CH4-电力系统电压和无功的自动控制.ppt
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1、2电气工程与控制科学学院电气工程与控制科学学院抓服务抓服务, , 促教学促教学, , 兴科研兴科研! !一一 . .电压控制的必要性电压控制的必要性1 1)电压偏移对电力用户的影响)电压偏移对电力用户的影响 异步电动机:转矩与电压平方成正比,电压偏异步电动机:转矩与电压平方成正比,电压偏移会影响其出力;移会影响其出力; 电炉:有功功率与电压平方成正比,电压偏移电炉:有功功率与电压平方成正比,电压偏移会影响电炉炉温;会影响电炉炉温; 照明设备:电压偏低会影响其发光率和亮度,照明设备:电压偏低会影响其发光率和亮度,电压过高会影响其寿命;电压过高会影响其寿命; 冲击负荷:冲击负荷会引起电压闪变,会影
2、响冲击负荷:冲击负荷会引起电压闪变,会影响照明设备。照明设备。3电气工程与控制科学学院电气工程与控制科学学院抓服务抓服务, , 促教学促教学, , 兴科研兴科研! !2 2)电压偏移对电力系统的影响)电压偏移对电力系统的影响 电厂中的厂用机械电厂中的厂用机械( (水泵、送风机、吸风机、磨煤水泵、送风机、吸风机、磨煤机等机等) )是由电动机驱动。电压下降会使电动机转速是由电动机驱动。电压下降会使电动机转速下降,出力减少,并影响厂用机械的出力。严重时下降,出力减少,并影响厂用机械的出力。严重时会使电厂出力下降,危及电力系统的安全。会使电厂出力下降,危及电力系统的安全。 如果电力系统中无功功率严重短
3、缺,电压水平如果电力系统中无功功率严重短缺,电压水平过于低下,使某些枢纽变电站的母线电压运行在临过于低下,使某些枢纽变电站的母线电压运行在临界值之下时,母线电压有一微小下降就会发生负荷界值之下时,母线电压有一微小下降就会发生负荷消耗的无功功率增加量大于系统向该点供应的增加消耗的无功功率增加量大于系统向该点供应的增加量,使无功缺额进一步下降。如此恶性循环的结果,量,使无功缺额进一步下降。如此恶性循环的结果,会使该枢纽变电站的母线电压下降到很低的水平。会使该枢纽变电站的母线电压下降到很低的水平。这种现象即这种现象即“电压崩溃电压崩溃”。电压崩溃后,大量电动。电压崩溃后,大量电动机自动切除,某些发电
4、机组失步,导致系统解列或机自动切除,某些发电机组失步,导致系统解列或大面积停电。大面积停电。4电气工程与控制科学学院电气工程与控制科学学院抓服务抓服务, , 促教学促教学, , 兴科研兴科研! !二二 . .电力系统无功功率控制的必要性电力系统无功功率控制的必要性1 1)维持电压在允许范围之内)维持电压在允许范围之内 要控制电力系统在额定电压运行,就要控制电要控制电力系统在额定电压运行,就要控制电力系统中无功电源发出的无功功率等于电力系统负力系统中无功电源发出的无功功率等于电力系统负荷在额定电压时所需消耗的无功功率。如果不满足荷在额定电压时所需消耗的无功功率。如果不满足该条件,电力系统就会偏离
5、额定电压运行。该条件,电力系统就会偏离额定电压运行。2 2)提高电力系统运行的经济性)提高电力系统运行的经济性 选用哪种无功电源,安装在何处都十分重要。选用哪种无功电源,安装在何处都十分重要。不仅会影响到电压质量,而且还会有经济性问题。不仅会影响到电压质量,而且还会有经济性问题。3 3)维持电力系统稳定)维持电力系统稳定 合理的选用发电机的励磁系统可以提高系统的合理的选用发电机的励磁系统可以提高系统的静态和暂态稳定性。静态和暂态稳定性。5电气工程与控制科学学院电气工程与控制科学学院抓服务抓服务, , 促教学促教学, , 兴科研兴科研! !一一 电力系统的电压控制电力系统的电压控制 1 1)电力
6、系统的无功负荷)电力系统的无功负荷 电力系统正常运行时的电压变化主要是由负荷电力系统正常运行时的电压变化主要是由负荷无功功率变化引起的。电力系统无功负荷主要有两无功功率变化引起的。电力系统无功负荷主要有两类:一类是变化周期长、波及面广,主要由生产、类:一类是变化周期长、波及面广,主要由生产、生活和气象变化引起的负荷变化;另一类是冲击负生活和气象变化引起的负荷变化;另一类是冲击负荷或间歇性变化负荷。前一类负荷可由经验和统计荷或间歇性变化负荷。前一类负荷可由经验和统计规律预测,后一类主要是电弧炉、往复式泵、卷扬规律预测,后一类主要是电弧炉、往复式泵、卷扬机、通风设备等,这些负荷的功率变化周期很短机
7、、通风设备等,这些负荷的功率变化周期很短(2 2周周/ /秒秒-30-30周周/ /小时),而且变化随机,因此无法小时),而且变化随机,因此无法预测。预测。6电气工程与控制科学学院电气工程与控制科学学院抓服务抓服务, , 促教学促教学, , 兴科研兴科研! !2 2)电力系统的电压控制)电力系统的电压控制 电力系统中各节点电压动态变化,每时每刻都电力系统中各节点电压动态变化,每时每刻都在随输送功率(负荷)的变化而变化。电力系统电在随输送功率(负荷)的变化而变化。电力系统电压控制的首要任务是控制电力系统中各种无功电源压控制的首要任务是控制电力系统中各种无功电源发出的无功功率总和等于负荷在额定电压
8、时消耗的发出的无功功率总和等于负荷在额定电压时消耗的无功功率总和,维持电力系统电压的总体水平在额无功功率总和,维持电力系统电压的总体水平在额定值附近;其次是控制电力系统各结点电压在允许定值附近;其次是控制电力系统各结点电压在允许的范围之内。的范围之内。 通常所说的电力系统电压控制主要是针对冲击通常所说的电力系统电压控制主要是针对冲击性和间歇性负荷产生的电压波动采取一些措施限制。性和间歇性负荷产生的电压波动采取一些措施限制。如用大容量母线单独供电、架设电容器、调相机和如用大容量母线单独供电、架设电容器、调相机和静止补偿器等。控制的对象是电压中枢点(某些可静止补偿器等。控制的对象是电压中枢点(某些
9、可反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电站的母反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电站的母线电压)电压。线电压)电压。7电气工程与控制科学学院电气工程与控制科学学院抓服务抓服务, , 促教学促教学, , 兴科研兴科研! !3 3)电力系统的电压控制的设备)电力系统的电压控制的设备 发电机是电力系统中主要无功电源。通过调节发电机是电力系统中主要无功电源。通过调节发电机的励磁电流可以调节发电机的端电压及其输发电机的励磁电流可以调节发电机的端电压及其输出的无功功率,从而改变电压水平。出的无功功率,从而改变电压水平。 调相机的容量可以做的很大,而且调节灵活方调相机的容量可以做的很大,而且调节灵活方便,
10、是很好的无功电源。但投资很大,只有在十分便,是很好的无功电源。但投资很大,只有在十分必要的场合才安装。必要的场合才安装。 并联电容器和电抗器以及静止补偿器的容量比并联电容器和电抗器以及静止补偿器的容量比较小,而且器出力和安装位置的电压水平密切相关,较小,而且器出力和安装位置的电压水平密切相关,一般只用其改变安装结点的电压和与之相联接的线一般只用其改变安装结点的电压和与之相联接的线路的无功潮流。路的无功潮流。 变压器调压,普通变压器要在停电状况下进行变压器调压,普通变压器要在停电状况下进行分解头操作,有载调压变压器可以带电调节电压水分解头操作,有载调压变压器可以带电调节电压水平,但调节幅度较大。
11、平,但调节幅度较大。8电气工程与控制科学学院电气工程与控制科学学院抓服务抓服务, , 促教学促教学, , 兴科研兴科研! !二二 电力系统的无功功率控制电力系统的无功功率控制 电力系统电压控制的首要任务是控制电力系统电力系统电压控制的首要任务是控制电力系统中各种无功电源发出的无功功率总和等于负荷在额中各种无功电源发出的无功功率总和等于负荷在额定电压时消耗的无功功率总和,维持电力系统电压定电压时消耗的无功功率总和,维持电力系统电压的总体水平在额定值附近;其次是无功功率的优化的总体水平在额定值附近;其次是无功功率的优化控制,优化的内容有两个:控制,优化的内容有两个: 负荷所需的无功功率让哪些无功功
12、率电源提供负荷所需的无功功率让哪些无功功率电源提供最好,即无功电源的最优分布问题;最好,即无功电源的最优分布问题; 负荷所需的无功功率是让已投入运行的无功电负荷所需的无功功率是让已投入运行的无功电源供给好,还是装设新的无功电源更好,即无功功源供给好,还是装设新的无功电源更好,即无功功率的优化补偿问题。率的优化补偿问题。 优化的目的是在保证电压质量的前提下获得更优化的目的是在保证电压质量的前提下获得更多的经济效益。多的经济效益。9电气工程与控制科学学院电气工程与控制科学学院抓服务抓服务, , 促教学促教学, , 兴科研兴科研! !1 1)无功电源的最优分布)无功电源的最优分布前提:负荷应有较高的
13、自然功率因数(指负荷本身的功前提:负荷应有较高的自然功率因数(指负荷本身的功率因数)。负荷的自然功率因数太低会使它消耗的无率因数)。负荷的自然功率因数太低会使它消耗的无功大量增加。在这种情况下进行无功补偿是非常不经功大量增加。在这种情况下进行无功补偿是非常不经济的。济的。最优分布目标函数:最优分布目标函数:约束条件:约束条件: )(),.,(21GiGnGGQPQQQPnimjLjGiQQQ11010电气工程与控制科学学院电气工程与控制科学学院抓服务抓服务, , 促教学促教学, , 兴科研兴科研! ! nimjLjGiGnGnGGGGQQQQQQPQQQPQQQP11221101111111G
14、QP1GQQ11电气工程与控制科学学院电气工程与控制科学学院抓服务抓服务, , 促教学促教学, , 兴科研兴科研! !例题例题4-14-1 两发电厂联合向一个负荷供电,如图,两发电厂联合向一个负荷供电,如图,Z1=0.10+j0.40, Z2=0.04+j0.08Z1=0.10+j0.40, Z2=0.04+j0.08。设发电厂母线电设发电厂母线电压为压为1 1;负荷功率;负荷功率S SL L=P=PL L+jQ+jQL L=1.2+j0.7=1.2+j0.7,有功部分由有功部分由两发电厂平均分摊,试确定无功功率的最优分布。两发电厂平均分摊,试确定无功功率的最优分布。 SLZ1Z2P1+jQ1
15、P2+jQ21212电气工程与控制科学学院电气工程与控制科学学院抓服务抓服务, , 促教学促教学, , 兴科研兴科研! !04. 0)(10. 0)(22222121222222122121QPQPrUQPrUQPP08. 0)(40. 0)(22222121222222122121QPQPxUQPxUQPQ1120. 0QQP2208. 0QQP1180. 0QQQ2216. 0QQQ解:按题意有功、无功功率损耗为解:按题意有功、无功功率损耗为计算各网损微增率计算各网损微增率13电气工程与控制科学学院电气工程与控制科学学院抓服务抓服务, , 促教学促教学, , 兴科研兴科研! !221111
16、11QQQPQQQP221116.0108.080.0120.0QQQQmjLjniGiQQQ110021QQQQL0)6 . 0(08. 0)6 . 0(40. 070. 022221221QQQQ由网损微增率公式得:由网损微增率公式得:代入数据得:代入数据得:I I由无功功率平衡关系式:由无功功率平衡关系式:代入数据得:代入数据得:Q1=0.248Q2=0.68814电气工程与控制科学学院电气工程与控制科学学院抓服务抓服务, , 促教学促教学, , 兴科研兴科研! ! 2 2)无功负荷的最优补偿)无功负荷的最优补偿 无功负荷的最优补偿包括最优补偿容量、最优补偿无功负荷的最优补偿包括最优补偿
17、容量、最优补偿设备的分布和补偿顺序的选择等问题。属于电力系统规设备的分布和补偿顺序的选择等问题。属于电力系统规划设计范畴。划设计范畴。 设在系统某点装设无功功率补偿设备所需的费用为设在系统某点装设无功功率补偿设备所需的费用为C Cd d则该费用包括三部分:则该费用包括三部分: 所装设的补偿设备的维修费所装设的补偿设备的维修费正比于补偿设备的正比于补偿设备的投资;投资; 所装设的补偿设备的回收费所装设的补偿设备的回收费正比于补偿设备的正比于补偿设备的投资;投资; 所装设的补偿设备的能量损耗费所装设的补偿设备的能量损耗费正比于补偿设正比于补偿设备的容量;备的容量; 15电气工程与控制科学学院电气工
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- CH4 电力系统 电压 无功 自动控制
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