《电力系统工程基础》(控制篇)-PPT课件.ppt

山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院电力系力系统工程基工程基础-控制篇控制篇山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院主要内容主要内容第第15章章 电力系力系统的运行与控制的运行与控制第第16章章 电力系力系统电能能质量与可靠性量与可靠性山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院第第15章章 电力系力系统的运行与控制的运行与控制15.1 电力系力系统运行的安全性运行的安全性15.2 电力系力系统的有功与的有功与频率控制率控制15.3 电力系力系统的的电压控制控制 15.4 电力系力系统的的优化化调度度15.5 电力系力系统运行的自运行的自动化化山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院15.1 电力系力系统运行的安全性运行的安全性山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院15.1 电电力系力系统统运行的安全性运行的安全性15.1.1 电力系力系统运行安全性的定运行安全性的定义电力系力系统运行的安全性运行的安全性是指是指应付各种可能的付各种可能的扰动以保持以保持电力系力系统连续运行的能力。运行的能力。500MW700MW250MW250MW机机组1机机组21200MW500MW700MW500MW0MW机机组1机机组21200MW山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院具体而言具体而言，电力系力系统的正常运行必的正常运行必须满足两个条足两个条件（件（约束）：束）：有功、无功功率的平衡（有功、无功功率的平衡（等式等式约束束）；）；电能能质量和量和设备的运行状的运行状态（即（即频率、率、电压、元件、元件电流、机流、机组功率、功角等）不功率、功角等）不应超出允超出允许要求的范要求的范围（不等式不等式约束束）。）。应付的手段付的手段：电力系力系统的运行的运行调度与度与调节、保、保护、控制，用控制，用户侧管理等。管理等。山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院15.1.2 电力系力系统安全性的防御安全性的防御电力系力系统运行的运行的监测任任务：向向调度控制中心提供度控制中心提供实时运行的相关信息。主要包运行的相关信息。主要包括母括母线电压，线路路电流流有功有功无功，断路器、隔离开关的无功，断路器、隔离开关的状状态，系，系统频率，机率，机组功率，功率，变压器分接器分接头位置等。位置等。作用：作用：依据收集的信息，判断系依据收集的信息，判断系统的的运行状运行状态，为调度人度人员及及时作出相关的作出相关的控制控制决策提供决策提供辅助手段。助手段。手段：手段：数据采集与数据采集与监视控制系控制系统（supervisory control and data acquisition，SCADA），完成），完成电力系力系统的状的状态估估计（state estimation，SE），），预想事故想事故评估（估（static security assessment/dynamic security assessment，SA/DSA）等。）等。山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院预想事故想事故评估估预想事故想事故评估估：在完成：在完成电力系力系统状状态估估计的基的基础上，上，对预想的事故集（想的事故集（contingencies）进行分析。行分析。电力系力系统的运行状的运行状态分分类 根据根据电力系力系统运行必运行必须满足的两个条件，将足的两个条件，将电力系力系统运行运行状状态划分如下：划分如下：正常状正常状态：安全正常状：安全正常状态、不安全正常状、不安全正常状态紧急状急状态崩崩溃状状态恢复状恢复状态山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院电力系力系统运行状运行状态的的转化化过程程安全状安全状态不安全状不安全状态正常状正常状态紧急状急状态恢复状恢复状态崩崩溃状状态紧急控制急控制校正控制校正控制恢复控制恢复控制供供电恢复恢复预防控制防控制偶然偶然扰动状状态转移移安全控制状安全控制状态转移移预想事故想事故山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院正常状正常状态:分分为安全安全/不安全正常状不安全正常状态预防控制防控制：使系：使系统从不安全正常状从不安全正常状态转移到安全正移到安全正常状常状态的控制，如架的控制，如架设输电线路、新建路、新建发电厂等。厂等。紧急状急状态:满足第一个条件，不足第一个条件，不满足第二个条件。足第二个条件静静态情况下，表情况下，表现为过载或或电压越限，允越限，允许时间较长，通，通过校正控制校正控制使系使系统返回正常状返回正常状态；对于于稳定性破坏性定性破坏性质的，功角不断增大，的，功角不断增大，频率或率或电压不断不断下降，允下降，允许时间较短，通短，通过紧急控制急控制，如切机、解列、切，如切机、解列、切负荷使系荷使系统进入恢复状入恢复状态山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院恢复状恢复状态:第一个条件不第一个条件不满足，第二个条件足，第二个条件满足。启足。启动机机组、系、系统并列等，使系并列等，使系统重新重新进入正常状入正常状态山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院15.1.3 电力系力系统的安全准的安全准则为了了实现电力系力系统的的安全、安全、稳定定运行，运行，电力系力系统运运行各部行各部门（规划、划、计划、划、设计、建、建设、生、生产运行和运行和科研科研试验等）都有自己的安全准等）都有自己的安全准则安全准安全准则随技随技术、经济水平的水平的发展而不断修正展而不断修正电力系力系统安全安全稳定定导则 81年版、年版、DL 755-2001电力系力系统技技术导则 SD 131-84 电力系力系统设计技技术规程程SDJ161-85山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院15.2 电力系力系统的有功与的有功与频率控制率控制山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院全系全系统的有功平衡的有功平衡各各类发电厂厂发出的有功功率的出的有功功率的总和，在任何和，在任何时刻都刻都应同系同系统的的总负荷相平衡。荷相平衡。但系但系统中的中的电源源总容量必容量必须大于系大于系统的最大的最大负荷，即要有荷，即要有备用。用。设置置备用的目的用的目的：系：系统的最大的最大负荷不确定；荷不确定；发输电设备的故障不确定；机的故障不确定；机组必必须定期定期检修修15.2.1 有功功率平衡与有功功率平衡与备用用山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院备备用容量的分用容量的分类类按按投入投入时间（工作方式）（工作方式）分分热备用用：运：运转中的中的发电设备可能可能发的最大功率与的最大功率与发电负荷荷之差之差（旋（旋转备用）用）；冷冷备用用：未运：未运转的、但能随的、但能随时启启动的的发电设备可能可能发的最的最大功率（不含大功率（不含检修中的修中的设备）；）；山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院按按用途用途分分负荷荷备用用：适：适应负荷短荷短时波波动、一日内、一日内计划的划的负荷增加，荷增加，一般一般为最大最大负荷的荷的25%；事故事故备用用：适：适应发电设备发生偶然事故生偶然事故时的的备用，一般用，一般为最大最大负荷的荷的510%，分冷、，分冷、热备用；用；检修修备用用：满足足检修需要而修需要而设置的置的备用（有用（有时不不设）；）；国民国民经济（发展）展）备用用：计及及负荷超荷超计划增划增长而而设置的置的备用，一般用，一般为最大最大负荷的荷的35%。山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院15.2.2 有功功率有功功率负荷荷变动及控制及控制三三类负荷荷变化化1、周期短（、周期短（10s）、幅度小，偶然性极大；）、幅度小，偶然性极大；2、周期、周期较长（10s3min）、幅度、幅度较大。如大。如电炉、炉、压延延机械、机械、电力机力机车等等带有冲有冲击性的性的负荷荷变动。3、周期、周期长（3min）、幅度大。主要是由生）、幅度大。主要是由生产、生活、生活、气象等气象等变化引起的化引起的负荷荷变动。基本上可。基本上可预测，并由，并由负荷曲荷曲线反映。反映。山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院电网网频率率 f 是是发电机机转速速的体的体现，当，当发电机机PM与与PE（+有功有功损耗）平衡耗）平衡时，和和 f 不不变。负荷随机荷随机变化，化，PE随机随机变化。化。不可能不可能严格保格保证任何任何时刻刻额定定频率，率，频率偏移不可避免，率偏移不可避免，需要合理需要合理规定允定允许的偏移范的偏移范围。我国目前：我国目前：50Hz(0.20.5)Hz，发达国家：达国家：0.1Hz。山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院控制方式控制方式控制原控制原则为有功功率的平衡有功功率的平衡，实质上上调整整发电机机输出功率出功率频率的一次率的一次调整：整：调速器速器频率的二次率的二次调整整：调频器器频率的三次率的三次调整：依整：依负荷曲荷曲线，在，在发电厂、机厂、机组间经济合合理地分配理地分配 山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院近似直近似直线族（一次、二次族（一次、二次调频）发电机的机的单位位调节功率功率：发电机机组 原原动机或机或电源源频率特性的斜率。率特性的斜率。标志着随志着随频率的率的升降升降发电机机组发出功率出功率减少减少或或增加增加的多寡。的多寡。发电发电机机组组功功频频静静态态特性特性ff0fN0PGNPG123山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院发电机机调差系数：差系数：单位位调节功率的倒数。功率的倒数。发电机的机的单位位调节功率与功率与调差系数的关系：差系数的关系：发电机的机的单位位调节功率是可以整定的：功率是可以整定的：汽汽轮发电机机组：%=35 或或 KG*=33.320水水轮发电机机组：%=24 或或 KG*=5025ff0fN0PGNPG123山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院负负荷的荷的频频率静特性率静特性负荷有功功率与荷有功功率与频率的关系：率的关系：与与频率率变化化无关无关的的负荷：如照明荷：如照明设备、电阻炉阻炉与与频率率变化的化的一次方成正比一次方成正比：如切削：如切削设备、往复式水、往复式水泵、压延延设备，等，等与与频率率变化的化的二次方成正比二次方成正比：如：如变压器的器的涡流流损耗，等耗，等与与频率率变化的化的三次方成正比三次方成正比：如通：如通风机、静水机、静水头阻力不大阻力不大的循的循环水水泵，等，等与与频率率变化的化的高次方成正比高次方成正比：如静水：如静水头阻力很大的循阻力很大的循环水水泵，等，等山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院a0+a1+a2+a3+=1，当当f=fN时，PD=PDN主要成份主要成份为前前2种，在种，在额定定值附近附近为一直一直线（族）（族）负荷的荷的单位位调节功率功率：综合合负荷静荷静态频率特性的斜率。率特性的斜率。ffN0PLNPL123山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院标志了随志了随频率的升降率的升降负荷消耗功率增加或减少的多少。其荷消耗功率增加或减少的多少。其标幺幺值在数在数值上等于上等于额定条件下定条件下负荷的荷的频率率调节效效应，即，即一定一定频率下率下负荷随荷随频率的率的变化率：化率：负荷的荷的单位位调节功率是不能整定的，功率是不能整定的，KL*1.5。值得注意的是得注意的是，电力系力系统的静的静态频率特性（率特性（发电机和机和负荷）荷）之所以之所以认为是是线性的，其前提是性的，其前提是频率率围绕额定定值变化很小化很小的范的范围。山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院频率的一次率的一次调整整基基础：有功平衡：有功平衡几何几何图解：解：负荷增加、荷增加、频率降低率降低初始初始负荷增量荷增量:PL0系系统频率率变化化:f=f0 f0 0负荷荷调节效效应:PL=KL f PGQ，f 如何如何变化？化？若若PLQ=PGQ，f 如何如何变化？化？（无差无差调节）ff0f00PPGABQABQPGQACCBQf0ffPGPLPLPLQP0P0P0山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院调频厂厂须满足的条件足的条件调整的容量和范整的容量和范围应足足够大；大；调整的速度整的速度应足足够快；快；调整范整范围内的内的经济性能性能应该好；好；注意系注意系统内及互内及互联系系统的的协调问题。根据各种根据各种电厂的特点，厂的特点，调频厂的厂的选择原原则系系统中有水中有水电厂厂时，选择水水电厂做厂做调频厂；厂；当水当水电厂不能做厂不能做调频厂厂时，选择中温中中温中压火火电厂做厂做调频厂厂山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院互互联电联电网的网的频频率率调调整整若若设A、B两系两系统互互联，KA和和KB分分别为互互联前前A、B两系两系统的的单位位调节功率。两系功率。两系统负荷荷变化（增加）分化（增加）分别为PDA 和和 PDB，引起互，引起互联系系统的的频率率变化（降低化（降低f），及），及联络线交交换功率的功率的变化化Pt。假。假设两系两系统中都中都设有有进行二次行二次调整的整的电厂，它厂，它们的功率增量分的功率增量分别为PGA 和和 PGB。设联络线上的交上的交换功率由功率由A向向B流流动时为正正值。山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院系系统A：系系统B：在在负荷增加荷增加PDA、PDB 的影响下，两系的影响下，两系统的的频率率和交和交换功率的功率的变化量化量为：山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院频频率的三次率的三次调调整整负荷曲荷曲线的的编制与制与负荷荷预报 负荷荷预计+历史史实测数据数据+天气天气预报+统计分析方法分析方法误差不超差不超过2%3%按按预计的的负荷曲荷曲线（有功功率日（有功功率日负荷曲荷曲线），安排系），安排系统中中各各发电厂厂预计可投入的可投入的发电设备和和发电容量容量发电计划：划：机机组组合（合（unit commitment，UC）经济调度（度（economic dispatch，ED）最最优化潮流（化潮流（optimal power flow，OPF）山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院与潮流与潮流计计算的算的联联系系在潮流在潮流计算中，除平衡算中，除平衡节点以外其他点以外其他节点的注入有功功率点的注入有功功率之所以可以之所以可以给定，就是由于系定，就是由于系统中中绝大部分大部分发电厂是按照厂是按照经济性原性原则进行行优化化调度的。度的。平衡平衡节点，一般取系点，一般取系统中担中担负调频任任务的的发电厂母厂母线，实际运行中运行中这类厂有多个，构成自厂有多个，构成自动发电控制（控制（automatic generation control，AGC）。）。山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院15.2.3 自自动发电控制控制自自动发电控制控制自自动发电控制是将一次、二次控制是将一次、二次调整按照整按照电力系力系统整体整体设计的自的自动负荷荷频率控制系率控制系统。基本目基本目标使全系使全系统的出力与的出力与负荷相匹配荷相匹配将将电力系力系统的的频率偏差率偏差调节到到0，保持系，保持系统频率率为额定定值控制区域控制区域间联络线的交的交换功率与功率与计划划值相等，相等，实现各区域各区域内有功功率的平衡内有功功率的平衡在区域各个在区域各个电厂厂间进行行负荷的荷的经济分配分配山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院控制方式控制方式区域控制区域控制误差：差：ACEi=b bi df+dPT,i定定频率控制（率控制（FFC，fixed frequency control）：以）：以偏离偏离额定定频率率为准准则，实现频率的无差特性率的无差特性定定联络线功率控制（功率控制（FTC，fixed tie-line active power control）：以偏离区域）：以偏离区域间联络线功率功率计划划值为准准则，实现联络线功率功率计划划值的无差特性的无差特性联络线频率偏差控制（率偏差控制（TBC，tie-line frequency bias control）：使每个区域的）：使每个区域的负荷和荷和发电恢复平衡，即：恢复平衡，即：频率在率在给定定值，邻近区域的近区域的纯功率交功率交换为给定定值山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院AGC的一般的一般过程程跟踪控制跟踪控制调节控制控制机机组控制控制发电计划划调速器速器汽汽轮机机负荷荷预测机机组组合合水水电计划划交交换计划划电力系力系统发电计划划区域控制区域控制误差差机机组分分组dPG山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院AGC对机机组功率的分配包括两个部分：功率的分配包括两个部分：按按经济调度原度原则分配分配计划划负荷和荷和计划外划外负荷，送出基点功荷，送出基点功率率值；将消除区域控制将消除区域控制误差所需要的差所需要的调节功率功率PR分配分配给机机组按照一定的按照一定的时间间隔（如隔（如5min）AGC机机组由三次由三次调整整定其基整整定其基态山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院从广从广义义角度，角度，电电力系力系统统一次、二次、三次一次、二次、三次频频率率调调整整联联合、合、统统一的自一的自动动功能就是功能就是电电力系力系统统的的AGC。其中，一次其中，一次调调整整时时自然的，二次自然的，二次调调整与三次整与三次调调整整紧紧密相关，将密相关，将电电力系力系统统安全、可靠、安全、可靠、经济进经济进行行统统筹考筹考虑虑。山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院15.3 电力系力系统的的电压控制控制山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院电力系力系统的的电压偏移偏移大大电压偏移偏移对现代生代生产和生活和生活的影响的影响电力力设备设计：额定定电压下才有好的技下才有好的技术经济性能性能异步异步电动机机：电压低，定子低，定子电流流显著增大，温升，加速著增大，温升，加速绝缘老化，老化，烧电机；机；电压高，破坏高，破坏绝缘电热设备：电压低，大大降低低，大大降低发热量量照明照明设备：电压低，低，发光不足；光不足；电压高，影响寿命高，影响寿命家用家用电器器（如（如电视机）：机）：电压低，低，图像不像不稳定；定；电压高，高，影响影响显像管寿命像管寿命山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院电子子设备、精密、精密仪器器：对电压极其敏感，要求极高；极其敏感，要求极高；电压质量已成量已成为现代企代企业投投资环境的重要因素境的重要因素电力系力系统用用户，要求提供，要求提供电压合格的合格的优质电能商品能商品大大电压偏移偏移对电力系力系统自身自身的影响的影响电压低低：功率：功率损耗、耗、电能能损耗增大，危及耗增大，危及电力系力系统的的稳定定性性电压高高：破坏：破坏绝缘，超（特）高，超（特）高压网网络电晕损耗增大耗增大山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院电力系力系统允允许的的电压偏移偏移负荷随机荷随机变化，系化，系统运行方式运行方式经常常变化，化，导致致电压损耗耗随随机机变化化不可能不可能严格保格保证所有所有节点任何点任何时刻刻额定定电压，电压偏移不偏移不可避免，需要合理可避免，需要合理规定允定允许的偏移范的偏移范围电网网额定定电压电压允允许偏移范偏移范围35kV及以上及以上5%10kV及以下及以下7%低低压照明照明5%10%农村照明村照明7.5%10%事故事故时再加再加5%，正偏移不能超，正偏移不能超过10%山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院15.3.1 无功功率无功功率电压静静态特性特性综合合负荷的无功功率荷的无功功率电压特性特性异步异步电动机机是是电力系力系统主要的无功主要的无功负荷荷系系统无功无功负荷的荷的电压特性主要由异步特性主要由异步电动机决定机决定r/sjXI0IjXmU山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院当当UUN时，铁芯磁路芯磁路饱和，和，Xm下降，下降，Qm按按电压的高次方的高次方比例比例变化化当当UUN时，Qm按按电压的平方比例的平方比例变化化当当U 有功有功损耗耗线路无功路无功损耗：耗：约为QD的的25%变压器：励磁支路无功器：励磁支路无功损耗的百分耗的百分值空空载电流的百分流的百分值（12%）；）；绕组漏抗无功漏抗无功损耗耗短路短路电压的百分的百分值（10%）；多）；多级变压器无功器无功损耗耗约为QD的的5075%系系统中中总无功无功损耗耗 无功无功负荷，无功荷，无功电源源约为2倍无倍无功功负荷荷山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院无功功率不能无功功率不能远距离距离输送送有功功率有功功率损耗耗电压损耗耗因此：需要就地因此：需要就地设置除置除发电机外的其他无功机外的其他无功电源以源以满足系足系统电压要求：要求：无功无功补偿！山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院无功功率无功功率电源源同步同步发电机机唯一的有功唯一的有功电源，又是基源，又是基本的无功本的无功电源。源。发无功的无功的能力与同能力与同时发出的有功有出的有功有关系，由关系，由发电机的机的PQ极限极限曲曲线决定。决定。有功有功备用足用足够时，可将，可将负荷中心荷中心发电机机降低功率因降低功率因数运行数运行，少，少发有功，多有功，多发无功，有利于无功的局部平衡，无功，有利于无功的局部平衡，提高系提高系统的的电压水平。水平。QBDCAPOEjXdIN山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院同步同步调相机相机同步同步调相机是特殊运行状相机是特殊运行状态下的同步下的同步电机，可机，可视为不不发PG的同步的同步发电机或不机或不带PL的同步的同步电动机机过励运行励运行时发出出QG（无功（无功电源）；欠励源）；欠励时吸收吸收QG（无功（无功负荷），荷），为过励运行容量的励运行容量的5060%优点：点：调节平滑平滑、强励故障励故障时也能也能调（有利于（有利于稳定性）、定性）、电源源负荷（荷（升升压降降压）均可）均可缺点：旋缺点：旋转机械机械设备，损耗耗大（大（额定容量的定容量的1.55%），投），投资大，大，维护量量大。大。一般安装在枢一般安装在枢纽变电所，平滑所，平滑调压，提高，提高稳定性定性山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院并并联电容器容器优点：可分散、集中，可分相点：可分散、集中，可分相补偿；投；投资少、少、损耗少（耗少（额定容量的定容量的0.30.5%），无旋），无旋转部件，部件，维护量小，可根据量小，可根据负荷情况分荷情况分组投切投切缺点：无功缺点：无功补偿量与量与电压的平方成正比，的平方成正比，电压下降下降时急急剧下降，不利于下降，不利于电压稳定定在在110kV以下以下电网网应用得非常普遍用得非常普遍山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院静止无功静止无功补偿器器SVC：static VAR compensator采用晶采用晶闸管控制和可管控制和可调电抗器并抗器并联使用使用组成成原理原理图和伏安特性曲和伏安特性曲线山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院通通过控制晶控制晶闸管的管的导通角来改通角来改变吸收的无功功率（吸收的无功功率（电力力电子技子技术）优点：点：调节能力能力强，反，反应速度快，特性平滑，可分相速度快，特性平滑，可分相补偿，维护简单，损耗小，国内外已大量使用耗小，国内外已大量使用缺点：最大缺点：最大补偿量正比于量正比于电压平方，平方，电压低低时补偿量小；量小；谐波波污染染山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院高高压输电线路的充路的充电电容：容：Qp=U2BL高高压线充充电功率固有，当无功功率固有，当无功电源源过剩，剩，电压偏高偏高时，才，才采取措施，如并采取措施，如并联电抗器（抗器（特高特高压线路路）电压/kV110kV单导线220kV500kV三分裂三分裂750kV四分裂四分裂单导线双分裂双分裂充充电功率功率Mvar/100km3.41419105240山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院无功功率平衡的无功功率平衡的基本要求基本要求无功无功电源源发出的无功功率出的无功功率应该大于或至少等于大于或至少等于负荷所需的荷所需的无功功率和网无功功率和网络中的无功中的无功损耗之和耗之和系系统还必必须配置一定的无功配置一定的无功备用容量用容量尽量避免尽量避免远距离、大量的距离、大量的传送无功功率，送无功功率，应该分地区、分分地区、分电压等等级地地进行无功功率局部平衡行无功功率局部平衡一般情况下按照正常最大和最小一般情况下按照正常最大和最小负荷的运行方式荷的运行方式计算无功算无功平衡，必要平衡，必要时还应校校验某些某些设备检修修时或故障后运行方式或故障后运行方式下的无功功率平衡下的无功功率平衡山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院15.3.4 电力系力系统的的电压管理管理调压的目的：采取各种措施，使用的目的：采取各种措施，使用户处的的电压偏移偏移保持在保持在规定的范定的范围内内负荷荷节点：点：现代大代大规模模电力系力系统中中负荷荷节点数多且点数多且分散，不可能分散，不可能对所有所有负荷荷节点的点的电压进行行监视和控和控制制我我们该怎么怎么办？山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院中枢点的中枢点的选择及其及其电压管理管理中枢点：中枢点：电压水平具有代表性的关水平具有代表性的关键母母线，包括：，包括：大型大型发电厂的高厂的高压母母线、大型、大型变电所的二次母所的二次母线、有大量地方有大量地方负荷的荷的发电厂母厂母线山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院认为：只要控制好中枢点：只要控制好中枢点电压，其他母，其他母线的的电压就就能能满足要求。足要求。问题是：是：中枢点是否真正具有代表性？（一般取短中枢点是否真正具有代表性？（一般取短路容量越大的点作路容量越大的点作为中枢点）中枢点山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院中中枢枢点点电压和和所所代代表表的的负荷荷电压的的关关系系？山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院结论：中枢点至各：中枢点至各负荷点在最大最小荷点在最大最小负荷荷电压损耗耗之差不能大于之差不能大于负荷点允荷点允许上下限上下限电压之差（一般之差（一般为10%）。即：）。即：中枢点到不同中枢点到不同负荷点的荷点的电压损耗不能耗不能太大太大。山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院中枢点中枢点电压的控制方式的控制方式逆逆调压（难）：最大）：最大负荷，高荷，高电压（线路路额定定电压+5%）；最小）；最小负荷，低荷，低电压（线路路额定定电压）。适）。适用：中枢点到各用：中枢点到各负荷点荷点远、负荷荷变化化较大大顺调压（易）：最大（易）：最大负荷，低荷，低电压（不低于（不低于额定定电压+2.5%）；最小）；最小负荷，高荷，高电压（不高于（不高于额定定电压+7.5%）。适用：中枢点到各）。适用：中枢点到各负荷点近，荷点近，负荷荷变动小小恒恒调压（中）：保持在比（中）：保持在比线路路额定定电压高高25%。适。适用：介于上述两者之用：介于上述两者之间。山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院电压电压控制原理控制原理可能有几种控制措施？可能有几种控制措施？山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院调整整UG调整整变比比K1、K2改改变功率分布功率分布SD（以（以QD为主）主）改改变网网络参数参数R+jX（以（以X为主）主）怎怎么么做做?山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院15.3.4 电力系力系统电压调整措施整措施利用利用发电机控制机控制电压调节励磁励磁电压适用于直接由适用于直接由发电机供机供电的小系的小系统、线路不路不长易于逆易于逆调压，实质上是上是调节发电机无功机无功输出出两个两个问题机端机端负荷荷电压调整范整范围为5%0，满足不了足不了远方方负荷要求：荷要求：通通过较长线路、多路、多电压级，最大、最小，最大、最小负荷荷时电压损耗之耗之差往往大于差往往大于5%多机系多机系统中，中，实际上是改上是改变发电机机间无功分配，与无功无功分配，与无功备用、无功的用、无功的经济分配有矛盾分配有矛盾因此，因此，发电机机调压仅作作为辅助措施助措施山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院改改变变压器器变比控制比控制电压改改变电力力变压器分接器分接头（改（改变变比）、主接比）、主接头（对应UN）主接主接头通常通常设在高在高压或中或中/高高压绕组侧，如，如11022.5%/10.5kV，主接，主接头？分接？分接头几个？几个？变比分比分别是多少？是多少？如何如何选择分接分接头？山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院双双绕组变压器：器：降降压变已知条件：已知条件：低低压侧固定接固定接头电压：U2N最大最大/最小最小负荷：荷：Pmax+jQmax，Pmin+jQmin归算到高算到高压侧的的变压器阻抗：器阻抗：R+jX(忽略励磁支路忽略励磁支路)实际高高压侧电压U1max,U1min(由潮流由潮流计算算获得得)希望通希望通过调压，低，低压侧要求得到的要求得到的电压为U2max,U2min 待求量：高待求量：高压侧分接分接头电压U1N山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院普通双普通双绕组变压器，器，须停停电换分接分接头，这时，选定定的分接的分接头应当兼当兼顾各种各种负荷水平荷水平！规格化格化为U1N山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院校校验：误差差应小于半个分接小于半个分接头电压，如不合格采用，如不合格采用OLTC规格化格化为U1N取平均取平均值兼兼顾山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院双双绕组变压器：器：升升压变已知低已知低压侧实际电压U2和高和高压侧希望得到的希望得到的电压U1，求高，求高压分接分接头U1N？与降与降压变不同之不同之处：规格化格化为U1N山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院三三绕组变压绕组变压器器分接分接头在高、中在高、中压侧，两次套用双，两次套用双绕组算法算法由高由高-低低压侧，定高，定高压侧分接分接头；由高由高-中中压侧，定中，定中压侧分接分接头。注意点：三个注意点：三个绕组功率不一功率不一样时，计算算U时，须计算中性点算中性点电压山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院有有载调压变压载调压变压器器如果如果选定的分接定的分接头不能兼不能兼顾不同不同负荷水平，荷水平，则需要需要有有载调压变压器器（工作原理，在（工作原理，在不同不同负荷水平下，可不停荷水平下，可不停电选不同分接不同分接头）山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院加加压调压变压压调压变压器器依依电源源变、串、串联变得不同解法，功能有所不同，可得不同解法，功能有所不同，可具有复数具有复数变比，有：比，有：纵向向调压、横向横向调压、混合型混合型调压3种加种加压调压变压器器山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院利用无功利用无功补偿补偿控制控制电压电压无功无功补偿：按按调压要求要求；按；按经济要求（要求（15.4.2节）。）。与与变压器器调压配合，充分利用配合，充分利用变压器的作用器的作用两个步两个步骤：变比比和和容量容量假定假定补偿前后，前后，U1不不变山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院已知条件（已知条件（与确定双与确定双绕组降降压变变比相同比相同）低低压侧固定接固定接头电压：U2N最大最大/最小最小负荷：荷：Pmax+jQmax，Pmin+jQmin归算到高算到高压侧的的变压器器+线路阻抗：路阻抗：R+jX(忽略励磁支路忽略励磁支路)实际高高压侧电压U1max,U1min,(由潮流由潮流计算算获得得)希望通希望通过调压，低，低压侧要求得到的要求得到的电压为U2max,U2min 待求量：高待求量：高压侧分接分接头电压U1N（或（或变比比k）,补偿容量容量Qc山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院补偿前：前：补偿后：后：由由补偿前后前后U1不不变，可知：，可知：解得：解得：山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院引入引入变比比 k：补偿量量Qc取决于取决于补偿前后的前后的电压U2、U2c及及变比比 k根据根据补偿设备不同不同，补偿量量选择方法不同方法不同山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院利用无功利用无功补偿控制控制电压（并（并联电容器容器）特点：只特点：只发感性无功，可全部或部分切除，不能平感性无功，可全部或部分切除，不能平滑滑调节分两步分两步计算：算：最小最小负荷荷时，无功，无功电源不缺，切除全部源不缺，切除全部电容，利容，利用用变压器器调压满足要求（足要求（确定确定k）规格化格化为U1N，求得，求得变比比:k=U1N/U2N山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院最大最大负荷荷时，k 已确定，确定已确定，确定Qc：U2cmax：最大：最大负荷荷时，由，由调压要求确定的低要求确定的低压希望得希望得到的到的电压U2max：最大：最大负荷荷时，补偿前低前低压侧归算到高算到高压侧的的实际电压规格化格化Qc，并校，并校验U2cmax、U2max是否达到要求是否达到要求山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院利用无功利用无功补偿控制控制电压（同步（同步调相机）相机）特点：能作无功特点：能作无功电源；又能作无功源；又能作无功负荷，但此荷，但此时最最多多为容量的容量的5060%；能平滑；能平滑调节最大最大负荷荷时：作无功：作无功电源源山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院最小最小负荷荷时：作无功：作无功负荷荷求出求出k，规格化，然后求格化，然后求Qc，再，再规格化后校格化后校验山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院利用串利用串联电联电容控制容控制电压电压并并补串串补减少无功流减少无功流动，直接减，直接减少少线路有功路有功损耗耗通通过提高提高电压水平而水平而较少有功少有功损耗，耗，等容量下并等容量下并补作用作用强通通过较少无功流少无功流动而减而减少少电压损耗，不如串耗，不如串补明明显（无功（无功变化）化）由由XC上的上的负电压损耗抵耗抵偿XL上的上的电压损耗，适用于耗，适用于电压波波动频繁、功繁、功率因数低的率因数低的场合（极端情况）合（极端情况）山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院补偿电容器使短路容器使短路电流流显著加大，著加大，补偿容量越大，容量越大，短路短路电流增大就越流增大就越强烈。烈。在在电容器容器“后后侧”线路的短路路的短路时，短路，短路电流可能大流可能大于其于其“前前侧”线路短路路短路时的的电流，从而使保流，从而使保护误动作。作。山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院15.4 电力系力系统的的优化化调度度山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院电力系力系统经济运行是怎么回事？运行是怎么回事？在在竞争激烈的市争激烈的市场环境下，境下，电力公司可以通力公司可以通过经济运行来运行来降低成本，提高降低成本，提高竞争力（与争力（与传统方式比）方式比）供不供不应求求：若所有机：若所有机组必必须满载才能才能满足足负荷需求，荷需求，则无无经济性可言性可言供大于求供大于求：事：事实上，可用的上，可用的发电容量容量总大于系大于系统负荷，有荷，有多种可行的多种可行的发电组合，有合，有经济性性优化的空化的空间山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院经济调度度（economic dispatch，ED）：在）：在满足安全和足安全和电能能质量的前提下，合理利用能源和量的前提下，合理利用能源和设备，以最低的，以最低的发电成成本（或燃料本（或燃料费用）保用）保证对用用户可靠地供可靠地供电。分分类：有功有功ED和和无功无功ED山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院15.4.1 有功功率的最有功功率的最优分配分配电力系力系统的有功功率的最的有功功率的最优分配属于三次分配属于三次调整，主要包含整，主要包含有功功率有功功率电源的最源的最优组合合和和有功功率有功功率负荷在运行机荷在运行机组间的的最最优分配分配两个方面。两个方面。有功功率有功功率电源的最源的最优组合，即合，即机机组组合合（unit commitment，UC），是指在确保，是指在确保电力系力系统安全安全稳定运行定运行的条件下，合理地的条件下，合理地选择运行的机运行的机组和安排其开停和安排其开停计划，使划，使运行周期内系运行周期内系统的运行的运行费用（或燃料耗量）最少。用（或燃料耗量）最少。山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院有功功率有功功率负荷在运行机荷在运行机组间的最的最优分配，即分配，即有功有功EDUC涉及的是系涉及的是系统备用容量的合理分配用容量的合理分配问题。有功有功ED涉及的是系涉及的是系统热备用容量的合理分配用