现代电力系统的运行.pptx

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1、电力系统工程基础电力系统工程基础电力系统的基本概念和知识发电系统输电系统电力系统负荷电力系统中各元件参数计算电力系统的短路计算、潮流计算电力系统一、二次电路设计电力系统继电保护实验第1页/共90页电力系统工程基础电力系统工程基础第九章 现代电力系统的运行第2页/共90页第一节 电力系统有功功率与频率的调整第3页/共90页主要内容：负荷频率机制频率调整系统有功功率平衡系统备用容量有功功率经济分配：等耗量微增率原则第一节 电力系统有功功率与频率的调整第4页/共90页第一节 电力系统有功功率与频率的调整一、电力系统的有功功率 有功功率负荷 系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律的变动负荷组成：1

2、）变动周期小于10s，变化幅度小2）变动周期在（10s，180s），变化幅度较大3）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律第5页/共90页有功功率电源和备用容量备用容量：作用：为了保证供电可靠性及电能质量合格，系统电源容量应大于发电负荷定义：备用容量 系统可用电源容量 发电负荷分类：按作用分：(1)负荷备用：满足负荷波动、计划外的负荷增量(2)事故备用：发电机因故退出运行能顶上的容量(3)检修备用：发电机计划检修(4)国民经济备用：满足工农业超计划增长按其存在形式分：(1)热备用(2)冷备用第6页/共90页二、电力系统有功功率的分配 电力系统中有功功率的分配问题有两方面的主要内容：1

3、、有供电源的组合，即系统中发电设备或发电厂的合理组合，包括机组的组合顺序，机组的组合数量和开停时间；2、有功负荷在运行机组间的分配，即系统的有功负荷在各运行的发电机组或发电厂间的合理分配。按各类发电厂的特点，可将各类发电厂承担负荷的顺序做出大致排列，原则为：1、充分合理利用水力资源，尽量避免弃水；2、最大限度的降低火电厂的煤耗，并充分发挥高效机组的作用；3、降低火力发电的成本，执行国家的有关燃料政策，减少烧油，增加燃用劣质煤、当地煤。第7页/共90页二、电力系统有功功率的分配第8页/共90页三、电力系统的频率调整1、频率调整的必要性 频率是电力系统运行的一个重要质量指标。所有用电气传动的旋转设

4、备，其最高效率都是在电力系统频率为额定频率时，因此，任何频率偏移，都会造成效率的降低；其次，频率的过高或过低，还会给运行中的电气设备带来各种不同的危害。第9页/共90页2、电力系统的频率特性(1)电源有功功率的静态频率特性：发电机组的原动机机械功率与角速度或频率的关系。a）未配置自动调速系统时，原动机机械功率的静态频率特性：第10页/共90页b）发电机组配置自动调速系统后，原动机将根据系统频率的变化自动调整进气量或进水量，以满足负荷变动的需要，从而保证频率偏差在允许的范围内。PT1.01.0f第11页/共90页 (2)电力系统负荷静态频率特性：考虑有功负荷随频率的变化特性。fPLPLNfN第1

5、2页/共90页3、电力系统的频率调整（1）频率的一次调整 电力系统中所有并列运行的发电机组都装有调速器，当系统负荷变化时，有可调容量的机组的调速器均将反应系统频率的变化，按各自的静态调节特性，及时调节各发电机的出力（通过调节原动机动力元素蒸汽或水等的输入量），改变机组出力，使有功功率重新达到平衡，以保持频率的偏移在一定的范围之内，这就是频率的一次调整。M台机组参与一次调频时P0P0PPLDPLDff0f0AOOB PLD0PG第13页/共90页（2）频率的二次调整 频率的二次调整是通过发电机组调速器的转速整定元件来实现的。由人工手动操作同步器对频率的二次调整叫手动调频。而通过自动调频装置控制同

6、步器对频率的二次调整叫自动调频。频率的二次调整只有部分发电厂（或机组，下同）承担。从是否承担频率的二次调整任务出发，可将系统中所有发电厂分为调频厂和非调频厂两类。调频厂负责全系统的频率调整任务，应具有足够大的调频容量和可调范围，其允许的出力调整速度应满足系统负荷变化速度的要求；非调频厂在系统正常运行情况下只按调度中心预先安排的负荷曲线（日发电计划）运行，而不参加频率的二次调整。第14页/共90页第二节 电力系统无功功率与电压调整主要内容：无功功率负荷与电压 电力系统中无功功率的平衡电力系统中的电压管理电力系统的调压措施第15页/共90页一、无功功率负荷与电压电压是衡量电能质量的重要指标。用电负

7、荷变化会引起电力网中各节点电压的变化。并且无功功率负荷与电压关系比有功功率负荷与电压关系密切得多。第16页/共90页对于高压网，rx,dUPdUQ,故电网结点电压的变动主要由无功功率变动所引起。第17页/共90页电压偏移的影响 当运行电压偏离额定值较大时，技术经济指标就会恶化。发电厂厂用电中由电动机驱动的辅机，其机械转矩与转速的高次方成正比，电压降低滑差增大，转速降低，输出功率迅速减少，将影响汽轮、锅炉的工作，严重情况下将造成安全问题。变压器的运行电压偏低，若负载功率不变，致使输出电流增加，使绕组过热。电压偏高，励磁电流增大，铁芯损失增加，温升增高，严重情况下引起高次谐波共振。由于局部地区无功

8、不足，运行电压严重低下，一些变电所在负荷的微小扰动下会出现电压大幅度下滑，以至失压，即所谓电压崩溃.第18页/共90页负荷分类及其对电压影响的控制 电力系统中负荷的变动以及由此而引起的变电所母线的电压变动可以分为两类：由生产、生活和气象变化引起的负荷功率的变化。电压偏移 调节变压器分接头，投切电容器以及调节发电机母线电压 负荷功率具有冲击性或间歇性 电压波动 安装静止无功补偿器一类的动态补偿器安装串联电容 后果改善后果改善第19页/共90页二、电力系统无功功率平衡 电力系统中无功功率电源不足，系统结点电压就要下降。电力系统必须具备足够的无功电源才能维持所要求的电压水平，以满足系统安全稳定运行的

9、要求，以下对电力系统中的无功负荷构成、无功电源构成、电力系统无功功率平衡问题以及为改善系统无功功率不平衡而采取的补偿措施等方面进行阐述。第20页/共90页无功功率的平衡与补偿电力系统中的无功负荷与无功损耗 1、用户与发电厂厂用电的无功负荷（主要是异步电动机）2、线路和变压器的无功损耗 3、并联电抗器的无功损耗 第21页/共90页1 1、电力系统中的无功电源一是同步发电机以及过激运行的同步电动机；二是无功补偿电源包括电容器、静止无功补偿器和同期调相机；三是110KV及以上电压线路的充电功率。第22页/共90页同步发电机 第23页/共90页 由 可得 又由 可得 分析图中由 组成的发电机电动势相量

10、图，可以得出发电机的无功输出与电压的关系。当P为一定值时，得由上式可见，当电动势E为一定值时，Q同U的关系，是一条向下开口的抛物线。第24页/共90页同步发电机 第25页/共90页同步调相机过激运行时向电网发出滞后的无功功率，欠激时从电网吸收滞后的无功功率，成为无功功率用户，有正常激磁、过激与欠激三种不同运行状态 第26页/共90页静电电容器 静电电容器损耗小，投资省，运行灵活，适宜于分散使用。但具有负调节效应，此外需用真空开关成组投切，投切次数依赖于这种开关的性能。第27页/共90页静止无功补偿器（Static Var Compensation，SVC）属于灵活交流输电系统（FACTS）的家

11、族，是一种动态无功补偿装置。晶闸管控制的电抗器固定电容型（TCRFC）晶闸管开关电容器型（TSC）饱和电抗器（SR）型第28页/共90页1）TCR-FC型补偿器 第29页/共90页2）TSC型补偿器是用可控硅投切的电容器组（Thyristor Switched Capacitor）。第30页/共90页3）SR型补偿器是用直流电流控制的饱和电抗器（D.C.Control Saturable Reaction）与固定电容器的并联组合。第31页/共90页高压输电线路的充电功率 高压及超高压线路是一种数量可观的无功功率电源，其充电功率与线路电压的平方成正比。第32页/共90页2 2、无功负荷和无功损耗

12、异步电动机 第33页/共90页变压器：励磁损耗与绕组漏抗损耗，后者与受载大小有关。第34页/共90页电力线路：串联电抗中的无功功率损耗（感性）与并联电纳中的充电功率（容性）。线路无损 无功电源无功负荷 Q 第35页/共90页3 3、无功功率的平衡与补偿无功功率管理的具体措施包括：（1）电力用户的功率因数达到0.95以上；（2）分散安装电容器，就地供无功功率。（3）在一次及二次变电所的低压母线上安装电容器，枢纽变电安装调相机。在有无功冲击负荷的变电所以及超高压送电线末端宜安装静止无功补偿器；（4）对于水、火联合电网，枯水期利用水电机组调相运行，丰水期利用火电机组调相运行，供出感性无功功率；（5）

13、同步电动机过激运行，供出感性无功功率。第36页/共90页二、电压管理分级管理。发电厂和有调压能力的变电所按调度所规定的电压曲线调整无功功率和电压。地区调度所监控地区网络的电压、用户电压及其功率因数。实现无功功率就地平衡。中心调度所着重监控主网的电压水平。协调全网有广泛影响的调压措施，合理分配无功出力和调整无功潮流。协调配合，统一调度与分散控制相结合 第37页/共90页电压控制的目的（1）保持电网枢纽点电压水平，保证电力系统稳定运行；（2）保持供电电压的正常范围，保证用户的供电质量；（3）减少网络损耗；（4）在偶然事故下快速强行励磁，防止电力系统瓦解 第38页/共90页中枢点电压管理 一般选择下

14、列母线为电压中枢点：（1）区域性水、火电厂的高压母线；（2）枢纽变电站二次母线；（3）有地方负荷的发电厂母线。第39页/共90页 假定有一简单电力网如图 (a)(a)所示，中枢点O O向负荷点A A和B B供电，两处的日负荷曲线如图 (b)(b)所示。当线路参数一定时，线路上的电压损耗 和 的变化曲线如图 所示。现在来确定中枢点O O的电压允许变化范围。第40页/共90页 如图所示。图中阴影部分表示可同时满足A A、B B两个负荷点电压要求的O O点电压的变化范围。为了确定中枢点电压控制的范围，有以下几种中枢点电压控制方式：（1 1）逆调压。高峰负荷时供电线路上的电压损耗大，将中枢点电压适当升

15、高，以抵偿电压损耗的增大；反之，则将中枢点电压适当降低。（2 2）顺调压。即高峰负荷时允许中 枢点电压略低，低谷负荷时允 许中枢点电压略高。（3 3）常调压。在任何负荷下都保持 中枢点电压为基本不变的数值。取1.021.021.05 1.05 。第41页/共90页三种电压调节方式：（1）逆调整高峰负荷时升高中枢点母线电压，低谷时降低中枢点母线电压。适用于供电线路较长，负荷变动较大的中枢点；（2）顺调整高峰负荷时允许中枢点母线电压略低，低谷时允许中枢点母线电压略高。适用于供电线路不长，负荷变动不大的中枢点；（3）恒调整中枢点母线电压基本不变，适用于线路长度、负荷变动情况介于上述两者之间的情况。第

16、42页/共90页三、电力系统的调压措施UGGK1:1K2:1P+jQR+jX1、发电机调压2、改变变压器变比调压3、利用无功功率补偿调压4、改变输电线路的参数调压第43页/共90页1.改变变压器变比调压 先决条件:电网的无功电源容量充裕 对负荷变化不大的变电所可适当选择变压器的分接头进行电压调整。对于负荷变化较大的一次及二次变电所采用负荷调整分接头的变压器，其切换装置在不能适应频繁操作要求时，应限制动作的次数。第44页/共90页降压变压器第45页/共90页电压管理和调压方法最大负荷及最小负荷情况下：在停电条件下 第46页/共90页 例9-1 某降压变电站有一台变比KT(110+22.5)kV1

17、1 kV的变压器，归算到高压侧的变压器阻抗为ZT(2.44+j40)，最大负荷时流入变压器的功率为Smax=（28十j14)MV A，最小负荷时为Smin=(10+j6)MV A。最大负荷时，高压侧母线电压为113 kV。最小负荷时为115kV，低压侧母线电压允许变化范围为l 011kv试选择变压器分接头。第47页/共90页取平均值选择最接近的分接头电压115.5kV，即110+5%的分接头。按所选分接头校验低压母线的实际电压有上述电压均未超出允许电压范围1011kV，课件所选分接头能满足调压要求。第48页/共90页电压管理和调压方法升压变压器第49页/共90页电压管理和调压方法第50页/共9

18、0页电压管理和调压方法三绕组降压变压器 看成两个双绕组变压器的并联。在求得三绕组变压器的功率分布以后，先从高压绕组对低压绕组入手，选择高压方抽头以满足低压方电压要求。然后固定高压方抽头，考虑高压绕组对中压绕组情况；选择中压方抽头满足中压方的电压要求。第51页/共90页电压管理和调压方法第52页/共90页电压管理和调压方法第53页/共90页电压管理和调压方法例 变压器抽头为要求10KV、35KV母线逆调压，即5，0。试选择抽头第54页/共90页电压管理和调压方法在最大负荷情况下，各绕组电压损耗计算如下：变压器中点电压 第55页/共90页电压管理和调压方法中压母线电压 低压母线电压 第56页/共9

19、0页电压管理和调压方法在最小负荷情况下：第57页/共90页电压管理和调压方法第58页/共90页电压管理和调压方法在最大、最小负荷下，根据低压侧逆调压（5，0）的要求选择高压方的抽头：选标准抽头110-2.5，即为107.25KV选标准抽头110+3*2.5，即118.25KV第59页/共90页电压管理和调压方法固定高压方抽头，按中压方逆调压要求，选择中压方抽头：选标准抽头38.5-5，即为36.57KV 选标准抽头38.5-5，即为36.57KV还应根据标准抽头，对中、低母线电压进行校核。第60页/共90页电压管理和调压方法改变发电机及调相机励磁调压改变发电机及调相机的励磁电流，可以改变它们的

20、内电势，从而调整母线电压。利用发电机调压范围为发电机额定电压的5。调相机调压属于改变网络无功功率分布进行调压的方法。即利用调相机的容量就地补偿负荷所需的无功功率，因而改变了线路输送的无功功率。从而调节了枢纽站母线的电压。第61页/共90页电压管理和调压方法补偿前补偿后折合到高压侧的低压方希望电压，低压方希望电压Urc第62页/共90页电压管理和调压方法现以下标M、m分别表示最大负荷及最小负荷情况，设调相机欠激容量为过激容量之半。第63页/共90页电压管理和调压方法由上式可以确定K值，由此确定高压方抽头，再确定调相机的容量 第64页/共90页电压管理和调压方法投切电容器组调压 在最小负荷时，切除

21、全部电容器；而按最大负荷时的调压要求确定电容器的容量。在最小负荷时选择变压器变比 第65页/共90页电压管理和调压方法例11-4Us保持116KV，Urc维持10.5KV。试确定负荷端应装无功补偿设备容量（a)电容器（b）同步调相机 第66页/共90页电压管理和调压方法归算到高压侧母线 第67页/共90页电压管理和调压方法（a）采用静电电容器最小负荷时，选用额定抽头110KV最大负荷时，电容器容量的决定与校验：第68页/共90页电压管理和调压方法（b）采用同步补偿机调压 选-2.5分头，即107.25KV 选用Qc=5.0Mvar第69页/共90页电压管理和调压方法校验 第70页/共90页电压

22、管理和调压方法静止无功补偿器调压可按最大负荷时负荷母线电压的要求确定电容器的容量QC,此时可控电抗吸收的无功功率为零或最小。由最小负荷时的电压要求确定静止补偿器的容量QSVC,此时QC不变，因此可控电抗器吸收的无功功率为第71页/共90页电压管理和调压方法串联电容调压 在线路负荷功率因数较低、无功负荷份额大时有显著作用 第72页/共90页电压管理和调压方法补偿前补偿后 第73页/共90页电压管理和调压方法单个电容器的额定容量 设n，m分别为电容器的串联个数和并联串数,三相电容器的总容量 第74页/共90页电压管理和调压方法满足条件第75页/共90页电压管理和调压方法组合调压 无功电源缺乏：静电

23、电容器、静止补偿器及调相机 无功充裕：调节抽头 发电机调压幅度有限：首选无直配负荷时5 有直配负荷时采用逆调整5 第76页/共90页电压管理和调压方法灵敏度分析方法第77页/共90页电压管理和调压方法.联合调压举例 第78页/共90页电压管理和调压方法第79页/共90页电压管理和调压方法单一考虑发电机端电压改变情况：取标么值 第80页/共90页电压管理和调压方法同理第81页/共90页电压管理和调压方法单一考虑无功补偿容量QC的改变情况：第82页/共90页电压管理和调压方法单独考虑改变变比的情况：第83页/共90页电压管理和调压方法当以上这些措施同时进行时，则有第84页/共90页电压管理和调压方

24、法对结点3而言：（1）当X1大，改变UG2调压效果好；当X2大，改变UG1调压效果好；（2）改变K与改变UG1调压效果相同，都是将无功功率由G1推向G2；（3）无功补偿量QC的调节效果，与从接入点看进去的等效电抗有关，等效阻抗大调压效果好。第85页/共90页第三节 电力网的经济运行 电力网的电能损耗由两部分组成：一部分是导线和变压器绕组电阻随着通过的电流或功率的增大而增大的可变损耗；另一部分是输电线路和变压器等值电路中并联电导中的有功损耗，这一部分损耗基本不变，又称为固定损耗。一、最大负荷损耗时间法 如果网络输送的功率始终保持为最大负荷功率 ，经 小时后网络中损耗的电能恰好等于按实际负荷曲线运

25、行时全年实际损耗的电能，则称 为最大负荷损耗时间。若一年按8760h计，输电线路全年的电能损耗为第86页/共90页若认为运行电压接近于维持恒定，则二、降低电能损耗的技术措施 在电力网运行中可以采取下列措施降低网络损耗:1.提高电力网负荷的功率因数 提高了电网的功率因数即意味着在电网传输相同有功功率的情况下减少了网络的功率损耗。2.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。电力网运行电压水平较高时，总网络损耗将降低。电力网运行于重负荷状态时，在不超过上述规定的条件下，应尽量提高运行电压水平。第87页/共90页（2 2）合理组织并联变压器的运行。并联运行n台变压器时，铁心损耗与台数成正比，绕组损耗与台数成反比。当变压器轻载运行时，绕组损耗所占的比重相对减少，铁心损耗所占的比重相对增大。在这种情况下，减少变压器投入的台数就能降低总的功率损耗。当变压器负荷重时，绕组损耗所占的比重相对增大。总可以找出一个临界的负荷功率值，使投入n台变压器和投入 台变压器的总功率损耗值相等。第88页/共90页本章习题 9-1、9-2第89页/共90页感谢您的观看！第90页/共90页