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1、第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制电能质量：电压、频率、可靠性。电能质量：电压、频率、可靠性。电压和频率变化的原因是电源和负载的功率不平衡。电压和频率变化的原因是电源和负载的功率不平衡。正常稳态运行情况下的调整和控制正常稳态运行情况下的调整和控制 主要内容：主要内容：有有功功功功率率和和频频率率的的调调整整、无无功功功功率率和和电电压压的的调调整整、运运行行方方式式的的优化优化以及以及潮流的灵活控制潮流的灵活控制。第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制(1)负负荷荷随随时时间间不不断断变变化化，必必须须调调整整
2、发发电电机机的的出出力力，使使之之与与负负荷荷的有功功率平衡，并同时调整系统的频率，使它尽量不变。的有功功率平衡，并同时调整系统的频率，使它尽量不变。(2)负负荷荷无无功功功功率率的的变变化化要要求求对对发发电电机机和和其其他他无无功功补补偿偿设设备备的的运运行进行调整，并保证合格的电压供电质量。行进行调整，并保证合格的电压供电质量。(3)分分配配和和调调整整发发电电机机功功率率时时，需需考考虑虑它它们们和和线线路路、变变压压器器等等设设备的容量限制和其他条件，保证设备和系统的安全性。备的容量限制和其他条件，保证设备和系统的安全性。(4)电电力力系系统统的的运运行行费费用用与与发发电电机机之之
3、间间的的功功率率分分配配密密切切相相关关，对对系统运行方式进行决策和调整时，还必须考虑经济性。系统运行方式进行决策和调整时，还必须考虑经济性。从以下几个方面理解调整和控制：从以下几个方面理解调整和控制：5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制稳态运行时，全系统各点频率都相等，所有发电机同步运行。稳态运行时，全系统各点频率都相等，所有发电机同步运行。一、负荷的有功功率及其频率特性一、负荷的有功功率及其频率特性1.日负荷曲线日负荷曲线负荷曲线：负荷随时间变化的曲线。负荷曲线：负荷随时间变化的曲线。5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的
4、调整和控制2.负荷的频率特性负荷的频率特性负荷有功功率随系统频率变化的特性称为负荷有功功率的负荷有功功率随系统频率变化的特性称为负荷有功功率的静态静态频率特性，简称为负荷的频率特性。频率特性，简称为负荷的频率特性。负荷按其有功功率与频率的关系分类：负荷按其有功功率与频率的关系分类：(1)与频率无关的负荷与频率无关的负荷(2)与频率成正比的负荷与频率成正比的负荷(3)与频率的二次方成正比的负荷与频率的二次方成正比的负荷(4)与频率的三次方成正比的负荷与频率的三次方成正比的负荷(5)与频率的高次方成正比的负荷与频率的高次方成正比的负荷5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率
5、的调整和控制KL：负荷的频率调节效应系数，：负荷的频率调节效应系数，MW/Hz标么值形式：标么值形式：5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制二、频率调整的必要性和有功功率平衡二、频率调整的必要性和有功功率平衡1.频率调整的必要性频率调整的必要性(1)电电动动机机转转速速与与频频率率近近似似成成正正比比，频频率率变变化化会会引引起起电电动动机机转转速速的变化，影响产品质量。的变化，影响产品质量。(3)频频率率下下降降将将使使汽汽轮轮发发电电机机的的汽汽轮轮叶叶片片振振动动增增大大，影影响响其其寿寿命命，甚至产生裂纹或断裂；甚至产生裂纹或断裂；(4)频频率率降
6、降低低时时，火火力力发发电电厂厂由由电电动动机机驱驱动动的的动动力力设设备备由由于于转转速速下下降降而而使使它它们们的的出出力力减减小小，引引起起锅锅炉炉和和汽汽轮轮机机出出力力降降低低，从从而使得频率继续下降而产生恶性循环，可能出现频率崩溃；而使得频率继续下降而产生恶性循环，可能出现频率崩溃；(5)核核电电厂厂的的反反应应堆堆的的冷冷却却介介质质泵泵对对频频率率的的要要求求比比较较严严格格，当当频频率降低到一定程度时，将自动跳开，使反应堆停止运行。率降低到一定程度时，将自动跳开，使反应堆停止运行。为为防防止止频频率率崩崩溃溃，系系统统中中设设置置自自动动低低频频减减负负荷荷装装置置，当当频频
7、率率降低到一定程度时，按频率的高低自动分级切除部分负荷。降低到一定程度时，按频率的高低自动分级切除部分负荷。频率变化的影响及危害：频率变化的影响及危害：(2)对电子设备来说，系统频率的不稳定影响其正常工作。对电子设备来说，系统频率的不稳定影响其正常工作。5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制2.有功功率平衡和备用容量有功功率平衡和备用容量为为保保证证电电力力系系统统的的频频率率质质量量，应应满满足足额额定定频频率率下下系系统统有有功功功功率平衡的要求。率平衡的要求。系统中还必须安排适当的备用容量。备用容量的种类：系统中还必须安排适当的备用容量。备用容量的种
8、类：(1)负负荷荷备备用用。为为了了适适应应系系统统中中短短时时的的负负荷荷波波动动，以以及及因因负负荷荷预预测测不不准准或或计计划划外外负负荷荷增增加加而而设设置置的的备备用用容容量量。一一般般取取负负荷荷的的2%5%。(2)事事故故备备用用。为为防防止止发发电电机机组组发发生生事事故故设设置置的的备备用用容容量量，一一般般取系统最大负荷的取系统最大负荷的5%10%。(3)检检修修备备用用。为为系系统统中中的的发发电电设设备备能能进进行行定定期期检检修修而而设设置置的的备备用容量。用容量。(4)国民经济备用。适应负荷的超计划增长而设置的备用容量。国民经济备用。适应负荷的超计划增长而设置的备用
9、容量。发发电电机机可可用用出出力力的的总总和和并并不不一一定定就就是是它它们们的的有有功功容容量量总总和和，这这是是因因为为在在运运行行过过程程中中，既既不不是是所所有有发发电电机机组组都都不不间间断断地地投投入入运运行行，也也不不是是所所有有投投入入运运行行的的发发电电机机组组都都能按其额定容量发电。能按其额定容量发电。5-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制负荷备用必须以热备用的方式存在于系统之中。负荷备用必须以热备用的方式存在于系统之中。热热备备用用是是指指所所有有投投入入运运行行的的发发电电机机组组可可能能发发出出的的最最大大功功率率之之和与
10、全系统发电负荷之差，也称运转备用或旋转备用。和与全系统发电负荷之差，也称运转备用或旋转备用。冷冷备备用用指指系系统统中中停停止止运运行行状状态态，可可随随时时待待命命起起动动的的发发电电机机组组最大出力的总和。最大出力的总和。冷备用可作为检修备用和国民经济备用。冷备用可作为检修备用和国民经济备用。发发电电机机可可用用有功出力有功出力全全系系统统总总的的最大负荷最大负荷全全系系统统最最大大有有功功功功率率损耗和厂用电损耗和厂用电全全系系统统总总有有功功功功率率备用容量备用容量5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制1.发电机组的自动调速系统发电机组的自动调速系
11、统调速系统种类：调速系统种类：三、发电机组的调速系统和频率的一次调整三、发电机组的调速系统和频率的一次调整通通过过原原动动机机调调速速器器的的作作用用完完成成发发电电机机组组出出力力和和频频率率的的调调整整，称为称为频率的一次调整频率的一次调整。(1)机械液压式：采用离心飞摆将转速信号变换为位移信号。机械液压式：采用离心飞摆将转速信号变换为位移信号。测测出出同同步步发发电电机机转转速速，与与额额定定值值的的偏偏差差，调调整整原原动动机机调调速速器器，调发电机转速，调其出力及频率。调发电机转速，调其出力及频率。误差信号误差信号1个个转速信号。转速信号。液压系统可靠性高。液压系统可靠性高。5-1
12、5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制功率功率-频率电气液压调速系统：频率电气液压调速系统：(2)电电气气液液压压式式：将将转转速速信信号号变变换换为为电电信信号号，再再通通过过电电气气-液液压压转转换器转换为液压变化信号。换器转换为液压变化信号。5-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制2.发电机组有功功率静态频率特性发电机组有功功率静态频率特性有有功功功功率率静静态态频频率率特特性性：在在自自动动调调速速系系统统作作用用下下，发发电电机机组组输出的有功功率与频率之间的稳态关系。输出的有功功率与频率之间的稳态关系
13、。fPGPsetfN0调速系统常用调差系数百分数调速系统常用调差系数百分数%来反映静态特性。来反映静态特性。单位调节功率单位调节功率每每台台机机组组的的调调差差系系数数可可单单独独整整定定。离离心心飞飞摆摆式式调调速速系系统统，整整定值通过调频器设定；功频电液调速系统可直接整定定值通过调频器设定；功频电液调速系统可直接整定KG。令令则则5-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制解解 例例5-2 设设某某一一电电力力系系统统中中所所含含机机组组台台数数、单单机机容容量量及及其其调调速速系系统统的的调调差系数发表如下表。计算系统全部发电机的单位调节功率及其
14、标么值。差系数发表如下表。计算系统全部发电机的单位调节功率及其标么值。机组形式机组形式单机容量单机容量(MW)台数台数总容量总容量(MW)调差系数调差系数%水轮机组水轮机组22549002.5汽轮机组汽轮机组2001020004.0汽轮机组汽轮机组300721005.04225MW机组机组,KG*=100/2.5=40,KG=40(4225)/50=720(MW/Hz)10200MW机组机组,KG*=100/4.0=25,KG=25(10200)/50=1000(MW/Hz)7300MW机组机组,KG*=100/5.0=20,KG=20(7300)/50=840(MW/Hz)5-1 5-1 电
15、力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制3.系统频率的一次调整系统频率的一次调整定性分析定性分析fPGPG0=PL0fN0PL0oofPG=PLPLPG暂态过程暂态过程调节过程调节过程机组惯性，机组惯性，n不能突变不能突变不变不变机组动能转换为电功率机组动能转换为电功率调速系调速系统工作统工作直到达到新的平衡直到达到新的平衡负荷增加负荷增加5-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制3.系统频率的一次调整系统频率的一次调整fPGPG0=PL0fN0PL0oofPG=PLPLPG定量分析定量分析系统的功率频率特性系数或单位调节功率
16、系统的功率频率特性系数或单位调节功率kr=PGN/PLN，系统的热备用系数系统的热备用系数(5-12)(5-10)(5-8)5-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制四、频率的二次、三次调整和自动发电控制四、频率的二次、三次调整和自动发电控制1.自动发电控制的一般要求自动发电控制的一般要求(1)控控制制系系统统频频率率的的同同时时，应应控控制制省省与与省省之之间间、地地区区与与地地区区之之间间通通过过联联络络线线交交换换的的功功率率。这这种种控控制制称称为为频频率率和和联联络络线线功功率率控控制，也称为负荷频率控制。制，也称为负荷频率控制。(2)为为了
17、了达达到到经经济济的的目目的的而而进进行行调调整整和和控控制制称称为为经经济济调调度度控控制制，简称为经济调度。简称为经济调度。负荷频率控制称为频率的二次调整或二次调频；负荷频率控制称为频率的二次调整或二次调频；经济调度控制称为频率的三次调整或三次调频；经济调度控制称为频率的三次调整或三次调频；二次调频和三次调频通称为自动发电控制。二次调频和三次调频通称为自动发电控制。2.区域误差控制区域误差控制区域区域1区域区域m区域区域n区域区域j将将频频率率误误差差和和联联络络线线的的净净交交换换功功率率误误差差进进行行综综合，形成区域控制误差。合，形成区域控制误差。5-1 5-1 电力系统有功功率和频
18、率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制i为区域为区域i的功率偏差系数；的功率偏差系数；Ki为区域为区域i的频率偏差系数。的频率偏差系数。在在负负荷荷频频率率控控制制中中，各各区区域域根根据据本本身身的的区区域域控控制制误误差差ACEi对对该该区区域域内内的的发发电电机机进进行行控控制制，使使得得在在达达到到稳稳态态时时，区区域域控控制制误差误差ACEi为零。为零。(1)恒定频率控制恒定频率控制取取i=0，Ki=1(2)恒定净交换功率控制恒定净交换功率控制取取i=1，Ki=0(3)联络线功率和频率偏差控制联络线功率和频率偏差控制取取i=1若若Ki为区域为区域i本身的单位调节功率本身的单
19、位调节功率KSi，-Kif为区域为区域i内与内与f相对应的负荷增量。相对应的负荷增量。-PTi为其它区域向区域为其它区域向区域i输送的净功率增量。输送的净功率增量。-PTi-Kif为区域为区域i中总的负荷增量中总的负荷增量PLi。5-1 5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制电力系统有功功率和频率的调整和控制当当Ki取为取为KSi时，根据时，根据ACEi的大小，可分为三种情况：的大小，可分为三种情况：-ACEi=0，即即-PTi Kif=0，则则说说明明通通过过联联络络线线的的净净功功率率PTi可能改变，而本区域的负荷并未发生变化；可能改变，而本区域的负荷并未发生变化；-ACEi0，说说明
20、明区区域域i的的负负荷荷有有所所增增加加。反反之之，区区域域i的的负负荷荷有有所减少。所减少。3.自动发电控制的实现自动发电控制的实现各各机机组组功功率率给给定定值值决决定定于于区区域域控控制制误误差差的的大大小小和和负负荷荷变变化化在在机机组组间间的的分配原则。分配原则。按按照照参参与与自自动动发发电电控控制制 的各机组的备用容量大的各机组的备用容量大 小或功率调整速率进行分配，主要针对区域误差。小或功率调整速率进行分配，主要针对区域误差。按按照照经经济济原原则则分分配配，针针对对负负荷荷的的变变化化和和预预测测误误差差作作经经济济功功率率分配调整。分配调整。5-2 5-2 电力系统无功功率
21、和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制(2)调调整整频频率率的的手手段段只只是是各各个个发发电电厂厂的的发发电电机机组组，而而调调整整电电压压的的手手段段除除各各个个发发电电机机外外，还还有有大大量量的的无无功功功功率率补补偿偿设设备备和和带负荷调整分接头变压器，它们分散在整个电力系统中。带负荷调整分接头变压器，它们分散在整个电力系统中。在在无无功功功功率率和和电电压压的的控控制制中中，必必须须对对它它们们和和发发电电机机的的控控制制进进行协调，才能取得最佳效果，使全系统的功率损耗最小。行协调，才能取得最佳效果，使全系统的功率损耗最小。无无功功功功率率和和电电压压的的控控制制与与
22、有有功功功功率率和和频频率率的的控控制制之之间间有有很很大大区别：区别：(1)稳稳态态时时，全全系系统统的的频频率率相相同同，但但各各节节点点的的电电压压则则不不同同，且且电电压的容许变化范围也可能不同。压的容许变化范围也可能不同。电压是电力系统电能质量的另一个重要指标。电压是电力系统电能质量的另一个重要指标。线线路路和和变变压压器器中中的的电电压压损损耗耗与与通通过过他他们们的的功功率率有有关关，而而在在高压系统中又主要决定于通过的无功功率。高压系统中又主要决定于通过的无功功率。5-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制一、无功负荷及负荷的静态电压特
23、性一、无功负荷及负荷的静态电压特性1.负荷的无功功率及网络中的无功功率损耗负荷的无功功率及网络中的无功功率损耗 (1)全全系系统统负负荷荷所所吸吸收收的的无无功功功功率率在在一一天天的的变变化化情情况况与与有有功功功率日负荷曲线相似，并具有一定的周期性变化。功率日负荷曲线相似，并具有一定的周期性变化。*注：无功负荷的最大值经常出现在上午的高峰负荷期间。注：无功负荷的最大值经常出现在上午的高峰负荷期间。有功负荷的最大值经常出现在夜晚的高峰负荷期间。有功负荷的最大值经常出现在夜晚的高峰负荷期间。(2)变压器和线路也将产生无功功率损耗。变压器和线路也将产生无功功率损耗。(3)整个系统的无功功率损耗比
24、有功功率损耗大很多。整个系统的无功功率损耗比有功功率损耗大很多。各各种种用用电电设设备备中中，除除了了白白炽炽灯灯和和电电热热器器等等电电阻阻性性负负荷荷只只取取用用有功功率外，其他都需要从电网吸收感性无功功率才能运行。有功功率外，其他都需要从电网吸收感性无功功率才能运行。*变压器中无功损耗包括两部分：励磁无功损耗、漏抗中无功损耗。变压器中无功损耗包括两部分：励磁无功损耗、漏抗中无功损耗。*线路中无功损耗包括两部分：电流流过电抗后的无功损耗、分布电容发出的无功。线路中无功损耗包括两部分：电流流过电抗后的无功损耗、分布电容发出的无功。*整整个个电电力力系系统统，从从发发电电机机到到用用户户往往往
25、往要要经经过过多多级级变变压压器器进进行行多多次次升升压压和和降降压压，而而每每经过一个变压器都要产生无功功率损耗。经过一个变压器都要产生无功功率损耗。5-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制2.负荷的静态电压特性负荷的静态电压特性在在某某一一固固定定负负荷荷组组成成情情况况下下，负负荷荷的的总总有有功功功功率率和和无无功功功功率率与电压之间的稳态关系称为与电压之间的稳态关系称为负荷的静态电压特性负荷的静态电压特性。变变电电所所母母线线或或线线路路所所供供给给的的总总负负荷荷，除除了了受受电电器器外外，还还包包括括各各级级有有关关电电网网中中线线路路
26、和和变变压压器器的的功功率率损损耗耗，以以及及补补偿偿设设备备的的功率，把这种总负荷称为功率，把这种总负荷称为综合负荷综合负荷。ap、bp、cp和和aq、bq、cq为特性系数为特性系数恒定阻抗部分恒定阻抗部分恒定电流部分恒定电流部分恒定功率部分恒定功率部分5-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制二、同步发电机和无功补偿设备的功率特性二、同步发电机和无功补偿设备的功率特性无无功功补补偿偿设设备备类类型型:同同步步调调相相机机(同同步步补补偿偿器器)、并并联联电电容容器器、并联电抗器、静止无功补偿器和静止无功发生器。并联电抗器、静止无功补偿器和静止无功发
27、生器。1.同步发电机和同步调相机同步发电机和同步调相机同步发电机既可发出无功功率，也可吸收无功功率。同步发电机既可发出无功功率，也可吸收无功功率。发电机发出的最大无功功率取决于额定容量和额定功率因数：发电机发出的最大无功功率取决于额定容量和额定功率因数：额定电压下，定子绕组电流不过载的条件：额定电压下，定子绕组电流不过载的条件：同步发电机也可以超前功率因数运行，即进相运行。同步发电机也可以超前功率因数运行，即进相运行。5-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制QGPGoQNPNabcdfhgo同步发电机也可以超前功率因数运行，即进相运行。同步发电机也可
28、以超前功率因数运行，即进相运行。5-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制同步调相机可作为无功电源运行，也可作为负载运行。同步调相机可作为无功电源运行，也可作为负载运行。优优点点：调调节节灵灵活活，可可用用于于控控制制系系统统电电压压，也也可可用用于于提提高高系系统统的稳定性。的稳定性。缺点：设备投资和维护费用高。缺点：设备投资和维护费用高。同步电动机也可发出无功功率。同步电动机也可发出无功功率。2.并联电容器并联电容器优点：费用低，能量损耗小，可进行就地补偿。优点：费用低，能量损耗小，可进行就地补偿。缺点：电压降低时无功显著减小，不能连续调节。缺点：
29、电压降低时无功显著减小，不能连续调节。3.并联电抗器并联电抗器并联电抗器主要用来补偿线路的充电功率。并联电抗器主要用来补偿线路的充电功率。4.静止无功补偿器静止无功补偿器(Static Var Compensator,SVC)SVC可对无功功率进行连续和快速的调节。可对无功功率进行连续和快速的调节。组成：晶闸管调节电抗器组成：晶闸管调节电抗器(TCR)、晶闸管投切电容器、晶闸管投切电容器(TSC)5-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制边界条件：边界条件：对电流进行傅立叶分解，可得其基波分量为：对电流进行傅立叶分解，可得其基波分量为：静止无功补偿器将
30、有谐波电流。静止无功补偿器将有谐波电流。晶闸管投切电容器中的晶闸管只控制电路的全通或全断。晶闸管投切电容器中的晶闸管只控制电路的全通或全断。将将TCR与与TSC的容量进行配合，可得到同步调相机的效果。的容量进行配合，可得到同步调相机的效果。5-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制三、电压调节的必要性和电压质量要求三、电压调节的必要性和电压质量要求1.电压偏移造成的影响和容许的电压偏移电压偏移造成的影响和容许的电压偏移电压低于额定电压的影响电压低于额定电压的影响对感应式电动机的影响对感应式电动机的影响对火力发电厂的影响对火力发电厂的影响对电弧炉、白炽灯
31、和电子设备的影响对电弧炉、白炽灯和电子设备的影响电电压压高高于于额额定定电电压压的的主主要要危危害害是是使使电电气气设设备备的的绝绝缘缘降降低低，影影响其使用寿命。响其使用寿命。各各电压电压等等级级用用户户的容的容许电压许电压偏移偏移用用户电压户电压等等级级容容许电压许电压偏移偏移用用户电压户电压等等级级容容许电压许电压偏移偏移35kV以上用以上用户户10%380V用用户户7%10kV用用户户7%220V用用户户-10%5%发电厂和变电所的发电厂和变电所的330kV和和500kV母线：母线：110%；220kV母线：母线：0%10%；110kV和和35kV母线：母线：-3%7%。5-2 5-2
32、 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制2.无功功率平衡无功功率平衡单个发电机向综合负荷供电单个发电机向综合负荷供电设综合负荷额定电压下的无功功率为设综合负荷额定电压下的无功功率为QLN。发电机的无功功率容量为发电机的无功功率容量为QGN。若若QGN QLN，则可调节发电机，则可调节发电机的励磁电流，改变发电机的端的励磁电流，改变发电机的端电压，使电压偏移在允许的范围内。电压，使电压偏移在允许的范围内。若若QGN QLN，且让发电机供给综合负荷所需要的无功功率，则，且让发电机供给综合负荷所需要的无功功率，则励磁绕组的励磁电动势将超出其额定值，使励磁绕组过载。励磁绕
33、组的励磁电动势将超出其额定值，使励磁绕组过载。综综合合负负荷荷未未经经无无功功补补偿偿前前的的功功率率因因数数为为0.60.9，即即无无功功功功率率约为其有功功率的约为其有功功率的0.51.3倍。倍。发发电电机机的的额额定定功功率率因因数数为为0.850.9，即即发发电电机机额额定定无无功功功功率率约约为其有功功率的为其有功功率的0.50.6倍。倍。实际电力系统中，需要安装大量的无功补偿设备。实际电力系统中，需要安装大量的无功补偿设备。无功补偿设备的应用一般在做规划时确定。无功补偿设备的应用一般在做规划时确定。5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制四、电压
34、调整和控制方法四、电压调整和控制方法1.中枢点的电压管理中枢点的电压管理什么是电压中枢点什么是电压中枢点电压中枢点是指某些可以反映系统电压水平的主要发电厂或枢电压中枢点是指某些可以反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电所母线。纽变电所母线。区域性发电厂和枢纽变电所的高压母线区域性发电厂和枢纽变电所的高压母线枢纽变电所二次母线枢纽变电所二次母线有大量地方负荷的发电厂母线有大量地方负荷的发电厂母线城市直降变电所二次母线城市直降变电所二次母线调压的基本思想调压的基本思想很多负荷都由这些中枢点供电，如能控制住这些点的电压偏移，也就控制很多负荷都由这些中枢点供电，如能控制住这些点的电压偏移，也就控制住了
35、系统中大部分负荷的电压偏移。于是，电力系统电压调整问题也就转住了系统中大部分负荷的电压偏移。于是，电力系统电压调整问题也就转变为保证各中枢点的电压偏移不超出给定范围的问题。变为保证各中枢点的电压偏移不超出给定范围的问题。5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制中枢点的调压方式中枢点的调压方式 逆调压、顺调压和恒调压三类。逆调压、顺调压和恒调压三类。1)逆调压：逆调压：最大负荷时升高中枢点电压，最小负荷时降低中枢点电压。最大负荷时升高中枢点电压，最小负荷时降低中枢点电压。具体要求：具体要求：最大负荷方式运行时，中枢点电压高于线路额定电压最大负荷方式运行时，中枢
36、点电压高于线路额定电压5；在最小负荷方式运行时，中枢点的电压等于线路额定电压。在最小负荷方式运行时，中枢点的电压等于线路额定电压。适用范围：适用范围：中枢点到各负荷点线路长、负荷变化较大且变化规律大致中枢点到各负荷点线路长、负荷变化较大且变化规律大致相同。相同。2)顺调压：顺调压：大负荷时允许中枢点电压低一些，但不低于线路额定电压大负荷时允许中枢点电压低一些，但不低于线路额定电压的的102.5；小负荷时允许其电压高一些，但不超过线路额定电压；小负荷时允许其电压高一些，但不超过线路额定电压的的107.5的。的。适用范围：适用范围：多用于供电距离较近，负荷变动不大的电压中枢点。多用于供电距离较近，
37、负荷变动不大的电压中枢点。5-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制恒调压：即在任何负荷下，中枢点电压保持为大约恒定的数值，恒调压：即在任何负荷下，中枢点电压保持为大约恒定的数值，一般较线路额定电压高一般较线路额定电压高25。适用范围：适用范围：常用于向负荷波动小的用户供电的电压中枢点。常用于向负荷波动小的用户供电的电压中枢点。2.电压调整的基本方法电压调整的基本方法 电力系统实际运行中，要使所有用户的电压质量都符合要求，还电力系统实际运行中，要使所有用户的电压质量都符合要求，还必须采用各种调压手段。必须采用各种调压手段。5-2 5-2 电力系统无功功
38、率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制（1）调节发电机励磁电流以改变发电机机端电压）调节发电机励磁电流以改变发电机机端电压UG；（2）改变变压器的变比）改变变压器的变比k1、k2；（3）改变网络无功功率）改变网络无功功率Q的分布；的分布；（4）改变网络参数）改变网络参数R+jX（主要是（主要是X）电压调整的措施：电压调整的措施：5-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制(1)改变发电机端电压调压改变发电机端电压调压 负荷增大时，会造成用户端电压降低，此时增加发电机励磁电流负荷增大时，会造成用户端电压降低，此时增加发电机励磁电流以提高发电
39、机电压；负荷降低时，减小发电机励磁电流，以降低发以提高发电机电压；负荷降低时，减小发电机励磁电流，以降低发电机电压电机电压逆调压逆调压 主要适用于发电厂不经升压直接供电的小型电力系统，供电线路不主要适用于发电厂不经升压直接供电的小型电力系统，供电线路不长，线路上电压损耗不大，基本可以满足负荷点要求的电压质量。长，线路上电压损耗不大，基本可以满足负荷点要求的电压质量。对线路较长，供电范围较大，由发电机经多级变压的电力系统，对线路较长，供电范围较大，由发电机经多级变压的电力系统，从发电厂到最远处的负荷之间的电压损耗和变化幅度都很大。这从发电厂到最远处的负荷之间的电压损耗和变化幅度都很大。这时，单靠
40、发电机调压是不能解决问题，必须配合其它调压方式。时，单靠发电机调压是不能解决问题，必须配合其它调压方式。对有若干发电厂并列运行的大型电力系统，发电机调压只作为一对有若干发电厂并列运行的大型电力系统，发电机调压只作为一种辅助的调压措施，这是因为种辅助的调压措施，这是因为1）提高发电机的电压时，该发电机会增发无功，这就要求进行电压）提高发电机的电压时，该发电机会增发无功，这就要求进行电压调整的电厂有充足的无功容量储备；调整的电厂有充足的无功容量储备；2）在并联运行的发电厂中，调整个别电厂的母线电压，会引起系统）在并联运行的发电厂中，调整个别电厂的母线电压，会引起系统中无功功率的重新分配，还可能同无
41、功功率的经济分配发生矛盾。中无功功率的重新分配，还可能同无功功率的经济分配发生矛盾。5-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制(2)改变变压器变比调压改变变压器变比调压降压变压器分接头的选择降压变压器分接头的选择为了达到调压的目的，双绕组变压器在高压侧、三绕组为了达到调压的目的，双绕组变压器在高压侧、三绕组变压器在高压侧和中压侧都装有分接头开关。变压器在高压侧和中压侧都装有分接头开关。容量在容量在6300kVA及以下的双绕组变压器高压侧一般有及以下的双绕组变压器高压侧一般有3个个分接头，即分接头，即1.05UN、UN、0.95UN，调压范围为，调压范围
42、为5%。容量在容量在8000kVA及以上的双绕组变压器高压侧一般有及以上的双绕组变压器高压侧一般有5个个分接头，即分接头，即1.05UN、1.025UN、UN、0.975UN、0.95UN，调压范围为调压范围为22.5%。改变变压器变比调压，实质上就是如何改变变压器变比调压，实质上就是如何根据低压侧的调根据低压侧的调压要求合理选择变压器的分接头压要求合理选择变压器的分接头电压电压U1t降压变压器降压变压器高压侧运高压侧运行电压行电压归算到高归算到高压侧后的压侧后的电压损耗电压损耗变压器低压侧按调压要求的实变压器低压侧按调压要求的实际运行电压际运行电压U2为为高压侧分高压侧分接头电压接头电压低压
43、绕组低压绕组额定电压额定电压得高压侧分接头电压为得高压侧分接头电压为5-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制 当变压器通过不同的负荷时，分接头电压有不同的计算值当变压器通过不同的负荷时，分接头电压有不同的计算值然后求取它们的算术平均值，即然后求取它们的算术平均值，即 选选择择一一个个与与它它最最接接近近的的标标准准分分接接头头电电压压作作为为公公用用分分接接头头，然然后后根根据据所所选选取取的的分分接接头头校校验验最最大大负负荷荷和和最最小小负负荷荷时时低低压压母母线线的实际电压是否符合要求的实际电压是否符合要求最大负荷方式下变最大负荷方式下变压器低
44、压母线要求压器低压母线要求的运行电压的运行电压最小负荷方式下变最小负荷方式下变压器低压母线要求压器低压母线要求的运行电压的运行电压某降压变压器归算至高压侧的参数及负荷功率均标注于图中。某降压变压器归算至高压侧的参数及负荷功率均标注于图中。在最大负荷时，在最大负荷时，在最小在最小负负荷荷时时要求在要求在变压变压器的低器的低压压母母线线采用采用顺调压顺调压方式方式，选择变压选择变压器分接器分接头头电压电压。【例例】解：解：1）变压器阻抗中的功率损耗）变压器阻抗中的功率损耗2）变压变压器器环节环节首端功率首端功率3）最大最小）最大最小负负荷下荷下变压变压器阻抗的器阻抗的电压损电压损耗耗4）计计算算变
45、压变压器分接器分接头电压头电压 选选最接近最接近Ultav的的标标准分接准分接头为头为112.75KV。5）校）校验验由由计计算算结结果可果可见见，所，所选选分接分接头电压满头电压满足足调压调压要求。要求。(3)并并联联无功无功补偿补偿装置装置调压调压在在U1、U2、k给给定的情况下，求得定的情况下，求得实际实际中，中，变压变压器器变变比比k和和电电容器容量容器容量QC要合理配合。要合理配合。此此时时k为为5-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制5-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制五、电压调整和控制方法
46、五、电压调整和控制方法1.电压调整中的一些现象和规律电压调整中的一些现象和规律取基准功率为取基准功率为100MVA，基准电压为各级网络的额定电压。，基准电压为各级网络的额定电压。变电所变电所10kV母线的容许电压偏差为母线的容许电压偏差为7%；应在；应在9.310.7kV。发发电电厂厂和和变变电电所所220kV母母线线电电压压不不超超过过110%，即即不不超超过过242kV。情情况况1：发发电电机机在在最最大大和和最最小小负负荷荷下下都都以以额额定定电电压压运运行行，电电压压保保持持10.5kV，升升、降降压压变变压压器器高高压压绕绕组组在在主主接接头头运运行行，即即变变比比分别为分别为10.
47、5/242和和220/11。最最大大负负荷荷时时发发电电厂厂220kV母母线线电电压压容容许许偏偏差差为为0%10%，即即在在220242kV范围内。范围内。5-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制情况情况2：发电厂升压变压器分接头置于：发电厂升压变压器分接头置于2档，其它于情况档，其它于情况1相同。相同。负荷负荷发电机母发电机母线电压线电压(kV)发电厂高压发电厂高压母线电压母线电压(kV)变电所高变电所高压母线电压母线电压压(kV)变电所低变电所低压母线电压母线电压压(kV)网络有功网络有功功率损耗功率损耗(MW)最大负荷最大负荷10.5218.
48、83178.628.119.89最小负荷最小负荷10.5238.77229.2011.191.20高高压压绕绕组组固固定定分分接接头头接接2档档，变变压压器器变变比比为为10.5/(1+20.025)242，高高压压侧侧空空载载电电压压升升高高5%，且且希希望望网网络络中中各各节节点点电电压压都都升高升高5%。负荷负荷发电机母发电机母线电压线电压(kV)发电厂高压发电厂高压母线电压母线电压(kV)变电所高变电所高压母线电压母线电压压(kV)变电所低变电所低压母线电压母线电压压(kV)网络有功网络有功功率损耗功率损耗(MW)最大负荷最大负荷10.5237.31206.489.666.88最小负荷
49、最小负荷10.5251.66243.2011.911.058%12%15%6%6%7%5-2 5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制电力系统无功功率和电压的调整和控制情况情况3：发电厂升压变压器采用带负荷调压变压器。：发电厂升压变压器采用带负荷调压变压器。带带负负荷荷调调压压变变压压器器每每档档的的电电压压为为额额定定电电压压的的1.25%。设设在在最最大负荷时，置于大负荷时，置于+5档，最小负荷时置于档，最小负荷时置于-6档。档。负荷负荷发电机母发电机母线电压线电压(kV)发电厂高压发电厂高压母线电压母线电压(kV)变电所高变电所高压母线电压母线电压压(kV)变电所低变电所低压母线电压母
50、线电压压(kV)网络有功网络有功功率损耗功率损耗(MW)最大负荷最大负荷10.5241.29211.859.956.46最小负荷最小负荷10.5219.16207.5710.081.51情况情况4：改变发电机电压进行调压。：改变发电机电压进行调压。改变发电机电压进行调压。改变发电机电压进行调压。负荷负荷发电机母发电机母线电压线电压(kV)发电厂高压发电厂高压母线电压母线电压(kV)变电所高变电所高压母线电压母线电压压(kV)变电所低变电所低压母线电压母线电压压(kV)网络有功网络有功功率损耗功率损耗(MW)最大负荷最大负荷11236.53205.429.616.96最小负荷最小负荷10226.