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1,第五章 電力系統(tǒng)正常運(yùn)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(fù)載的功率不平衡。正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)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(wú)功功率和電壓的調(diào)整、運(yùn)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(yùn)行方式的調(diào)整和控制,(1) 負(fù)荷隨時(shí)間不斷變化，必須調(diào)整發(fā)電機(jī)的出力，使之與負(fù)荷的有功功率平衡，并同時(shí)調(diào)整系統(tǒng)的頻率，使它盡量不變。,(2) 負(fù)荷無(wú)功功率的變化要求對(duì)發(fā)電機(jī)和其他無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)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(jī)功率時(shí)，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(yùn)行費(fèi)用與發(fā)電機(jī)之間的功率分配密切相關(guān)，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行方式進(jìn)行決策和調(diào)整時(shí)，還必須考慮經(jīng)濟(jì)性。,從以下幾個(gè)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(yùn)行時(shí)，全系統(tǒng)各點(diǎn)頻率都相等，所有發(fā)電機(jī)同步運(yùn)行。,一、負(fù)荷的有功功率及其頻率特性,1. 日負(fù)荷曲線,負(fù)荷曲線：負(fù)荷隨時(shí)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(fù)荷的頻率特性,負(fù)荷有功功率隨系統(tǒng)頻率變化的特性稱為負(fù)荷有功功率的 靜態(tài)頻率特性，簡(jiǎn)稱為負(fù)荷的頻率特性。,負(fù)荷按其有功功率與頻率的關(guān)系分類：,(1)與頻率無(wú)關(guān)的負(fù)荷,(2)與頻率成正比的負(fù)荷,(3)與頻率的二次方成正比的負(fù)荷,(4)與頻率的三次方成正比的負(fù)荷,(5)與頻率的高次方成正比的負(fù)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(fù)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率近似成正比，頻率變化會(huì)引起電動(dòng)機(jī)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(jī)的汽輪葉片振動(dòng)增大，影響其壽命，甚至產(chǎn)生裂紋或斷裂；,(4) 頻率降低時(shí)，火力發(fā)電廠由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的動(dòng)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(jī)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(duì)頻率的要求比較嚴(yán)格，當(dāng)頻率降低到一定程度時(shí)，將自動(dòng)跳開(kāi)，使反應(yīng)堆停止運(yùn)行。,為防止頻率崩潰，系統(tǒng)中設(shè)置自動(dòng)低頻減負(fù)荷裝置，當(dāng)頻率降低到一定程度時(shí)，按頻率的高低自動(dòng)分級(jí)切除部分負(fù)荷。,頻率變化的影響及危害：,(2) 對(duì)電子設(shè)備來(lái)說(shuō)，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(fù)荷備用。為了適應(yīng)系統(tǒng)中短時(shí)的負(fù)荷波動(dòng)，以及因負(fù)荷預(yù)測(cè)不準(zhǔn)或計(jì)劃外負(fù)荷增加而設(shè)置的備用容量。一般取負(fù)荷的2%~5%。,(2)事故備用。為防止發(fā)電機(jī)組發(fā)生事故設(shè)置的備用容量，一般取系統(tǒng)最大負(fù)荷的5%~10%。,(3)檢修備用。為系統(tǒng)中的發(fā)電設(shè)備能進(jìn)行定期檢修而設(shè)置的備用容量。,(4)國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用。適應(yīng)負(fù)荷的超計(jì)劃增長(zhǎng)而設(shè)置的備用容量。,發(fā)電機(jī)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?yàn)樵谶\(yùn)行過(guò)程中，既不是所有發(fā)電機(jī)組都不間斷地投入運(yùn)行，也不是所有投入運(yùn)行的發(fā)電機(jī)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(fù)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(yùn)行的發(fā)電機(jī)組可能發(fā)出的最大功率之和與全系統(tǒng)發(fā)電負(fù)荷之差，也稱運(yùn)轉(zhuǎn)備用或旋轉(zhuǎn)備用。,冷備用指系統(tǒng)中停止運(yùn)行狀態(tài)，可隨時(shí)待命起動(dòng)的發(fā)電機(jī)組最大出力的總和。,冷備用可作為檢修備用和國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用。,,,發(fā)電機(jī)可用有功出力,全系統(tǒng)總的最大負(fù)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(jī)組的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng),調(diào)速系統(tǒng)種類：,三、發(fā)電機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)和頻率的一次調(diào)整,通過(guò)原動(dòng)機(jī)調(diào)速器的作用完成發(fā)電機(jī)組出力和頻率的調(diào)整，稱為頻率的一次調(diào)整。,(1)機(jī)械液壓式：采用離心飛擺將轉(zhuǎn)速信號(hào)變換為位移信號(hào)。,測(cè)出同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，與額定值的偏差，調(diào)整原動(dòng)機(jī)調(diào)速器，調(diào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速，調(diào)其出力及頻率。,誤差信號(hào)1個(gè)——轉(zhuǎn)速信號(hào)。,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(hào)變換為電信號(hào)，再通過(guò)電氣-液壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為液壓變化信號(hào)。,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(jī)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(dòng)調(diào)速系統(tǒng)作用下，發(fā)電機(jī)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?jǐn)?shù)σ%來(lái)反映靜態(tài)特性。,單位調(diào)節(jié)功率,每臺(tái)機(jī)組的調(diào)差系數(shù)可單獨(dú)整定。離心飛擺式調(diào)速系統(tǒng)，整定值通過(guò)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(jī)組臺(tái)數(shù)、單機(jī)容量及其調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)差系數(shù)發(fā)表如下表。計(jì)算系統(tǒng)全部發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率及其標(biāo)么值。,4×225MW機(jī)組, KG*=100/2.5=40, KG=40×(4×225)/50=720(MW/Hz),10×200MW機(jī)組, KG*=100/4.0=25, KG=25×(10×200)/50=1000(MW/Hz),7×300MW機(jī)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(guò)程——調(diào)節(jié)過(guò)程,,機(jī)組慣性，n不能突變,不變,機(jī)組動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電功率,,調(diào)速系統(tǒng)工作,,直到達(dá)到新的平衡,,負(fù)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(dòng)發(fā)電控制,1. 自動(dòng)發(fā)電控制的一般要求,(1)控制系統(tǒng)頻率的同時(shí)，應(yīng)控制省與省之間、地區(qū)與地區(qū)之間通過(guò)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(fù)荷頻率控制。,(2)為了達(dá)到經(jīng)濟(jì)的目的而進(jìn)行調(diào)整和控制稱為經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制，簡(jiǎn)稱為經(jīng)濟(jì)調(diào)度。,負(fù)荷頻率控制稱為頻率的二次調(diào)整或二次調(diào)頻；,經(jīng)濟(jì)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(dòng)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(jìn)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(fù)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(duì)該區(qū)域內(nèi)的發(fā)電機(jī)進(jìn)行控制，使得在達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，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(duì)應(yīng)的負(fù)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(fù)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(shí)，根據(jù)ACEi的大小，可分為三種情況：,-ACEi=0，即-ΔPTi –KiΔf =0，則說(shuō)明通過(guò)聯(lián)絡(luò)線的凈功率ΔPTi可能改變，而本區(qū)域的負(fù)荷并未發(fā)生變化；,-ACEi0，說(shuō)明區(qū)域i的負(fù)荷有所增加。反之，區(qū)域i的負(fù)荷有所減少。,3. 自動(dòng)發(fā)電控制的實(shí)現(xiàn),各機(jī)組功率給定值決定于區(qū)域控制誤差的大小和負(fù)荷變化在機(jī)組間的分配原則。,按照參與自動(dòng)發(fā)電控制 的各機(jī)組的備用容量大,小或功率調(diào)整速率進(jìn)行分配，主要針對(duì)區(qū)域誤差。,按照經(jīng)濟(jì)原則分配，針對(duì)負(fù)荷的變化和預(yù)測(cè)誤差作經(jīng)濟(jì)功率分配調(diào)整。,18,§5-2 電力系統(tǒng)無(wú)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(gè)發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)組，而調(diào)整電壓的手段除各個(gè)發(fā)電機(jī)外，還有大量的無(wú)功功率補(bǔ)償設(shè)備和帶負(fù)荷調(diào)整分接頭變壓器，它們分散在整個(gè)電力系統(tǒng)中。 在無(wú)功功率和電壓的控制中，必須對(duì)它們和發(fā)電機(jī)的控制進(jìn)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(wú)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(shí)，全系統(tǒng)的頻率相同，但各節(jié)點(diǎn)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(gè)重要指標(biāo)。線路和變壓器中的電壓損耗與通過(guò)他們的功率有關(guān)，而在高壓系統(tǒng)中又主要決定于通過(guò)的無(wú)功功率。,,,,19,§5-2 電力系統(tǒng)無(wú)功功率和電壓的調(diào)整和控制,一、無(wú)功負(fù)荷及負(fù)荷的靜態(tài)電壓特性,1. 負(fù)荷的無(wú)功功率及網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)功功率損耗,(1)全系統(tǒng)負(fù)荷所吸收的無(wú)功功率在一天的變化情況與有功功率日負(fù)荷曲線相似，并具有一定的周期性變化。,*注：無(wú)功負(fù)荷的最大值經(jīng)常出現(xiàn)在上午的高峰負(fù)荷期間。有功負(fù)荷的最大值經(jīng)常出現(xiàn)在夜晚的高峰負(fù)荷期間。,(2)變壓器和線路也將產(chǎn)生無(wú)功功率損耗。,(3)整個(gè)系統(tǒng)的無(wú)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(fù)荷只取用有功功率外，其他都需要從電網(wǎng)吸收感性無(wú)功功率才能運(yùn)行。,*變壓器中無(wú)功損耗包括兩部分：勵(lì)磁無(wú)功損耗、漏抗中無(wú)功損耗。 *線路中無(wú)功損耗包括兩部分：電流流過(guò)電抗后的無(wú)功損耗、分布電容發(fā)出的無(wú)功。,*整個(gè)電力系統(tǒng)，從發(fā)電機(jī)到用戶往往要經(jīng)過(guò)多級(jí)變壓器進(jìn)行多次升壓和降壓，而每經(jīng)過(guò)一個(gè)變壓器都要產(chǎn)生無(wú)功功率損耗。,20,§5-2 電力系統(tǒng)無(wú)功功率和電壓的調(diào)整和控制,,,,,,,,2. 負(fù)荷的靜態(tài)電壓特性,在某一固定負(fù)荷組成情況下，負(fù)荷的總有功功率和無(wú)功功率與電壓之間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系稱為負(fù)荷的靜態(tài)電壓特性。,變電所母線或線路所供給的總負(fù)荷，除了受電器外，還包括各級(jí)有關(guān)電網(wǎng)中線路和變壓器的功率損耗，以及補(bǔ)償設(shè)備的功率，把這種總負(fù)荷稱為綜合負(fù)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(wú)功功率和電壓的調(diào)整和控制,,,,,,,,二、同步發(fā)電機(jī)和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的功率特性,無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備類型: 同步調(diào)相機(jī)(同步補(bǔ)償器)、并聯(lián)電容器、并聯(lián)電抗器、靜止無(wú)功補(bǔ)償器和靜止無(wú)功發(fā)生器。,1. 同步發(fā)電機(jī)和同步調(diào)相機(jī),同步發(fā)電機(jī)既可發(fā)出無(wú)功功率，也可吸收無(wú)功功率。,發(fā)電機(jī)發(fā)出的最大無(wú)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(guò)載的條件：,同步發(fā)電機(jī)也可以超前功率因數(shù)運(yùn)行，即進(jìn)相運(yùn)行。,,,,,,22,§5-2 電力系統(tǒng)無(wú)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(jī)也可以超前功率因數(shù)運(yùn)行，即進(jìn)相運(yùn)行。,,23,§5-2 電力系統(tǒng)無(wú)功功率和電壓的調(diào)整和控制,,,,,,,,同步調(diào)相機(jī)可作為無(wú)功電源運(yùn)行，也可作為負(fù)載運(yùn)行。,優(yōu)點(diǎn)：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(diǎn)：設(shè)備投資和維護(hù)費(fèi)用高。,同步電動(dòng)機(jī)也可發(fā)出無(wú)功功率。,2. 并聯(lián)電容器,優(yōu)點(diǎn)：費(fèi)用低，能量損耗小，可進(jìn)行就地補(bǔ)償。,缺點(diǎn)：電壓降低時(shí)無(wú)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(lái)補(bǔ)償線路的充電功率。,4. 靜止無(wú)功補(bǔ)償器(Static Var Compensator, SVC),SVC可對(duì)無(wú)功功率進(jìn)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(wú)功功率和電壓的調(diào)整和控制,,,,,,,,邊界條件：,對(duì)電流進(jìn)行傅立葉分解，可得其基波分量為：,靜止無(wú)功補(bǔ)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(jìn)行配合，可得到同步調(diào)相機(jī)的效果。,25,§5-2 電力系統(tǒng)無(wú)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(duì)感應(yīng)式電動(dòng)機(jī)的影響,對(duì)火力發(fā)電廠的影響,對(duì)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(wú)功功率和電壓的調(diào)整和控制,,,,,,,,2. 無(wú)功功率平衡,單個(gè)發(fā)電機(jī)向綜合負(fù)荷供電,設(shè)綜合負(fù)荷額定電壓下的無(wú)功功率為QLN。,發(fā)電機(jī)的無(wú)功功率容量為QGN。,若QGN QLN ，則可調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī),的勵(lì)磁電流，改變發(fā)電機(jī)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(jī)供給綜合負(fù)荷所需要的無(wú)功功率，則,勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電動(dòng)勢(shì)將超出其額定值，使勵(lì)磁繞組過(guò)載。,綜合負(fù)荷未經(jīng)無(wú)功補(bǔ)償前的功率因數(shù)為0.6~0.9，即無(wú)功功率約為其有功功率的0.5~1.3倍。,發(fā)電機(jī)的額定功率因數(shù)為0.85~0.9，即發(fā)電機(jī)額定無(wú)功功率約為其有功功率的0.5~0.6倍。,實(shí)際電力系統(tǒng)中，需要安裝大量的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備。,無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的應(yīng)用一般在做規(guī)劃時(shí)確定。,27,§5-2 電力系統(tǒng)無(wú)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(diǎn)的電壓管理,什么是電壓中樞點(diǎn),電壓中樞點(diǎn)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(fù)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(fù)荷都由這些中樞點(diǎn)供電，如能控制住這些點(diǎn)的電壓偏移，也就控制住了系統(tǒng)中大部分負(fù)荷的電壓偏移。于是，電力系統(tǒng)電壓調(diào)整問(wèn)題也就轉(zhuǎn)變?yōu)楸ＷC各中樞點(diǎn)的電壓偏移不超出給定范圍的問(wèn)題。,28,§5-2 電力系統(tǒng)無(wú)功功率和電壓的調(diào)整和控制,中樞點(diǎn)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(fù)荷時(shí)升高中樞點(diǎn)電壓，最小負(fù)荷時(shí)降低中樞點(diǎn)電壓。,具體要求：最大負(fù)荷方式運(yùn)行時(shí)，中樞點(diǎn)電壓高于線路額定電壓5％； 在最小負(fù)荷方式運(yùn)行時(shí)，中樞點(diǎn)的電壓等于線路額定電壓。,適用范圍：中樞點(diǎn)到各負(fù)荷點(diǎn)線路長(zhǎng)、負(fù)荷變化較大且變化規(guī)律大致相同。,2) 順調(diào)壓：大負(fù)荷時(shí)允許中樞點(diǎn)電壓低一些，但不低于線路額定電壓的102.5％；小負(fù)荷時(shí)允許其電壓高一些，但不超過(guò)線路額定電壓的107.5％的。,適用范圍：多用于供電距離較近，負(fù)荷變動(dòng)不大的電壓中樞點(diǎn)。,29,§5-2 電力系統(tǒng)無(wú)功功率和電壓的調(diào)整和控制,恒調(diào)壓：即在任何負(fù)荷下，中樞點(diǎn)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(fù)荷波動(dòng)小的用戶供電的電壓中樞點(diǎn)。,2. 電壓調(diào)整的基本方法電力系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)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(wú)功功率和電壓的調(diào)整和控制,（1）調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流以改變發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓UG； （2）改變變壓器的變比k1、k2； （3）改變網(wǎng)絡(luò)無(wú)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(wú)功功率和電壓的調(diào)整和控制,(1) 改變發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)壓負(fù)荷增大時(shí)，會(huì)造成用戶端電壓降低，此時(shí)增加發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流以提高發(fā)電機(jī)電壓；負(fù)荷降低時(shí)，減小發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，以降低發(fā)電機(jī)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(zhǎng)，線路上電壓損耗不大，基本可以滿足負(fù)荷點(diǎn)要求的電壓質(zhì)量。,對(duì)線路較長(zhǎng)，供電范圍較大，由發(fā)電機(jī)經(jīng)多級(jí)變壓的電力系統(tǒng)，從發(fā)電廠到最遠(yuǎn)處的負(fù)荷之間的電壓損耗和變化幅度都很大。這時(shí)，單靠發(fā)電機(jī)調(diào)壓是不能解決問(wèn)題，必須配合其它調(diào)壓方式。,對(duì)有若干發(fā)電廠并列運(yùn)行的大型電力系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)調(diào)壓只作為一種輔助的調(diào)壓措施，這是因?yàn)?1）提高發(fā)電機(jī)的電壓時(shí)，該發(fā)電機(jī)會(huì)增發(fā)無(wú)功，這就要求進(jìn)行電壓調(diào)整的電廠有充足的無(wú)功容量?jī)?chǔ)備；,2）在并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電廠中，調(diào)整個(gè)別電廠的母線電壓，會(huì)引起系統(tǒng)中無(wú)功功率的重新分配，還可能同無(wú)功功率的經(jīng)濟(jì)分配發(fā)生矛盾。,32,§5-2 電力系統(tǒng)無(wú)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(dá)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(kāi)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(gè)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(gè)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(shí)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(yùn)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(shí)際運(yùn)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(wú)功功率和電壓的調(diào)整和控制,當(dāng)變壓器通過(guò)不同的負(fù)荷時(shí)，分接頭電壓有不同的計(jì)算值然后求取它們的算術(shù)平均值，即選擇一個(gè)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(yàn)最大負(fù)荷和最小負(fù)荷時(shí)低壓母線的實(shí)際電壓是否符合要求,最大負(fù)荷方式下變壓器低壓母線要求的運(yùn)行電壓,最小負(fù)荷方式下變壓器低壓母線要求的運(yùn)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(fù)荷下變壓器阻抗的電壓損耗,4）計(jì)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(yàn),,由計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，所選分接頭電壓滿足調(diào)壓要求。,37,(3) 并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置調(diào)壓,在U1、U2、k給定的情況下，求得,實(shí)際中，變壓器變比k和電容器容量QC要合理配合。,此時(shí)k為,§5-2 電力系統(tǒng)無(wú)功功率和電壓的調(diào)整和控制,38,§5-2 電力系統(tǒng)無(wú)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(jí)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(guò)110%，即不超過(guò)242kV。,情況1：發(fā)電機(jī)在最大和最小負(fù)荷下都以額定電壓運(yùn)行，電壓保持10.5kV，升、降壓變壓器高壓繞組在主接頭運(yùn)行，即變比分別為10.5/242和220/11。,最大負(fù)荷時(shí)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(wú)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(diǎn)電壓都升高5%。,,8%,,,,12%,15%,6%,6%,7%,,40,§5-2 電力系統(tǒng)無(wú)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(fù)荷調(diào)壓變壓器。,帶負(fù)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(fù)荷時(shí)，置于+5檔，最小負(fù)荷時(shí)置于-6檔。,情況4：改變發(fā)電機(jī)電壓進(jìn)行調(diào)壓。,改變發(fā)電機(jī)電壓進(jìn)行調(diào)壓。,41,§5-2 電力系統(tǒng)無(wú)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(wú)功補(bǔ)償器或同步調(diào)相機(jī)也可進(jìn)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(guò)的無(wú)功功率有關(guān)，在最大負(fù)荷期間網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的電壓偏低而在最小負(fù)荷時(shí)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(fù)荷和最小負(fù)荷時(shí)的電壓都升高(降低), 對(duì)它們之間的差值影響很小。,(3)采用帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器可有效調(diào)整一個(gè)地區(qū)或一個(gè)母線電壓。,42,§5-2 電力系統(tǒng)無(wú)功功率和電壓的調(diào)整和控制,,,,,,,,(4)改變發(fā)電機(jī)的運(yùn)行電壓是進(jìn)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(jìn)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(gè)配電網(wǎng)絡(luò)中分散用戶對(duì)容許電壓的偏移的要求，集中反映為對(duì)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(lái)滿足各個(gè)變電所10kV母線的電壓要求。,分散用戶對(duì)變電所10kV母線的電壓要求的確定方法：,針對(duì)配電系統(tǒng)的最大和最小負(fù)荷分別進(jìn)行潮流計(jì)算；,根據(jù)正在運(yùn)行的配電網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)決定。,配電線路最大負(fù)荷時(shí)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(fù)荷時(shí)的電壓比最小負(fù)荷時(shí)的電壓高的調(diào)壓。,43,§5-3 電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的優(yōu)化,,,,,,,,全系統(tǒng)運(yùn)行最為經(jīng)濟(jì)是優(yōu)化問(wèn)題的一個(gè)目標(biāo)。,設(shè)備不發(fā)生過(guò)載和電壓滿足要求是優(yōu)化問(wèn)題需要滿足的條件，稱為約束條件。負(fù)荷與電源功率的平衡也是約束條件。,優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)描述：求解問(wèn)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(dá)到最小。,一、火力發(fā)電廠之間的有功功率經(jīng)濟(jì)分配,1. 火力發(fā)電機(jī)組的燃料消耗特性,耗量特性：穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，火力發(fā)電機(jī)組在單位時(shí)間內(nèi)所消耗的燃料與發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率之間的關(guān)系。,2. 不計(jì)網(wǎng)損變化影響的有功經(jīng)濟(jì)分配,44,§5-3 電力系統(tǒng)運(yùn)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(gè)拉格朗日乘子λ，組成拉格朗日函數(shù)：,煤耗微增率：,為機(jī)組i的耗量特性在PGi點(diǎn)的斜率。,等微增率準(zhǔn)則：機(jī)組間有功功率經(jīng)濟(jì)分配的必要條件是各機(jī)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(duì)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(yùn)行方式的優(yōu)化,,,,,,,,計(jì)算機(jī)算法：,若不考慮各機(jī)組出力限制，機(jī)組間有功功率分配可用牛頓法求解。,若考慮各機(jī)組出力限制，計(jì)算過(guò)程如下：,(1)輸入系統(tǒng)總有功負(fù)荷和損耗、各發(fā)電機(jī)組出力的上下限和耗量特性中的系數(shù)。,(2)假定所有機(jī)組的出力都不超過(guò)約束條件。,46,§5-3 電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的優(yōu)化,,,,,,,,(3)對(duì)于未超過(guò)約束條件的機(jī)組，用牛頓迭代法求解，得出等煤耗微增率下各機(jī)組的有功出力。,(4)檢查各機(jī)組的有功功率出力是否超出其上下限。若所有機(jī)組都滿足，則得出結(jié)果，計(jì)算停止；否則，進(jìn)行下一步計(jì)算。,(5)對(duì)于不滿足約束條件的機(jī)組，若超過(guò)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(gè)方程中，對(duì)于超過(guò)限制的機(jī)組將發(fā)電機(jī)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(dá)式為發(fā)電機(jī)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(jì)及網(wǎng)損變化影響的有功功率經(jīng)濟(jì)分配,47,§5-3 電力系統(tǒng)運(yùn)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(jì)分配,1. 水力發(fā)電機(jī)組的耗水量特性,耗水量特性：穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，水輪發(fā)電機(jī)組單位時(shí)間內(nèi)消耗的水量與發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率之間的關(guān)系。,48,§5-3 電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的優(yōu)化,,,,,,,,水輪發(fā)電機(jī)組有最大和最小出力限制。,2. 水火發(fā)電機(jī)組間有功功率經(jīng)濟(jì)分配的數(shù)學(xué)模型,設(shè)系統(tǒng)有g(shù)個(gè)機(jī)組，前h個(gè)為火電機(jī)組，其余為水電機(jī)組,不考慮不等式約束條件,49,§5-3 電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的優(yōu)化,,,,,,,,水耗微增率：,水電機(jī)組等值煤耗微增率,,水煤轉(zhuǎn)換系數(shù),,水火電機(jī)組間有功功率經(jīng)濟(jì)分配的必要條件：各個(gè)火電機(jī)組的煤耗微增率和水電機(jī)組的等值微增率相等，每個(gè)水電機(jī)組各個(gè)小時(shí)水煤轉(zhuǎn)換系數(shù)不變。,50,§5-3 電力系統(tǒng)運(yùn)行方式的優(yōu)化,,,,,,,,三、電力系統(tǒng)最優(yōu)潮流(Optimal Power Flow，OPF)簡(jiǎn)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(jī)的有功和無(wú)功出力的限制、節(jié)點(diǎn)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(gè)節(jié)點(diǎn)，前g個(gè)節(jié)點(diǎn)為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)，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(yùn)行方式的優(yōu)化,,,,,,,,典型的數(shù)學(xué)規(guī)劃問(wèn)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(bǔ)，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(bǔ)兩端的電壓為給定正弦電壓：,可控串補(bǔ)基波等值電抗：,可控串補(bǔ)結(jié)構(gòu)上與靜止無(wú)功補(bǔ)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(kāi)路,,a,(2)觸發(fā)相位γαπ/2,c,,(3)觸發(fā)相位α=0,b,,,可控串補(bǔ)基波等值電抗呈感性,實(shí)際情況下，可控串補(bǔ)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(jì)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(bǔ)等值電抗為容性。,可控串補(bǔ)等值電抗很大時(shí)，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(bǔ)償器(STATCOM),STATCOM又稱為靜止無(wú)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(duì)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(shí)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(bǔ)償器只能發(fā)出或吸收無(wú)功功率。,,,,,,發(fā)出無(wú)功功率,,,,,,吸收無(wú)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(wú)功功率越大；變流器交流側(cè)電壓與交流母線電壓相同時(shí)，輸出無(wú)功功率為零；交流側(cè)電壓越小，吸收的無(wú)功功率越大。,無(wú)論靜止同步補(bǔ)償器發(fā)出還是吸收無(wú)功功率，一個(gè)周期內(nèi)都無(wú)需通過(guò)電容器進(jìn)行能量存儲(chǔ)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(bǔ)償器存在諧波問(wèn)題。,三、統(tǒng)一潮流控制器(UPFC),功能：可對(duì)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)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(gè)變流器在直流側(cè)并聯(lián)，并聯(lián)變流器不但可通過(guò)變壓器TB吸收或發(fā)出無(wú)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(yùn)行方式的優(yōu)化,,,,,,,,例 設(shè)兩機(jī)系統(tǒng)中，每臺(tái)發(fā)電機(jī)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(fù)荷為200MW，忽略網(wǎng)絡(luò)損耗，求各臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)出力。,,,解,根據(jù)等微增率準(zhǔn)則和總負(fù)荷約束,解得：PG1=78.6(MW)，PG2=121.4(MW),顯然，第二臺(tái)發(fā)電機(jī)出力超出了其最大功率,因此取PG2=90(MW)，PG1=110(MW),,