《电力系统工程基础》(控制篇)_XXXX0615.ppt

山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院电力系统工程基础电力系统工程基础-控制篇控制篇山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院主要内容主要内容第第15章章 电力系统的运行与控制电力系统的运行与控制第第16章章 电力系统电能质量与可靠性电力系统电能质量与可靠性山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院第第15章章 电力系统的运行与控制电力系统的运行与控制15.1 电力系统运行的安全性电力系统运行的安全性15.2 电力系统的有功与频率控制电力系统的有功与频率控制15.3 电力系统的电压控制电力系统的电压控制 15.4 电力系统的优化调度电力系统的优化调度15.5 电力系统运行的自动化电力系统运行的自动化山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院15.1 电力系统运行的安全性电力系统运行的安全性山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院15.1 电力系统运行的安全性电力系统运行的安全性15.1.1 电力系统运行安全性的定义电力系统运行安全性的定义电力系统运行的安全性电力系统运行的安全性是指应付各种可能的扰动是指应付各种可能的扰动以保持电力系统连续运行的能力。以保持电力系统连续运行的能力。500MW700MW250MW250MW机组机组1机组机组21200MW500MW700MW500MW0MW机组机组1机组机组21200MW山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院具体而言具体而言，电力系统的正常运行必须满足两个条，电力系统的正常运行必须满足两个条件（约束）：件（约束）：有功、无功功率的平衡（有功、无功功率的平衡（等式约束等式约束）；）；电能质量和设备的运行状态（即频率、电压、元件电电能质量和设备的运行状态（即频率、电压、元件电流、机组功率、功角等）不应超出允许要求的范围流、机组功率、功角等）不应超出允许要求的范围（不等式约束不等式约束）。）。应付的手段应付的手段：电力系统的运行调度与调节、保护、：电力系统的运行调度与调节、保护、控制，用户侧管理等。控制，用户侧管理等。山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院15.1.2 电力系统安全性的防御电力系统安全性的防御电力系统运行的监测电力系统运行的监测任务：任务：向调度控制中心提供实时运行的相关信息。主要包向调度控制中心提供实时运行的相关信息。主要包括母线电压，线路电流括母线电压，线路电流有功有功无功，断路器、隔离开关的无功，断路器、隔离开关的状态，系统频率，机组功率，变压器分接头位置等。状态，系统频率，机组功率，变压器分接头位置等。作用：作用：依据收集的信息，判断系统的依据收集的信息，判断系统的运行状态运行状态，为调度人，为调度人员及时作出相关的员及时作出相关的控制控制决策提供辅助手段。决策提供辅助手段。手段：手段：数据采集与监视控制系统（数据采集与监视控制系统（supervisory control and data acquisition，SCADA），完成电力系统的状态估计），完成电力系统的状态估计（state estimation，SE），预想事故评估（），预想事故评估（static security assessment/dynamic security assessment，SA/DSA）等。）等。山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院预想事故评估预想事故评估预想事故评估预想事故评估：在完成电力系统状态估计的基础上，对预：在完成电力系统状态估计的基础上，对预想的事故集（想的事故集（contingencies）进行分析。）进行分析。电力系统的运行状态分类电力系统的运行状态分类正常状态：安全正常状态、不安全正常状态正常状态：安全正常状态、不安全正常状态紧急状态紧急状态崩溃状态崩溃状态恢复状态恢复状态山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院电力系统运行状态的转化过程电力系统运行状态的转化过程安全状态安全状态不安全状态不安全状态正常状态正常状态紧急状态紧急状态恢复状态恢复状态崩溃状态崩溃状态紧急控制紧急控制校正控制校正控制恢复控制恢复控制供电恢复供电恢复预防控制预防控制偶然扰动状态转移偶然扰动状态转移安全控制状态转移安全控制状态转移预想事故预想事故山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院正常状态正常状态:分为安全分为安全/不安全正常状态不安全正常状态预防控制预防控制：使系统从不安全正常状态转移到安全正：使系统从不安全正常状态转移到安全正常状态的控制。常状态的控制。紧急状态紧急状态:满足第一个条件，不满足第二个条件。满足第一个条件，不满足第二个条件。静态情况下，表现为过载或电压越限，允许时间较长，通静态情况下，表现为过载或电压越限，允许时间较长，通过过校正控制校正控制使系统返回正常状态；使系统返回正常状态；对于稳定性破坏性质的，功角不断增大，频率或电压不断对于稳定性破坏性质的，功角不断增大，频率或电压不断下降，允许时间较短，通过下降，允许时间较短，通过紧急控制紧急控制，如切机、解列、切，如切机、解列、切负荷使系统进入恢复状态负荷使系统进入恢复状态山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院恢复状态恢复状态:第一个条件不满足，第二个条件满足。启第一个条件不满足，第二个条件满足。启动机组、系统并列等，使系统重新进入正常状态动机组、系统并列等，使系统重新进入正常状态山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院15.1.3 电力系统的安全准则电力系统的安全准则为了实现电力系统的为了实现电力系统的安全、稳定安全、稳定运行，电力系统运运行，电力系统运行各部门（规划、计划、设计、建设、生产运行和行各部门（规划、计划、设计、建设、生产运行和科研试验等）都有自己的安全准则科研试验等）都有自己的安全准则安全准则随技术、经济水平的发展而不断修正安全准则随技术、经济水平的发展而不断修正电力系统安全稳定导则电力系统安全稳定导则 81年版、年版、DL 755-2001电力系统技术导则电力系统技术导则 SD 131-84 电力系统设计技术规程电力系统设计技术规程SDJ161-85山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院15.2 电力系统的有功与频率控制电力系统的有功与频率控制山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院全系统的有功平衡全系统的有功平衡运行中运行中：PG=PD+PL规划设计：规划设计：PN=PG+PR系统电源容量（系统电源容量（PN）:可投入发电设备的可用功率可投入发电设备的可用功率之和之和系统的备用容量（系统的备用容量（PR）:系统电源容量大于发电负系统电源容量大于发电负荷的部分荷的部分设置备用的目的设置备用的目的：系统的最大负荷不确定；发输电：系统的最大负荷不确定；发输电设备的故障不确定；机组必须定期检修设备的故障不确定；机组必须定期检修15.2.1 有功功率平衡与备用有功功率平衡与备用山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院备用容量的分类备用容量的分类按按投入时间（工作方式）投入时间（工作方式）分分热备用热备用：运转中的发电设备可能发的最大功率与发电负荷：运转中的发电设备可能发的最大功率与发电负荷之差之差（旋转备用）（旋转备用）；冷备用冷备用：未运转的、但能随时启动的发电设备可能发的最：未运转的、但能随时启动的发电设备可能发的最大功率（不含检修中的设备）；大功率（不含检修中的设备）；山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院按按用途用途分分负荷备用负荷备用：适应负荷短时波动、一日内计划的负荷增加，：适应负荷短时波动、一日内计划的负荷增加，一般为最大负荷的一般为最大负荷的25%；事故备用事故备用：适应发电设备发生偶然事故时的备用，一般为：适应发电设备发生偶然事故时的备用，一般为最大负荷的最大负荷的510%，分冷、热备用；，分冷、热备用；检修备用检修备用：满足检修需要而设置的备用（有时不设）；：满足检修需要而设置的备用（有时不设）；国民经济（发展）备用国民经济（发展）备用：计及负荷超计划增长而设置的备：计及负荷超计划增长而设置的备用，一般为最大负荷的用，一般为最大负荷的35%。山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院15.2.2 有功功率负荷变动及控制有功功率负荷变动及控制三类负荷变化三类负荷变化1、周期短（、周期短（10s）、幅度小，偶然性极大；）、幅度小，偶然性极大；2、周期较长（、周期较长（10s3min）、幅度较大。如电炉、压延机、幅度较大。如电炉、压延机械、电力机车等带有冲击性的负荷变动。械、电力机车等带有冲击性的负荷变动。3、周期长（、周期长（3min）、幅度大。主要是由生产、生活、气）、幅度大。主要是由生产、生活、气象等变化引起的负荷变动。基本上可预测，并由负荷曲线象等变化引起的负荷变动。基本上可预测，并由负荷曲线反映。反映。山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院电网频率电网频率 f 是发电机转速是发电机转速的体现，当发电机的体现，当发电机PM与与PE（+有功损耗）平衡时，有功损耗）平衡时，和和 f 不变。不变。负荷随机变化，负荷随机变化，PE随机变化。随机变化。不可能严格保证任何时刻额定频率，频率偏移不可避免，不可能严格保证任何时刻额定频率，频率偏移不可避免，需要合理规定允许的偏移范围。需要合理规定允许的偏移范围。我国目前：我国目前：50Hz(0.20.5)Hz，发达国家：，发达国家：0.1Hz。山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院控制方式控制方式控制原则为有功功率的平衡控制原则为有功功率的平衡，实质上调整发电机输出功率，实质上调整发电机输出功率频率的一次调整：调速器频率的一次调整：调速器频率的二次调整：调频器频率的二次调整：调频器频率的三次调整：依负荷曲线，在发电厂、机组间经济合频率的三次调整：依负荷曲线，在发电厂、机组间经济合理地分配理地分配 山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院近似直线族（一次、二次调频）近似直线族（一次、二次调频）发电机的单位调节功率发电机的单位调节功率：发电机组：发电机组 原动机或电源频率特性的斜率。原动机或电源频率特性的斜率。标志着随频率的标志着随频率的升降升降发电机组发出功率发电机组发出功率减少减少或或增加增加的多寡。的多寡。发电机组功频静态特性发电机组功频静态特性ff0fN0PGNPG123山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院发电机调差系数：单位调节功率的倒数。发电机调差系数：单位调节功率的倒数。发电机的单位调节功率与调差系数的关系：发电机的单位调节功率与调差系数的关系：发电机的单位调节功率是可以整定的：发电机的单位调节功率是可以整定的：汽轮发电机组：汽轮发电机组：%=35 或或 KG*=33.320水轮发电机组：水轮发电机组：%=24 或或 KG*=5025ff0fN0PGNPG123山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院负荷的频率静特性负荷的频率静特性有功功率需求与频率的关系：有功功率需求与频率的关系：与频率变化与频率变化无关无关的负荷：如照明设备、电阻炉的负荷：如照明设备、电阻炉与频率变化的与频率变化的一次方成正比一次方成正比：如切削设备、往复式水泵、：如切削设备、往复式水泵、压延设备，等压延设备，等与频率变化的与频率变化的二次方成正比二次方成正比：如变压器的涡流损耗，等：如变压器的涡流损耗，等与频率变化的与频率变化的三次方成正比三次方成正比：如通风机、静水头阻力不大：如通风机、静水头阻力不大的循环水泵，等的循环水泵，等与频率变化的与频率变化的高次方成正比高次方成正比：如静水头阻力很大的循环水：如静水头阻力很大的循环水泵，等泵，等山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院a0+a1+a2+a3+=1，当当f=fN时，时，PD=PDN主要成份为前主要成份为前2种，在额定值附近为一直线（族）种，在额定值附近为一直线（族）负荷的单位调节功率负荷的单位调节功率：综合负荷静态频率特性的斜率。：综合负荷静态频率特性的斜率。ffN0PLNPL123山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院负荷的单位调节功率是不能整定的，负荷的单位调节功率是不能整定的，KL*1.5。值得注意的是值得注意的是，电力系统的静态频率特性（发电机和负荷），电力系统的静态频率特性（发电机和负荷）之所以认为是线性的，其前提是频率围绕额定值变化很小之所以认为是线性的，其前提是频率围绕额定值变化很小的范围。的范围。山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院频率的一次调整频率的一次调整基础：有功平衡基础：有功平衡几何图解：几何图解：负荷增加、频率降低负荷增加、频率降低初始负荷增量初始负荷增量:PL0系统频率变化系统频率变化:f=f0 f0 0负荷调节效应负荷调节效应:PL=KL f PGQ，f 如何变化？如何变化？若若PL0=PGQ，f 如何变化？如何变化？（无差调节无差调节）ff0f00PPGABQABQPGQACCBQf0ffPGPLPLPLQP0P0P0山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院调频厂须满足的条件调频厂须满足的条件调整的容量和范围应足够大；调整的容量和范围应足够大；调整的速度应足够快；调整的速度应足够快；调整范围内的经济性能应该好；调整范围内的经济性能应该好；注意系统内及互联系统的协调问题。注意系统内及互联系统的协调问题。根据各种电厂的特点，调频厂的选择原则根据各种电厂的特点，调频厂的选择原则系统中有水电厂时，选择水电厂做调频厂；系统中有水电厂时，选择水电厂做调频厂；当水电厂不能做调频厂时，选择中温中压火电厂做调频厂当水电厂不能做调频厂时，选择中温中压火电厂做调频厂山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院互联电网的频率调整互联电网的频率调整若设若设A、B两系统互联，两系统互联，KA和和KB分别为互联前分别为互联前A、B两系统两系统的单位调节功率。两系统负荷变化（增加）分别为的单位调节功率。两系统负荷变化（增加）分别为PDA 和和 PDB，引起互联系统的频率变化（降低，引起互联系统的频率变化（降低f），及联络），及联络线交换功率的变化线交换功率的变化Pt。假设两系统中都设有进行二次调。假设两系统中都设有进行二次调整的电厂，它们的功率增量分别为整的电厂，它们的功率增量分别为PGA 和和 PGB。设联络。设联络线上的交换功率由线上的交换功率由A向向B流动时为正值。流动时为正值。山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院系统系统A：系统系统B：在负荷增加在负荷增加PDA、PDB 的影响下，两系统的频率的影响下，两系统的频率和交换功率的变化量为：和交换功率的变化量为：山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院频率的三次调整频率的三次调整负荷曲线的编制与负荷预报负荷曲线的编制与负荷预报 负荷预计负荷预计+历史实测数据历史实测数据+天气预报天气预报+统计分析方法统计分析方法误差不超过误差不超过2%3%按预计的负荷曲线（有功功率日负荷曲线），安排系统中按预计的负荷曲线（有功功率日负荷曲线），安排系统中各发电厂预计可投入的发电设备和发电容量各发电厂预计可投入的发电设备和发电容量发电计划：发电计划：机组组合（机组组合（unit commitment，UC）经济调度（经济调度（economic dispatch，ED）最优化潮流（最优化潮流（optimal power flow，OPF）山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院与潮流计算的联系与潮流计算的联系在潮流计算中，除平衡节点以外其他节点的注入有功功率在潮流计算中，除平衡节点以外其他节点的注入有功功率之所以可以给定，就是由于系统中绝大部分发电厂是按照之所以可以给定，就是由于系统中绝大部分发电厂是按照经济性原则进行优化调度的。经济性原则进行优化调度的。平衡节点，一般取系统中担负调频任务的发电厂母线，实平衡节点，一般取系统中担负调频任务的发电厂母线，实际运行中这类厂有多个，构成自动发电控制（际运行中这类厂有多个，构成自动发电控制（automatic generation control，AGC）。）。山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院15.2.3 自动发电控制自动发电控制自动发电控制自动发电控制自动发电控制是将一次、二次调整按照电力系统整体设计自动发电控制是将一次、二次调整按照电力系统整体设计的自动负荷的自动负荷频率控制系统。频率控制系统。基本目标基本目标使全系统的出力与负荷相匹配使全系统的出力与负荷相匹配将电力系统的频率偏差调节到将电力系统的频率偏差调节到0，保持系统频率为额定值，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内有功功率的平衡在区域各个电厂间进行负荷的经济分配在区域各个电厂间进行负荷的经济分配山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院控制方式控制方式区域控制误差：区域控制误差：ACEi=b bi df+dPT,i定频率控制（定频率控制（FFC，fixed frequency control）：以）：以偏离额定频率为准则，实现频率的无差特性偏离额定频率为准则，实现频率的无差特性定联络线功率控制（定联络线功率控制（FTC，fixed tie-line active power control）：以偏离区域间联络线功率计划值）：以偏离区域间联络线功率计划值为准则，实现联络线功率计划值的无差特性为准则，实现联络线功率计划值的无差特性联络线频率偏差控制（联络线频率偏差控制（TBC，tie-line frequency bias control）：使每个区域的负荷和发电恢复平衡，即：）：使每个区域的负荷和发电恢复平衡，即：频率在给定值，邻近区域的纯功率交换为给定值频率在给定值，邻近区域的纯功率交换为给定值山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院AGC的一般过程的一般过程跟踪控制跟踪控制调节控制调节控制机组控制机组控制发电计划发电计划调速器调速器汽轮机汽轮机负荷预测负荷预测机组组合机组组合水电计划水电计划交换计划交换计划电力系统电力系统发电计划发电计划区域控制误差区域控制误差机组分组机组分组dPG山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院AGC对机组功率的分配包括两个部分：对机组功率的分配包括两个部分：按经济调度原则分配计划负荷和计划外负荷，送出基点功按经济调度原则分配计划负荷和计划外负荷，送出基点功率值；率值；将消除区域控制误差所需要的调节功率将消除区域控制误差所需要的调节功率PR分配给机组分配给机组按照一定的时间间隔（如按照一定的时间间隔（如5min）AGC机组由三次调机组由三次调整整定其基态整整定其基态山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院从广义角度，电力系统一次、二次、三次频率调整从广义角度，电力系统一次、二次、三次频率调整联合、统一的自动功能就是电力系统的联合、统一的自动功能就是电力系统的AGC。其中，一次调整时自然的，二次调整与三次调整紧其中，一次调整时自然的，二次调整与三次调整紧密相关，将电力系统安全、可靠、经济进行统筹考密相关，将电力系统安全、可靠、经济进行统筹考虑。虑。山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院15.3 电力系统的电压控制电力系统的电压控制山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院电力系统的电压偏移电力系统的电压偏移大电压偏移对大电压偏移对现代生产和生活现代生产和生活的影响的影响电力设备设计电力设备设计：额定电压下才有好的技术经济性能：额定电压下才有好的技术经济性能异步电动机异步电动机：电压低，定子电流显著增大，温升，加速绝电压低，定子电流显著增大，温升，加速绝缘老化，烧电机；电压高，破坏绝缘缘老化，烧电机；电压高，破坏绝缘电热设备电热设备：电压低，大大降低发热量：电压低，大大降低发热量照明设备照明设备：电压低，发光不足；电压高，影响寿命：电压低，发光不足；电压高，影响寿命家用电器家用电器（如电视机）：电压低，图像不稳定；电压高，（如电视机）：电压低，图像不稳定；电压高，影响显像管寿命影响显像管寿命山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院电子设备、精密仪器电子设备、精密仪器：对电压极其敏感，要求极高；电压：对电压极其敏感，要求极高；电压质量已成为现代企业投资环境的重要因素质量已成为现代企业投资环境的重要因素电力系统用户电力系统用户，要求提供电压合格的优质电能商品，要求提供电压合格的优质电能商品大电压偏移对大电压偏移对电力系统自身电力系统自身的影响的影响电压低电压低：功率损耗、电能损耗增大，危及电力系统的稳定：功率损耗、电能损耗增大，危及电力系统的稳定性性电压高电压高：破坏绝缘，超（特）高压网络电晕损耗增大：破坏绝缘，超（特）高压网络电晕损耗增大山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院电力系统允许的电压偏移电力系统允许的电压偏移负荷随机变化，系统运行方式经常变化，导致负荷随机变化，系统运行方式经常变化，导致电压损耗电压损耗随随机变化机变化不可能严格保证所有节点任何时刻额定电压，电压偏移不不可能严格保证所有节点任何时刻额定电压，电压偏移不可避免，需要合理规定允许的偏移范围可避免，需要合理规定允许的偏移范围电网额定电压电网额定电压电压允许偏移范围电压允许偏移范围35kV及以上及以上5%10kV及以下及以下7%低压照明低压照明5%-10%农村照明农村照明7.5%-10%事故时事故时再加再加5%，正偏移不能超过，正偏移不能超过10%山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院15.3.1 无功功率电压静态特性无功功率电压静态特性综合负荷的无功功率电压特性综合负荷的无功功率电压特性异步电动机异步电动机是电力系统主要的无功负荷是电力系统主要的无功负荷系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定r/sjXI0IjXmU山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院当当UUN时，铁芯磁路饱和，时，铁芯磁路饱和，Xm下降，下降，Qm按电压的高次方按电压的高次方比例变化比例变化当当UUN时，时，Qm按电压的平方比例变化按电压的平方比例变化当当U 有功损耗有功损耗线路无功损耗：约为线路无功损耗：约为QD的的25%变压器：励磁支路无功损耗的百分值变压器：励磁支路无功损耗的百分值空空载电载电流的百分流的百分值值（12%）；）；绕组绕组漏抗无功漏抗无功损损耗耗短路短路电压电压的百分的百分值值（10%）；多）；多级变压级变压器无功器无功损损耗耗约为约为QD的的5075%系系统统中中总总无功无功损损耗耗 无功无功负负荷，无功荷，无功电电源源约为约为2倍无倍无功功负负荷荷山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院无功功率不能远距离输送无功功率不能远距离输送有功功率损耗有功功率损耗电压损耗电压损耗因此：需要就地设置除发电机外的其他无功电源以因此：需要就地设置除发电机外的其他无功电源以满足系统电压要求：满足系统电压要求：无功补偿！无功补偿！山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院无功功率无功功率电源电源同步发电机同步发电机唯一的有功电源，又是基唯一的有功电源，又是基本的无功电源。发无功的本的无功电源。发无功的能力与同时发出的有功有能力与同时发出的有功有关系，由关系，由发电机的发电机的PQ极限极限曲线曲线决定。决定。有功备用足够时，可将负有功备用足够时，可将负荷中心发电机荷中心发电机降低功率因降低功率因数运行数运行，少发有功，多发无功，有利于无功的局部平衡，少发有功，多发无功，有利于无功的局部平衡，提高系统的电压水平。提高系统的电压水平。QBDCAPOEjXdIN山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院同步调相机同步调相机同步调相机是特殊运行状态下的同步电机，可视为不发同步调相机是特殊运行状态下的同步电机，可视为不发PG的同步发电机或不带的同步发电机或不带PL的同步电动机的同步电动机过励运行时发出过励运行时发出QG（无功电源）；欠励时吸收（无功电源）；欠励时吸收QG（无功（无功负荷），为过励运行容量的负荷），为过励运行容量的5060%优点：优点：调节平滑调节平滑、强励故障时也能调（有利于稳定性）、强励故障时也能调（有利于稳定性）、电源电源负荷（负荷（升压升压降压降压）均可）均可缺点：旋转机械设备，缺点：旋转机械设备，损耗损耗大（额定容量的大（额定容量的1.55%），投），投资大，资大，维护量维护量大。大。一般安装在枢纽变电所，平滑调压，提高稳定性一般安装在枢纽变电所，平滑调压，提高稳定性山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院并联电容器并联电容器优点：可分散、集中，可分相补偿；投资少、损耗少（额优点：可分散、集中，可分相补偿；投资少、损耗少（额定容量的定容量的0.30.5%），无旋转部件，维护量小，可根据负），无旋转部件，维护量小，可根据负荷情况分组投切荷情况分组投切缺点：无功补偿量与电压的平方成正比，电压下降时急剧缺点：无功补偿量与电压的平方成正比，电压下降时急剧下降，不利于电压稳定下降，不利于电压稳定在在110kV以下电网应用得非常普遍以下电网应用得非常普遍山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院静止无功补偿器静止无功补偿器SVC：static VAR compensator采用晶闸管控制和可调电抗器并联使用组成采用晶闸管控制和可调电抗器并联使用组成原理图和伏安特性曲线原理图和伏安特性曲线山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院通过控制晶闸管的导通角来改变吸收的无功功率（电力电通过控制晶闸管的导通角来改变吸收的无功功率（电力电子技术）子技术）优点：调节能力强，反应速度快，特性平滑，可分相补偿，优点：调节能力强，反应速度快，特性平滑，可分相补偿，维护简单，损耗小，国内外已大量使用维护简单，损耗小，国内外已大量使用缺点：最大补偿量正比于电压平方，电压低时补偿量小；缺点：最大补偿量正比于电压平方，电压低时补偿量小；谐波污染谐波污染山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院高压输电线路的充电电容：高压输电线路的充电电容：Qp=U2BL高压线充电功率固有，当无功电源过剩，电压偏高时，才高压线充电功率固有，当无功电源过剩，电压偏高时，才采取措施，如并联电抗器（采取措施，如并联电抗器（特高压线路特高压线路）电压电压/kV110kV单导线单导线220kV500kV三分裂三分裂750kV四分裂四分裂单导线单导线双分裂双分裂充电功率充电功率Mvar/100km3.41419105240山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院无功功率平衡的无功功率平衡的基本要求基本要求无功电源发出的无功功率应该大于或至少等于负荷所需的无功电源发出的无功功率应该大于或至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗之和无功功率和网络中的无功损耗之和系统还必须配置一定的无功备用容量系统还必须配置一定的无功备用容量尽量避免远距离、大量的传送无功功率，应该分地区、分尽量避免远距离、大量的传送无功功率，应该分地区、分电压等级地进行无功功率局部平衡电压等级地进行无功功率局部平衡一般情况下按照正常最大和最小负荷的运行方式计算无功一般情况下按照正常最大和最小负荷的运行方式计算无功平衡，必要时还应校验某些设备检修时或故障后运行方式平衡，必要时还应校验某些设备检修时或故障后运行方式下的无功功率平衡下的无功功率平衡山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院15.3.4 电力系统的电压管理电力系统的电压管理调压的目的：采取各种措施，使用户处的电压偏移调压的目的：采取各种措施，使用户处的电压偏移保持在规定的范围内保持在规定的范围内负荷节点：现代大规模电力系统中负荷节点数多且负荷节点：现代大规模电力系统中负荷节点数多且分散，不可能对所有负荷节点的电压进行监视和控分散，不可能对所有负荷节点的电压进行监视和控制制我们该怎么办？我们该怎么办？山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院中枢点的选择及其电压管理中枢点的选择及其电压管理中枢点：电压水平具有代表性的关键母线，包括：中枢点：电压水平具有代表性的关键母线，包括：大型发电厂的高压母线、大型变电所的二次母线、大型发电厂的高压母线、大型变电所的二次母线、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山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院认为：只要控制好中枢点电压，其他母线的电压就认为：只要控制好中枢点电压，其他母线的电压就能满足要求。能满足要求。问题是：问题是：中枢点是否真正具有代表性？（一般取短中枢点是否真正具有代表性？（一般取短路容量越大的点作为中枢点）路容量越大的点作为中枢点）山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院中中枢枢点点电电压压和和所所代代表表的的负负荷荷电电压压的的关关系系？山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院结论：中枢点至各负荷点在最大最小负荷室电压损结论：中枢点至各负荷点在最大最小负荷室电压损耗之差不能大于负荷点允许上下限电压之差（一般耗之差不能大于负荷点允许上下限电压之差（一般为为10%）。即：）。即：中枢点到不同负荷点的电压损耗不中枢点到不同负荷点的电压损耗不能太大能太大。山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院中枢点电压的控制方式中枢点电压的控制方式逆调压逆调压（难）：最大负荷，高电压（线路额定电压（难）：最大负荷，高电压（线路额定电压+5%）；最小负荷，低电压（线路额定电压）。适）；最小负荷，低电压（线路额定电压）。适用：中枢点到各负荷点远、负荷变化较大用：中枢点到各负荷点远、负荷变化较大顺调压顺调压（易）：最大负荷，低电压（不低于额定电（易）：最大负荷，低电压（不低于额定电压压+2.5%）；最小负荷，高电压（不高于额定电压）；最小负荷，高电压（不高于额定电压+7.5%）。适用：中枢点到各负荷点近，负荷变动）。适用：中枢点到各负荷点近，负荷变动小小恒调压恒调压（中）：保持在比线路额定电压高（中）：保持在比线路额定电压高25%。适。适用：介于上述两者之间。用：介于上述两者之间。山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院电压控制原理电压控制原理可能有几种控制措施？可能有几种控制措施？山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院调整调整UG调整变比调整变比K1、K2改变功率分布改变功率分布SD（以（以QD为主）为主）改变网络参数改变网络参数R+jX（以（以X为主）为主）怎怎么么做做?山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院15.3.4 电力系统电压调整措施电力系统电压调整措施利用发电机控制电压利用发电机控制电压调节励磁电压调节励磁电压适用于直接由发电机供电的小系统、线路不长适用于直接由发电机供电的小系统、线路不长易于逆调压，实质上是调节发电机无功输出易于逆调压，实质上是调节发电机无功输出两个问题两个问题机端负荷电压调整范围为机端负荷电压调整范围为5%0，满足不了远方负荷要求：，满足不了远方负荷要求：通过较长线路、多电压级，最大、最小负荷时电压损耗之通过较长线路、多电压级，最大、最小负荷时电压损耗之差往往大于差往往大于5%多机系统中，实际上是改变发电机间无功分配，与无功备多机系统中，实际上是改变发电机间无功分配，与无功备用、无功的经济分配有矛盾用、无功的经济分配有矛盾因此，因此，发电机调压仅作为辅助措施发电机调压仅作为辅助措施山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院改变变压器变比控制电压改变变压器变比控制电压改变电力变压器分接头（改变变比）、主接头（对应改变电力变压器分接头（改变变比）、主接头（对应UN）主接头通常设在高压或中主接头通常设在高压或中/高压绕组侧，如高压绕组侧，如11022.5%/10.5kV，主接，主接头头？分接？分接头头几个？几个？变变比分比分别别是多少？是多少？如何如何选择选择分接分接头头？山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院双绕组变压器：双绕组变压器：降压变降压变已知条件：已知条件：低压侧固定接头电压：低压侧固定接头电压：U2N最大最大/最小负荷：最小负荷：Pmax+jQmax，Pmin+jQmin归算到高压侧归算到高压侧的变压器阻抗：的变压器阻抗：R+jX(忽略励磁支路忽略励磁支路)实际高压侧电压实际高压侧电压U1max,U1min(由潮流计算获得由潮流计算获得)希望通过调压，低压侧要求得到的电压为希望通过调压，低压侧要求得到的电压为U2max,U2min 待求量：高压侧分接头电压待求量：高压侧分接头电压U1N山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院普通双绕组变压器，须停电换分接头，这时，选定普通双绕组变压器，须停电换分接头，这时，选定的分接头的分接头应当兼顾各种负荷水平应当兼顾各种负荷水平！规格化为规格化为U1N山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院校验：校验：误差应小于半个分接头电压，如不合格采用误差应小于半个分接头电压，如不合格采用OLTC规格化为规格化为U1N取平均值兼顾取平均值兼顾山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院双绕组变压器：双绕组变压器：升压变升压变已知低压侧实际电压已知低压侧实际电压U2和高压侧希望得到的电压和高压侧希望得到的电压U1，求高压分接头，求高压分接头U1N？与降压变不同之处：与降压变不同之处：规格化为规格化为U1N山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院三绕组变压器三绕组变压器分接头在高、中压侧，两次套用双绕组算法分接头在高、中压侧，两次套用双绕组算法由高由高-低压侧，定高压侧分接头；低压侧，定高压侧分接头；由高由高-中压侧，定中压侧分接头。中压侧，定中压侧分接头。注意点：三个绕组功率不一样时，计算注意点：三个绕组功率不一样时，计算U时时，须须计计算中性点算中性点电压电压山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院有载调压变压器有载调压变压器如果选定的分接头不能兼顾如果选定的分接头不能兼顾不同负荷水平，则需要不同负荷水平，则需要有载有载调压变压器调压变压器（工作原理，在（工作原理，在不同负荷水平下，可不停电不同负荷水平下，可不停电选不同分接头）选不同分接头）山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院加压调压变压器加压调压变压器依电源变、串联变得不同解法，功能有所不同，可依电源变、串联变得不同解法，功能有所不同，可具有复数变比，有：具有复数变比，有：纵向纵向调压、调压、横向横向调压、调压、混合型混合型调压调压3种加压调压变压器种加压调压变压器山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院利用无功补偿控制电压利用无功补偿控制电压无功补偿：无功补偿：按调压要求按调压要求；按经济要求（；按经济要求（15.4.2节）。节）。与变压器调压配合，充分利用变压器的作用与变压器调压配合，充分利用变压器的作用两个步骤：两个步骤：变比变比和和容量容量假定补偿前后，假定补偿前后，U1不变不变山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院已知条件（已知条件（与确定双绕组降压变变比相同与确定双绕组降压变变比相同）低压侧固定接头电压：低压侧固定接头电压：U2N最大最大/最小负荷：最小负荷：Pmax+jQmax，Pmin+jQmin归算到高压侧归算到高压侧的变压器的变压器+线路阻抗：线路阻抗：R+jX(忽略励磁支路忽略励磁支路)实际高压侧电压实际高压侧电压U1max(=U1min,由潮流计算获得由潮流计算获得)希望通过调压，低压侧要求得到的电压为希望通过调压，低压侧要求得到的电压为U2max,U2min 待求量：高压侧分接头电压待求量：高压侧分接头电压U1N（或变比（或变比k）,补偿补偿容量容量Qc山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院补偿前：补偿前：补偿后：补偿后：由补偿前后由补偿前后U1不变，可知：不变，可知：解得：解得：山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院引入变比引入变比 k：补偿量补偿量Qc取决于补偿前后的电压取决于补偿前后的电压U2、U2c及变比及变比 k根据根据补偿设备不同补偿设备不同，补偿量选择方法不同补偿量选择方法不同山东大学电气工程学院山东大学电气工程学院利用无功补偿控制电压（并联电容器）利用无功补偿控制电压（并联电容器）特点：只发感性无功，可全部或部分切除，不能平特点：只发感性无功，可全部或部分切除，不能平滑调节滑调节分两步计算：分两步计算：最小负荷最小负荷时，无功电源不缺，切除全部电容，利时，无功电源不缺，切除全部电容，利用变压器调压满足要求（用变压器调压满足要求（确定确定k）规格化为规格化为U1N，