1、HUST_CEEE第一节第一节 电力系统有功功率与频率的调整电力系统有功功率与频率的调整 第二节第二节 电力系统无功功率与电压的调整电力系统无功功率与电压的调整*第三节第三节 电力网运行的经济性电力网运行的经济性第四节第四节 电力系统运行的稳定性电力系统运行的稳定性第九章第九章 现代电力系统的运行现代电力系统的运行HUST_CEEE第一节第一节 电力系统有功功率与频率的调整电力系统有功功率与频率的调整一、一、电力系统的有功功率平衡电力系统的有功功率平衡二、二、电力系统有功功率的分配电力系统有功功率的分配三、三、电力系统电力系统 的频率调整的频率调整HUST_CEEE概述 电力系统是现代社会中最
2、重要、最庞杂的工程系统之一。如何保证正常、稳态运行时的电能质量和经济性问题，是我们考虑的重点问题之一。衡量电能质量的指标包括：频率质量、电压质量和波形质量，分别以频率偏移、电压偏移和波形畸变率表示。n衡量运行经济性的主要指标衡量运行经济性的主要指标为：比耗量和线损率为：比耗量和线损率n有功功率的最优分布有功功率的最优分布包括：包括：有功功率负荷预计、有功功有功功率负荷预计、有功功率电源的最优组合、有功功率电源的最优组合、有功功率负荷在运行机组间的最优率负荷在运行机组间的最优分配等。分配等。HUST_CEEE1.有功功率负荷变动及其调整有功功率负荷变动及其调整一、电力系统的有功功率平衡据此图据此
3、图,负荷可以分为三种负荷可以分为三种:第一种变动幅度很小，周期又很短。第一种变动幅度很小，周期又很短。变动有很大的偶然性变动有很大的偶然性 属于这一种的主要有电炉、压延机械、属于这一种的主要有电炉、压延机械、电气机车等带有冲击性的负荷电气机车等带有冲击性的负荷 这一种是由于生产、生活、气象等这一种是由于生产、生活、气象等变化引起的负荷变动变化引起的负荷变动 HUST_CEEE 据此,频率调整频率调整一次调整一次调整:由发电机组的调速器进行的由发电机组的调速器进行的 对第一种负荷变动引起的频对第一种负荷变动引起的频率偏移的调整率偏移的调整 二次调整二次调整:由发电机的调频器进行的、由发电机的调频
4、器进行的、对第二种负荷变动引起的对第二种负荷变动引起的频率偏移的调整频率偏移的调整 三次调整三次调整:按最优化准则分配第三种有按最优化准则分配第三种有规律变动的负荷，即调度部门责成各规律变动的负荷，即调度部门责成各发电厂按事先给定的发电负荷曲线发电。发电厂按事先给定的发电负荷曲线发电。HUST_CEEE有功功率的平衡有功功率的平衡：11nnG iLiiiPPP 2、有功功率电源和备用容量、有功功率电源和备用容量总装机容量总装机容量：所有发电机的额定容量之和所有发电机的额定容量之和 有功电源容量有功电源容量：系统中可投入发电设备的总容量之和：系统中可投入发电设备的总容量之和 备用容量备用容量：系
5、统的电源容量大于发电负荷的部分系统的电源容量大于发电负荷的部分 为保证供电可靠性和电能质量、以及有功功率的经济分配，发电厂必为保证供电可靠性和电能质量、以及有功功率的经济分配，发电厂必须有足够的备用容量。一般要求备用容量达最大发电负荷的须有足够的备用容量。一般要求备用容量达最大发电负荷的15%30%HUST_CEEEu备用容量:1.按作用形式分负荷备用(2-5%PLmax)事故备用(5-10%PLmax或系统中最一台单机容量）检修备用(可能不安排)国民经济发展备用(3-5%PLmax）2、按存在形式分为 热备用:运转中发电设备可能发的最大功率与发电负荷之差(旋转备)冷备用:未运转的、但能随时启
6、动的发电设备可以发的最大功率 (不含检修中的设备)HUST_CEEE(1)火电厂特点：火电厂特点：需燃料及运输费用，但不受自然条件影响需燃料及运输费用，但不受自然条件影响 效率与蒸汽参数有关效率与蒸汽参数有关 受锅炉、汽轮机最小技术负荷限制，有功出力调整范围受锅炉、汽轮机最小技术负荷限制，有功出力调整范围较窄，增减速度慢，参数越高范围越窄较窄，增减速度慢，参数越高范围越窄(高温高压高温高压30%，中温中压中温中压75%)机组投入退出，承担急剧负荷响应时间长，多耗能量，机组投入退出，承担急剧负荷响应时间长，多耗能量，易损坏设备易损坏设备 热电厂抽汽供热，效率高，但技术最小负荷取决于热负热电厂抽汽
7、供热，效率高，但技术最小负荷取决于热负荷，为强迫功率荷，为强迫功率（一）各类发电厂的特点（一）各类发电厂的特点二、电力系统有功功率的分配二、电力系统有功功率的分配HUST_CEEE(2)水电厂特点：水电厂特点：不要燃料费，水力可梯级开发，连续使用，但受自然条不要燃料费，水力可梯级开发，连续使用，但受自然条件影响。件影响。出力调节范围大，出力调节范围大，50%以上以上,增减负荷速度快，操作容增减负荷速度快，操作容易，可承担急剧变化的负荷易，可承担急剧变化的负荷 决定发电量的除水量外还有水位差决定发电量的除水量外还有水位差 保证出力保证出力 抽水蓄能机组（天荒坪抽水蓄能机组（天荒坪630万千瓦）万
8、千瓦）必须与火电配合必须与火电配合 维持航运、灌溉、需一定水量，对应强迫功率维持航运、灌溉、需一定水量，对应强迫功率HUST_CEEE(3)核电厂特点：核电厂特点：负荷调整主要取决于汽轮机，技术最小负负荷调整主要取决于汽轮机，技术最小负荷约为额定负荷的荷约为额定负荷的10%15%可调容量大，退、投、增、减负荷消耗能可调容量大，退、投、增、减负荷消耗能量、时间，易损坏设备量、时间，易损坏设备 一次投资大，运行费低，尽量利用承担基一次投资大，运行费低，尽量利用承担基本负荷本负荷HUST_CEEE（二）有功功率电源的最优组合l 各类发电厂组合顺序示意图枯水季节枯水季节:HUST_CEEE洪水季节洪水
9、季节:HUST_CEEE 应指出应指出:枯水季节枯水季节往往由系统中的往往由系统中的大型水电厂大型水电厂承担承担调频任务调频任务；洪水季节洪水季节这任务就转移给这任务就转移给中温中压火电厂中温中压火电厂。抽水蓄能电厂抽水蓄能电厂在其发电在其发电期间也可期间也可参加调频参加调频。但。但低温低压火电厂低温低压火电厂则则因容量不足，设备陈旧，因容量不足，设备陈旧，不能担负调频任不能担负调频任务务。HUST_CEEE1、频率调整的必要性所有用电设备都是按系统额定频率设计的，电力系统的频率变动对用户、发电厂和电力系统本身都会产生不利影响;频率过低时，甚至会使整个系统瓦解，造成大面积停电;因此必须保持频率
10、在额定值上下，且偏移不超过一定范围。三、电力系统的频率调整三、电力系统的频率调整 HUST_CEEE2、调频方法 1)并列运行的每一台发电机组的转速与系统频率的关系为：式中 P发电机组转子极对数 n 发电机组的转数（r/min）f电力系统频率（Hz）显然，电力系统的频率控制实际上就是调节发电机组的转速。60pnf HUST_CEEE 电力系统负荷的调节效应1）当系统频率变化时，整个系统的有功负荷也要随着改变，即 这种有功负荷随频率而改变的特性叫做负荷的功率频率特性，是负荷的静态频率特性，也称作负荷的调节效应。)(fFPL HUST_CEEE负荷的功率频率特性一般可表示为 式中 额定频率 系统频
11、率为f时，整个系统的有功负荷 系统频率为额定值 时，整个系统的有功负荷 为上述各类负荷占 的比例系数 nNLNnNLNNLNLNLffPaffPaffPaPaP)()()(2210 NfLPLNPNfnaaa,.1,0LNP HUST_CEEE3、电力系统的频率特性、电力系统的频率特性v电源有功功率的静态频率特性电源有功功率的静态频率特性 电源有功功率静态频率特性：发电机组的电源有功功率静态频率特性：发电机组的原动机机械功率与角速度或频率的关系：原动机机械功率与角速度或频率的关系：无调速系统无调速系统时：时：Pm=C1C22=C1fC2f 2 有调速系统有调速系统时：原动机的静态频特性成为时：
12、原动机的静态频特性成为一族曲线。此时发电机输出功率与频率关系一族曲线。此时发电机输出功率与频率关系的曲线近似地用直线表示，称为发电机组的的曲线近似地用直线表示，称为发电机组的功率一频率静态特性。功率一频率静态特性。HUST_CEEE4、电力系统的频率调整、电力系统的频率调整v 频率的一次调整频率的一次调整调节过程调节过程PLD=KLf PG=-KGf PLD0+KLf=-KGf PLD0=-(KG+KL)f=-KSf 定义定义KS=KG+KL为系统的单位调节功率为系统的单位调节功率 KS=KG+KL=-PLD0/f系统中有系统中有n台机组，只有台机组，只有m台机组参与台机组参与一次调整单位调节
13、功率为：一次调整单位调节功率为：miLGiSKKK1HUST_CEEEv 频率的二次调整频率的二次调整 选定系统中的一个或几个电厂担负二次调频任务，担负选定系统中的一个或几个电厂担负二次调频任务，担负二次调频任务的电厂称为调频厂。二次调频任务的电厂称为调频厂。调频厂的条件调频厂的条件：具有足够的容量；具有足够的容量；具有较快的调整速度；具有较快的调整速度；调整范围内的经济性要好。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，可调容量仅为火电厂受锅炉技术最小负荷的限制，可调容量仅为其额定容量的其额定容量的30%75%水电厂的调整容量大于火电厂，水电厂的调整速度水电厂的调整容量大于火电厂
14、，水电厂的调整速度较快，且适宜承担急剧变动的负荷。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。压火电厂作为调频厂。HUST_CEEE第二节第二节 电力系统无功功率与电压的调整电力系统无功功率与电压的调整一、一、电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡二、二、中枢点的电压管理中枢点的电压管理三、三、电力系统的调压措施电力系统的调压措施HUST_CEEE负载的无功功率 qNqNqLNLcUUbUUaQQ2HUST_
15、CEEE 异步电动机的无功 UX0II12XXRS2122XXIXUQDHUST_CEEE 发电机产生的无功UcosUIPXcosIXUXsinUEXUEUXIXUUIQcossinsin)UcosE(XUHUST_CEEE v 无功功率与电压的关系无功功率与电压的关系HUST_CEEE一、电力系统的无功平衡一、电力系统的无功平衡1.无功电源：无功电源：包括包括发电机、同步调相机、静电电容器发电机、同步调相机、静电电容器及静止补偿器及静止补偿器等。等。v发电机：发电机：额定状态下发出的无功功率：额定状态下发出的无功功率：QGN=SGNsinN=PGNtgN 非额定功率因素非额定功率因素有功与无
16、功的关系有功与无功的关系：OA代表发电机额定电压代表发电机额定电压；AC代表代表在发电机电抗在发电机电抗Xd上引起的电压降，正比于上引起的电压降，正比于定子额定电流，所以亦正比于发电机的额定子额定电流，所以亦正比于发电机的额定视在功率定视在功率SGN；AC在纵坐标和横坐标上在纵坐标和横坐标上的投影分别正比于发电机的额定有功功率的投影分别正比于发电机的额定有功功率PGN和额定无功功率和额定无功功率QGN。C点表示发电点表示发电机的额定运行点机的额定运行点；OC发电机电势，它正发电机电势，它正比于发电机的额定激磁电流。比于发电机的额定激磁电流。发电机变功率因数运行的发电机变功率因数运行的限制限制：
17、转子电流不能超过额定值转子电流不能超过额定值 BC 定子电流不能超过额定值定子电流不能超过额定值 ECD 汽轮机出力的限制汽轮机出力的限制 HC 故故实际运行轨迹实际运行轨迹：HCBHUST_CEEE分析分析：当运行于当运行于HC，发电机发出的无功功率低，发电机发出的无功功率低于额定运行情况下的无功输出。于额定运行情况下的无功输出。运行于运行于BC段时，在降低功率因数、减少段时，在降低功率因数、减少有功输出的情况下，可多发无功功率。有功输出的情况下，可多发无功功率。只有在额定电压、额定电流和额定功只有在额定电压、额定电流和额定功率因数率因数(即即C点点)下运行时，发电机的视在下运行时，发电机的
18、视在功率才能达到额定值，其容量也利用得功率才能达到额定值，其容量也利用得最充分。最充分。发电机无功输出与电压的关系：发电机无功输出与电压的关系：XUPXEUQXUXEUUIQIXUEXEUUIPXIE2222cossinsincossincoscossinHUST_CEEEv同步调相机：同步调相机：相当于空载运行的同步电动机，在相当于空载运行的同步电动机，在过励磁过励磁运行时，同步调相机向运行时，同步调相机向系统系统输送无功功率输送无功功率，欠励欠励磁运行时，它从系统磁运行时，它从系统吸收无功功率吸收无功功率，无功功，无功功率与电压静特性与发电机相似。率与电压静特性与发电机相似。调相机与电容器
19、的调相机与电容器的比较比较：调相机调相机：能平滑调节，具有正的调节效应：能平滑调节，具有正的调节效应，维护复杂，响应，维护复杂，响应慢，损耗大慢，损耗大 电容器电容器：成组地投入切除：成组地投入切除,具有负的调节效应，维护简单，响具有负的调节效应，维护简单，响应快，损耗小应快，损耗小 v电容器：电容器：无功功率与电压静特性关系：无功功率与电压静特性关系：CCXUQ2v静止无功补偿器：静止无功补偿器：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。率，又可吸收无功功率，且调节平
20、滑，安全，经济，维护方便。HUST_CEEEv 无功负荷：无功负荷：电力系统的无功负荷与电力系统的无功负荷与电压的静态特性主要由电压的静态特性主要由异步电动机异步电动机决定。决定。异步电动机的无功消耗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。电动机的电压平方成正比。Q 异步电动机漏抗异步电动机漏抗X中的无功损耗，它与负中的无功损耗，它与负荷电流平方成正比。荷电流平方成正比。XIXUQQQmmM222.无功负荷和无功损耗无功负荷和无功损耗HUST_CEEEv无功损耗：无功损耗：网络中的无功损耗包括网络中的无功损耗包
21、括变压器变压器和和输电线路输电线路的损耗。的损耗。变压器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：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；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。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。22200(%)(%)100100kTTTTNNIUSQQQU BI XSS 输电线路输电线路无功损耗：无功损耗：QLQXQB 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当线路传输功率较大，电抗中消耗的无功功率大于电
22、容中发出的无功功率时，线路等值为消耗无功；当传输功率较小、线出的无功功率时，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。的无功功率时，线路等值为无功电源。HUST_CEEE3.无功功率的平衡与运行电压水平无功功率的平衡与运行电压水平HUST_CEEE二、中枢点的电压管理二、中枢点的电压管理 中枢点中枢点指反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变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。根据电站的母线，系统中大部分负荷由这些节
23、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。的电压允许调整范围。图图9-11 简单电力网电压损耗简单电力网电压损耗(a)网络接线；网络接线；(b)日负荷曲线；日负荷曲线；(c)电压损耗电压损耗曲线曲线HUST_CEEE 负荷点电压负荷点电压UA和和UB的允许变化范围均为的允许变化范围均为(0.951.05)UN 满足负荷节点满足负荷节点A的调压要求的调压要求，中枢点电压应控制的变化范，中枢点电压应控制的变化范围是：围是：08时：时：U(A)=UA+UA=(0.951.05)UN+0.04UN=(0.991.09
24、)UN824时：时：U(A)=UA+UA=(0.951.05)UN+0.1UN=(1.051.15)UN 满足负荷节点满足负荷节点B的调压要求的调压要求在在016时时，U(B)=UB+UB=(0.961.06)UN；在在1624时时，U(B)=UB+UB=(0.981.08)UN HUST_CEEEu调压方式调压方式u逆调压逆调压：大负荷时，电压损耗大，将中枢点的电压适：大负荷时，电压损耗大，将中枢点的电压适当升高些当升高些(比线路额定电压高比线路额定电压高5%)，小负荷时将中枢点电，小负荷时将中枢点电压适当降低压适当降低(取线路的额定电压取线路的额定电压)适合于供电适合于供电线路较长，负荷变
25、动较大线路较长，负荷变动较大的中枢点的中枢点u顺调压顺调压：在大负荷时允许中枢点电压不低于线路额定：在大负荷时允许中枢点电压不低于线路额定电压的电压的102.5%，小负荷时不高于线路额定电压，小负荷时不高于线路额定电压107.5%适合于供电适合于供电线路不长，负荷变动不大线路不长，负荷变动不大的中枢点的中枢点u常调压常调压：即在任何负荷下都保持中枢点电压为线路额：即在任何负荷下都保持中枢点电压为线路额定电压的定电压的102%105%HUST_CEEE三、电力系统的调压措施三、电力系统的调压措施2121/)(KUQXPRKUKUKUUGGbv调压的原理调压的原理发电机通过升压变压器、线路和降压变
26、压器向用户供电，要求调发电机通过升压变压器、线路和降压变压器向用户供电，要求调整负荷节点整负荷节点b的电压的电压Ub。略去略去线路的电容充电功率和变压器的激磁线路的电容充电功率和变压器的激磁功率，功率，忽略忽略串联支路的功率损耗，变压器的参数均已归算到高压侧。串联支路的功率损耗，变压器的参数均已归算到高压侧。b点的电压点的电压：v调压的措施调压的措施改变发电机端电压改变发电机端电压UG改变变压器变比改变变压器变比K增设无功补偿装置增设无功补偿装置改变输电线路的参数改变输电线路的参数 v调压措施调压措施1：发电机调压：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在负荷增大
27、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，用户端电压电流，提高发电机的端电压；在负荷减小时，损耗减少，用户端电压升高，这时减少发电机励磁电流，降低发电机的端电压。升高，这时减少发电机励磁电流，降低发电机的端电压。发电机运行电压的变化范围在发电机额定电压的发电机运行电压的变化范围在发电机额定电压的+5%以内。以内。HUST_CEEEv调压措施调压措施2：改变变压器变比调压改变变压器变比调压归算到高压侧的变压器电压损耗：归算到高压侧的变压器电压损耗：若低压侧要求的电压为若低压侧要求的电压为U2，则：，则：式中，变压器变比式中，变压器变比KT=
28、U1t/U2N确定分接头电压：确定分接头电压：1UQXPRUTTTTTKUUU12NTtUUUUU2211 按两种极端情况按两种极端情况(变压器通过变压器通过最大负荷和最小负荷的情况最大负荷和最小负荷的情况)下下的调压要求计算。的调压要求计算。通过通过Smax时要求的分接头电压：时要求的分接头电压：U1tmax=(U1maxUmax)U2N/U2max通过通过Smin时要求的分接头电压：时要求的分接头电压：U1tmin=(U1minUmin)U2N/U2min考虑到在最大和最小负荷时变压考虑到在最大和最小负荷时变压器要用同一分接头，故器要用同一分接头，故取取U1max和和U1tmin的算术平均
29、值：的算术平均值：再根据再根据U1t av值选择一个与它最接值选择一个与它最接近的变压器标准分接头电压校验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负荷时变压器低压母线上的实际电压是否符合调压要求。电压是否符合调压要求。)(21min1max11tttavUUUU1PjQU2RTjXTHUST_CEEE例例9-1：其降压变电所有一台变比其降压变电所有一台变比KT=(110+22.5%)/11的变压器，归算到高压侧的变压的变压器，归算到高压侧的变压器阻抗为器阻抗为ZT=(2.44+j40)，最大负荷时进入变压器的功率为，最大负
30、荷时进入变压器的功率为Smax=(28+j14)MVA，最小，最小负荷时为负荷时为Smin=(10+j6)MVA。最大负荷时，高压侧母线电压为。最大负荷时，高压侧母线电压为113kV，最小负荷时为，最小负荷时为115kV，低压侧母线电压允许变化范围为，低压侧母线电压允许变化范围为1011kV，试选择变压器分接头。，试选择变压器分接头。kVkVUXQRPUkVkVUXQRPUTTTT3.211540644.21056.5113401444.228min1minminminmax1maxmaxmaxkVkVUUUUUkVkVUUUUUNtNt7.11211113.21152.11811106.51
31、132min2minmin1min12max2maxmax1max1解：解：1.最大负荷及最小负荷时变压最大负荷及最小负荷时变压器的电压损耗为器的电压损耗为：2.按最大和最小负荷情况选变压器按最大和最小负荷情况选变压器的分接头电压的分接头电压：5.按所选分接头校验低压母线按所选分接头校验低压母线的实际电压：的实际电压：kVkVkVUkVkVkVU1173.10115.1153.21151023.10115.1156.5113min2max2未超出允许电压范围未超出允许电压范围1011kV，所选分接头能满足调压要求所选分接头能满足调压要求。v升压变压器的分接头选择：升压变压器的分接头选择：与上述
32、降压变压器的选择方与上述降压变压器的选择方法基本相同。但在通常的运行法基本相同。但在通常的运行方式下，升压变压器的功率方方式下，升压变压器的功率方向与降压变压器相反，是从低向与降压变压器相反，是从低压侧流各高压侧的。故压侧流各高压侧的。故电压损电压损耗项耗项UT前的符号应前的符号应相反相反。3.取平均值：取平均值：U1tav(U1tmax U1tmin)/2 (118.2112.7)/2115.45 kV4.选择最接近的分接头电压选择最接近的分接头电压115.5kV，即即110+5%分接头。分接头。HUST_CEEE通过在负荷侧安装通过在负荷侧安装同步调相机同步调相机、并联电容器并联电容器或或
33、静止补偿器静止补偿器，以减少，以减少通过网络传输的无功功率，降低网通过网络传输的无功功率，降低网络的电压损耗。络的电压损耗。v 调压措施调压措施3:利用无功功率补偿调压利用无功功率补偿调压 在未装补偿装置时，电力网在未装补偿装置时，电力网首端电压：首端电压：在负荷侧装设容量为在负荷侧装设容量为QC的无的无功补偿装置后，电力网的首功补偿装置后，电力网的首端电压：端电压：若首端电压若首端电压U1保持不变，则：保持不变，则：221UQXPRUUCCCUXQQPRUU221)(CCCUXQQPRUUQXPRU2222)(补偿容量为：补偿容量为：简化：简化：如变压器变比为如变压器变比为KT，则：，则：式
34、中，式中，U2C变压器低压侧实际变压器低压侧实际要求的电压值。要求的电压值。)(22222UQXPRUQXPRUUXUQCCCC)(222UUXUQCCC)(2222TCCTCKUUXUKQHUST_CEEE1.电力电容器容量的选择电力电容器容量的选择 在最小负荷时将电容器全部切除在最小负荷时将电容器全部切除 在最大负荷时全部投入运行方式在最大负荷时全部投入运行方式 同时配合变压器变比的选择同时配合变压器变比的选择 按在最小负荷时不补偿按在最小负荷时不补偿(即电容器即电容器不投入不投入)来确定变压器分接头来确定变压器分接头式中，式中，U2min、U2min最小负荷时变压最小负荷时变压器低压母线
35、归算到高压侧的电压和低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。压母线要求的电压值。按最大负荷时的调压要求计算无按最大负荷时的调压要求计算无功补偿容量功补偿容量 式中，式中，U2max、U2Cmax最大负荷时变压最大负荷时变压器低压母线归算到高压侧的电压值和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。低压母线要求的电压值。NtUUUU2min2min212max2max2max2)(TTCCCKKUUXUQ2.同步调相机容量的选择同步调相机容量的选择 考虑在最大负荷时同步调相机满考虑在最大负荷时同步调相机满发无功：发无功：在最小负荷时同步调相机吸收无在最小负荷时同步调相机吸
36、收无功功率，考虑到同步调相机通常功功率，考虑到同步调相机通常设计在只能吸收设计在只能吸收(0.50.6)QCN的无的无功功率功功率 两式相除可解出变比两式相除可解出变比KT，选择与，选择与KT值最接近的变压器高压绕组分值最接近的变压器高压绕组分接头电压，即确定了变压器实际接头电压，即确定了变压器实际变比。变比。再将实际变比代入以上两式中任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一式即可求出为满足调压要求所需的调相机容量需的调相机容量QCN。2max2max2max2)(TTCCCNKKUUXUQ2min2min2min2CN)()6.05.0(TTCCKKUUXUQHUST_C
37、EEE例例9-2：电力网如图电力网如图9-16所示，归算到高压侧的线路所示，归算到高压侧的线路和变压器阻抗为和变压器阻抗为Z=(6+j120)。供电点提供的最大。供电点提供的最大负荷负荷Smax=(20+j15)MVA，最小负荷，最小负荷Smax=(10+j8)MVA，降压变低压侧母线电压要求保持为，降压变低压侧母线电压要求保持为10.5kV。若若U1保持为保持为110kV不变，试配合变压器分接头选择，不变，试配合变压器分接头选择，确定用电容器无功补偿容量。确定用电容器无功补偿容量。解：解：1.计算未补偿时最大及最小负荷时变计算未补偿时最大及最小负荷时变电所低压母线归算到高压侧的电压电所低压母
38、线归算到高压侧的电压 2.最小负荷时，将电容器全部切除，最小负荷时，将电容器全部切除，选择分接头电压选择分接头电压3.选最接近的分接头选最接近的分接头104.5kV，即，即 1105%的分接头，则的分接头，则kVkVUUUkVkVUUU7.100)1101208610110(5.92)11012015620110(min1min2max1max2kVkVUUUUNt5.105115.107.1002min2min215.9115.104TK4.按最大负荷时的调压要求，确按最大负荷时的调压要求，确定电容器的容量定电容器的容量 取补偿容量为取补偿容量为6Mvar。5.验算低压母线实际电压值验算低压
39、母线实际电压值基本满足调压要求。基本满足调压要求。MVA 03.65.9)5.95.925.10(1205.10 )(22max2max2max2TTCCCKKUUXUQkV 6.105.91101208610110kV 43.105.9110120)615(620110 min1min2max1max2TTCCKUUUKUUUHUST_CEEEv 调压措施调压措施4：改变输电线路参数调压：改变输电线路参数调压 对于对于10kV及以下电压等级的电力及以下电压等级的电力网中电阻比较大的线路，考虑增网中电阻比较大的线路，考虑增大导线截面以减小线路电阻；大导线截面以减小线路电阻；对于对于35kV及以
40、上电压等级的电力及以上电压等级的电力线路，线路，XR，可以考虑采用串联，可以考虑采用串联电容补偿的方法减小线路电抗。电容补偿的方法减小线路电抗。在未装设串联电容时，线路的电在未装设串联电容时，线路的电压损耗为：压损耗为：装设串联电容装设串联电容C(其容抗为其容抗为XC)后，后，线路的电压损耗为：线路的电压损耗为：111)(UXXQRPUCC111UXQRPUP1jQ1U1-jXCjX 电压提高的数值应是补偿前后电压提高的数值应是补偿前后的电压损耗之差：的电压损耗之差：故故11UXQUUCC11)(QUUUXCC 串联电容补偿的调压效果与负串联电容补偿的调压效果与负荷的无功功率荷的无功功率Q1成
41、正比，从而成正比，从而与与负荷的功率因数有关负荷的功率因数有关。因此，串。因此，串联电容补偿一般适用负荷波动大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。且功率因数低的配电线路。HUST_CEEEv电压调整小结电压调整小结 发电机调压：发电机调压：主要适用于地方性供电网，对于区域性电力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。网仅作为辅助调压措施。在系统在系统无功功率充裕时无功功率充裕时，首先应考虑采用，首先应考虑采用改变变压器变比改变变压器变比调压：调压：对于无载调压变压器，一般只适用于季节性负荷变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。化的情况。当系
42、统当系统无功电源不足时无功电源不足时，必须增设，必须增设无功补偿容量调压：无功补偿容量调压：无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。网络的有功功率损耗。串联电容补偿：串联电容补偿：可用于配电网的调压。可用于配电网的调压。近年来，串联电容补偿用于超高压输电线带来的对潮流近年来，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控制、系统稳定性的提高等方面的综合效益已日益引起人
43、们的关注。们的关注。HUST_CEEE第三节第三节 电力网运行的经济性电力网运行的经济性一、一、电力网的电能损耗电力网的电能损耗二、二、降低电能损耗的技术措施降低电能损耗的技术措施由于电力系统所需的能源占整个国民经济的总能由于电力系统所需的能源占整个国民经济的总能源消耗的比例举足轻重，因此，提高电力系统运行的源消耗的比例举足轻重，因此，提高电力系统运行的经济性将带来巨大的经济效益。电力系统运行的经济经济性将带来巨大的经济效益。电力系统运行的经济性主要反映在总的性主要反映在总的燃料消耗燃料消耗(或发电成本或发电成本)和和网络的电网络的电能损耗能损耗上。上。HUST_CEEE一、电力网的电能损耗一
44、、电力网的电能损耗 电能损耗电能损耗由两部分组成：由两部分组成：导线和变压器绕组导线和变压器绕组电阻上的有功损耗电阻上的有功损耗与通过元件的电流或功与通过元件的电流或功率有关，称为率有关，称为可变损耗可变损耗；输电线和变压器中输电线和变压器中并联电导中的有功损耗并联电导中的有功损耗，如输电线的电晕损耗，如输电线的电晕损耗，变压器的铁芯损耗等变压器的铁芯损耗等同施加于元件的电压有关，而与通过元件的同施加于元件的电压有关，而与通过元件的功率几乎无关，称为功率几乎无关，称为固定损耗固定损耗。输电线：输电线：电晕损耗可以不计。对于给定的运行时间电晕损耗可以不计。对于给定的运行时间T，考虑到负荷，考虑到
45、负荷随时间变化，输电线的电能损耗为：随时间变化，输电线的电能损耗为：变压器变压器的电能损耗为：的电能损耗为：式中，式中，P0为变压器的空载有功损耗，对应于固定损耗。为变压器的空载有功损耗，对应于固定损耗。各量单位：功率各量单位：功率kVA，电压，电压kV，电流，电流A，电阻，电阻，时间，时间h。TTLLLhdtkWRUSdtRIA 0 0 3223210103TTTTThdtkWRUSTPdtRITPA 0 0 322032010103HUST_CEEE 由于负荷功率是随时间变化的，所以式中可变损耗可变损耗的计算由于负荷功率是随时间变化的，所以式中可变损耗可变损耗的计算困难。工程计算中常用的简
46、化近似算法，即困难。工程计算中常用的简化近似算法，即最大负荷损耗时间法最大负荷损耗时间法。v 最大负荷损耗时间最大负荷损耗时间：(2005单单)(2005名名)如果网络输送的功率始终保持为最大负荷功率如果网络输送的功率始终保持为最大负荷功率Smax，经，经小时后，网小时后，网络中损耗的电能恰等于网络按实际负荷曲线运行时全年实际消耗的电络中损耗的电能恰等于网络按实际负荷曲线运行时全年实际消耗的电能，则称能，则称为最大负荷损耗时间为最大负荷损耗时间。hkW 1010322max38760022LLLRUSdtRUSA若认为运行电压接近于维持恒定，则：若认为运行电压接近于维持恒定，则：由此可见，由此
47、可见，最大负荷损耗时间最大负荷损耗时间与用视在功率与用视在功率S表示的负荷曲线有表示的负荷曲线有关。视在功率可以根据相应的有功功率和功率因数决定，而有功功率关。视在功率可以根据相应的有功功率和功率因数决定，而有功功率负荷持续曲线的形状，在某种程度上可由最大负荷利用小时数负荷持续曲线的形状，在某种程度上可由最大负荷利用小时数Tmax反反映出来。映出来。v 输电线全年的电能损耗输电线全年的电能损耗：2max876002SdtSHUST_CEEEv 变压器全年的电能损耗：变压器全年的电能损耗：v n台相同容量变压器并联运行时台相同容量变压器并联运行时：hkW hkW 102max0322max0Nk
48、TTSSPTPRUSTPAhkW 2max0NkTSSnPTPnA例例9-3：有一额定电压为有一额定电压为110kV，长度为，长度为100km的双回输电线路向变的双回输电线路向变电所供电，线路单位长度参数为电所供电，线路单位长度参数为Z0=(0.17+j0.409)/km,b0=2.7910-6S/km，两台变压器每台的额定容量为，两台变压器每台的额定容量为31.5MVA，变，变比为比为110/11，P0+jQ0=(0.03+j0.22)MVA，Pk=190kW，Uk(%)=10.5，最大负荷为，最大负荷为(40+j30)MVA，Tmax=4500h。试计算电力网全年的电能损耗。试计算电力网全
49、年的电能损耗。110 kV100 kmT TSLDHUST_CEEE二、降低电能损耗的技术措施二、降低电能损耗的技术措施1提高电力网负荷的功率因数提高电力网负荷的功率因数(1)合理选择异步电动机的容量及合理选择异步电动机的容量及 运行方式运行方式(2)实行无功功率就地补偿实行无功功率就地补偿 2合理组织电力网的运行方式合理组织电力网的运行方式(1)适当提高电力网的运行电压水平适当提高电力网的运行电压水平(2)合理组织并联变压器的运行合理组织并联变压器的运行 HUST_CEEE第四节第四节 电力系统运行的稳定性电力系统运行的稳定性一、一、电力系统稳定性的概念电力系统稳定性的概念二、二、发电机转子
50、运动方程发电机转子运动方程三、三、发电机的功率特性发电机的功率特性四、四、电力系统的静态稳定特性电力系统的静态稳定特性五、五、电力系统的暂态稳定特性电力系统的暂态稳定特性HUST_CEEE一、电力系统稳定性的概念一、电力系统稳定性的概念电力系统运行的稳定性，就是指在电力系统运行的稳定性，就是指在受到外界干扰受到外界干扰的情况下发电机组的情况下发电机组间间维持同步运行维持同步运行的的能力能力。研究电力系统稳定性问题归结为研究当系统。研究电力系统稳定性问题归结为研究当系统受到扰动后的运动规律，从而判断系统是否可能失去稳定及研究提高受到扰动后的运动规律，从而判断系统是否可能失去稳定及研究提高系统稳定
