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1、电力电子技术在配电网中的应用1本讲稿第一页，共六十九页2本讲稿第二页，共六十九页（一）配电网概述w在电力网中主要起分配电能作用的网络称为配电网；在电力网中主要起分配电能作用的网络称为配电网；w配电网按电压等级来分类，可分为高压配电网（配电网按电压等级来分类，可分为高压配电网（35110KV），中压配电网（），中压配电网（610KV），低压配电网（），低压配电网（220/380V）；）；w在负载率较大的特大型城市，在负载率较大的特大型城市，220KV电网也有配电功能。电网也有配电功能。w按供电区的功能来分类，可分为城市配电网，农村配电网和工按供电区的功能来分类，可分为城市配电网，农村配电网和工厂
2、配电网等。厂配电网等。w在城市电网系统中，主网是指在城市电网系统中，主网是指110KV及其以上电压等级的及其以上电压等级的电网，主要起连接区域高压（电网，主要起连接区域高压（220KV及以上）电网的作用及以上）电网的作用w配电网是指配电网是指35KV及其以下电压等级的电网，作用是给城市里各及其以下电压等级的电网，作用是给城市里各个配电站和各类用电负荷供给电源个配电站和各类用电负荷供给电源3本讲稿第三页，共六十九页一、配电网的主要设备w开关设备w变压器w线路 w补偿设备 w监测设备 w避雷器w箱式变电站4本讲稿第四页，共六十九页二、配电网运行的主要技术内容w配电网损耗及无功补偿 w配电网内过电压
3、及其防护措施 w配电网供电可靠性与电能质量 w配电网中性点接地方式 w配电网电容电流计算w配电网继电保护 w配电网防雷保护 5本讲稿第五页，共六十九页2.1 配电网损耗及无功补偿w影响配电网线损的因素分析 w理论线损计算 w降低线损的技术措施 w无功优化及固定补偿w自动跟踪无功补偿装置6本讲稿第六页，共六十九页2.2 配电网内过电压及其防护措施w配电网弧光接地过电压 w配电谐振过电压 线性谐振过电压 铁磁谐振过电压 断线谐振过电压 w传递过电压 7本讲稿第七页，共六十九页2.3 配电网供电可靠性与电能质量w配电网可靠性的统计、分析与计算w配电网电压波动 w配电网谐波 8本讲稿第八页，共六十九页
4、2.4 配电网中性点接地方式w中性点经消弧线圈接地 w中性点经电阻接地 9本讲稿第九页，共六十九页（二)配电网运行分析 10本讲稿第十页，共六十九页主要内容w配电网的电压计算 w配电网的损耗计算与降损措施 w简单配电网的潮流计算w复杂配电网的潮流计算 w配电网的无功补偿和电压调整 w配电网的短路电流计算 w低压电网短路电流计算 11本讲稿第十一页，共六十九页配电网的电压计算配电网的电压计算w一、配电网的电压降落w二、配电网的电压损耗w三、配电网的电压偏移12本讲稿第十二页，共六十九页一、配电网的电压降落一、配电网的电压降落w所谓电压降落是指线路首末两端电压的相量差。由上图可得13本讲稿第十三页
5、，共六十九页w（1）已知环节末端电压及功率 以末端电压为参考相量，负荷为感性，则可得或14本讲稿第十四页，共六十九页（a）末端电压降落的纵、横分量；15本讲稿第十五页，共六十九页w（2）已知环节首端电压及功率 参照上述推导16本讲稿第十六页，共六十九页（b）首端电压降落的纵、横分量 17本讲稿第十七页，共六十九页w必须注意：当已知末端的电压及功率求首端的电压时，是取末端电压为参考相量的；而当知首端的电压及功率求末端电压时，是取首端电压为参考相量的，所以有 但如图：18本讲稿第十八页，共六十九页二、配电网的电压损耗二、配电网的电压损耗w所谓电压损耗是指线路首末两端电压的数值差。电压损耗的大小为图
6、中的AG。19本讲稿第十九页，共六十九页w如忽略其横分量，电压损耗由两部分组成的，即 式中第一部分与有功功率和电阻有关，第二部分与无功功率和电抗有关，而这些因素对电压损耗值的影响程度是由电网特性所决定的。20本讲稿第二十页，共六十九页三、配电网的电压偏移三、配电网的电压偏移w所谓电压偏移是指线路首端或末端电压与线路额定电压的数值差。电压偏移常用百分值表示，即 常以电压损耗和电压偏移作为衡量电压质量的主要指标。21本讲稿第二十一页，共六十九页配电网的损耗计算与降损措施配电网的损耗计算与降损措施w一、线路的功率损耗一、线路的功率损耗w二、变压器的功率损耗二、变压器的功率损耗w三、配电网的电能损耗三
7、、配电网的电能损耗w四、配电网的降损措施四、配电网的降损措施22本讲稿第二十二页，共六十九页一、线路的功率损耗一、线路的功率损耗w如图所示的简单线路，已知末端电压和末端功率，忽略电导。该线路的功率损耗由下述三部分组成。23本讲稿第二十三页，共六十九页1线路末端导纳的功率损耗w由于忽略了线路的电导，故只需计算线路末端电纳的功率损耗，其值与线路末端电压有关，即 式中的负号表示容性无功功率。24本讲稿第二十四页，共六十九页2阻抗的功率损耗w线路阻抗的功率损耗包括有功功率损耗和无功功率损耗两部分。如已知条件是末端功率、末端电压，则 若已知条件为首端功率和电压，则 25本讲稿第二十五页，共六十九页3线路
8、首端导纳的功率损耗w该功率损耗与线路首端电压有关，由于略去了电导，只需计算电纳中的无功损耗，即首末端电压的不同，电纳中的无功损耗并不相同。26本讲稿第二十六页，共六十九页二、变压器的功率损耗二、变压器的功率损耗w变压器的功率损耗包括阻抗的功率损耗与导纳的功率损耗两部分。27本讲稿第二十七页，共六十九页1阻抗的功率损耗w双绕组变压器阻抗的功率损耗可以套用线路阻抗功率损耗的计算公式 或28本讲稿第二十八页，共六十九页w对于三绕组变压器，应用这些公式同样可以求出各侧绕组的功率损耗，即29本讲稿第二十九页，共六十九页2导纳的功率损耗w变压器导纳的无功功率损耗是感性的，符号为正。30本讲稿第三十页，共六
9、十九页w在有些情况下，如不必求取变压器内部的电压降(不需要计算出变压器的阻抗、导纳)，这时功率损耗可直接由制造厂家提供的短路和空载试验数据求得，。31本讲稿第三十一页，共六十九页实际计算时通常设 所以这些公式可简化为 32本讲稿第三十二页，共六十九页三、配电网的电能损耗三、配电网的电能损耗w1配电网的电能损耗和损耗率 在同一时间内，配电网的电能损耗占供电量的百分比，称为配电网的损耗率，简称网损率或线损率。33本讲稿第三十三页，共六十九页w2电力线路电能损耗的计算 假定在一段时间内线路的负荷不变，则功率损耗也不变，相应的电能损耗为 由于电力系统的实际负荷是随时都在改变的，线路的功率损耗也随时间而
10、改变。因此，应采用积分算式，即 34本讲稿第三十四页，共六十九页w在工程实际中常采用简化的方法计算电能损耗。简化方法很多，用得最多的是电力网规划中电能损耗计算的方法最大负荷损耗时间法。最大负荷损耗时间可以理解为：如果线路中输送的功率一直保持为最大负荷功率Smax（此时的有功损耗为Pmax），在小时内的电能损耗恰好等于线路全年的实际电能损耗，则称为最大负荷损耗时间。35本讲稿第三十五页，共六十九页w3变压器电能损耗的计算 变压器铁芯中电能损耗按全年投入运行的实际小时数来计算。计算式为 当变压器两侧电压在额定电压附近时，可由下式计算变压器全年的电能损耗，即 36本讲稿第三十六页，共六十九页四、配电
11、网的降损措施四、配电网的降损措施w1、合理使用变压器w2、重视和合理进行无功补偿w3、对电力线路改造，扩大导线的载流水平 w4、调整用电负荷，保持均衡用电37本讲稿第三十七页，共六十九页配电网的无功补偿和电压调整配电网的无功补偿和电压调整w一、配电网的无功补偿一、配电网的无功补偿w二、电压调整二、电压调整w三、静止无功补偿器静止无功补偿器SVC38本讲稿第三十八页，共六十九页一、配电网的无功补偿一、配电网的无功补偿w1、电力系统的无功平衡 影响电力系统电压的主要因素是无功功率。（1）电力系统的无功负荷及无功损耗 无功负荷是滞后功率因数运行的用电设备所吸取的无功功率。电力系统的无功负荷主要是异步
12、电动机。电网中无功损耗一般有两部分：一是输电线路的无功损耗；二是变压器上的无功损耗。39本讲稿第三十九页，共六十九页（2）无功电源 电力系统的无功电源包括同步发电机、调相机、电容器及静止无功补偿器、线路充电功率等。（3）无功平衡 电力系统无功功率平衡包含两个含义。首先是对于运行的各个设备，要求系统无功电源所发出的无功功率与系统无功负荷及无功损耗相平衡，即40本讲稿第四十页，共六十九页w其次是对于一个实际系统或是在系统的规划设计中，要求系统无功电源设备容量与系统运行所需要的无功电源及系统的备用无功电源相平衡，以满足运行的可靠性及适应系统负荷发展的需要，即 41本讲稿第四十一页，共六十九页w2、无
13、功补偿的原理加装了一部分无功补偿设备Qc后 视在功率S比S小了，补偿后电力网的功率因数由补偿前的cos1提高到cos 2。42本讲稿第四十二页，共六十九页w3、无功补偿的意义（1）减少系统元件的容量，换个角度看是提高电网的输送能力。（2）降低网络功率损耗和电能损耗。（3）改善电压质量。43本讲稿第四十三页，共六十九页w4、配电网无功补偿的配置原则（1）总体平衡与局部平衡相结合。（2）电业部门补偿和用户补偿向结合。（3）分散补偿与集中补偿相结合，以分散为主。（4）降损与调压相结合，以降损为主。44本讲稿第四十四页，共六十九页w5、无功补偿措施（1）利用同步发电机进行补偿。（2）利用调相机进行无功
14、补偿。（3）利用电容器进行无功补偿。（4）利用静止补偿器进行无功补偿。45本讲稿第四十五页，共六十九页二、电压调整二、电压调整w1、电力系统的电压管理w在进行电力系统规划设计时，由于各负荷点对电压质量的要求还不明确，所以难以具体确定各中枢点电压控制的范围。为此规定了所谓“逆调压”、“顺调压”、“常调压”等几种中枢点电压控制的方式。46本讲稿第四十六页，共六十九页w2、电压调整的基本原理 以图所示的简单电力系统为例，说明常用的各种调压措施所依据的基本原理。47本讲稿第四十七页，共六十九页由发电厂母线处电压开始推算，可求得 为维持用户处端电压满足要求，可以采用以下措施进行电压调整：（1）调节励磁电
15、流以改变发电机端电压；（2）改变变压器T1、T2的变比；（3）通过改变电力网无功功率分布；（4）改变输电线路的参数（降低输电线路的电抗）。48本讲稿第四十八页，共六十九页w3、电压调整的措施（1）利用发电机调压（2）改变变压器变比调压（3）利用无功功率补偿调压（4）改变线路参数调压49本讲稿第四十九页，共六十九页w4、各种调压措施的合理应用（1）要求各类用户将负荷的功率因数提高到现行规程规定的参数。（2）改变发电机励磁，可以改变发电机输出的无功功率和发电机的端电压。（3）根据无功功率平衡的需要，增添必要的无功补偿容量，并按无功功率就地平衡的原则进行补偿容量的分配。（4）当系统的无功功率供应比较
16、充裕时，各变电所的调压问题可以通过选择变压器的分接头来解决。50本讲稿第五十页，共六十九页（5）在整个系统无功不足的情况下，不宜采用调整变压器分接头的办法来提高电压。（6）对于10kV及以下电压等级的电网，由于负荷分散、容量不大，按允许电压损耗来选择导线截面是解决电压质量问题的正确途径。51本讲稿第五十一页，共六十九页三、静止无功补偿器三、静止无功补偿器SVCw静止无功补偿器（静止无功补偿器（SVC）：）：Static Var Compensator Controllerw利用电容器和电抗器组成的可提供感性或容性无利用电容器和电抗器组成的可提供感性或容性无功补偿的装置，能平滑控制动态无功功率。
17、功补偿的装置，能平滑控制动态无功功率。w六种方式：固定容性、固定感性、可变容性、可六种方式：固定容性、固定感性、可变容性、可变感性、固定容性可变感性、可变容性可变变感性、固定容性可变感性、可变容性可变感性。常用后两种。感性。常用后两种。w知名厂家：瑞士勃朗知名厂家：瑞士勃朗.鲍微利公司（鲍微利公司（BBC），瑞典通），瑞典通用电气公司（用电气公司（ASEA），美国通用电气公司（），美国通用电气公司（GE），美国西屋及日本富士等。），美国西屋及日本富士等。52本讲稿第五十二页，共六十九页1、构成、构成SVC的三种基本组成模块的三种基本组成模块wTSC-Thyristor-Switched Cap
18、acitor -晶闸管投切的电容器wTCR-Thyristor-Controlled Reactor -晶闸管控制的电抗器wHF/FC-Harmonic Filter(Fixed Capacitor)-滤波电容器(固定电容器)53本讲稿第五十三页，共六十九页2、SVC的基本结构的基本结构 TCR FC TCR TSC FC TCRFC型 TCRTSCFC型 54本讲稿第五十四页，共六十九页2.1 TSC-晶闸管投切的电容器晶闸管投切的电容器wStepwise controlwNo transientswNo harmonicswLow losseswRedundancy and flexibi
19、lity55本讲稿第五十五页，共六十九页2.1 TSC-晶闸管投切的电容器晶闸管投切的电容器w如果母线电压较高，一般配用隔离变压器，采用比较经济的如果母线电压较高，一般配用隔离变压器，采用比较经济的Y-YY-Y接线，晶闸管开关与电容器接成接线，晶闸管开关与电容器接成形。形。w在在TSCTSC控制方式下，晶闸管或者完全开通或者完全关闭，即控制方式下，晶闸管或者完全开通或者完全关闭，即电流处于额定值和零值两点。电流处于额定值和零值两点。w多个多个TSCTSC电路可以降低容性功率的跳跃，但需增加晶闸管数电路可以降低容性功率的跳跃，但需增加晶闸管数量。串联电抗器用于限制导通电流和短路电流的上升率。量。
20、串联电抗器用于限制导通电流和短路电流的上升率。w如果在电流自然过零点触发晶闸管，在电容器通电时，由于过渡如果在电流自然过零点触发晶闸管，在电容器通电时，由于过渡过程会导致过电压，一般在晶闸管正式触发前通过一个短脉冲对过程会导致过电压，一般在晶闸管正式触发前通过一个短脉冲对电容器进行预充电，以避免过电压。电容器进行预充电，以避免过电压。56本讲稿第五十六页，共六十九页2.1 TSC-晶闸管投切的电容器晶闸管投切的电容器w工程示意图工程示意图57本讲稿第五十七页，共六十九页2.2 TCR-晶闸管控制的电抗器晶闸管控制的电抗器wContinuous control wNo transients wG
21、eneration of harmonics58本讲稿第五十八页，共六十九页2.3 SVC控制器控制器w一、控制目标（稳态）：一、控制目标（稳态）：（1）提高功率因数。）提高功率因数。（2）提供电压支持。）提供电压支持。（3）降低网损。）降低网损。w二、控制器主要构成：二、控制器主要构成：1、检测环节、检测环节 2、算法环节、算法环节 3、控制环节、控制环节 4、保护环节、保护环节 5、辅助环节、辅助环节 59本讲稿第五十九页，共六十九页2.3.1 SVC控制器（按功率因数控制）控制器（按功率因数控制）w理论基础：理论基础：cosP/（P2Q2）1/260本讲稿第六十页，共六十九页2.3.1
22、SVC控制器（按功率因数控制）控制器（按功率因数控制）w一、控制方式：一、控制方式：根据进线功率因数的当今运行值，功率因数控制器自动投切补偿电容器组或根据进线功率因数的当今运行值，功率因数控制器自动投切补偿电容器组或可连续调节补偿量，使进线功率因数随时维持在某一整定范围内。可连续调节补偿量，使进线功率因数随时维持在某一整定范围内。w二、控制器构成：二、控制器构成：1、功率因数检测环节、功率因数检测环节 2、延时环节、延时环节 3、可逆记数环节、可逆记数环节 4、过电压保护环节、过电压保护环节 5、驱动控制环节、驱动控制环节 6、手动控制、手动控制 7、自动起停环节、自动起停环节 8、执行环节、
23、执行环节61本讲稿第六十一页，共六十九页2.3.1 SVC控制器（按功率因数控制）控制器（按功率因数控制）（功率因数控制器各环节的作用）（功率因数控制器各环节的作用）1、功率因数检测环节：量测相电流、线电压，计算进线功率因数当今值，辨识功率、功率因数检测环节：量测相电流、线电压，计算进线功率因数当今值，辨识功率因数进相或滞相，根据功率因数整定范围，下达投切指令至延时环节。因数进相或滞相，根据功率因数整定范围，下达投切指令至延时环节。2、延时环节：规定两次动作之间的最小时间，避免频繁投切。对电动机启动过、延时环节：规定两次动作之间的最小时间，避免频繁投切。对电动机启动过程尤为必要。程尤为必要。3
24、、可逆记数环节：记录各组电容器的投切次数使其循环工作，以保证各组电容器投、可逆记数环节：记录各组电容器的投切次数使其循环工作，以保证各组电容器投入时间基本相等，工作寿命基本相同。入时间基本相等，工作寿命基本相同。4、过电压保护环节：当运行电压超过补偿电容器的最大运行电压时，立即退出、过电压保护环节：当运行电压超过补偿电容器的最大运行电压时，立即退出电容器，以保证其安全。电容器，以保证其安全。5、TSC及及TCR的指令信号。的指令信号。6、手动控制：自动投切出现故障时的保障措施、手动控制：自动投切出现故障时的保障措施 7、自动启停环节：根据进线电流的大小，判断运行状态。当进线电流极小或没、自动启
25、停环节：根据进线电流的大小，判断运行状态。当进线电流极小或没有时，自动断电退出运行。有时，自动断电退出运行。62本讲稿第六十二页，共六十九页2.3.1 SVC控制器（按功率因数控制）控制器（按功率因数控制）按负荷电流的控制：按负荷电流的控制：w日负荷曲线变化较大，但自然功率因数基本不变的场合，采用只日负荷曲线变化较大，但自然功率因数基本不变的场合，采用只跟据负荷电流的大小进行投切控制。跟据负荷电流的大小进行投切控制。w控制器构成特点：控制器构成特点：负荷电流检测环节替代功率因数检测负荷电流检测环节替代功率因数检测环节环节63本讲稿第六十三页，共六十九页2.3.2 SVC控制器（电压控制）控制器
26、（电压控制）理论基础：理论基础：64本讲稿第六十四页，共六十九页2.3.2 SVC控制器（电压控制）控制器（电压控制）理论基础：理论基础：65本讲稿第六十五页，共六十九页2.3.3 SVC控制器（降低网损）控制器（降低网损）理论基础：理论基础：66本讲稿第六十六页，共六十九页2.3.3 SVC控制器（降低网损）控制器（降低网损）w理论基础：理论基础：w线路的功率损耗包括有功功率损耗和无功功率损耗两部线路的功率损耗包括有功功率损耗和无功功率损耗两部分。如已知条件是末端功率、末端电压，则分。如已知条件是末端功率、末端电压，则 若已知条件为首端功率和电压，则若已知条件为首端功率和电压，则 67本讲稿第六十七页，共六十九页四、电能质量问题四、电能质量问题电能质量问题：电能质量问题：w电压质量电压质量w电流质量电流质量w功率质量功率质量w电源质量电源质量w电磁兼容电磁兼容68本讲稿第六十八页，共六十九页The EndThe End69本讲稿第六十九页，共六十九页