电力系统的无功功率和电压调整培训课件.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电力系统分析,Power System Analysis,(,六、电力系统无功功率和电压调整,),主讲人：田行军,tianxingjun66,/10/2,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第1页,第六章 电力系统无功功率和电压调整,主要内容,1,、,无功负荷和无功电源及无功功率平衡,3,、电压调整,2,、,无功功率经济分布,:,无功电源最优分布和,无功负荷最优赔偿,频率调整和电压调整相同和不一样之处,调频,频率唯一,集中调整,只能调原动机功率,调压,电压水平各点不一样,调整分散,伎俩多样（有各种无功电源）,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第2页,6,.,1,电力,系统中无功功率平衡,所以，维持电压稳定，应该尽可能降低无功,传输，采取就地平衡。,分析无功功率和电压分布之间关系,无功损耗 有功损耗,;,电压降受无功功率影响较大,;,无功功率流动从,U,h,U,L,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第3页,6,.,1,电力,系统中无功功率平衡,电压是衡量,电能质量,主要指标。,电力系统,运行电压水平,取决于,无功功率平衡,。,系统中各种无功电源无功出力应能满足系统负荷和网络损耗,在额定电压下,对无功功率需求，不然电压就会偏离额定值。,1,无功功率负荷,一、无功功率负荷和无功功率损耗,白炽灯：纯有功,同时电动机：可发无功,异步电动机：吸收无功,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第4页,6,.,1,电力,系统中无功功率平衡,2,变压器无功损耗,假定一台变压器空载电流,I,0,%=2.5,，短路电压,U,k,%=10.5,，在额定满载下运行时，无功功率消耗将达额定容量,13%,。假如从电源到用户需要经过好几级变压，则变压器中无功功率损耗数值是相当可观。,绕组漏抗中损耗,励磁支路损耗,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第5页,6,.,1,电力,系统中无功功率平衡,3,输电线路无功损耗,图,6-3,输电线路,型等值电路,线路无功总损耗为,普通情况下，,35kV,及以下系统消耗无功功率；,110kV,及以上系统，轻载或空载时，成为无功电源，传输功率较大时，消耗无功功率。,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第6页,6,.,1,电力,系统中无功功率平衡,二、无功功率电源,电力系统无功功率电源有,发电机、同时调相机、静电电容器,及,静止赔偿器,，后三种装置又称为,无功赔偿装置,。,1,、发电机,发电机在,额定状态下,运行时，可发出无功功率：,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第7页,6,.,1,电力,系统中无功功率平衡,2.,同时调相机,同时调相机,相当于空载运行同时电动机,。,在,过励磁,运行时，它向系统供给感性无功功率而起无功电,源作用，能提升系统电压；,在,欠励磁,运行时,(,欠励磁最大容量只有过励磁容量,(,50%65%,),，它从系统吸收感性无功功率而起无功负荷,作用，可降低系统电压。,它能依据装设地点电压数值平滑改变输出（或吸收）,无功功率，进行电压调整。因而,调整性能很好,。,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第8页,6,.,1,电力,系统中无功功率平衡,缺点：,同时调相机是旋转机械，运行维护比较复杂；,有功功率损耗,较大，在满负荷时约为额定容量,1.55%,，,容量越小，百分值越大；,小容量调相机每,kVA,容量,投资费用,也较大。故同时调,相机宜大容量集中使用，容量小于,5MVA,普通不装设。,同时调相机常安装在枢纽变电所。,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第9页,6,.,1,电力,系统中无功功率平衡,静电电容器可按,三角形,和,星形接法,连接在变电所母线上。它供给无功功率,Q,C,值与所在节点电压平方成正比，即,缺点：,电容器无功功率调整性能比较差。,优点：,静电电容器装设容量可大可小，既可集中使用，又能够分散安装。且电容器每单位容量投资费用较小，运行时功率损耗亦较小，维护也较方便。,Q,C,=,U,2,/,X,C,3.,静电电容器,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第10页,6,.,1,电力,系统中无功功率平衡,静止赔偿器由,静电电容器,与,电抗器,并联组成,电容器,可发出无功功率，,电抗器,可吸收无功功率，二者结合起来，再配以适当,调整装置,，就能够平滑地改变输出（或吸收）无功功率。,4.,静止赔偿器,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第11页,6,.,1,电力,系统中无功功率平衡,图,6-5,静止无功赔偿器原理图,(a),可控饱和电抗器型；,(b),自饱和电抗器型；,(c),可控硅控制电抗器型；,(d),可控硅控制电抗器和可控硅投切电容器组合型,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第12页,6,.,1,电力,系统中无功功率平衡,三、无功功率平衡,系统中功率平衡：,Q,GC,-Q,L,-Q,=0,电源：,Q,GC,=Q,G,+Q,C,=Q,G,+Q,C1,+Q,C2,+Q,C3,发电机,调相机,电容器,静止赔偿器,负荷：,未改进,cos,=0.60.9,规程要求不低于,0.9,可按此取,Q,L,损耗：,Q,=Q,T,+Q,X,+Q,b,变压器,线路电抗,线路电纳,无功备用,:,为最大无功负荷,7%8%,注意：,系统中无功率平衡前提是系统电压水平正常,无功不足时应就地赔偿,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第13页,6,.,1,电力,系统中无功功率平衡,电力系统无功功率平衡基本要求,：,系统中无功电源能够发出无功功率应该大于或最少等于负荷所需无功功率和网络中无功损耗。,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第14页,6,.,1,电力,系统中无功功率平衡,无功不足应采取办法,:,电力系统无功功率平衡应分别按,正,常运行时最大和最小负荷,进行计算。经过无功功率平衡计算,发觉,无功功率不足时,，能够采取办法有：,(1),要求各类用户将负荷自然功率因数提升到现行规程要求,数值。,(2),挖掘系统无功潜力。,比如将系统中暂时闲置发电机改,作调相机运行；动员用户同时电动机过励磁运行等。,(3),依据无功平衡需要，增添必要无功赔偿容量，并按无,功功率就地平衡标准进行赔偿容量分配。,小容量、分散,无功赔偿可采取静电容电器；大容量、配置在系统中枢点,无功赔偿则宜采取同时调相机或静止赔偿器。,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第15页,6,.,1,电力,系统中无功功率平衡,四、无功功率平衡和电压水平关系,问题：,在什么样电压水平下实现无功功率平衡？,应该力争实现在额定电压下系统无功功率平衡。,图,6-7,无功平衡与电压水平,异步电机无功,发电机无功,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第16页,6,.,2,电力,系统中无功功率最优分布,无功功率最优分布,无功电源最优分布,等网损微增率,无功负荷最优赔偿,无功经济当量,一、,无功功率电源最优分布,目标函数：,P,=P,(,Q,Gi,),目标：降低网络中有功损耗,等约束条件：,不等约束条件：,拉格朗日函数：,无功平衡,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第17页,6,.,2,电力,系统中无功功率最优分布,最优分布,求拉格朗日函数极值：,可改写为：,无功网损,微增率,有功网损,微增率,无功网损,修正系数,二、怎样进行,无功功率最优分布计算,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第18页,6,.,2,电力,系统中无功功率最优分布,普通标准是：,计算,时尚,分布,按有功最优分布结果给出各节点（除平衡节点外）,P,给出,P,、,Q,节点,Q,给出,P,、,U,节点,U,计算,网损,微增,率,由时尚计算得各无功电源点,值,0,时，降低该电源,Q,，可降低网损,进行调整,重设电源节点无功,Q,Gi,和,PU,节点电压，进行时尚计算，求总网损、网损微增率，判断平衡节点,P,，直到,P,最小,当,P,不再减小时，各节点网损微增率未必相等，因为受不等条件限制,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第19页,6,.,2,电力,系统中无功功率最优分布,例题：如图，有功功率两电厂均分，求最优无功分配,解：,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第20页,6,.,2,电力,系统中无功功率最优分布,按网损等微增率准则确定无功功率分配：,由功率平衡条件得：,不计无功网损修正时：,得：,Q,1,0.268,，,Q,2,0.670,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第21页,6,.,2,电力,系统中无功功率最优分布,三、无功功率负荷最优赔偿,负荷自然功率因数,电动机容量不能太大（主要办法）,限制电动机空载运行,同时电机代替异同时电机（收、发）,(,赔偿前,0.6-0.9),最优赔偿,补偿容量确定,赔偿设备分布,赔偿次序选择,规划阶段,年节约费用,:,为单位电能损耗价格,(,元,/,kw,h,),max,最大负荷损耗小时数,装设赔偿设备投资费用,:,为折旧维修率,投资回收率,K,c,为单位容量赔偿设备投资,(,元,/,kvar,),电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第22页,6,.,2,电力,系统中无功功率最优分布,结论,最有网损微增率（也称无功经济当量）,最优网损微增率准则：,只有在网损微增率含有负值且小于,r,eq,节点设置,先后次序：以网损微增率大小为序，首先从,最小开始,令：,为最小,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第23页,6,.,3,电力,系统电压调整,一、,系统电压偏移原因及影响（电压调整必要性）,无功充分,电压水平很好必要条件，不是充分条件,调压,合理分布无功，维持电压质量,1,、原因（随运行方式改变而改变）,因为,R,很小，,U,主要受,Q,影响,负荷大小改变,电力网阻抗参数改变（设备故障或检修退出）,电力系统接线改变,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第24页,6,.,3,电力,系统电压调整,2,、偏移影响（电压调整必要性）,电压过低,发电机：,U,，,功率角,，,定子电流,I,发电机过热,异步电机：,U,，,转差率,，,各绕组,I,，,温升,和,，,寿命,，,出力,P,，,起动过程长,烧电机,电炉：,P,U,2,电灯：亮度和发光效率大幅下降,电压过高,设备绝缘受损,变压器、电动机铁芯饱和，损耗,，,寿命,白炽灯寿命大为缩短,严重时，无功不足，电压瓦解,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第25页,6,.,3,电力,系统电压调整,3,、电力系统允许电压偏移,35kV,及以上电压供电负荷,5%,10kV,及以下电压供电负荷,7%,低压照明负荷,+5%,-,10%,农村电网,+5%,-,10%,事故状态下，允许在上述基础上再增加,5%,，但正偏移,不超出,+10%,不可能控制全部节点电压，选定一些有代表,性节点中枢点来进行管理。,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第26页,6,.,3,电力,系统电压调整,二、电压波动和中枢点电压管理,电压波动：,周期短，影响范围小。冲击或间歇性负荷引发。,（,1,）线路串联电容器；,（,2,）单独供电；,（,3,）串联电抗器加调相机；,（,4,）加装无功赔偿设备。,处理办法：,电压中枢点：,指那些能够反应和控制整个系统电压水平节,点（母线）。,电压管理：,周期长，影响范围大。生活生产规律，气象,条件等影响。,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第27页,6,.,3,电力,系统电压调整,1,电压中枢点选择,（,1,）大型发电厂高压母线；,（,2,）枢纽变电所二次母线；,（,3,）有大量地方性负荷发电厂母线。,普通可选择以下母线作为电压中枢点：,图 电力系统电压中枢点,例：,中枢点,中枢点,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第28页,6,.,3,电力,系统电压调整,2,中枢点电压和负荷电压关系,图 负荷电压与中枢点电压,中枢点,i,电压满足,:,U,i,min,U,i,U,i,max,U,i,min,U,i,max,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第29页,6,.,3,电力,系统电压调整,中枢点,i,最低电压,U,i,min,等于在地域负荷最大时某用户允许最低电压,U,min,加上到中枢点电压损耗,U,max,。,中枢点,i,最高电压,U,i,max,等于地域负荷最小时某用户允许最高电压,U,max,加上到中枢点电压损耗,U,min,。,有时中枢点电压不能满足要求，见书上,P239-240,例子,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第30页,6,.,3,电力,系统电压调整,适应：线路长，负荷改变大,方式：,难易程度：实现较难,3,、中枢点电压调整方式,逆调压,最大负荷时提升中枢点电压,1.05,U,N,最小负荷时降低中枢点电压,1.00,U,N,适应：线路不长，负荷改变不大,方式：,难易程度：最易实现,顺调压,最大负荷时允许中枢点电压低一些,1.025,U,N,最小负荷时允许中枢点电压高一些,1.075,U,N,适应：中型网络，负荷改变缴小,方式：保持在较线路额定高,2%5%,难易程度：较易实现,常调压,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第31页,6,.,3,电力,系统电压调整,三、电力系统电压调整,忽略线路对地电容、变压器励磁支路参数、横向压降,则,1,电压调整基本原理,电压调整原理图,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第32页,6,.,3,电力,系统电压调整,调压比调频复杂，频率系统为一，电压不为一,改变电压水平,调压办法,利用发电机调压,U,G,改变励磁电流,改变变压器分接头,k,1,，,k,2,改变电压损耗,改变功率分布（主要是,Q,）,使,U,降低,改变线路参数,R+jX,（主要是,X,）,降低,U,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第33页,6,.,3,电力,系统电压调整,2,、改变发电机端电压调压,图,6-19,多级变压供电系统电压损耗分布,依据运行情况调整励磁电流来改变机端电压。适合于,由,孤立发电厂,不经升压直接供电小型电力网。在,大型电,力系统,中发电机调压普通只作为一个辅助性调压办法。,15%35%,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第34页,6,.,3,电力,系统电压调整,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第35页,6,.,3,电力,系统电压调整,改变变压器变比调压实际上就是依据调压要求适当选择分接头。,3,、变压器分接头选择,（,1,）降压变压器分接头选择,降压变压器,k,=,U,1t,/,U,2N,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第36页,6,.,3,电力,系统电压调整,依据,U,1t.av,值可选择一个与它最靠近,分接头,。然后依据所选取分接头,校验,最大负荷和最小负荷时低压母线上实际电压是否满足要求。,最大运方,平均,最小运方,k,=,U,1t,/,U,2N,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第37页,6,.,3,电力,系统电压调整,升压变压器,（,2,）升压变压器分接头选择,选择升压变压器分接头方法与选择降压变压器基本相同。,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第38页,6,.,3,电力,系统电压调整,有载调压变压器能够在带负荷条件下切换分接头而且调整范围也比较大，普通在,15%,以上。,当前我国暂定，,110kV,级调压变压器有,7,个分接头，即,U,N,32.5%,；,220kV,级有,9,个分接头即,U,N,42.0%,。,采取有载调压变压器时，能够依据最大负荷算得,U,1tmax,值和最小负荷算得,U,1tmin,分别选择各自适当分接头。这么就能缩小次级电压改变幅度，甚至改变电压改变趋势。,（,3,）,有载调压变压器,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第39页,6,.,3,电力,系统电压调整,（,4,）三绕组变压器分接头选择,三绕组变压器高压侧和中压侧都有分接头，低压侧没有,三绕组变压器可看作两个双绕组变压器：,高、低压侧,:,确定高压绕组分接头（依据低压侧要求）,高、中压侧,:,确定中压绕组分接头（依据中压侧要求）。,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第40页,6,.,3,电力,系统电压调整,注意,：只有当系统无功功率电源容量充分时，用改变变压器变比调压才能奏效。,简单电力系统图,所以，当系统无功功率不足时，首先应装设无功功率赔偿设备。,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第41页,6,.,4,无功功率,赔偿电压,供电点电压,U,1,和负荷功率,P,+j,Q,已给定，线路电容和变压器励磁功率略去不计，且不计电压降落横分量。,简单电力网无功功率赔偿,一、利用并联赔偿调压,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第42页,6,.,4,无功功率,赔偿电压,赔偿前,赔偿后,假如赔偿前后,U,1,保持不变，则有,归算到高压侧变电所低压侧电压,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第43页,6,.,4,无功功率,赔偿电压,由上式可解得,忽略第二项,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第44页,6,.,4,无功功率,赔偿电压,由此可见:赔偿容量与调压要求和降压变压器变比选择都有关。,变比k选择标准：,在满足调压要求下，使无功赔偿容量为最小。无功赔偿设备性能不一样，选择变比条件也不相同。,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第45页,6,.,4,无功功率,赔偿电压,1.,赔偿设备为静电电容器,为了充分利用赔偿容量，在最大负荷时电容器应全部投入，在最小负荷时全部退出。,首先,，依据调压要求，按最小负荷时没有赔偿情况,确定变压器分接头,。,于是,(,据此选择分接头,U,1t,),（确定变比）,分别为最小负荷下低压母线归算到高压侧电压和低压母线实际电压,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第46页,6,.,4,无功功率,赔偿电压,其次,，按最大负荷时调压要求,计算赔偿容量,然后,，依据算得赔偿容量，从产品目录中,选择适当设备。,最终,，依据确定变比和选定静电电容器容量，,校验,实际电压改变。,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第47页,6,.,4,无功功率,赔偿电压,首先确定变比,k,2.,赔偿设备为同时调相机,最大负荷时，同时调相机容量为：,最小负荷时调相机容量应为：,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第48页,6,.,4,无功功率,赔偿电压,两式相除，得：,由此可解出：,确定实际变比,据此确定分接头电压,V,1t,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第49页,6,.,4,无功功率,赔偿电压,在高压电力网中，电抗远大于电阻，中无功功率引发,QX,/,V,分量就占很大比重。在这种情况下，降低输送无功功率能够产生比较显著调压效果。反之，对截面不大架空线路和全部电缆线路，用这种方法调压就不适当。,尤其注意,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第50页,6,.,4,无功功率,赔偿电压,二、线路串联电容赔偿改进电压质量,未加串联电容前,串联了容抗,X,C,后,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第51页,6,.,4,无功功率,赔偿电压,所以，依据线路末端电压需要提升数值,(,U,-,U,c,),，就可求得需要赔偿电容器容抗值,X,c,。,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第52页,6,.,4,无功功率,赔偿电压,假如,每台,电容器,额定电流,为,I,Nc,，,额定电压,为,U,Nc,，,额定容量,为,Q,Nc,=,U,Nc,I,Nc,，则可依据经过最大负荷电流,I,cmax,和所需容抗值,X,C,分别计算电容器串、并联台数,n,，,m,以及三相电容器总容量,Q,c,。,串联电容器组,确定线路上串联接入电容器个数：,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第53页,6,.,4,无功功率,赔偿电压,三相总共需要电容器台数为,3,mn,。安装时，全部电容器串、并联后装在绝缘平台上。,nU,Nc,I,cmax,X,c,mI,Nc,I,cmax,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第54页,6,.,4,无功功率,赔偿电压,串联电容赔偿前后沿线电压分布,（,a,）负荷集中在线路末端 （,b,）沿线路有若干个负荷,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第55页,6,.,4,无功功率,赔偿电压,串联电容器提升末端电压数值,QX,C,/U,(,即调压效果,),随无功负荷增大而增大、无功负荷减小而减小，,恰与调压要求一致,。这是串联电容器调压一个显著优点。但对负荷功率因数高,(cos,0.95),或导线截面小线路，因为,PR/U,分量比重大，串联赔偿调压效果就很小。,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第56页,6,.,4,无功功率,赔偿电压,电力系统的无功功率和电压调整培训课件,第57页,