電力系統(tǒng)分析ppt課件

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1,第五章 電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整和控制,電能質(zhì)量：電壓、頻率、可靠性。 電壓和頻率變化的原因是電源和負載的功率不平衡。正常穩(wěn)態(tài)運行情況下的調(diào)整和控制 主要內(nèi)容： 有功功率和頻率的調(diào)整、無功功率和電壓的調(diào)整、運行方式的優(yōu)化以及潮流的靈活控制。,2,第五章 電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整和控制,(1) 負荷隨時間不斷變化，必須調(diào)整發(fā)電機的出力，使之與負荷的有功功率平衡，并同時調(diào)整系統(tǒng)的頻率，使它盡量不變。,(2) 負荷無功功率的變化要求對發(fā)電機和其他無功補償設(shè)備的運行進行調(diào)整，并保證合格的電壓供電質(zhì)量。,(3) 分配和調(diào)整發(fā)電機功率時，需考慮它們和線路、變壓器等設(shè)備的容量限制和其他條件，保證設(shè)備和系統(tǒng)的安全性。,(4) 電力系統(tǒng)的運行費用與發(fā)電機之間的功率分配密切相關(guān)，對系統(tǒng)運行方式進行決策和調(diào)整時，還必須考慮經(jīng)濟性。,從以下幾個方面理解調(diào)整和控制：,3,§5-1 電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制,,,,,,,,穩(wěn)態(tài)運行時，全系統(tǒng)各點頻率都相等，所有發(fā)電機同步運行。,一、負荷的有功功率及其頻率特性,1. 日負荷曲線,負荷曲線：負荷隨時間變化的曲線。,,,,,,,,4,§5-1 電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制,,,,,,,,2. 負荷的頻率特性,負荷有功功率隨系統(tǒng)頻率變化的特性稱為負荷有功功率的 靜態(tài)頻率特性，簡稱為負荷的頻率特性。,負荷按其有功功率與頻率的關(guān)系分類：,(1)與頻率無關(guān)的負荷,(2)與頻率成正比的負荷,(3)與頻率的二次方成正比的負荷,(4)與頻率的三次方成正比的負荷,(5)與頻率的高次方成正比的負荷,5,§5-1 電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制,,,KL：負荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)，MW/Hz,標(biāo)么值形式：,6,§5-1 電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制,,,,,,,,二、頻率調(diào)整的必要性和有功功率平衡,1. 頻率調(diào)整的必要性,(1) 電動機轉(zhuǎn)速與頻率近似成正比，頻率變化會引起電動機轉(zhuǎn)速的變化，影響產(chǎn)品質(zhì)量。,(3) 頻率下降將使汽輪發(fā)電機的汽輪葉片振動增大，影響其壽命，甚至產(chǎn)生裂紋或斷裂；,(4) 頻率降低時，火力發(fā)電廠由電動機驅(qū)動的動力設(shè)備由于轉(zhuǎn)速下降而使它們的出力減小，引起鍋爐和汽輪機出力降低，從而使得頻率繼續(xù)下降而產(chǎn)生惡性循環(huán)，可能出現(xiàn)頻率崩潰；,(5) 核電廠的反應(yīng)堆的冷卻介質(zhì)泵對頻率的要求比較嚴格，當(dāng)頻率降低到一定程度時，將自動跳開，使反應(yīng)堆停止運行。,為防止頻率崩潰，系統(tǒng)中設(shè)置自動低頻減負荷裝置，當(dāng)頻率降低到一定程度時，按頻率的高低自動分級切除部分負荷。,頻率變化的影響及危害：,(2) 對電子設(shè)備來說，系統(tǒng)頻率的不穩(wěn)定影響其正常工作。,7,§5-1 電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制,,,2. 有功功率平衡和備用容量,為保證電力系統(tǒng)的頻率質(zhì)量，應(yīng)滿足額定頻率下系統(tǒng)有功功率平衡的要求。,系統(tǒng)中還必須安排適當(dāng)?shù)膫溆萌萘?。備用容量的種類：,(1)負荷備用。為了適應(yīng)系統(tǒng)中短時的負荷波動，以及因負荷預(yù)測不準(zhǔn)或計劃外負荷增加而設(shè)置的備用容量。一般取負荷的2%~5%。,(2)事故備用。為防止發(fā)電機組發(fā)生事故設(shè)置的備用容量，一般取系統(tǒng)最大負荷的5%~10%。,(3)檢修備用。為系統(tǒng)中的發(fā)電設(shè)備能進行定期檢修而設(shè)置的備用容量。,(4)國民經(jīng)濟備用。適應(yīng)負荷的超計劃增長而設(shè)置的備用容量。,發(fā)電機可用出力的總和并不一定就是它們的有功容量總和，這是因為在運行過程中，既不是所有發(fā)電機組都不間斷地投入運行，也不是所有投入運行的發(fā)電機組都能按其額定容量發(fā)電。,8,§5-1 電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制,,,,,,,,負荷備用必須以熱備用的方式存在于系統(tǒng)之中。,熱備用是指所有投入運行的發(fā)電機組可能發(fā)出的最大功率之和與全系統(tǒng)發(fā)電負荷之差，也稱運轉(zhuǎn)備用或旋轉(zhuǎn)備用。,冷備用指系統(tǒng)中停止運行狀態(tài)，可隨時待命起動的發(fā)電機組最大出力的總和。,冷備用可作為檢修備用和國民經(jīng)濟備用。,,,發(fā)電機可用有功出力,全系統(tǒng)總的最大負荷,,全系統(tǒng)最大有功功率損耗和廠用電,,全系統(tǒng)總有功功率備用容量,9,§5-1 電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制,1. 發(fā)電機組的自動調(diào)速系統(tǒng),調(diào)速系統(tǒng)種類：,三、發(fā)電機組的調(diào)速系統(tǒng)和頻率的一次調(diào)整,通過原動機調(diào)速器的作用完成發(fā)電機組出力和頻率的調(diào)整，稱為頻率的一次調(diào)整。,(1)機械液壓式：采用離心飛擺將轉(zhuǎn)速信號變換為位移信號。,測出同步發(fā)電機轉(zhuǎn)速，與額定值的偏差，調(diào)整原動機調(diào)速器，調(diào)發(fā)電機轉(zhuǎn)速，調(diào)其出力及頻率。,誤差信號1個——轉(zhuǎn)速信號。,液壓系統(tǒng)可靠性高。,10,§5-1 電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制,,,,,,,,功率-頻率電氣液壓調(diào)速系統(tǒng)：,(2)電氣液壓式：將轉(zhuǎn)速信號變換為電信號，再通過電氣-液壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為液壓變化信號。,11,§5-1 電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制,,2. 發(fā)電機組有功功率靜態(tài)頻率特性,有功功率靜態(tài)頻率特性：在自動調(diào)速系統(tǒng)作用下，發(fā)電機組輸出的有功功率與頻率之間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。,,f,PG,Pset,fN,,,,,0,調(diào)速系統(tǒng)常用調(diào)差系數(shù)百分數(shù)σ%來反映靜態(tài)特性。,單位調(diào)節(jié)功率,每臺機組的調(diào)差系數(shù)可單獨整定。離心飛擺式調(diào)速系統(tǒng)，整定值通過調(diào)頻器設(shè)定；功頻電液調(diào)速系統(tǒng)可直接整定KG。,令,,,則,12,§5-1 電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制,解,例5-2 設(shè)某一電力系統(tǒng)中所含機組臺數(shù)、單機容量及其調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)差系數(shù)發(fā)表如下表。計算系統(tǒng)全部發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率及其標(biāo)么值。,4×225MW機組, KG*=100/2.5=40, KG=40×(4×225)/50=720(MW/Hz),10×200MW機組, KG*=100/4.0=25, KG=25×(10×200)/50=1000(MW/Hz),7×300MW機組, KG*=100/5.0=20, KG=20×(7×300)/50=840(MW/Hz),13,§5-1 電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制,,3. 系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整,定性分析,,f,PG,PG0=PL0,fN,,,,,0,,,,,,,ΔPL0,o,o‘,,f,,PG=PL,,,,ΔPL,ΔPG,暫態(tài)過程——調(diào)節(jié)過程,,機組慣性，n不能突變,不變,機組動能轉(zhuǎn)換為電功率,,調(diào)速系統(tǒng)工作,,直到達到新的平衡,,負荷增加,,,,,,,,,,,,14,§5-1 電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制,,3. 系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整,,f,PG,PG0=PL0,fN,,,,,0,,,,,,,ΔPL0,o,o‘,,f,,PG=PL,,,,ΔPL,ΔPG,定量分析,系統(tǒng)的功率頻率特性系數(shù)或單位調(diào)節(jié)功率,kr=PGN/PLN，系統(tǒng)的熱備用系數(shù),(5-12),(5-10),(5-8),15,§5-1 電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制,,,,,,,,四、頻率的二次、三次調(diào)整和自動發(fā)電控制,1. 自動發(fā)電控制的一般要求,(1)控制系統(tǒng)頻率的同時，應(yīng)控制省與省之間、地區(qū)與地區(qū)之間通過聯(lián)絡(luò)線交換的功率。這種控制稱為頻率和聯(lián)絡(luò)線功率控制，也稱為負荷頻率控制。,(2)為了達到經(jīng)濟的目的而進行調(diào)整和控制稱為經(jīng)濟調(diào)度控制，簡稱為經(jīng)濟調(diào)度。,負荷頻率控制稱為頻率的二次調(diào)整或二次調(diào)頻；,經(jīng)濟調(diào)度控制稱為頻率的三次調(diào)整或三次調(diào)頻；,二次調(diào)頻和三次調(diào)頻通稱為自動發(fā)電控制。,2. 區(qū)域誤差控制,將頻率誤差和聯(lián)絡(luò)線的凈交換功率誤差進行綜合，形成區(qū)域控制誤差。,16,§5-1 電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制,,,,,,,,βi為區(qū)域i的功率偏差系數(shù)；Ki為區(qū)域i的頻率偏差系數(shù)。,在負荷頻率控制中，各區(qū)域根據(jù)本身的區(qū)域控制誤差A(yù)CEi對該區(qū)域內(nèi)的發(fā)電機進行控制，使得在達到穩(wěn)態(tài)時，區(qū)域控制誤差A(yù)CEi為零。,(1)恒定頻率控制,取βi =0，Ki =1,(2)恒定凈交換功率控制,取βi =1，Ki =0,(3)聯(lián)絡(luò)線功率和頻率偏差控制,取βi =1,若Ki為區(qū)域i本身的單位調(diào)節(jié)功率KSi，-KiΔf為區(qū)域i,內(nèi)與Δf相對應(yīng)的負荷增量。,-ΔPTi為其它區(qū)域向區(qū)域i輸送的凈功率增量。,-ΔPTi -KiΔf為區(qū)域i中總的負荷增量ΔPLi 。,17,§5-1 電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制,,,,,,,,當(dāng)Ki取為KSi時，根據(jù)ACEi的大小，可分為三種情況：,-ACEi=0，即-ΔPTi –KiΔf =0，則說明通過聯(lián)絡(luò)線的凈功率ΔPTi可能改變，而本區(qū)域的負荷并未發(fā)生變化；,-ACEi0，說明區(qū)域i的負荷有所增加。反之，區(qū)域i的負荷有所減少。,3. 自動發(fā)電控制的實現(xiàn),各機組功率給定值決定于區(qū)域控制誤差的大小和負荷變化在機組間的分配原則。,按照參與自動發(fā)電控制 的各機組的備用容量大,小或功率調(diào)整速率進行分配，主要針對區(qū)域誤差。,按照經(jīng)濟原則分配，針對負荷的變化和預(yù)測誤差作經(jīng)濟功率分配調(diào)整。,18,§5-2 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制,(2)調(diào)整頻率的手段只是各個發(fā)電廠的發(fā)電機組，而調(diào)整電壓的手段除各個發(fā)電機外，還有大量的無功功率補償設(shè)備和帶負荷調(diào)整分接頭變壓器，它們分散在整個電力系統(tǒng)中。 在無功功率和電壓的控制中，必須對它們和發(fā)電機的控制進行協(xié)調(diào)，才能取得最佳效果，使全系統(tǒng)的功率損耗最小。,,,,,,,,無功功率和電壓的控制與有功功率和頻率的控制之間有很大區(qū)別：,(1)穩(wěn)態(tài)時，全系統(tǒng)的頻率相同，但各節(jié)點的電壓則不同，且電壓的容許變化范圍也可能不同。,電壓是電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的另一個重要指標(biāo)。線路和變壓器中的電壓損耗與通過他們的功率有關(guān)，而在高壓系統(tǒng)中又主要決定于通過的無功功率。,,,,19,§5-2 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制,一、無功負荷及負荷的靜態(tài)電壓特性,1. 負荷的無功功率及網(wǎng)絡(luò)中的無功功率損耗,(1)全系統(tǒng)負荷所吸收的無功功率在一天的變化情況與有功功率日負荷曲線相似，并具有一定的周期性變化。,*注：無功負荷的最大值經(jīng)常出現(xiàn)在上午的高峰負荷期間。有功負荷的最大值經(jīng)常出現(xiàn)在夜晚的高峰負荷期間。,(2)變壓器和線路也將產(chǎn)生無功功率損耗。,(3)整個系統(tǒng)的無功功率損耗比有功功率損耗大很多。,各種用電設(shè)備中，除了白熾燈和電熱器等電阻性負荷只取用有功功率外，其他都需要從電網(wǎng)吸收感性無功功率才能運行。,*變壓器中無功損耗包括兩部分：勵磁無功損耗、漏抗中無功損耗。 *線路中無功損耗包括兩部分：電流流過電抗后的無功損耗、分布電容發(fā)出的無功。,*整個電力系統(tǒng)，從發(fā)電機到用戶往往要經(jīng)過多級變壓器進行多次升壓和降壓，而每經(jīng)過一個變壓器都要產(chǎn)生無功功率損耗。,20,§5-2 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制,,,,,,,,2. 負荷的靜態(tài)電壓特性,在某一固定負荷組成情況下，負荷的總有功功率和無功功率與電壓之間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系稱為負荷的靜態(tài)電壓特性。,變電所母線或線路所供給的總負荷，除了受電器外，還包括各級有關(guān)電網(wǎng)中線路和變壓器的功率損耗，以及補償設(shè)備的功率，把這種總負荷稱為綜合負荷。,ap、bp、cp和aq、bq、cq為特性系數(shù),恒定阻抗部分,恒定電流部分,恒定功率部分,,,,,,,,,,,,21,§5-2 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制,,,,,,,,二、同步發(fā)電機和無功補償設(shè)備的功率特性,無功補償設(shè)備類型: 同步調(diào)相機(同步補償器)、并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器、靜止無功補償器和靜止無功發(fā)生器。,1. 同步發(fā)電機和同步調(diào)相機,同步發(fā)電機既可發(fā)出無功功率，也可吸收無功功率。,發(fā)電機發(fā)出的最大無功功率取決于額定容量和額定功率因數(shù)：,額定電壓下，定子繞組電流不過載的條件：,同步發(fā)電機也可以超前功率因數(shù)運行，即進相運行。,,,,,,22,§5-2 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制,,,,QG,PG,o,QN,PN,a,b,c,d,,,,,,,,,f,h,g,,o’,,,,,,同步發(fā)電機也可以超前功率因數(shù)運行，即進相運行。,,23,§5-2 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制,,,,,,,,同步調(diào)相機可作為無功電源運行，也可作為負載運行。,優(yōu)點：調(diào)節(jié)靈活，可用于控制系統(tǒng)電壓，也可用于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。,缺點：設(shè)備投資和維護費用高。,同步電動機也可發(fā)出無功功率。,2. 并聯(lián)電容器,優(yōu)點：費用低，能量損耗小，可進行就地補償。,缺點：電壓降低時無功顯著減小，不能連續(xù)調(diào)節(jié)。,3. 并聯(lián)電抗器,并聯(lián)電抗器主要用來補償線路的充電功率。,4. 靜止無功補償器(Static Var Compensator, SVC),SVC可對無功功率進行連續(xù)和快速的調(diào)節(jié)。,組成：晶閘管調(diào)節(jié)電抗器(TCR)、晶閘管投切電容器(TSC),24,§5-2 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制,,,,,,,,邊界條件：,對電流進行傅立葉分解，可得其基波分量為：,靜止無功補償器將有諧波電流。,晶閘管投切電容器中的晶閘管只控制電路的全通或全斷。,將TCR與TSC的容量進行配合，可得到同步調(diào)相機的效果。,25,§5-2 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制,,,,,,,,三、電壓調(diào)節(jié)的必要性和電壓質(zhì)量要求,1. 電壓偏移造成的影響和容許的電壓偏移,電壓低于額定電壓的影響,對感應(yīng)式電動機的影響,對火力發(fā)電廠的影響,對電弧爐、白熾燈和電子設(shè)備的影響,電壓高于額定電壓的主要危害是使電氣設(shè)備的絕緣降低，影響其使用壽命。,發(fā)電廠和變電所的330kV和500kV母線：110%；,220kV母線：0%~10%；110kV和35kV母線：-3%~7%。,26,§5-2 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制,,,,,,,,2. 無功功率平衡,單個發(fā)電機向綜合負荷供電,設(shè)綜合負荷額定電壓下的無功功率為QLN。,發(fā)電機的無功功率容量為QGN。,若QGN QLN ，則可調(diào)節(jié)發(fā)電機,的勵磁電流，改變發(fā)電機的端,電壓，使電壓偏移在允許的范圍內(nèi)。,若QGN QLN ，且讓發(fā)電機供給綜合負荷所需要的無功功率，則,勵磁繞組的勵磁電動勢將超出其額定值，使勵磁繞組過載。,綜合負荷未經(jīng)無功補償前的功率因數(shù)為0.6~0.9，即無功功率約為其有功功率的0.5~1.3倍。,發(fā)電機的額定功率因數(shù)為0.85~0.9，即發(fā)電機額定無功功率約為其有功功率的0.5~0.6倍。,實際電力系統(tǒng)中，需要安裝大量的無功補償設(shè)備。,無功補償設(shè)備的應(yīng)用一般在做規(guī)劃時確定。,27,§5-2 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制,四、電壓調(diào)整和控制方法,1. 中樞點的電壓管理,什么是電壓中樞點,電壓中樞點是指某些可以反映系統(tǒng)電壓水平的主要發(fā)電廠或樞紐變電所母線。,區(qū)域性發(fā)電廠和樞紐變電所的高壓母線 樞紐變電所二次母線 有大量地方負荷的發(fā)電廠母線 城市直降變電所二次母線,調(diào)壓的基本思想,很多負荷都由這些中樞點供電，如能控制住這些點的電壓偏移，也就控制住了系統(tǒng)中大部分負荷的電壓偏移。于是，電力系統(tǒng)電壓調(diào)整問題也就轉(zhuǎn)變?yōu)楸ＷC各中樞點的電壓偏移不超出給定范圍的問題。,28,§5-2 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制,中樞點的調(diào)壓方式逆調(diào)壓、順調(diào)壓和恒調(diào)壓三類。 1) 逆調(diào)壓：最大負荷時升高中樞點電壓，最小負荷時降低中樞點電壓。,具體要求：最大負荷方式運行時，中樞點電壓高于線路額定電壓5％； 在最小負荷方式運行時，中樞點的電壓等于線路額定電壓。,適用范圍：中樞點到各負荷點線路長、負荷變化較大且變化規(guī)律大致相同。,2) 順調(diào)壓：大負荷時允許中樞點電壓低一些，但不低于線路額定電壓的102.5％；小負荷時允許其電壓高一些，但不超過線路額定電壓的107.5％的。,適用范圍：多用于供電距離較近，負荷變動不大的電壓中樞點。,29,§5-2 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制,恒調(diào)壓：即在任何負荷下，中樞點電壓保持為大約恒定的數(shù)值，一般較線路額定電壓高2％～5％。,適用范圍：常用于向負荷波動小的用戶供電的電壓中樞點。,2. 電壓調(diào)整的基本方法電力系統(tǒng)實際運行中，要使所有用戶的電壓質(zhì)量都符合要求，還必須采用各種調(diào)壓手段。,30,§5-2 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制,（1）調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流以改變發(fā)電機機端電壓UG； （2）改變變壓器的變比k1、k2； （3）改變網(wǎng)絡(luò)無功功率Q的分布； （4）改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)R+jX（主要是X）,電壓調(diào)整的措施：,31,§5-2 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制,(1) 改變發(fā)電機端電壓調(diào)壓負荷增大時，會造成用戶端電壓降低，此時增加發(fā)電機勵磁電流以提高發(fā)電機電壓；負荷降低時，減小發(fā)電機勵磁電流，以降低發(fā)電機電壓——逆調(diào)壓 主要適用于發(fā)電廠不經(jīng)升壓直接供電的小型電力系統(tǒng)，供電線路不長，線路上電壓損耗不大，基本可以滿足負荷點要求的電壓質(zhì)量。,對線路較長，供電范圍較大，由發(fā)電機經(jīng)多級變壓的電力系統(tǒng)，從發(fā)電廠到最遠處的負荷之間的電壓損耗和變化幅度都很大。這時，單靠發(fā)電機調(diào)壓是不能解決問題，必須配合其它調(diào)壓方式。,對有若干發(fā)電廠并列運行的大型電力系統(tǒng)，發(fā)電機調(diào)壓只作為一種輔助的調(diào)壓措施，這是因為,1）提高發(fā)電機的電壓時，該發(fā)電機會增發(fā)無功，這就要求進行電壓調(diào)整的電廠有充足的無功容量儲備；,2）在并聯(lián)運行的發(fā)電廠中，調(diào)整個別電廠的母線電壓，會引起系統(tǒng)中無功功率的重新分配，還可能同無功功率的經(jīng)濟分配發(fā)生矛盾。,32,§5-2 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制,(2) 改變變壓器變比調(diào)壓,降壓變壓器分接頭的選擇,為了達到調(diào)壓的目的，雙繞組變壓器在高壓側(cè)、三繞組變壓器在高壓側(cè)和中壓側(cè)都裝有分接頭開關(guān)。,容量在6300kVA及以下的雙繞組變壓器高壓側(cè)一般有3個分接頭，即1.05UN、UN、0.95UN，調(diào)壓范圍為±5%。,容量在8000kVA及以上的雙繞組變壓器高壓側(cè)一般有5個分接頭，即1.05UN、1.025UN、UN、0.975UN、0.95UN，調(diào)壓范圍為±2×2.5%。,改變變壓器變比調(diào)壓，實質(zhì)上就是如何根據(jù)低壓側(cè)的調(diào)壓要求合理選擇變壓器的分接頭電壓U1t,降壓變壓器,高壓側(cè)運行電壓,歸算到高壓側(cè)后的電壓損耗,變壓器低壓側(cè)按調(diào)壓要求的實際運行電壓U2為,高壓側(cè)分接頭電壓,低壓繞組額定電壓,得高壓側(cè)分接頭電壓為,33,§5-2 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制,當(dāng)變壓器通過不同的負荷時，分接頭電壓有不同的計算值然后求取它們的算術(shù)平均值，即選擇一個與它最接近的標(biāo)準(zhǔn)分接頭電壓作為公用分接頭，然后根據(jù)所選取的分接頭校驗最大負荷和最小負荷時低壓母線的實際電壓是否符合要求,最大負荷方式下變壓器低壓母線要求的運行電壓,最小負荷方式下變壓器低壓母線要求的運行電壓,34,,要求在變壓器的低壓母線采用順調(diào)壓方式，選擇變壓器分接頭電壓。,【例】,解：1）變壓器阻抗中的功率損耗,,,2）變壓器環(huán)節(jié)首端功率,,35,3）最大最小負荷下變壓器阻抗的電壓損耗,4）計算變壓器分接頭電壓,,選最接近Ultav的標(biāo)準(zhǔn)分接頭為112.75KV。,36,5）校驗,,由計算結(jié)果可見，所選分接頭電壓滿足調(diào)壓要求。,37,(3) 并聯(lián)無功補償裝置調(diào)壓,在U1、U2、k給定的情況下，求得,實際中，變壓器變比k和電容器容量QC要合理配合。,此時k為,§5-2 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制,38,§5-2 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制,,,,,,,,五、電壓調(diào)整和控制方法,1. 電壓調(diào)整中的一些現(xiàn)象和規(guī)律,取基準(zhǔn)功率為100MVA，基準(zhǔn)電壓為各級網(wǎng)絡(luò)的額定電壓。,變電所10kV母線的容許電壓偏差為±7%；應(yīng)在9.3~10.7kV。,發(fā)電廠和變電所220kV母線電壓不超過110%，即不超過242kV。,情況1：發(fā)電機在最大和最小負荷下都以額定電壓運行，電壓保持10.5kV，升、降壓變壓器高壓繞組在主接頭運行，即變比分別為10.5/242和220/11。,最大負荷時發(fā)電廠220kV母線電壓容許偏差為0%~10%，即在220~242kV范圍內(nèi)。,39,§5-2 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制,,,,,,,,情況2：發(fā)電廠升壓變壓器分接頭置于2檔，其它于情況1相同。,,,高壓繞組固定分接頭接2檔，變壓器變比為10.5/(1+2×0.025) ×242，高壓側(cè)空載電壓升高5%，且希望網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點電壓都升高5%。,,8%,,,,12%,15%,6%,6%,7%,,40,§5-2 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制,,,,,,,,情況3：發(fā)電廠升壓變壓器采用帶負荷調(diào)壓變壓器。,帶負荷調(diào)壓變壓器每檔的電壓為額定電壓的1.25%。設(shè)在最大負荷時，置于+5檔，最小負荷時置于-6檔。,情況4：改變發(fā)電機電壓進行調(diào)壓。,改變發(fā)電機電壓進行調(diào)壓。,41,§5-2 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制,,,,,,,,情況5：變電所10kV母線上安裝并聯(lián)電容器。,降壓變壓器采用固定分接頭置于2檔，變比為(1+2×0.025) ×220/11 ，并聯(lián)電容器容量為34Mvar。,應(yīng)用靜止無功補償器或同步調(diào)相機也可進行調(diào)壓。,電壓調(diào)整的現(xiàn)象和規(guī)律：,(1)線路和變壓器的電壓損耗與通過的無功功率有關(guān)，在最大負荷期間網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的電壓偏低而在最小負荷時偏高。,(2)改變固定分接頭變壓器的分接頭位置，只能使最大負荷和最小負荷時的電壓都升高(降低), 對它們之間的差值影響很小。,(3)采用帶負荷調(diào)壓變壓器可有效調(diào)整一個地區(qū)或一個母線電壓。,42,§5-2 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整和控制,,,,,,,,(4)改變發(fā)電機的運行電壓是進行電壓調(diào)整的有效措施。,(5)在變電所10kV母線上安裝并聯(lián)電容器，不但可有效地進行電壓調(diào)整，而且可降低損耗。變壓器分接頭位置應(yīng)與之配合。,2. 輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)在電壓調(diào)整中的相互配合,配電系統(tǒng)380V和220V用戶的容許電壓偏移為±7% 和-10%~5%。,將每個配電網(wǎng)絡(luò)中分散用戶對容許電壓的偏移的要求，集中反映為對變電所10kV母線的電壓要求。,在輸電系統(tǒng)中采取調(diào)壓措施來滿足各個變電所10kV母線的電壓要求。,分散用戶對變電所10kV母線的電壓要求的確定方法：,針對配電系統(tǒng)的最大和最小負荷分別進行潮流計算；,根據(jù)正在運行的配電網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)驗來決定。,配電線路最大負荷時的電壓損耗的限定：,110kV~10kV線路 5％ 380V線路 5%,220V線路 7％,逆調(diào)壓：最大負荷時的電壓比最小負荷時的電壓高的調(diào)壓。,43,§5-3 電力系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化,,,,,,,,全系統(tǒng)運行最為經(jīng)濟是優(yōu)化問題的一個目標(biāo)。,設(shè)備不發(fā)生過載和電壓滿足要求是優(yōu)化問題需要滿足的條件，稱為約束條件。負荷與電源功率的平衡也是約束條件。,優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)描述：求解問題的變量，在滿足等式和不等式函數(shù)約束的條件下，使目標(biāo)函數(shù)達到最小。,一、火力發(fā)電廠之間的有功功率經(jīng)濟分配,1. 火力發(fā)電機組的燃料消耗特性,耗量特性：穩(wěn)態(tài)運行時，火力發(fā)電機組在單位時間內(nèi)所消耗的燃料與發(fā)電機發(fā)出的有功功率之間的關(guān)系。,2. 不計網(wǎng)損變化影響的有功經(jīng)濟分配,44,§5-3 電力系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化,,,,應(yīng)用求條件極值的拉格朗日乘數(shù)法求解。,引入一個拉格朗日乘子λ，組成拉格朗日函數(shù)：,煤耗微增率：,為機組i的耗量特性在PGi點的斜率。,等微增率準(zhǔn)則：機組間有功功率經(jīng)濟分配的必要條件是各機組的煤耗微增率相等。,拉格朗日函數(shù)取極小值的充分條件是對變量的二階偏導(dǎo)數(shù)小于零：,燃料消耗特性都具有上凹特性,等式約束條件,45,§5-3 電力系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化,,,,,,,,計算機算法：,若不考慮各機組出力限制，機組間有功功率分配可用牛頓法求解。,若考慮各機組出力限制，計算過程如下：,(1)輸入系統(tǒng)總有功負荷和損耗、各發(fā)電機組出力的上下限和耗量特性中的系數(shù)。,(2)假定所有機組的出力都不超過約束條件。,46,§5-3 電力系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化,,,,,,,,(3)對于未超過約束條件的機組，用牛頓迭代法求解，得出等煤耗微增率下各機組的有功出力。,(4)檢查各機組的有功功率出力是否超出其上下限。若所有機組都滿足，則得出結(jié)果，計算停止；否則，進行下一步計算。,(5)對于不滿足約束條件的機組，若超過上限，則其出力限制為上限，否則限制為下限。在非線性方程組中去掉相應(yīng)的方程式，并在最后一個方程中，對于超過限制的機組將發(fā)電機的功率用其相應(yīng)的限制值代入，然后返回到第3步。,煤耗微增率表達式為發(fā)電機功率的線性函數(shù)，得到的方程組為線性方程組，可直接求解。,3. 計及網(wǎng)損變化影響的有功功率經(jīng)濟分配,47,§5-3 電力系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化,,,,,,,,網(wǎng)絡(luò)損耗微增率：,網(wǎng)絡(luò)損耗修正系數(shù)：,λ稱為修正煤耗微增率,二、水力發(fā)電廠和火力發(fā)電廠之間的有功功率經(jīng)濟分配,1. 水力發(fā)電機組的耗水量特性,耗水量特性：穩(wěn)態(tài)運行時，水輪發(fā)電機組單位時間內(nèi)消耗的水量與發(fā)電機發(fā)出的有功功率之間的關(guān)系。,48,§5-3 電力系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化,,,,,,,,水輪發(fā)電機組有最大和最小出力限制。,2. 水火發(fā)電機組間有功功率經(jīng)濟分配的數(shù)學(xué)模型,設(shè)系統(tǒng)有g(shù)個機組，前h個為火電機組，其余為水電機組,不考慮不等式約束條件,49,§5-3 電力系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化,,,,,,,,水耗微增率：,水電機組等值煤耗微增率,,水煤轉(zhuǎn)換系數(shù),,水火電機組間有功功率經(jīng)濟分配的必要條件：各個火電機組的煤耗微增率和水電機組的等值微增率相等，每個水電機組各個小時水煤轉(zhuǎn)換系數(shù)不變。,50,§5-3 電力系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化,,,,,,,,三、電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流(Optimal Power Flow，OPF)簡介,以全系統(tǒng)的燃料消耗量最小為目標(biāo)，約束條件為發(fā)電機的有功和無功出力的限制、節(jié)點電壓容許偏移的要求以及線路和變壓器功率的限制。,系統(tǒng)有n個節(jié)點，前g個節(jié)點為發(fā)電機節(jié)點，功率限制支路數(shù)為l。,(1)目標(biāo)函數(shù),(2)等式約束,(3)不等式約束,51,§5-3 電力系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化,,,,,,,,典型的數(shù)學(xué)規(guī)劃問題。,目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)都是變量的非線性函數(shù)。,52,§5-4 電力系統(tǒng)潮流控制,,,,,,,,柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS)：用于電力系統(tǒng)潮流的靈活控制和系統(tǒng)傳輸能力的提高。,一、晶閘管控制串聯(lián)電容器(TCSC),晶閘管控制串聯(lián)電容器又稱為可控串補，由固定電容器和晶閘管控制電抗器并聯(lián)組成，它串聯(lián)在輸電線路上。,設(shè)可控串補兩端的電壓為給定正弦電壓：,可控串補基波等值電抗：,可控串補結(jié)構(gòu)上與靜止無功補償器相似。,53,§5-4 電力系統(tǒng)潮流控制,,,,,,,,(1)觸發(fā)相位α=π/2,電抗器電流為零，電抗器開路,,a,(2)觸發(fā)相位γαπ/2,c,,(3)觸發(fā)相位α=0,b,,,可控串補基波等值電抗呈感性,實際情況下，可控串補與線路串聯(lián)，電壓不為正弦，而電流基本上為正弦。,當(dāng)觸發(fā)相位α=π/2和α=0，計算結(jié)果與設(shè)定電壓為正弦所得到的結(jié)果一樣。,當(dāng)觸發(fā)相位γαπ/2，可控串補等值電抗為容性。,可控串補等值電抗很大時，電容器兩端電壓將很高。,54,§5-4 電力系統(tǒng)潮流控制,,,,,,,,二、靜止同步補償器(STATCOM),STATCOM又稱為靜止無功發(fā)生器。,變流器相當(dāng)于電壓源型逆變器。,變流器交流側(cè)可輸出對稱的三相電壓，其大小與電容上電壓成正比，相位決定于脈沖觸發(fā)時間。,變流器交流側(cè)的電流決定于交流母線的電壓和變壓器漏阻抗。,靜止同步補償器只能發(fā)出或吸收無功功率。,,,,,,發(fā)出無功功率,,,,,,吸收無功功率,55,§5-4 電力系統(tǒng)潮流控制,,,,,,,,變流器交流側(cè)電壓越高，輸出無功功率越大；變流器交流側(cè)電壓與交流母線電壓相同時，輸出無功功率為零；交流側(cè)電壓越小，吸收的無功功率越大。,無論靜止同步補償器發(fā)出還是吸收無功功率，一個周期內(nèi)都無需通過電容器進行能量存儲和釋放，電容器的主要任務(wù)是提供和穩(wěn)定直流電壓，因此電容器所需容量很小。,靜止同步補償器存在諧波問題。,三、統(tǒng)一潮流控制器(UPFC),功能：可對系統(tǒng)節(jié)點進行無功功率補償；在線路上串入大小和相位都可控制的電壓，可改變線路的潮流。,兩個變流器在直流側(cè)并聯(lián)，并聯(lián)變流器不但可通過變壓器TB吸收或發(fā)出無功功率，還可吸收或送出一定的有功功率。,56,,,,,,,,§5-4 電力系統(tǒng)潮流控制,57,§5-3 電力系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化,,,,,,,,例 設(shè)兩機系統(tǒng)中，每臺發(fā)電機的耗量特性分別為F1(PG1)=1000+ 20PG1+0.1P2G1，F(xiàn)2(PG2)=800+ 26PG2+0.04P2G2，出力限制分別為25MW≤PG1≤150MW和10MW≤PG2≤ 90MW，若總負荷為200MW，忽略網(wǎng)絡(luò)損耗，求各臺發(fā)動機最優(yōu)經(jīng)濟出力。,,,解,根據(jù)等微增率準(zhǔn)則和總負荷約束,解得：PG1=78.6(MW)，PG2=121.4(MW),顯然，第二臺發(fā)電機出力超出了其最大功率,因此取PG2=90(MW)，PG1=110(MW),,