电力系统的电压与无功功率概述.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Subject,subject,subject,subject,subject,第六章,电力系无功功率平衡及电压调整,Subject,subject,subject,subject,subject,第六章,电力系无功功率平衡及电压调整,6 电力系统电压与无功功率,6.1,概述,6.2,无功功率平衡,6.3,电力系统电压调整,电力系统的电压与无功功率概述,第1页,6.1 概述,一、电压偏移影响,对生产、生活影响,影响用电设备运行性能，亦即技术经济指标：,影响照明和电热设备效率或寿命；,异步电动机,最大转矩即功率,/,出力,，与其,端电压平方成正比,；,影响电动机绝缘（发烧老化或烧毁）；,影响电子设备稳定工作以及寿命。,电力系统的电压与无功功率概述,第2页,概述,对电力系统影响：,低压运行降低系统并列运行稳定性；,负荷功率一定情况下，低压会使机组、变压器、线途经流，进而过热；,影响汽轮机、锅炉正常工作；,过高电压危害设备绝缘。,电力系统的电压与无功功率概述,第3页,概述,对额定电压为,U,N,各级电网，国家,允许,一定,电压偏移,，,即允许电压有一定波动。,正常情况下：,事故情况下：,可在上述基础上再加,5%,，但正最大偏移不能超出,10%,。,电力系统的电压与无功功率概述,第4页,综合无功负荷电压静态特征,-,用电设备实际取用无功功率随系统电压改变关系。,实际运行情况表明：,无功负荷对电压,变动,更敏感,(,相对有功负荷而言,),。,系统所能提供无,功功率越少，负荷运,行电压水平将越低。,概述,二、无功功率与系统电压关系,电力系统的电压与无功功率概述,第5页,概述,要维持负荷点一定电压水平，须向负荷提供其所需无功；,换言之，,无功平衡,决定系统,运行电压水平,;,若系统中,无功电源相对无功负荷不足，,负荷端电压会被迫降低（“,牺牲电压水平,”），以求到达新无功平衡,;,须具备,足够无功电源,，才能在允许电压偏移范围内保持无功平衡，,维持所要求电压水平,。,电力系统的电压与无功功率概述,第6页,6.2 无功功率平衡,一、无功负荷,除白炽灯和电阻加热设备外其它用电设备，以异步电动机为主。,（,P,一定时，提升负荷功率因数，可降低无功负荷功率。,）,二、无功损耗,主要为,线路,和,变压器,无功损耗,；,小部分并联电抗器,无功损耗,用以吸收轻载线途经剩感性无功，对高压远距离输电有益,降低过电压。,电力系统的电压与无功功率概述,第7页,无功功率平衡,变压器无功损耗，,包含：,励磁损耗,-,近似等于,空载电流百分数,，约,12,（其对额定容量百分数）。,绕组漏抗损耗,-,详细与变压器所带负荷大小相关；当变压器满载时，近似等于,短路电压百分值,，约,10,。,若一台变压器,I,0,%,1.5,，,U,k,%,10.5,，则由上式可知：其额定满载运行时，无功损耗为,12,S,N,，,不很大；,但对,多级网络,，其总无功损耗可能,会超出,50%,，远大于有功损耗。,电力系统的电压与无功功率概述,第8页,无功功率平衡,电力线路无功损耗,，包含：,串联电抗中,无功功率损耗,（感性）,并联电纳中,充电功率,（容性，,看作无功损耗时应取负号,）。,jB/2,R+jX,P,2,+jQ,2,P,1,+jQ,1,jB/2,V,1,V,2,电力系统的电压与无功功率概述,第9页,无功功率平衡,阻性,，线路无损,容性,，无功电源,感性,，无功负荷,jB/2,R+jX,P,2,+jQ,2,P,1,+jQ,1,jB/2,V,1,V,2,电力系统的电压与无功功率概述,第10页,无功功率平衡,三、无功电源,主要包含：,同时发电机以及,过励运行,同时电动机,静电电容器,静止无功赔偿器,110KV,及以上线路充电功率,惟一有功电源，最基本无功电源。,无功赔偿装置,电力系统的电压与无功功率概述,第11页,无功电源,1,、发电机：,可经过改变功率因数，“适当”调整发电机无功功率输出。,机组可发出无功范围是有限：,前提,有功备用充分、有功平衡满足,受,P-Q,运行极限限制,电力系统的电压与无功功率概述,第12页,无功电源,功率因数改变受,额定视在功率、转子励磁电流和有功输出,限制，范围有限；,同时，发电机只有在,额定状态,运行，定、转子电流才能利用充分。,发电机发出无功可调；,但若机组非额定状态运行，其容量不能充分利用,-,尽可能少用发电机调发功；,若确实需要时，利用,靠近负荷中心,发电机多发无功，使得无功尽快,就地平衡，提升电压水平,。,电力系统的电压与无功功率概述,第13页,无功电源,2,、电力,/,静电电容器,优点：,损耗小，投资省，运行灵活，维护方便，适于集中或分散使用。,缺点：,调整性能差当电压下降时，其无功输出不能增加，反而降低,-,负调整效应,；,只能,成组投入或切除,运行，,不能平滑调压（,为,阶跃式调压）,。,电力系统的电压与无功功率概述,第14页,无功电源,3,、,静止（无功）赔偿器,（,SVC）,FACTS,一员，由,特种电抗器和电容器,组成，是一个并联联接动态无功赔偿装置。,基本工作原理：,电容器,发出,可调（,TSC,型）或固定无功功率（,TCR,型）；,电抗器则依据负荷改变调整其,吸收,无功功率；,二者配合响应负荷改变，对应改变无功输出,大小及方向,，从而稳定或调整系统电压。,特点：,可充当,无功电源和负荷,双重角色；,调整性能好、快速；,静止元件、工作可靠。,电力系统的电压与无功功率概述,第15页,无功电源,4,、高压输电线路充电功率,高压及超高压远距离输电线路,可能,是一个,数量可观无功功率电源,。,线路在系统中运行时终究是充当,无功负载,还是,无功电源,，受三个原因影响：,运行电压等级、长度及传输功率大小,电力系统的电压与无功功率概述,第16页,电力系统无功功率,四、无功功率平衡方程,平衡方程式：,无功备用容量，普通为最大无功负荷78%，以预防系统无功负荷增大时，电压水平下降。,无功平衡，特指在一定节点电压下平衡。,而系统节点众多，无功平衡不只是全系统，还需要各地域就地平衡。,电力系统的电压与无功功率概述,第17页,若,无功电源不充分，将造成节点电压下降,无功负荷及损耗需求对应下降而到达低电压下无功平衡,-,无功负荷电压静特征,故而，除了充分利用,发电机无功功率,外，系统常需要进行,无功赔偿,来维持无功平衡 维持符合要求电压水平。,电力系统无功功率,电力系统的电压与无功功率概述,第18页,电力系统无功功率-小结,总之，无功平衡是一个比有功平衡更复杂问题。,不但要考虑总无功功率平衡，还要考虑分地域无功平衡，还要计及超高压线路充电功率、网损、线路改造、投运、新变压器投运及大用户各种对无功平衡影响。,系统普通需按无功功率就地平衡标准进行无功赔偿。,电力系统的电压与无功功率概述,第19页,电力系统无功功率-小结,无功功率对电压有决定性影响,无功功率是引发电压损耗主要内容,无功功率远距离传输和就地平衡,节点电压有效值大小对无功功率分布起决定性作用,无功功率和电压关系,电力系统的电压与无功功率概述,第20页,6.3 电力系统电压调整,一、造成用户端电压偏移原因,-,电压损耗大小,影响,电压损耗大小改变,原因,：,负荷大小改变,-P,、,Q,。,个别,设备,因检修或故障,停运,，造成电网阻抗参数改变，进而造成电压损耗改变,-R,、,X,。,系统接线方式改变,-,功率分布及阻抗改变。,电力系统的电压与无功功率概述,第21页,电力系统电压调整,二、,中枢点电压管理,（电压）,中枢点,系统中选定进行电压监视、控制和调整母线节点。,（代表性负荷点，主要电压支撑点）,普通选择以下母线为电压中枢点：,区域性水、火电厂高压母线；,枢纽变电站二次母线；,有大量地方负荷机压母线。,普通：中枢点设置数量不少于,全网,220KV,及以上电压等级变,电所总数,7,电力系统的电压与无功功率概述,第22页,逆调压模式,顺调压模式,恒调压模式,顺调压模式,电力系统电压调整,中枢点三种调压方式：,（1）,顺调压,大负荷,时允许中枢点母线电压,略低,，,小负荷时,允许中枢点母线电压,略高,。,电力系统的电压与无功功率概述,第23页,中枢点三种调压方式：,逆调压模式,顺调压模式,恒调压模式,逆调压模式,电力系统电压调整,（,2）,逆调压,大负荷时升高中枢点母线电压，小负荷时降低中枢点母线电压。,电力系统的电压与无功功率概述,第24页,逆调压模式,顺调压模式,恒调压模式,恒调压模式,电力系统电压调整,中枢点三种调压方式：,（,2）,恒调压,任何负荷下，中枢点母线电压基本不变。,电力系统的电压与无功功率概述,第25页,电力系统电压调整,三、电力系统调压办法,（一）系统调压基本办法,电力系统的电压与无功功率概述,第26页,电力系统中电压管理,电力系统的电压与无功功率概述,第27页,1、发电机调压,改变发电机转子电流，能够改变其端电压（,5,范围内），从而调整母线电压。,适合用于直接用发电机电压向用户供电小系统中、线路不长。,易于逆调压。,单电源发电机进行逆调压前后网络电压分布情况分析：,电力系统的电压与无功功率概述,第28页,机组电压恒定,，最大、最小负荷时，机端母线至末端负荷点,电压损耗分别为,20%,和,8%,，,末端电压波动范围为,12%,；,若机组进行逆调压：,最,大负荷,时，机端电压,升高,5%U,N,，最,小负荷,时为,U,N,，,末端负荷电压将分别为,0.95,和,1.02,U,N,，,到达电压质量要求,。,发电机调压,电力系统的电压与无功功率概述,第29页,发电机调压,注意：,机端电压调整能力有限，不能超出,5%,，难以满足远方负荷要求：即普通单靠发电机调压，不适于较长线路、多电压级供电系统。,若电压质量不能满足要求，必须配合其它调压办法。,所以，发电机调压,能力有限，但经济方便，普通为辅助调压办法。,电力系统的电压与无功功率概述,第30页,2、改变变压器变比（分接头）调压,改变变比调压,实质上就是依据调压要求适当,选择分接头电压,。,电力系统的电压与无功功率概述,第31页,改变变压器分接头（变比）调压,（,1,）降压变压器分接头选择,即低压绕组额定电压,电力系统的电压与无功功率概述,第32页,改变变压器分接头（变比）调压,显然，当变压器,经过不一样负荷功率时,，其,高压侧电压、电压损耗及低压侧实际运行电压均会对应改变,。,然而，普通变压器须,停电才能换分接头,，即正常运行时，不论负荷怎样改变，只能使用,一个固定分接头,。,故选定分接头应,兼顾各种负荷水平,！,电力系统的电压与无功功率概述,第33页,改变变压器分接头（变比）调压,即选最靠近！,电力系统的电压与无功功率概述,第34页,小结：,降压变压器分接头选择,-,求解步骤,以下：,1,、依据最大和最小负荷运行情况，求出其一次侧电压 和 ，以及经过变压器负荷 ，,求取变压器电压损耗 。,2,、套用公式分别计算最大负荷和最小负荷时分接头选择,改变变压器分接头（变比）调压,电力系统的电压与无功功率概述,第35页,4,、选择邻近接头作为所选择接头,3,、取其算数平均值,5,、套用低压则电压计算公式进行验算,改变变压器分接头（变比）调压,电力系统的电压与无功功率概述,第36页,改变变压器分接头（变比）调压,（与降压变类似）,（,2,）普通双绕组变压器：,升压变,如图所表示，此时功率方向从低压侧送往高压侧，故,前公式中,U,应反号,，即应将电压损耗和高压侧电压相加。,电力系统的电压与无功功率概述,第37页,改变变压器分接头（变比）调压,此处,U,NL,普通为发电机额定电压。,实际应用公式计算时，要注意三点：,功率流动方向、已知功率处于哪一侧、是否考虑功率损耗。,电力系统的电压与无功功率概述,第38页,三绕组变压器分接头选择,（类似双绕变，算两次。）,将高低绕组看作双绕组，确定高绕组接头,将高中绕组看作双绕组，确定中绕组分接头位置。,改变变压器分接头（变比）调压,电力系统的电压与无功功率概述,第39页,改变变压器分接头（变比）调压,电力系统的电压与无功功率概述,第40页,改变变压器分接头（变比）调压,电力系统的电压与无功功率概述,第41页,改变变压器分接头（变比）调压,电力系统的电压与无功功率概述,第42页,（,1,）采取固定分接头变压器调压，不能改变电压损耗数值，也不能改变负荷改变时次级电压改变幅度；,经过对变比适当选择，只能把这一电压改变幅度对于次级额定电压相对位置进行适当调整。,（,2,）假如计及变压器电压损耗在内总损耗，最大负荷和最小负荷时电压改变幅度超出了分接头可能调整范围，则此时要装设带负荷调压变压器或采取其它调压办法,。,有载调压变压器（加压调压变压器）,1、,当前国内外广泛采取。这种变压器高压侧有可调整分接头调压绕组，能在带负荷时改变分接头，调压范围较大，普通在15%以上。,2,、价格较贵，普通只用于枢纽变电所。,改变变压器分接头（变比）调压,电力系统的电压与无功功率概述,第43页,P,和,Q,传输都将造成电压损耗；,然而，系统根本目标就是最大程度传送,P,；,故,减小电压损耗，主要应从无功功率调,整入手,。,即使无功功率产生基本上不消耗能源，但无功沿输电线传输却会引发有功及电压损耗。,3,、改变电网无功分布调压,由前述，电压损耗主要为：,合理在负荷端配置无功功率赔偿设备，以,就近赔偿,无功。,电力系统的电压与无功功率概述,第44页,改变电网无功分布调压,注意：,利用无功赔偿调压效果与网络性质及负荷情况相关。,又由,只有对,高压电网、导线截面大，,RX,时,，无功功率引发电压损耗才为主，此时利用改变电网无功分布调压方法,效果才显著,。,不然，对于,截面不大架空导线和电缆线路,，该调压方法并,不适当,。,电力系统的电压与无功功率概述,第45页,改变电网无功分布调压,(高压电网效果显著),未赔偿时，变电所低压侧母线电压归算到高压侧值,电力系统的电压与无功功率概述,第46页,改变电网无功分布调压,赔偿后低压侧实际保持运行电压,（,6-9,）,进而，赔偿容量为：,电力系统的电压与无功功率概述,第47页,改变电网无功分布调压,即按最小负荷时无赔偿考虑,电力系统的电压与无功功率概述,第48页,改变电网无功分布调压,即在第一步已考虑变压器调压后,电力系统的电压与无功功率概述,第49页,4、改变输电线路参数调压,低压电网中：,增大导线截面，降低线路电阻，进而减小电压损耗。,高压电网中：,最惯用利用,串联电容,提升线路末端电压,利用容抗赔偿线路感抗，使电压损耗中,QX/U,分量减小；在线路负荷功率因数较低、无功负荷份额大时作用更显著。,赔偿前,赔偿后,电力系统的电压与无功功率概述,第50页,改变输电线路参数调压,赔偿前,赔偿后,赔偿前,赔偿后,假定赔偿前后,U,i,一定,电力系统的电压与无功功率概述,第51页,改变输电线路参数调压,实际串联电容器是由单个标准电容器串、并联而成；,依据其额定电流、电压需满足关系，确定电容器,串联个数,n,和并联串数,m,；,三相电容器实际容量：,电力系统的电压与无功功率概述,第52页,改变输电线路参数调压,电容器串、并联赔偿比较,电力系统的电压与无功功率概述,第53页,电力系统电压调整,（二）合理使用调压办法,-,综合考虑，合理配合，力争在电压安全条件下经济性能最好。,1.,各种调压办法中，应首先考虑发电机调压。,无任何附加投资，优先利用，可减轻其它调压办法负担。,2.,对无功电源充裕系统，采取变压器调压灵活且方便。,利用普通变压器分接头调压，不需附加投资，但操作不便；,有载调压变压器造价高，但性能优越，应用日益增多。,电力系统的电压与无功功率概述,第54页,电力系统电压调整,无功电源不足时，若采取变压器调压，无法从根本上改进电压质量，反而会使无功功率缺额更大，恶性循环，严重时可能造成“电压瓦解”。,故，必须额外投资，增设无功赔偿装置。,3.,对无功电源不足系统，首先应处理无功电源不足问题，故采取并联电容器等无功赔偿设备为宜。,Ps:,无功赔偿时，应尽可能使无功功率分层就地平衡，防止无功功率远距离传输。,电力系统的电压与无功功率概述,第55页,电力系统电压调整,无功电源缺乏时,：,静电电容器、静止赔偿器,无功充裕时,：,调整变压器分接头,有载调压,发电机调压：幅度有限，但经济、直接。,首选,组合调压办法,电力系统的电压与无功功率概述,第56页,