西安交通大学高电压技术教研室刘轩东–电网f：发电机转速的体现–当发电机与平衡时，和f不变–负荷随机变化随机变化，无法突变f随机变化–结论：频率偏移不可避免，但应及时调整，使功率平衡MPEPDPEPMP有功功率平衡和频率的关系发电厂到电网的结构f：电网频率；PM发电机输入机械功率，受惯性影响，变化缓慢；PE发电机输出电磁功率，受负荷结构、运行方式影响，瞬时变化。西安交通大学高电压技术教研室刘轩东实际日负荷的组成P1：变化幅度小，变化周期较短（一般为10s以内）的负荷分量，中小设备的投入和切除引起，随机性非常大；P2：变化幅度较大、变化周期较长（一般为10s～3min）的负荷分量，如工业电炉、电力机车，压延机械等冲击性负荷；P3：变化缓慢的持续变动负荷，是日负荷曲线的基本部分，由国民经济、生产、生活和气象变化等因素决定的。PP1P2P3PtP1、P2是难以预测的，通过原动机的调速器、调频器调节发电机的输入功率来随时平衡负荷的变化；P3通过历年运行统计资料和负荷可能变化的趋势进行预测。西安交通大学高电压技术教研室刘轩东有功功率平衡－系统总备用容量总和－电厂自用电消耗有功－电网损耗有功总和－负荷消耗有功总和－发电厂有功总和BCLFBCLFPPPPPPPPPP备用容量：作用：为了保证供电可靠性及电能质量合格，系统电源容量应大于发电负荷定义：备用容量=系统可用电源容量-发电负荷有功功率电源发出的功率在任何时间都应与系统的负荷和总网损平衡而对于装机容量来说，还必须考虑一定数量的备用容量。西安交通大学高电压技术教研室刘轩东(1)负荷备用：满足负荷波动、计划外的负荷增量(2)事故备用：发电机因事故退出运行能顶上的容量(3)检修备用：发电机计划检修(4)国民经济备用：满足工农业超计划增长备用容量的分类存在形式作用热备用冷备用运转中的发电设备可能产生的最大功率与实际发电量之差，隐含在系统运行中的机组中，即需即用从供电可靠性和电能质量来看，越多越好，但热备用过大，大量发电机低于额定功率运行，效率低下设备完好而有待投入运行的放电设备的最大可能出力，能听命于调度随时启动，可作为检修备用、国民经济备用和部分事故备用西安交通大学高电压技术教研室刘轩东负荷的功频静特性在额定功率附近，负荷的功频静特性可以近似用一条直线表示。其斜率为：kL为负荷的功频静特性系数，它表示负荷吸收的有功功率随频率变化的大小频率下降时，负荷吸收的有功功率自动减小；频率上升时，负荷吸收的有功功率自