1、 第九章第九章 有、无功调节有、无功调节 1、电力系统的有功平衡 2、电力系统的频率调整 3、电力系统的无功平衡 4、中枢点的电压管理 5、电力系统的调压措施一、电力系统的有功功率平衡一、电力系统的有功功率平衡1、典型的负荷种类：、典型的负荷种类： 负荷变动幅度小，周期又很短负荷变动幅度小，周期又很短(如如P1)，这种负荷的变动具有很大的偶然性；这种负荷的变动具有很大的偶然性； 负荷变动幅度较大，周期也较长（如负荷变动幅度较大，周期也较长（如P2）工业中大电机、电炉、延压机、电气机车等用户工业中大电机、电炉、延压机、电气机车等用户的开停，它们具有一定的冲击性；的开停，它们具有一定的冲击性； 负
2、荷变动幅度最大，周期也最长，且变负荷变动幅度最大，周期也最长，且变化较缓慢（如化较缓慢（如P3）人们生产、生活及气象条件）人们生产、生活及气象条件的变化等引起的，这种负荷变化基本上可以预计。的变化等引起的，这种负荷变化基本上可以预计。图9-1 有功负荷的变动2、有功功率电源和备用容量有功功率的平衡 ： 11nnG iLiiiPPP niGiP1 为系统中所有电源发出的有功之和niLiP1 系统中所有负荷消耗的有功之和 P 全网络中有功功率损耗之和二、电力系统的频率调整二、电力系统的频率调整1、频率调整的必要性 影响异步电动机的转速与输出功率； 影响按额定频率设计电气设备； 频率降低，无功损耗增
3、加。2、 频率与有功平衡的关系 负荷变化发电机输出电磁功率变化原动机输入功率相对迟缓转矩差引起转速变化频率变化调速器、调频器、自动发电控制动作调整。维持额定频率50Hz0.2-0.5Hz4、电力系统负荷的频率特性根据所需的有功功率与频率的关系可将负荷分成以下几类： (1)与频率变化无关的负荷，如照明、电弧炉、电阻炉和整流负荷等。 (2)与频率的一次方成正比的负荷，负荷的阻力矩等于常数的属于此类，如球磨机、切削机床、往复式水泵、压缩机和卷扬机等。 (3)与频率的二次方成正比的负荷，如变压器中的涡流损耗。 (4)与频率的三次方成正比的负荷，如通风机、静水头阻力不大的循环水泵等。 (5)与频率的更高
4、次方成正比的负荷，如静水头阻力很大的给水泵。系统的电压不变，有功负荷随频率的变化为：标么制下：nnLDfafaaP1001()()nLDLDNLDNnLDNNNffPa Pa PLa Pff 一、系统负荷的有功功率一、系统负荷的有功功率频率静态特性频率静态特性 图9-5 有功负荷频率静态特性近似为直线nnLDfafaaP10负荷的频率调节效应)/(ZLDLHMWfPK图9-5 有功负荷频率静态特性 KL，称为负荷的频率调节效应系数。在实际系统中KL*13，它表示频率变化1时，负荷有功功率相应变化(13)。图9-4 调速器的作用下的发电机功率频率特性曲线发电机的调差特性： 有调速系统时：频率下降
5、，发电机输出功率增加，反之也然。此时，原动机的静态频特性成为一族受原动机功率限制的曲线。 发电机输出功率与频率关系可近似地用直线3-2-1表示，称为发电机组的功率一频率静态特性。 2 2发电机组的静态调差系数发电机组的静态调差系数 在发电机组的功频静态特性上任取两点1和2。机组的静态调差系数为：)/(1212MWHPfPPffZGGG调差系数也叫调差率，可定量表调差系数也叫调差率，可定量表明某台机组负荷改变时相应的转速明某台机组负荷改变时相应的转速(系统系统频率频率)偏移的程度。偏移的程度。 调差系数的大小对频率偏移的影响很大，调差系数愈小(即单位调节功率愈大)，频率偏移亦愈小。但是因受机组调
6、速机构的限制，调差系数的调整范围是有限的， 通常取 汽轮发电机组： *=0.040.06，KG*2516.7； 水轮发电机组： *=0.020.04，KG*5025。5、电力系统的频率调整(1)、频率的一次调整(有差调节) 发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率的调节效应结合起来，由调速器完成的频率调整称为系统频率的一次调整。 图96所示为系统频率一次调整的特性曲线。发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率特性曲线相交于O点，即原始运行点。此时系统 因此，电力系统频率的一次调节是有差调整。 即依靠调速器进行的一次调整只能限制周期较短、幅度较小的负荷变动引起的频率偏移较小的情况。 而负荷变动周期较
7、长、幅度较大的调频任务自然落到频率的二次调整上。系统频率的二次调整系统频率的二次调整 负荷突然增大PL0后，运行点从O跳至A，由于频率的一次调整，稳定运行点转移到O，即频率将下降到f0 ，功率增加至P0 频率偏移f 。 若频率偏移超出允许范围，则需要发电机的调频器动作，以增加发电机组发出的有功功率，应使发电机的功率频率特性向上平行移动，即发电机组的二次调整，并增发PG0，则运行点将从O转移到O”点，对应频率为f0”。有功功率为P0”， 这样，由于频率进行了二次调整，使频率偏差由一次调整时的f减少为f”，供给负荷的有功功率由P增至P”，实现了电力系统频率的二次调整(有差调整) 。 若平行移动至虚
8、线Af、也可以实现系统频率的无差调整。 频率的二次凋整时，电力系统的负荷增量是由参与二次调频的一台或几台主调频机组承担。 如果参与二次调频的所有机组仍不足以承担系统负荷变化的需求时，则应进行频率的三次调整，即由调度中心下达执行预定的日发电计划，使不参与调频的有关的发电机组在某一段时间内增大或减少出力，维持系统有功功率的大体平衡，以确保二次调频机组能够承担负荷变化的需求，使系统频率变化在允许范围内。(2)、调频厂担负二次调频任务的电厂称为调频厂 调频厂的条件：具有足够的容量；具有较快的调整速度；调整范围内的经济性要好。 火电厂受锅炉技术最小负荷的限制，水电厂的调整容量大于火电厂，水电厂的调整速度
9、较快，且适宜承担急剧变动的负荷。一般应选择系统中容量较大的水电厂作为调频厂。若水电厂调节容量不足或无水电厂时，可选中温中压火电厂作为调频厂。 总结：各类负荷变动与频率调整第一种负荷波动，频率的“一次调整” ；由调速器自动完成第二种负荷变动，频率的“二次调整” ；调频器手动或自动完成第三种负荷变动频率的“三次调整，通过对第三种变动的负荷预计，由调度部门预先编制日负荷曲线，按最优化准则在各发电厂间分配负荷，它属于电力系统经济运行的问题，或称经济调度。 关于自动发电控制关于自动发电控制 自动发电控制AGC(AutomaticGenerationContr01)是电力系统运行中一个基本的和重要的计算机
10、实时控制功能。自动发电控制有四个基本目标： 使全系统的发电出力和负荷功率相匹配； 将电力系统的频率偏差调节到零，保持系统频率为额定值； 控制区域间联络线的交换功率与计划值相等，实现各区域内有功功率的平衡； 在区域内各发电厂间进行负荷的经济分配。 上述第一个目标与所有发电机的调速器有关，即与频率的一次调整有关。 第二和第三个目标与频率的二次调整有关，也称为负荷频率控制 LFC(LoadFrequencyContr01)。 通常所说的AGC是指前三项目标。包括第四项目标时，往往称为AGCEDC(经济调度控制，即Economic Dispatching Contr0l)，但也有把EDC功能包括在AG
11、C功能之中的。由调速器实现调频，其响应速度较快，可适应小负荷短时间的波动； 对周期在10s至多23min以内而幅度变化较大的负荷，已经不能由调速器本身的调频特性来进行，需要由电力系统控制中心，根据系统的频率以及与其他地区相连的输电线上的功率的偏移程度，启动AGC来进行控制；对于周期在三分钟以上的负荷波动，可以根据负荷曲线和预测几分钟后总负荷变化趋势，由计算机算出发电机组最经济的输出功率，然后发出控制命令到各发电厂进行调整，即按经济调度实现负荷分配控制。 发电机组上的调速器能根据电力系统频率变化自动地调节发电机的输出功率，所以在某种意义上讲也具有自动发电控制的功能，但通常不称为自动发电控制。 这
12、里指的AGC是一种控制性能比较完善和作用较好的发电机输出功率的自动控制。它利用电子计算机来实现控制功能，是一个小型的计算机闭环控制系统。1. 无功电源 无功电源包括发电机、同步调相机、静电电容器及静止补偿器等。发电机额定状态下： QGN=SGNsinN=PGNtgN 三、电力系统的无功平衡三、电力系统的无功平衡图9-8 发电机有功与无功功率的出力图XUPXEUQ222发电机无功与电压等的关系:可得 当P为一定值时，得1发电机无功与电压的静态特性2异步电动机无功与电压的静态特性图9-9 无功与电压静态特性曲线sincosIXUEXUXEUUIQ2cossin电容器：无功功率与电压静特性关系：CC
13、XUQ/2同步调相机： 相当于空载运行的同步电动机，在过励磁运行时，同步调相机向系统输送无功功率，欠励磁运行时，它从系统吸收无功功率，无功功率与电压静特性与发电机相似。 调相机与电容器的比较：调相机：能平滑调节，具有正的调节效应 ，维护复杂，响应慢，损耗大电容器：成组地投入切除,具有负的调节效应，维护简单，响应快，损耗小 无功负荷：电力系统的无功负荷与电压的静态特性主要由异步电动机决定异步电动机的无功消耗 ：Qm异步电动机的激磁功率，它与施加于异步电动机的电压平方成正比。Q异步电动机漏抗X中的无功损耗，它与负荷电流平方成正比。XIXUQQQmmM222 . 无功负荷和无功损耗静止无功补偿器：
14、由晶闸管控制的可调电抗器与电容器并联组成，既可发出无功功率，又可吸收无功功率，且调节平滑，安全，经济，维护方便。无功损耗： 网络中的无功损耗包括变压器和输电线路的损耗。 变压器的无功功率损耗在系统的无功需求中占有相当的比重：Q0变压器空载无功损耗，它与所施的电压平方成正比；QT变压器绕组漏抗中的无功损耗，与通过变压器的电流平方成正比。若I0(%)=2.5、 Uk(%)=10.5、且变压器额定功率运行、则无功功率损耗将达到其额定容量的13 。22200(%)(%)100100kTTTTNNIUSQQQU BI XSS 输电线路无功损耗：当线路传输功率较大，电抗中消耗的无功功率大于电容中发出的无功
15、功率时，线路等值为消耗无功；当传输功率较小、线路运行电压水平较高，电容中产生的无功功率大于电抗中消耗的无功功率时，线路等值为无功电源。221212121BUXUQPQQQBXL无功平衡在电力系统运行的任何时刻，电源发出的无功功率总是等于同时刻系统负荷和网络的无功损耗之和： QGC(t)=QLD(t)+ (t) Q3.无功功率的平衡与运行电压水平图9-10 无功平衡与电压水平的关系无功功率与运行电压水平 为保证系统电压质量，在进行规划设计和运行时，需制订无功功率的供需平衡关系，并保证系统有一定的备用容量。 无功备用容量一般为无功负荷的7%8% 无功功率的就地平衡 无功电源不足时，应增设无功补偿装
16、置。无功补偿装置应尽可能装在负荷中心，以做到无功功率的就地平衡，减少无功功率在网络中传输而引起的网络功率损耗和电压损耗 四、中枢点的电压管理四、中枢点的电压管理 中枢点指反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电站的母线，系统中大部分负荷由这些节点供电。根据负荷对电压的要求及电压损耗的实际情况，确定中枢点的电压允许调整范围。图9-11 简单电力网电压损耗(a)网络接线；(b)日负荷曲线；(c)电压损耗曲线u调压方式u逆调压：大负荷时，电压损耗大，将中枢点的电压适当升高些(比线路额定电压高5%)，小负荷时将中枢点电压适当降低(取线路的额定电压) 适合于供电线路较长，负荷变动较大的中枢点u顺调压：在大
17、负荷时允许中枢点电压不低于线路额定电压的102.5%，小负荷时不高于线路额定电压107.5% 适合于供电线路不长，负荷变动不大的中枢点u常调压：即在任何负荷下都保持中枢点电压为线路额定电压的102%105%负荷点电压UA和UB的允许变化范围均为(0.951.05)UN 满足负荷节点A的调压要求，中枢点电压应控制的变化范围是：08时：U(A)=UA+UA=(0.951.05)UN+0.04UN=(0.991.09)UN824时：U(A)=UA+UA=(0.951.05)UN+0.1UN=(1.051.15)UN 满足负荷节点B的调压要求在016时，U(B)=UB+UB=(0.961.06)UN；
18、在1624时，U(B)=UB+UB=(0.981.08)UN 2121/ )(KUQXPRKUKUKUUGGb五、电力系统的调压措施五、电力系统的调压措施u调压的原理发电机通过升压变压器、线路和降压变压器向用户供电,要求调整负荷节点b的电压Ub。略去线路的电容充电功率和变压器的激磁功率，变压器的参数均已归算到高压侧。 b点的电压 ：图9-13 电压调整原理图u调压的措施 改变发电机端电压UG改变变压器比K增设无功补偿装置，以改变无功功率分布改变输电线路的参数 u调压措施1：发电机调压 在负荷增大时，损耗增加，用户端电压降低，这时增加发电机励磁电流，提高发电机的端电压；在负荷减小时，损耗减少，用
19、户端电压升高，这时减少发电机励磁电流，降低发电机的端电压。按规定，发电机运行电压的变化范围在发电机额定电压的+5%以内。计算电压损耗归算到高压侧的变压器电压损耗为：若低压侧要求的电压为U2 ,则有：式中，KT=U1t/U2N变压器的变比确定分接头电压： 按两种极端情况(变压器通过最大负荷和最小负荷的情况)下的调压要求计算。u调压措施2： 改变变压器变比调压1UQXPRUTTTTTKUUU12NTtUUUUU2211变压器通过最大负荷时对分接头电压的要求为： U1tmax=(U1max-Umax)U2N/U2max 变压器通过最小负荷时对分接头电压的要求为： U1tmin=(U1min-Umin
20、)U2N/U2min 考虑到在最大和最小负荷时变压器要用同一分接头，故取U1max和U1tmin的算术平均值： 再根据U1t av值选择一个与它最接近的变压器标准分接头电压校验所选的分接头在最大负荷和最小负荷时变压器低压母线上的实际电压是否符合调压要求。)(21min1max11tttavUUU升压变压器的分接头选择 与上述降压变压器的选择方法基本相同。但在通常的运行方式下，升压变压器的功率方向与降压变压器相反，是从低压侧流向高压侧的。故电压损耗项UT前的符号应相反 。NTtUUUUU2211 通过在负荷侧安装同步调相机、并联电容器或静止补偿器，以减少通过网络传输的无功功率，降低网络的电压损耗
21、而达到调压的目的 。u调压措施3: 利用无功功率补偿调压在未装补偿装置时，电力网首端电压：在负荷侧装设容量为QC的无功补偿装置后，电力网的首端电压：若首端电压U1保持不变，则有：221UQXPRUUCCCUXQQPRUU221)(CCCUXQQPRUUQXPRU2222)(补偿容量为： 简化： 如变压器变比为KT，则： 式中，U2C变压器低压侧实际要求的电压值。)(22222UQXPRUQXPRUUXUQCCCC)(222UUXUQCCC)(2222TCCTCKUUXUKQu静止电容器容量的选择： 考虑在最小负荷时将电容器全部切除，在最大负荷时全部投入的运行方式 ，无功补偿容量还与变压器变比的
22、选择有关。按在最小负荷时不补偿(即电容器不投入)来确定变压器分接头。式中 ，U2min最小负荷时变压器低压母线归算到高压侧的电压和低压母线要求的电压值。 按最大负荷时的调压要求计算无功补偿容量 式中， 和U2Cmax最大负荷时变压器低压母线归算到高压侧的电压值和低压母线要求的电压值。NtUUUU2min2min212max2max2max2)(TTCCCKKUUXUQmin2Umax2Uu同步调相机容量的选择 考虑在最大负荷时同步调相机满发无功： 在最小负荷时同步调相机吸收无功功率，考虑到同步调相机通常设计在只能吸收(0.50.6)QCN的无功功率 两式相除可解出变比KT，选择与KT值最接近的
23、变压器高压绕组分接头电压，即确定了变压器实际变比再将实际变比代入以上两式中任一式即可求出为满足调压要求所需的调相机容量QCN。2max2max2max2)(TTCCCNKKUUXUQ2min2min2min2)()6 .05 .0(TTCCCNKKUUXUQ 对于10kV及以下电压等级的电力网中电阻比较大的线路，考虑增大导线截面以减小线路的电阻 对于X比R大的35kV及以上电压等级的电力线路，电抗上的电压降占的比重较大，可以考虑采用串联电容补偿的方法以减小X 在未装设串联电容时，线路的电压损耗为： 装设串联电容C(其容抗为XC)后，线路的电压损耗为： 111)(UXXQRPUCCu调压措施4：
24、改变输电线路参数调压111UXQRPU电压提高的数值应是补偿前后的电压损耗之差：所以： 串联电容补偿的调压效果与负荷的无功功率Q1成正比，从而与负荷的功率因数有关。在负荷功率因数较低时，线路上串联电容调压效果较显著。因此，串联电容补偿一般适用，负荷波动大且功率因数低的配电线路。11UXQUUCC11)(QUUUXCCu电压调整总结 发电机调压主要适用于地方性供电网，对于区域性电力网仅作为辅助调压措施。 在系统无功功率充裕时，首先应考虑采用改变变压器变比调压。对于无载调压变压器，一般只适用于季节性负荷变化的情况。 当系统无功电源不足时，必须增设无功补偿容量。无功功率的就地补偿虽需增加投资，但这样不仅能提高运行电压水平，还能通过减少无功功率在网络中的传输而降低网络的有功功率损耗。 串联电容补偿可用于配电网的调压，但近年来，串联电容补偿用于超高压输电线带来的对潮流控制、系统稳定性的提高等方面的综合效益已日益引起人们的关注。 第十六章第十六章 有、无功调节有、无功调节 1电力系统为什么要进行频率调整?电力系统频率质量标准是什么? 2何谓频率的一、二、三次调整?调频电厂的选择原则是什么? 3电力系统为什么要进行电压调整?电力系统电压质量标准是什么? 4.电力系统无功电源有哪些?无功功率平衡的含义是什么? 5电力系统电压调整的措施有哪些?系统电压异常时如何处理?本章结束点此进入下一章
