华中科技大学-电气工程基础课件(熊银信)-第9章-现代电力系统的运行.ppt

HUST_CEEEu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 u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 u第三节第三节 电力网运行的经济性电力网运行的经济性u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u一、一、电力系统的有功功率平衡电力系统的有功功率平衡u二、二、电力系统有功功率的分配电力系统有功功率的分配u三、三、电力系统电力系统 的频率调整的频率调整HUST_CEEE有有功功功功率率的的平平衡衡：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 为为保保证证供供电电可可靠靠性性和和电电能能质质量量、以以及及有有功功功功率率的的经经济济分分配配，发发电电厂厂必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%1有功功率负荷有功功率负荷：负负荷荷变变动动幅幅度度小小，周周期期又又很很短短(如如P1)，这这种种负负荷的变动具有很大的偶然性；荷的变动具有很大的偶然性；负负荷荷变变动动幅幅度度较较大大，周周期期也也较较长长（如如P2）工工业业中中大大电电机机、电电炉炉、延延压压机机、电电气气机机车车等等用用户户的的开停，它们具有一定的冲击性；开停，它们具有一定的冲击性；负负荷荷变变动动幅幅度度最最大大，周周期期也也最最长长，且且变变化化较较缓缓慢慢（如如P3）人人们们生生产产、生生活活及及气气象象条条件件的的变变化化等引起的，这种负荷变化基本上可以预计。等引起的，这种负荷变化基本上可以预计。一、电力系统的有功功率平衡一、电力系统的有功功率平衡HUST_CEEE二、电力系统有功功率的分配二、电力系统有功功率的分配1、有功电源的最优组合、有功电源的最优组合 指系统中发电设备或发指系统中发电设备或发电电厂厂的的合合理理组组合合，包包括括机机组组的的最最优优组组合合顺顺序序，机机组组的的最最优优组组合数量和机组的最优开停时间。合数量和机组的最优开停时间。2、有功负荷在运行机组、有功负荷在运行机组 间的最优分配间的最优分配 指指系系统统的的有有功功负负荷荷在在各各运运行行的的发发电电机机组组或或发发电电厂厂间间的的合合理分配。理分配。3、分配原则：、分配原则：充充分分合合理理利利用用水水利利资资源源，尽尽量量避避免免弃弃水水；最最大大限限度度地地降降低低火火电电厂厂煤煤耗耗，并并充充分分发发挥挥高高效效机机组组的的作作用用；降降低低火火力力发发电电的的成成本本，执执行行国国家家的的有有关关燃燃料政策，减少烧油，增加燃用劣质煤、当地煤。料政策，减少烧油，增加燃用劣质煤、当地煤。HUST_CEEE三、电力系统的频率调整三、电力系统的频率调整1、频率调整的必要性、频率调整的必要性 频频率率是是衡衡量量电电能能质质量量的的指指标标之之一一，频频率率质质量量下降的危害：下降的危害：异步电动机的转速与输出功率；异步电动机的转速与输出功率；各种电气设备均按额定频率设计；各种电气设备均按额定频率设计；频频率率降降低低，无无功功损损耗耗增增加加，无无功功平平衡衡和和电电压调整变得困难。压调整变得困难。2、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 电电源源有有功功功功率率静静态态频频率率特特性性：发发电电机机组组的的原原动机机械功率与角速度或频率的关系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 有有调调速速系系统统时时：原原动动机机的的静静态态频频特特性性成成为为一一族族曲曲线线。此此时时发发电电机机输输出出功功率率与与频频率率关关系系的的曲曲线线近近似似地地用用直直线线表表示示，称称为为发发电电机机组组的的功功率率一一频率静态特性。频率静态特性。HUST_CEEEv电力系统负荷的静态频率特性电力系统负荷的静态频率特性负荷模型中，负荷与频率的关系可用多项式表示：负荷模型中，负荷与频率的关系可用多项式表示：3、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 定定义义KS=KG+KL为为系系统统的的单单位位调调节节功功率率 KS=KG+KL=-PLD0/f系系统统中中有有n台台机机组组，只只有有m台台机机组组参参与与一次调整单位调节功率为：一次调整单位调节功率为：HUST_CEEEv 频率的二次调整频率的二次调整 选选定定系系统统中中的的一一个个或或几几个个电电厂厂担担负负二二次次调调频频任任务务，担担负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。火火电电厂厂受受锅锅炉炉技技术术最最小小负负荷荷的的限限制制，可可调调容容量量仅仅为为其额定容量的其额定容量的30%75%水水电电厂厂的的调调整整容容量量大大于于火火电电厂厂，水水电电厂厂的的调调整整速速度度较快，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。一一般般应应选选择择系系统统中中容容量量较较大大的的水水电电厂厂作作为为调调频频厂厂。若若水水电电厂厂调调节节容容量量不不足足或或无无水水电电厂厂时时，可可选选中中温温中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u一、一、电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡u二、二、中枢点的电压管理中枢点的电压管理u三、三、电力系统的调压措施电力系统的调压措施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：包包括括发发电电机机、同同步步调调相相机机、静静电电电电容容器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功的关系有功与无功的关系：OA代代表表发发电电机机额额定定电电压压；AC代代表表在在发发电电机机电电抗抗Xd上上引引起起的的电电压压降降，正正比比于于定定子子额额定定电电流流，所所以以亦亦正正比比于于发发电电机机的的额额定定视视在在功功率率SGN；AC在在纵纵坐坐标标和和横横坐坐标标上上的的投投影影分分别别正正比比于于发发电电机机的的额额定定有有功功功功率率PGN和和额额定定无无功功功功率率QGN。C点点表表示示发发电电机机的的额额定定运运行行点点；OC发发电电机机电电势势，它它正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。u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：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 u故故实际运行轨迹实际运行轨迹：HCBHUST_CEEE分析分析：当当运运行行于于HC，发发电电机机发发出出的的无无功功功功率率低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。运运行行于于BC段段时时，在在降降低低功功率率因因数数、减减少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。u 只只有有在在额额定定电电压压、额额定定电电流流和和额额定定功功率率因因数数(即即C点点)下下运运行行时时，发发电电机机的的视视在在功功率率才才能能达达到到额额定定值值，其其容容量量也也利利用用得最充分。得最充分。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：HUST_CEEEv同同步步调调相相机机：相相当当于于空空载载运运行行的的同同步步电电动动机机，在在过过励励磁磁运运行行时时，同同步步调调相相机机向向系系统统输输送送无无功功功功率率，欠欠励励磁磁运运行行时时，它它从从系系统统吸吸收收无无功功功功率率，无无功功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。调相机与电容器的调相机与电容器的比较比较：调调相相机机：能能平平滑滑调调节节，具具有有正正的的调调节节效效应应，维维护护复复杂杂，响响应应慢，损耗大慢，损耗大电电容容器器：成成组组地地投投入入切切除除,具具有有负负的的调调节节效效应应，维维护护简简单单，响响应快，损耗小应快，损耗小 v电电容容器器：无功功率与电压静特性关系：无功功率与电压静特性关系：v静止无功补偿器：静止无功补偿器：由由晶晶闸闸管管控控制制的的可可调调电电抗抗器器与与电电容容器器并并联联组组成成，既既可可发发出出无无功功功功率，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，且调节平滑，安全，经济，维护方便。HUST_CEEEv无无功功负负荷荷：电电力力系系统统的的无无功功负负荷荷与与电电压压的的静静态态特特性性主主要要由由异异步步电电动动机机决定。决定。u异异步步电电动动机机的的无无功功消消耗耗：Qm 异异步步电电动动机机的的激激磁磁功功率率，它它与与施施加加于于异异步步电动机的电压平方成正比。电动机的电压平方成正比。Q 异异步步电电动动机机漏漏抗抗X中中的的无无功功损损耗耗，它它与与负负荷电流平方成正比。荷电流平方成正比。2.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括变压器变压器和和输电线路输电线路的损耗。的损耗。变变压压器器的的无无功功功功率率损损耗耗在在系系统统的的无无功功需需求求中中占占有有相相当当的的比比重重：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。输输电电线线路路无无功功损损耗耗：QLQXQBu 当当线线路路传传输输功功率率较较大大，电电抗抗中中消消耗耗的的无无功功功功率率大大于于电电容容中中发发出出的的无无功功功功率率时时，线线路路等等值值为为消消耗耗无无功功；当当传传输输功功率率较较小小、线线路路运运行行电电压压水水平平较较高高，电电容容中中产产生生的的无无功功功功率率大大于于电电抗抗中中消消耗的无功功率时，线路等值为无功电源。耗的无功功率时，线路等值为无功电源。HUST_CEEEv 无无功功平平衡衡 在在电电力力系系统统运运行行的的任任何何时时刻刻，电电源源发发出出的的无无功功功功率率总总是是等等于于同同时时刻刻系系统统负负荷荷和和网网络络的的无无功功损损耗耗之之和和：QGC(t)QLD(t)Q(t)3.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v 无功功率与运行电压水平无功功率与运行电压水平 为为保保证证系系统统电电压压质质量量，在在进进行行规规划划设设计计和和运运行行时时，需需制制订订无无功功功功率的供需平衡关系，并保证系统有一定的备用容量。率的供需平衡关系，并保证系统有一定的备用容量。无功备用容量一般为无功负荷的无功备用容量一般为无功负荷的7%8%v 无功功率的就地平衡无功功率的就地平衡 无无功功电电源源不不足足时时，应应增增设设无无功功补补偿偿装装置置。无无功功补补偿偿装装置置应应尽尽可可能能装装在在负负荷荷中中心心，以以做做到到无无功功功功率率的的就就地地平平衡衡，减减少少无无功功功功率率在在网网络络中传输而引起的网络功率损耗和电压损耗中传输而引起的网络功率损耗和电压损耗 HUST_CEEE二、中枢点的电压管理二、中枢点的电压管理中中枢枢点点指指反反映映系系统统电电压压水水平平的的主主要要发发电电厂厂或或枢枢纽纽变变电电站站的的母母线线，系系统统中中大大部部分分负负荷荷由由这这些些节节点点供供电电。根根据据负负荷荷对对电电压压的的要要求求及及电电压压损损耗耗的的实实际际情情况况，确确定定中中枢枢点点的的电电压压允允许许调调整整范范围围（负负荷荷点点电压电压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：08时：时：U(A)=UA+UA=(0.951.05)UN+0.04UN=(0.991.09)UN 824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 016时：时：U(B)=UB+UB=(0.961.06)UN 1624时：时：U(B)=UB+UB=(0.981.08)UN综合考虑，综合考虑，中枢点中枢点O的调压要求：的调压要求：08 时：时：UO=(0.991.06)UN 816时：时：UO=(1.051.06)UN 1624时：时：UO=(1.051.08)UN HUST_CEEEv调压方式调压方式 逆调压逆调压：u大大负负荷荷时时，电电压压损损耗耗大大，将将中中枢枢点点的的电电压压适适当当升升高高些些(比比线线路路额额定定电电压压高高5%)，小小负负荷荷时时将将中中枢枢点点电电压压适适当降低当降低(取线路的额定电压取线路的额定电压)。u适合于供电适合于供电线路较长，负荷变动较大线路较长，负荷变动较大的中枢点。的中枢点。顺调压顺调压：u在在大大负负荷荷时时允允许许中中枢枢点点电电压压不不低低于于线线路路额额定定电电压压的的102.5%，小小负负荷荷时时不不高高于于线线路路额额定定电电压压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。常调压常调压：u即即在在任任何何负负荷荷下下都都保保持持中中枢枢点点电电压压为为线线路路额额定定电电压压的的102%105%HUST_CEEE三、电力系统的调压措施三、电力系统的调压措施v调压的原理调压的原理u发发电电机机通通过过升升压压变变压压器器、线线路路和和降降压压变变压压器器向向用用户户供供电电，要要求求调调整整负负荷荷节节点点b的的电电压压Ub。略略去去线线路路的的电电容容充充电电功功率率和和变变压压器器的的激激磁磁功功率率，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：发电机调压在在负负荷荷增增大大时时，损损耗耗增增加加，用用户户端端电电压压降降低低，这这时时增增加加发发电电机机励励磁磁电电流流，提提高高发发电电机机的的端端电电压压；在在负负荷荷减减小小时时，损损耗耗减减少少，用用户户端端电电压压升高，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：u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=U1t/U2N确定分接头电压：确定分接头电压：按按两两种种极极端端情情况况(变变压压器器通通过过最最大大负负荷荷和和最最小小负负荷荷的的情情况况)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考考虑虑到到在在最最大大和和最最小小负负荷荷时时变变压压器器要要用用同同一一分分接接头头，故故取取U1max和和 U1tmin的的 算算 术术 平平 均均 值值：再再根根据据U1t av值值选选择择一一个个与与它它最最接接近近的的变变压压器器标标准准分分接接头头电电压压校校验验所所选选的的分分接接头头在在最最大大负负荷荷和和最最小小负负荷荷时时变变压压器器低低压压母母线线上上的的实实际际电压是否符合调压要求。电压是否符合调压要求。U1PjQU2RTjXTHUST_CEEEu例例9-1：其其降降压压变变电电所所有有一一台台变变比比KT=(110+22.5%)/11的的变变压压器器，归归算算到到高高压压侧侧的的变变压压器器阻阻抗抗为为ZT=(2.44+j40)，最最大大负负荷荷时时进进入入变变压压器器的的功功率率为为Smax=(28+j14)MVA，最最小小负负荷荷时时为为Smin=(10+j6)MVA。最最大大负负荷荷时时，高高压压侧侧母母线线电电压压为为113kV，最最小小负负荷荷时时为为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。解解：1.最最大大负负荷荷及及最最小小负负荷荷时时变变压压器的电压损耗为器的电压损耗为：2.按按最最大大和和最最小小负负荷荷情情况况选选变变压压器器的分接头电压的分接头电压：5.按按所所选选分分接接头头校校验验低低压压母母线线的实际电压：的实际电压：未未超超出出允允许许电电压压范范围围1011kV，所所选选分分接接头头能能满满足足调调压压要要求求。v升压变压器的分接头选择：升压变压器的分接头选择：与与上上述述降降压压变变压压器器的的选选择择方方法法基基本本相相同同。但但在在通通常常的的运运行行方方式式下下，升升压压变变压压器器的的功功率率方方向向与与降降压压变变压压器器相相反反，是是从从低低压压侧侧流流各各高高压压侧侧的的。故故电电压压损损耗项耗项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.选选择择最最接接近近的的分分接接头头电电压压115.5kV，即，即110+5%分接头。分接头。HUST_CEEE通通过过在在负负荷荷侧侧安安装装同同步步调调相相机机、并并联联电电容容器器或或静静止止补补偿偿器器，以以减减少少通通过过网网络络传传输输的的无无功功功功率率，降降低低网网络的电压损耗。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 在在未未装装补补偿偿装装置置时时，电电力力网网首端电压：首端电压：在在负负荷荷侧侧装装设设容容量量为为QC的的无无功功补补偿偿装装置置后后，电电力力网网的的首首端电压：端电压：若首端电压若首端电压U1保持不变，则：保持不变，则：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：式式中中，U2C变变压压器器低低压压侧侧实实际际要求的电压值。要求的电压值。HUST_CEEEu1.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按在在最最小小负负荷荷时时不不补补偿偿(即即电电容容器器不投入不投入)来确定变压器分接头来确定变压器分接头式式中中，U2min、U2min最最小小负负荷荷时时变变压压器器低低压压母母线线归归算算到到高高压压侧侧的的电电压压和和低低压母线要求的电压值。压母线要求的电压值。按按最最大大负负荷荷时时的的调调压压要要求求计计算算无无功补偿容量功补偿容量 式式中中，U2max、U2Cmax最最大大负负荷荷时时变变压压器器低低压压母母线线归归算算到到高高压压侧侧的的电电压压值值和和低压母线要求的电压值。低压母线要求的电压值。u2.同步调相机容量的选择同步调相机容量的选择 考考虑虑在在最最大大负负荷荷时时同同步步调调相相机机满满发无功：发无功：在在最最小小负负荷荷时时同同步步调调相相机机吸吸收收无无功功功功率率，考考虑虑到到同同步步调调相相机机通通常常设设计计在在只只能能吸吸收收(0.50.6)QCN的的无无功功率功功率 两两式式相相除除可可解解出出变变比比KT，选选择择与与KT值值最最接接近近的的变变压压器器高高压压绕绕组组分分接接头头电电压压，即即确确定定了了变变压压器器实实际际变比。变比。再再将将实实际际变变比比代代入入以以上上两两式式中中任任一一式式即即可可求求出出为为满满足足调调压压要要求求所所需的调相机容量需的调相机容量QCN。HUST_CEEEu例例9-2：电电力力网网如如图图9-16所所示示，归归算算到到高高压压侧侧的的线线路路和和变变压压器器阻阻抗抗为为Z=(6+j120)。供供电电点点提提供供的的最最大大负负荷荷Smax=(20+j15)MVA，最最小小负负荷荷Smax=(10+j8)MVA，降降压压变变低低压压侧侧母母线线电电压压要要求求保保持持为为10.5kV。若若U1保保持持为为110kV不不变变，试试配配合合变变压压器器分分接接头头选选择择，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.计计算算未未补补偿偿时时最最大大及及最最小小负负荷荷时时变变电所低压母线归算到高压侧的电压电所低压母线归算到高压侧的电压 2.最最小小负负荷荷时时，将将电电容容器器全全部部切切除除，选择分接头电压选择分接头电压3.选选最最接接近近的的分分接接头头104.5kV，即即 1105%的分接头，则的分接头，则4.按按最最大大负负荷荷时时的的调调压压要要求求，确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母线实际电压值基本满足调压要求。基本满足调压要求。HUST_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对于于10kV及及以以下下电电压压等等级级的的电电力力网网中中电电阻阻比比较较大大的的线线路路，考考虑虑增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；对对于于35kV及及以以上上电电压压等等级级的的电电力力线线路路，XR，可可以以考考虑虑采采用用串串联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。在在未未装装设设串串联联电电容容时时，线线路路的的电电压损耗为：压损耗为：装装设设串串联联电电容容C(其其容容抗抗为为XC)后后，线路的电压损耗为：线路的电压损耗为：P1jQ1U1-jXCjX电电压压提提高高的的数数值值应应是是补补偿偿前前后后的电压损耗之差：的电压损耗之差：u故故 串串联联电电容容补补偿偿的的调调压压效效果果与与负负荷荷的的无无功功功功率率Q1成成正正比比，从从而而与与负负荷荷的的功功率率因因数数有有关关。因因此此，串串联联电电容容补补偿偿一一般般适适用用负负荷荷波波动动大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发电电机机调调压压：主主要要适适用用于于地地方方性性供供电电网网，对对于于区区域域性性电电力力网网仅作为辅助调压措施。仅作为辅助调压措施。在在系系统统无无功功功功率率充充裕裕时时，首首先先应应考考虑虑采采用用改改变变变变压压器器变变比比调调压压：对对于于无无载载调调压压变变压压器器，一一般般只只适适用用于于季季节节性性负负荷荷变变化化的情况。的情况。当当系系统统无无功功电电源源不不足足时时，必必须须增增设设无无功功补补偿偿容容量量调调压压：无无功功功功率率的的就就地地补补偿偿虽虽需需增增加加投投资资，但但这这样样不不仅仅能能提提高高运运行行电电压压水水平平，还还能能通通过过减减少少无无功功功功率率在在网网络络中中的的传传输输而而降降低低网网络的有功功率损耗。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。u 近近年年来来，串串联联电电容容补补偿偿用用于于超超高高压压输输电电线线带带来来的的对对潮潮流流控控制制、系系统统稳稳定定性性的的提提高高等等方方面面的的综综合合效效益益已已日日益益引引起人们的关注。起人们的关注。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u一、一、电力网的电能损耗电力网的电能损耗u二二、降降低低电电能能损损耗耗的的技技术术措措施施由由于于电电力力系系统统所所需需的的能能源源占占整整个个国国民民经经济济的的总总能能源源消消耗耗的的比比例例举举足足轻轻重重，因因此此，提提高高电电力力系系统统运运行行的的经经济济性性将将带带来来巨巨大大的的经经济济效效益益。电电力力系系统统运运行行的的经经济济性性主主要要反反映映在在总总的的燃燃料料消消耗耗(或或发发电电成成本本)和和网网络络的的电电能能损耗损耗上。上。HUST_CEEE一、电力网的电能损耗一、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：导导线线和和变变压压器器绕绕组组电电阻阻上上的的有有功功损损耗耗与与通通过过元元件件的的电电流流或或功功率有关，称为率有关，称为可变损耗可变损耗；输输电电线线和和变变压压器器中中并并联联电电导导中中的的有有功功损损耗耗，如如输输电电线线的的电电晕晕损损耗耗，变变压压器器的的铁铁芯芯损损耗耗等等同同施施加加于于元元件件的的电电压压有有关关，而而与与通通过过元元件件的的功率几乎无关，称为功率几乎无关，称为固定损耗固定损耗。输输电电线线：电电晕晕损损耗耗可可以以不不计计。对对于于给给定定的的运运行行时时间间T，考考虑虑到到负负荷荷随随时间变化，输电线的电能损耗为：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。HUST_CEEE 由由于于负负荷荷功功率率是是随随时时间间变变化化的的，所所以以式式中中可可变变损损耗耗可可变变损损耗耗的的计计算算困难。工程计算中常用的简化近似算法，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：如如果果网网络络输输送送的的功功率率始始终终保保持持为为最最大大负负荷荷功功率率Smax，经经小小时时后后，网网络络中中损损耗耗的的电电能能恰恰等等于于网网络络按按实实际际负负荷荷曲曲线线运运行行时时全全年年实实际际消消耗耗的的电电能，则称能，则称为最大负荷损耗时间为最大负荷损耗时间。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：由由此此可可见见，最最大大负负荷荷损损耗耗时时间间与与用用视视在在功功率率S表表示示的的负负荷荷曲曲线线有有关关。视视在在功功率率可可以以根根据据相相应应的的有有功功功功率率和和功功率率因因数数决决定定，而而有有功功功功率率负负荷荷持持续续曲曲线线的的形形状状，在在某某种种程程度度上上可可由由最最大大负负荷荷利利用用小小时时数数Tmax反反映映出出来。来。v 输电线全年的电能损耗输电线全年的电能损耗：HUST_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：u例例9-3：有有一一额额定定电电压压为为110kV，长长度度为为100km的的双双回回输输电电线线路路向向变变 电电 所所 供供 电电，线线 路路 单单 位位 长长 度度 参参 数数 为为 Z0=(0.17+j0.409)/km,b0=2.7910-6S/km，两两台台变变压压器器每每台台的的额额定定容容量量为为31.5MVA，变变比比为为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。u 试计算电力网全年的电能损耗。试计算电力网全年的电能损耗。110 kV100 kmTSLDHUST_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u一、一、电力系统稳定性的概念电力系统稳定性的概念u二、二、发电机转子运动方程发电机转子运动方程u三、三、发电机的功率特性发电机的功率特性u四四、电电力力系系统统的的静静态态稳稳定定特特性性u五五、电电力力系系统统的的暂暂态态稳稳定定特特性性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电力力系系统统运运行行的的稳稳定定性性，就就是是指指在在受受到到外外界界干干扰扰的的情情况况下下发发电电机机组组间间维维持持同同步步运运行行的的能能力力。研研究究电电力力系系统统稳稳定定性性问问题题归归结结为为研研究究当当系系统统受受到到扰扰动动后后的的运运动动规规律律，从从而而判判断断系系统统是是否否可可能能失失去去稳稳定定及及研研究究提提高高系统稳定性的措施。系统稳定性的措施。电电力力系系统统稳稳定定性性问问题题，是是一一个个机机械械运运动动过过程程和和电电磁磁暂暂态态过过程程交交织织在在一一起起的的复复杂杂问问题题，属属于于电电力力系系统统机机电电暂暂态态过过程程的的范范畴畴。根根据据扰扰动动量量的的大小，可将电力系统稳定性分为静态稳定性和暂态稳定性两大类型：大小，可将电力系统稳定性分为静态稳定性和暂态稳定性两大类型：电力系统在运行中时刻受到小的扰动，例如负荷的随机变化、汽轮机蒸汽压力的波动、发电机端电压发生小的偏移等等。在小扰动作用下，系统将会偏离运行平衡点，如果这种偏离很小，小扰动消失后，系统又重新恢复平衡，则称系统是静态稳定的。如果偏离不断扩大，不能重新恢复原来的平衡状态，则系统不能保持静态稳定。电力系统运行时还会受到大的扰动，例如，电气元件的投入或切除、输电线路发生短路故障等等。在大扰动作用下，如果系统运行状态的偏离是有限的，且在大扰动结束后又达到了新的平衡，则称系统是暂态稳定的。如果偏离不断扩大，不能重新恢复平衡，则称系统失去了暂态稳定。HUST_CEEE二、发电机转子运动方程二、发电机转子运动方程电电力力系系统统稳稳定定性性的的核核心心问问题题是是研研究究同同步步发发电电机机转转子子运运动动状状态态受受干干扰扰的响应。的响应。根根据据力力学学定定律律，一一个个转转动动惯惯量量为为J的的转转体体，如如果果以以角角加加速速度度a旋旋转转，作作用用于于该该转转体体的的转转矩矩总总和和为为M，则应满足下列关系：则应满足下列关系：取取一一参参考考轴轴，如如此此参参考考轴轴在在空空间间不不动动，则则转转子子轴轴线线与与此此参参考考轴轴之之间间的的夹夹角角就就是是转转子子的的绝绝对对角角位位移移；如如取取在在空空间间以以同同步步速速度度旋旋转转的的轴轴为为参参考考轴轴，则则转转子子轴轴线线与与此此参参考考轴轴之之间间的的夹夹角角就就是是转转子子相相对对同同步步旋旋转转轴轴的的相对角位移，记作相对角位移，记作0=wiqjqidNdjdijd同步旋转轴iwjwNwo 图图 9-19 同步发电机转子的角位移同步发电机转子的角位移 固定参考轴以电角度表示的同步发电机组的转子运动方程式：HUST_CEEE图9-20 简单电力系统及其等值电路P+jQT1LT2GU&P+jQU&qE&dX1TX/2LX2TX三、发电机的功率特性三、发电机的功率特性简简单单电电力力系系统统如如图图9-20所所示示，发发电电机机通通过过升升压压变变压压器器、输输电电线线路、降压变压器与受端系统的母线相连接。路、降压变压器与受端系统的母线相连接。这种简单电力系统称为“单机-无限大”系统。当不计各元件的电阻及对地导纳支路时，系统的总电抗为Xd，则有：HUST_CEEE当当发发电电机机的的电电势势Eq和和受受端端电电压压U均均为为恒恒定定时时，传传输输功功率率PEq是是角角度度的的正正弦弦函函数数。因因为为传传输输功功率率的的大大小小与与相相位位角角密密切切相相关关。因因此此，又又称称为为“功功角角”或或“功功率率角角”。传传 输输 功功 率率 与与 功功 角角 的的 关关 系系PEq=f()，称称为为“功功角角特特性性”或或“功功率率特特性性”。隐隐极极机机的功角特性如图的功角特性如图9-22所示。所示。1、隐极机的功率特性、隐极机的功率特性 隐隐极极发发电电机机的的纵纵轴轴与与横横轴轴的的同同步步电电抗抗相相等等，即即Xd=Xq。此此时时“单单机机-无无限限大大”系系统统的的相相量量图图如如图图9-21所所示。分析此相量图得：示。分析此相量图得：HUST_CEEE2、凸极机的功率特性、凸极机的功率特性 如如发发电电机机为为凸凸极极机机，则则其其纵纵轴轴和和横横轴轴同同步步电电抗抗不不相相等等，即即XdXq，令令Xq=Xq+XTL，凸极机的系统相量图如图，凸极机的系统相量图如图9-23所示，分析此相量图可得：所示，分析此相量图可得：式中，Ud=Usin；Uq=Ucos；Id=Isin(+)；Iq=Icos(+)凸凸极极机机纵纵横横轴轴磁磁阻阻不不对对称称，功功角角特特性性多多了了一一项项与与发发电电机机电电势势Eq(即即与与励励磁磁)无无关关的的二二次次谐谐波波项项，称称为为磁磁阻阻功功率率，磁磁阻阻功功率率的的出出现现，使使功功率率与与功功角角成成非非正正弦弦关关系系，图图9-24给给出出了了凸凸极极机机的的功功角角特性。特性。HUST_CEEE由于Eq不易直接求出。为此，工程计算上引入了一个虚构电势。在q轴方向上，从图9-23可见，它可直接根据系统运行情况按下式计算：在在计计算算凸凸极极机机的的功功率率特特性性时时，首首先先根根据据给给定定的的受受端端系系统统电电压压U0和和功功率率P0和和Q0，按按上上式式计计算算EQ、0。同时，由图。同时，由图9-23可知可知：又又从从上上两两式式中中消消去去Id，经经整整理理后后，可得可得Eq和和EQ间的关系，即间的关系，即:HUST_CEEE3、自动励磁调节器对功率特性的影响、自动励磁调节器对功率特性的影响为为维维持持系系统统电电压压，一一般般发发电电机机都都装装有有自自动动励磁调节器。励磁调节器。当当发发电电机机输输出出功功率率增增加加、端端电电压压下下降降时时，励励磁磁调调节节器器动动作作以以增增大大励励磁磁电电流流，使使发发电电机机电电势势Eq增增大大，直直到到端端电电压压恢恢复复或或接接近近恢恢复复到到整整定定值值UG0为为止止。这这时时，励励磁磁调调节节器器将将使使Eq随随功角功角增大而增大。增大而增大。用用不不同同的的Eq值值，作作出出一一组组正正弦弦功功率率特特性性曲曲线族，其幅值与线族，其幅值与Eq成正比，如图成正比，如图9-25所示。所示。一一般般的的比比例例式式励励磁磁调调节节器器并并不不能能完完全全保保持持发发电电机机端端电电压压不不变变。在在近近似计算中，可以认为它能保持发电机似计算中，可以认