(第10讲)第四章电力系统稳态运行与控制

1第四章电力系统稳态运行与控制（PowerSystemSteadyStateOperationandControl）（回顾,认识改造）第一讲无功功率及电压控制ReactivePowerandVoltageControl2问题1、电压偏移有何影响？允许电压偏移量？2、电压水平取决于什么？（与无功强相关）3、无功电源主要有哪些？4、大电网的电压控制有何特点？5、主要的控制措施有哪些？3§1电力系统的电压偏移一、电压偏移对电能用户的影响？„什么是电压偏移？„电力设备在额定电压下设计：好技术经济性能„用户观点：要求提供V合格的优质电能商品影响举例：„异步电动机：V低，定子i↑，温↑，老化快或烧电机；V高，破坏绝缘。„电子设备：对V敏感，要求更高，现代投资环境4二、电力系统观点：电压偏移对自身的影响„V低：电能损耗大，且危及系统稳定性„V高：破坏绝缘，超高压线路电晕损耗5三、电压偏移可以避免吗？„负荷随机变化„电网结构经常变化„大电网节点众多„结论：电压偏移不可避免电压时空变化变化随机性大6四、电压偏移的允许范围？我国规定的允许偏移+7.5%~-10%农村照明再加5%，正偏移不能超过10%事故时+5%~-10%低压照明±7%10kV及以下±5%35kV及以上电压允许偏移电网额定电压7„如何将电压控制在允许范围内？„首先要研究的问题是：电力系统的电压水平取决于什么？8§2电压水平到底取决于什么？一、小案例：用无功平衡确定电压水平„PQ解耦特性：只研究Q与U的关系„负荷无功—电压的静态特性„曲线族UQ负荷1’1QjXΣEDYU9„PQ解耦：只研究Q与U的关系UQE2’2QQUIsin=ΦU(EcosU)XΣ=δ−jXΣEDYIUδФEjIXΣФIU系统无功电压静特性：近似二次曲线IXsinUXΣΣΦ=⋅EcosUUXΣδ−=10jXΣ„无功平衡：几何图解„负荷增加：电压下降，过低„电压控制：E↑„结论1：电压水平由无功平衡水平决定„结论2：实现无功功率在额定电压下的平衡是保证电压质量的基本条件。要求：无功电源充足UQ2’21’1AU′AU′′AU=QQEDYU负荷11二、电力系统中的无功平衡„全系统的无功平衡：‹运行中：‹规划设计：„问题是：单凭发电机行吗GDLQQQ=+∑∑∑NGRQQQ=+∑∑∑12电力系统中的无功平衡„实际负荷的功率因数低(0.7左右),而发电机的高(0.8~0.9)（有什么问题？）„网损：无功损耗有功损耗‹线路无功损耗：约QD的25%‹多级变压器无功损耗：约QD的50~75%„系统中总无功损耗≈无功负荷QD„结论：需要的无功电源=2*无功负荷22SSs2SPQQXU+Δ=13电力系统中的无功平衡„无功不能远距离输送：‹有功损耗‹电压损耗„无功平衡要求：1、全系统平衡(运行、规划设计)2、局部地区基本平衡(避免无功远距离输送)„结论：除发电机外,需就地设置其它无功电源以满足电压要求，称：无功补偿（重要！）SSSQXUUΔ≈22SSS2SPQPRU+Δ=14§3电力系统的无功电源一、发电机„发电机：唯一的有功电源、基本的无功电源„发无功的能力：与同时发出的有功有关，由发电机的PQ极限曲线决定！„有功备用足够时,可让负荷中心的发电机少发有功、多发无功,有利于无功的局部平衡，提高系统电压水平。发电机PQ极限曲线15二、同步调相机„同步调相机：特殊同步电机，不发PG的同步发电机，或不带PD的同步电动机„过激运行时发出QG（无功电源）（0ϕ1800）„欠激运行时吸收QG（无功负荷）（-1800ϕ0）GQ=UIsinϕjXdEIUUϕIU16分析同步电机的6种运行状态？（电机学）有功：发电/调相/电动，无功：电源/负荷δIEdjIXUIEdjIXU（1）有功无功定义；（2）潮流流向特性验证δIEdjIXUδϕIEdjIXUIEdjIXUδIEdjIXUjXdEIU17同步调相机‹优点：)调节平滑)电源或负荷：升压/降压均可)强励：故障时也能调，有利于稳定性‹缺点：)旋转机械设备：投资大，维护量大，损耗大(额定容量的1.5~5%)‹一般安装在枢纽变，平滑调压，提高稳定性18三、静电电容器„重要的无功补偿设备„应用得非常普遍QCC组BUS负荷QD电网Q19静电电容器„优点：‹可分散、集中补偿，可分相补偿，可根据负荷情况分组投切；‹投资少、有功损耗少(额定容量的0.3~0.5%)，‹无旋转部件，维护量小„缺点：，电压下降时急剧下降,不利于电压稳定22CCQU/XUC==ω20四、静止无功补偿器（SVC:StaticVARCompensator）„一类先进无功补偿装置：近年来发展很快，国外已大量使用，国内也开始使用„很多种类，原理图：„负荷变化时，快速控制，使母线电压维持不变。QQDQLQCBUS电网21静止无功补偿器„从无功补偿角度来看：„负荷变化时：„若电压维持不变：„可控硅控制电抗器型SVC：通过控制可控硅导通角，改变SVC吸收的无功功率（电力电子技术）DLCQQQQ=+−DLCQQQQ=+−△△△△0CQ=△LDQQ=−△△500KV变电站SVC阿根廷塞坝SVC22静止无功补偿器„优点:‹调节能力强，特性平滑‹反应速度快‹可分相补偿‹损耗小，维护简单„缺点:‹最大补偿量正比于电压平方,电压低时补偿量小‹谐波污染23五、高压输电线的充电电容2PLQUB=19双分裂单导线240105143.4充电无功(Mvar/100km)750四分裂500三分裂220110单导线电压kV高压线固有,当无功过剩，电压偏高，要采取措施(如：并联电抗器)特高压线路并联电抗器24§4现代大电网的电压如何控制？„负荷节点：数量多且分散，不可能对所有节点的电压进行监控。„我们该怎么办„降维！25一、中枢点的选择„中枢点:电压水平具有代表性的关键母线„认为：只要控制好中枢点电压，其它母线的电压就能满足要求。„问题是：中枢点是否真正具有代表性？有大量地方负荷的机端母线大型变电所：二次母线大型发电厂：高压母线26ΔUAΔUBUBUA中枢点O负荷点A负荷点B分析中枢点和所代表的负荷电压间的关系(自学)结论：由中枢点供电到不同负荷点的电压损耗不能太大27二、中枢点电压控制方式（原则）„(1)逆调压（难）:‹最大负荷，高电压(电网额定电压+5%)‹最小负荷,低电压(电网额定电压)‹适用：中枢点到各负荷点远、负荷变化较大。„(2)顺调压（易）：‹最大负荷时，低电压(不低于电网额定电压+2.5%)‹最小负荷时，高电压(不高于电网额定电压+7.5%)‹适用:中枢点到各负荷点近,负荷变动小。28中枢点电压控制方式（原则）„(3)恒调压（中）：‹保持在比电网额定电压+2~5%‹适用:介于上述两者之间。29江苏省电网自动电压控制系统(AVC)30中枢母线梨园变220kV_BUSI23223323423523623712:1216:0620:0023:543:487:4211:36未投入AVC投入AVC3122622823023223412:00:0016:00:0020:00:000:00:004:00:008:00:00投入AVC未投入AVC非中枢母线宿迁变220kV_BUSI32三、电压控制原理UGT11:K1K2:1T2LUDPD+jQDR+jXDG121U(UKU)K=−△可能有几种控制措施？DG1N2QX1(UK)UK≈−33电压控制原理„(1)调整UG„(2)调整变比K1、K2„(3)改变无功功率分布QD„(4)改变网络串联电抗XDDG1G12N2QX11U(UKU)(UK)KUK=−=−△怎么做34四、电压控制主要措施（简介）1、利用发电机控制电压„调节励磁电压：‹易于逆调压,实质上是调节发电机无功出力„两个问题：‹难以兼顾机端负荷和远方负荷的要求；‹多机系统中,实际上是改变发电机间无功分配,与无功备用、无功的经济分配有矛盾。„因此,不能完全靠发电机调压352、改变变压器分接头控制电压„改变变压器分接头，改变变比„分接头通常设在高压（或高/中压）绕组侧„如：110±2×2.5%/10.5kV,主接头？分接头几个？变比分别是多少？36有载调压变压器„普通变压器：停电改变分头,选定分头要兼顾各种负荷水平，计算复杂，大纲要求，不要求。„目前普遍采用有载调压变压器：在不同负荷下，可不停电切换分头。有载调压变压器37加压调压变压器„由电源变和串联变接法不同，有：纵向调压、横向调压、混合型调压3种加压调压变压器电源变串联变加压调压变压器主变AA’AUAU′AdUAU′AUAdUAU′AUAdU383、利用无功补偿控制电压„有调压和经济多目标，分并补和串补„并联电容器（并补，补偿QD）：最小负荷时，一般全部切除；负荷增加时，投入全部或部分。„同步调相机（并补，补偿QD）：最大负荷时，作无功电源；最小负荷时，作无功负荷。U1U2PD+jQDZ=R+jXjQC39串联电容器(串补，补偿X)加拿大串联电容补偿瑞典可控串联电容补偿美国可控串联电容补偿由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、功率因数低的场合(极端情况)通过减少无功流动而减少电压损耗，不如串补明显(无功变化)通过提高U而减少有功损耗，等容量下不如并补作用强减少Q流动，直接减少有功损耗串补并补22SSS2SPQPRU+Δ=SSSQXUUΔ≈40潮流研究深化：电压控制改变机端电压、变比、补偿电容等，重新计算潮流，模拟电压控制,研究和分析电压变化规律。