电力系统分析基础(第六章).pdf
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1、1North China Electric Power University电力工程系电力工程系Department of Electrical Engineering电力系统分析基础电力系统分析基础Power System Analysis Basis(六)(六)任 建 文第六章 电力系统的无功功率与电压调整第六章 电力系统的无功功率与电压调整本章主要内容:本章主要内容:1、无功负荷和无功电源及无功功率平衡1、无功负荷和无功电源及无功功率平衡2、电压降落(损耗、偏移)、功率损耗的计算2、电压降落(损耗、偏移)、功率损耗的计算3、无功功率的经济分布;无功电源的最优分布;无功负荷的最优补偿3、无
2、功功率的经济分布;无功电源的最优分布;无功负荷的最优补偿?频率调整和电压调整的相同和不同之处调频频率调整和电压调整的相同和不同之处调频频率唯一集中调整只能调原动机功率调压频率唯一集中调整只能调原动机功率调压电压水平各点不同调整分散手段多样(有多种无功电源)电压水平各点不同调整分散手段多样(有多种无功电源)由上可以看出:维持电压稳定,应该尽量减少无功的传输,采取就地平衡。由上可以看出:维持电压稳定,应该尽量减少无功的传输,采取就地平衡。?分析无功功率和电压分布之间的关系分析无功功率和电压分布之间的关系无功损耗 有功损耗;无功损耗 有功损耗;UQXPRU+电压降受无功功率的影响较大;无功功率的流动
3、从+电压降受无功功率的影响较大;无功功率的流动从UhUL第一节电力系统无功功率的平衡一、概念性问题:第一节电力系统无功功率的平衡一、概念性问题:?无功功率无功功率无功电源QG无功负荷QL无功损耗Q无功电源QG无功负荷QL无功损耗Q?无功功率平衡无功功率平衡运行中的平衡:QG=QL+Q规划中的平衡:无功容量=无功电源功率+备用无功电源功率(78%)运行中的平衡:QG=QL+Q规划中的平衡:无功容量=无功电源功率+备用无功电源功率(78%)二、无功功率负荷和无功功率损耗1、无功功率负荷1)负荷在端电压变化时,出力、效率影响较大无功功率负荷和无功功率损耗1、无功功率负荷1)负荷在端电压变化时,出力、
4、效率影响较大100100110 120(%)U%发光效率发光效率寿命寿命光通量光通量%10%15%5U效率光通量效率光通量%50%10%5U寿命光通量寿命光通量?白炽灯的电压特性白炽灯的电压特性100100(%)U%效率效率电流功率因素电流功率因素?异步电机的电压特性异步电机的电压特性转矩U转矩U2 2,U,U带不动启动不了烧电机带不动启动不了烧电机2)吸收无功(异步电机)2)吸收无功(异步电机)()XUQXXIQU2U212x3=+=+=对于QX,当U转动力矩增大,Sr对于QX,当U转动力矩增大,Sr2(1-s)/sI QX2(1-s)/sI QXZ1ZUZ2()()s1sr2 U1&II2
5、1&=对于QU,由于XU的饱和,XU QU对于QU,由于XU的饱和,XU QUUQQQUX+QUQX异步电机的无功功率特性异步电机的无功功率特性UQQP综合无功负荷的静态特性综合无功负荷的静态特性22、变压器的无功功率损耗2、变压器的无功功率损耗?励磁支路励磁支路空载电流I空载电流I0 0的百分比值,约1-2%的百分比值,约1-2%?绕组漏抗绕组漏抗满载时基本上等于短路电压U满载时基本上等于短路电压UK K的百分比值,约10%的百分比值,约10%?对多级电压网对多级电压网相当可观,可达负荷的57%3、电力线路上的无功功率损耗相当可观,可达负荷的57%3、电力线路上的无功功率损耗?并联电纳并联电
6、纳充电功率U充电功率U2 2,容性,容性?并联电抗并联电抗感性I感性I2 2?35KV及以下35KV及以下感性无功感性无功?110KV及以上110KV及以上传输功率较大时传输功率较大时感性无功传输功率较小时感性无功传输功率较小时容性无功容性无功三、无功功率电源三、无功功率电源定子绕组不超过额定电流定子绕组不超过额定电流励磁绕组不超过额定电流励磁绕组不超过额定电流受原动机出力限制受原动机出力限制进相运行时受定子端部发热限制进相运行时受定子端部发热限制留稳定储备留稳定储备发电机、调相器静电电容器、静止补偿器1、发电机发电机、调相器静电电容器、静止补偿器1、发电机?发电机只有在额定电压、电流、功率因
7、数下运行时,视在功率才能达到额定值,其容量才能最充分地利用发电机只有在额定电压、电流、功率因数下运行时,视在功率才能达到额定值,其容量才能最充分地利用?系统中有功功率备用容量充裕时,可使靠近负荷中心的发电机在降低有功负荷的条件下运行,这时发电机的视在功率虽较额定值小,但可利用的无功功率却较在额定有功负荷下大。系统中有功功率备用容量充裕时,可使靠近负荷中心的发电机在降低有功负荷的条件下运行,这时发电机的视在功率虽较额定值小,但可利用的无功功率却较在额定有功负荷下大。?实质上是只发无功功率的发电机2、同步调相机实质上是只发无功功率的发电机2、同步调相机不带有功负荷的同步发电机不带机械负荷的同步电动
8、机不带有功负荷的同步发电机不带机械负荷的同步电动机?运行运行过激运行过激运行向系统发出无功欠激运行向系统发出无功欠激运行向系统吸收无功(容量为过激的50%)向系统吸收无功(容量为过激的50%)?优点优点平滑调节平滑调节既发无功,又可吸收无功装有励磁调节装置时,维持系统电压不变装有强磁时,故障情况下,调整电压,维持稳定既发无功,又可吸收无功装有励磁调节装置时,维持系统电压不变装有强磁时,故障情况下,调整电压,维持稳定?缺点缺点消耗一定的有功,容量越小,比重越大(1.5-5%)小容量单位投资费用大,宜集中使用水轮机有时作调相运行,汽轮机较难消耗一定的有功,容量越小,比重越大(1.5-5%)小容量单
9、位投资费用大,宜集中使用水轮机有时作调相运行,汽轮机较难损耗大内部发热内部膨胀增大系统中短路时的短路电流损耗大内部发热内部膨胀增大系统中短路时的短路电流3、静电电容器3、静电电容器Q QC C=U=U2 2/X/XC C,只能向系统提供无功,不能吸收无功可集中使用,可分散使用功耗小,0.3%-0.5%(额定容量)调节不是连续的,不平滑,调节范围小电压下降时,Q,只能向系统提供无功,不能吸收无功可集中使用,可分散使用功耗小,0.3%-0.5%(额定容量)调节不是连续的,不平滑,调节范围小电压下降时,QC C下降,导致U进一步下降单位容量投资比调相机便宜4、静止补偿器电容与电抗并联,配以调接装置,
10、可平滑地改变输出70年代开始使用,有前途的三种类型为:下降,导致U进一步下降单位容量投资比调相机便宜4、静止补偿器电容与电抗并联,配以调接装置,可平滑地改变输出70年代开始使用,有前途的三种类型为:?类型直流助磁饱和电抗器型可控硅控制电抗器型自饱和电抗器型类型直流助磁饱和电抗器型可控硅控制电抗器型自饱和电抗器型?共同点:电容支路同步频率下感性无功功率电源C和Lf构成谐振,兼作高次谐波滤波器不可控共同点:电容支路同步频率下感性无功功率电源C和Lf构成谐振,兼作高次谐波滤波器不可控?不同点:电抗器支路可控硅不同点:电抗器支路可控硅直流助磁直流助磁自饱和自饱和不可控不可控饱和电抗器饱和电抗器可控的不
11、饱和可控的不饱和?优点:极好的调节性能可用于冲击性负荷的无功补偿维护简单优点:极好的调节性能可用于冲击性负荷的无功补偿维护简单?原理:自饱和型损耗小,不超过1%应用越来越多原理:自饱和型损耗小,不超过1%应用越来越多3四、无功功率的平衡系统中功率平衡:Q四、无功功率的平衡系统中功率平衡:QGCGC-Q-QL L-Q-Q=01)电源:Q=01)电源:QGCGC=Q=QG G+Q+QC C=Q=QG G+Q+QC1 C1+Q+QC2 C2+Q+QC3发电机调相机电容器静止补偿器C3发电机调相机电容器静止补偿器2)负荷:2)负荷:未改善 COS=0.6-0.9规程规定不低于0.9,可按此取Q未改善
12、COS=0.6-0.9规程规定不低于0.9,可按此取QL L3)损耗:Q3)损耗:Q=Q=QT T+Q+QX X+Q+Qb 变压器线路电抗线路电纳b 变压器线路电抗线路电纳4)无功备用:为最大无功负荷的7%-8%注意:4)无功备用:为最大无功负荷的7%-8%注意:系统中无功率平衡的前提是系统的电压水平正常无功不足时应就地补偿系统中无功率平衡的前提是系统的电压水平正常无功不足时应就地补偿第二节电力系统无功功率的经济分布第二节电力系统无功功率的经济分布一、无功功率电源的最优分布无功经济分布一、无功功率电源的最优分布无功经济分布无功电源的最优分布无功电源的最优分布等网损微增率无功负荷的最优补偿等网损
13、微增率无功负荷的最优补偿无功经济当量目标函数:P无功经济当量目标函数:P=P=P(Q(QGiGi)目的:降低网络中的有功损耗等约束条件:)目的:降低网络中的有功损耗等约束条件:无功平衡无功平衡0QQQm1jLjn1iGi=不等约束条件:不等约束条件:UUUQQQmaxiiminimaxGiGiminGi 拉格朗日函数:拉格朗日函数:)()(LQQQQPm1jLin1iGiGi=最优分布最优分布求拉格朗日函数的极值:求拉格朗日函数的极值:=m1jLjn1iGiGiGiGi0Ln2,1i0)1(LQQQQQQPQL可改写为:可改写为:QQQPQQQPGjGjGiGi1111=无功网损微增率有功网损
14、微增率二、如何进行无功功率最优分布的计算无功网损微增率有功网损微增率二、如何进行无功功率最优分布的计算所以计算相当复杂和因为涉及到所以计算相当复杂和因为涉及到QQQPGiGi一般的原则是:1)计算潮流分布按有功最优分布结果给出各节点(除平衡节点外)的P一般的原则是:1)计算潮流分布按有功最优分布结果给出各节点(除平衡节点外)的P给出P、Q节点的Q给出P、U节点的U2)计算网损微增率给出P、Q节点的Q给出P、U节点的U2)计算网损微增率由潮流计算得各无功电源点的由潮流计算得各无功电源点的值值0时,增大该电源的Q,可降低网损0时,减少该电源的Q,可降低网损进行调整3)重设电源节点的无功Q0时,减少
15、该电源的Q,可降低网损进行调整3)重设电源节点的无功QGiGi和PU节点的电压,进行潮流计算,求总网损、网损微增率,判断平衡节点的P,直到P最小4)当和PU节点的电压,进行潮流计算,求总网损、网损微增率,判断平衡节点的P,直到P最小4)当P P不再减小时,各节点网损微增率未必相等,因为受不等条件限制不再减小时,各节点网损微增率未必相等,因为受不等条件限制例题:如图,有功功率两电厂均分,求最优无功分配解:例题:如图,有功功率两电厂均分,求最优无功分配解:40.0j10.0Z1+=+=08.0j04.0Z2+=7.0j2.1jQPSLLL+=+=+=+=&0.1U1=0.1U2=QP11j+QP2
16、2j+12()()()()04.010.0QPQPRUQPRUQPP22222121222222122121+=+=+=+=()()()()08.040.0QPQPXUQPXUQPQ22222121222222122121+=+=+=+=QQQQQQQQPQQP2211221116.080.008.020.0=QQQQQQQPQQQP2211221116.0108.08.012.01111=按网损等微增率准则确定无功功率分配:由功率平衡条件得:按网损等微增率准则确定无功功率分配:由功率平衡条件得:()()()()08.040.00Q6.0Q6.0QQQQQ222212L21+=+=+联合求解得
17、:Q联合求解得:Q1 10.248,Q0.248,Q2 20.688不计无功网损修正时:0.688不计无功网损修正时:QPQP21=得:Q得:Q1 10.268,Q0.268,Q2 20.6700.6704三、无功功率负荷的最优补偿三、无功功率负荷的最优补偿?负荷的自然功率因数电动机容量不能太大(重要措施)负荷的自然功率因数电动机容量不能太大(重要措施)()()()=max0CiePPQC限制电动机的空载运行同步电机代替异同步电机(收、发)(补偿前0.6-0.9)限制电动机的空载运行同步电机代替异同步电机(收、发)(补偿前0.6-0.9)?最优补偿最优补偿补偿容量的确定补偿设备的分布补偿顺序的
18、选择补偿容量的确定补偿设备的分布补偿顺序的选择规划阶段规划阶段?年节约费用:为单位电能损耗价格(元/kw年节约费用:为单位电能损耗价格(元/kwh),max最大负荷损耗小时数h),max最大负荷损耗小时数?装设补偿设备的投资费用:装设补偿设备的投资费用:()()()QKQCCiCCiC+=+=为折旧维修率,投资回收率,KC为单位 容量补偿设备投资(元/kvar)为折旧维修率,投资回收率,KC为单位 容量补偿设备投资(元/kvar)?结论结论()()为最小令为最小令QKPPCiCmax0C:+=()()+=+=maxCCiCiKQPQ0C()()+=+=maxCeqKr最有网损微增率(也称无功经
19、济当量)最优网损微增率准则:最有网损微增率(也称无功经济当量)最优网损微增率准则:()()rKQPeqmaxCCi=+=+只有在网损微增率具有负值且小于r只有在网损微增率具有负值且小于reqeq的节点设置先后顺序:以网损微增率的大小为序,首先从的节点设置先后顺序:以网损微增率的大小为序,首先从QPCi 最小的开始最小的开始第三节电力系统的电压调整第三节电力系统的电压调整一、电力系统电压偏移的原因及影响无功充足一、电力系统电压偏移的原因及影响无功充足电压水平较好的必要条件,不时充分条件调压电压水平较好的必要条件,不时充分条件调压合理分布无功,维持电压质量1.原因(随运行方式的改变而改变)由于R很
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- 电力系统 分析 基础 第六
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