1主講：高志剛gzg@自動化學院第五章電力系統的有功功率和頻率調整

第六章電力系統的無功功率和電壓調整2電力系統中，衡量運行經濟性的主要指標為：比耗量（煤耗率，每消耗一度電消耗的標準煤重）和線損率(電力網絡消耗的電能與向電力網絡供應電能的百分比)衡量電能質量的指標包括：頻率質量、電壓質量和波形質量，分別以頻率偏移、電壓偏移和波形畸變率表示。電力系統中，系統的有功功率必須平衡，即發電機發出的有功功率，應等于系統消耗的有功功率。否則由于發電機的動力力矩和阻力力矩不同，發電機轉速將持續發生改變。P1（幅度小，周期短，一次調頻）P2（幅度較大，周期較長，沖擊性負荷，二次調頻）P3（幅度最大，周期最長，由生活、氣象等引起，三次調頻）Pt5.1電力系統中有功功率的平衡電力系統實際有功功率負荷曲線不同的周期的負荷有不同的變化規律：第一種變動幅度很小，周期又很短，這種負荷變動有很大的偶然性；第二種變動幅度較大，周期也較長，屬于這種負荷的主要有：電爐、電氣機車等帶有沖擊性的負荷變動；第三種變動基本上可以預計，其變動幅度最大，周期也最長，是由于生產、生活、氣象等變化引起的負荷變動。例如，夏季由于空調制冷，普遍出現用電負荷較高的現象。5根據負荷變化，電力系統的有功功率和頻率調整大體上也可分為：一次調頻：由發電機調速器進行；二次調頻：由發電機調頻器進行；三次調頻：優化準則，即由調度部門根據負荷曲線進行最優分配，責成各發電廠按事先給定的負荷發電。除平衡節點（調頻）外均屬此類。（有功功率日負荷曲線）前兩種是事后的，第三種是事前的。 有功功率電源備用容量有功功率電源：可投入發電設備的可發功率之和，不應小于包括網損和廠用電在內的系統（總）發電負荷。系統的備用容量：系統電源容量大于發電負荷的部分。可分為熱備用和冷備用或負荷備用、事故備用、檢修備用和國民經濟備用等。負荷備用：調整負荷波動或超計劃負荷增加，2～5％Pmax事故備用：發電設備發生偶然事故時，使電力用戶不受嚴重影響，維持系統正常供電所需的備用，5～10％Pmax檢修備用：使系統中發電設備能定期檢修而設置。國民經濟備用：著眼未來7電力系統中有功功率的最優分配5.2電力系統中有功功率最優分配有功功率電源的最優組合有功功率負荷的最優分配機組的最優組合順序機組的最優組合數量機組的最優開停時間系統中發電設備或發電廠的合理組合，即機組的合理開停。冷備用容量的合理分布問題熱備用容量的合理分布問題有功功率負荷的最優分配：是指系統的有功功率負荷在各個正在運行的發電設備或發電廠之間的合理分配。8電力系統最優運行是電力系統分析的一個重要分支，它所研究的問題主要是在保證用戶用電需求（負荷）的前提下，如何優化地調度系統中各發電機組或發電廠的運行工況，從而使系統發電所需的總費用或所消耗的總燃料耗量達到最小這樣決策問題。一、必要性頻率是電力系統運行的一個重要的質量指標，直接影響著負荷的正常運行。負荷要求頻率的偏差一般應控制在（±0.2~±0.5）Hz的范圍內。電網頻率變化會導致很多電氣設備無法正常運行，影響工業生產和生活。要維持頻率在正常的范圍內，系統必須具有充裕的可調有功電源。5.3電力系統中的頻率調整負載變化導致發電機頻率變化，怎么辦？自動調速系統及其特性自動調速系統：關鍵在于利用杠桿的作用調整汽輪機或水輪機的導向葉片，使其開度增大，增加進汽量或進水量。當重新穩定后，E歸于原位。液體流動B點上升B上升帶動C上升經過調速器調節后，系統達到穩定，此時的頻率將低于原有頻率當機組轉速升高時候，有類似的分析過程，并且可以知道，經過調速器調節后的頻率將高于原頻率自動調速系統及其特性“一次調整”，借助于調速器完成可以升高D點的位置E位置下移，導致液體流動B點上升B上升帶動C上升重新穩定后，E仍歸于原位。但B,D,C較原來有所升高，A也升高最終頻率可以與原頻率相等，“二次調整”，借助于調頻器完成電力系統中的有功功率電源是集中在各類發電廠中的發電機；無功功率電源除發電機外，還有電容器、調相機和靜止補償器等，分散在各變電所。供應有功功率和電能；必須消耗能源，但無功功率電源一旦設置后，就可隨時使用而不再有其它經常性耗費。系統中無功功率損耗遠大于有功功率損耗。正常穩態運行時，全系統頻率相同，頻率調整集中在發電廠，調頻手段只有調整原動機功率一種。電壓水平則全系統各點不同，而且電壓調整可分散進行，調壓手段也多種多樣。因此，電力系統的無功功率和電壓調整與有功功率和頻率調整有很大不同。6.1電力系統的無功功率與電壓調整無功功率負荷電動機等滯后功率因數的負載變壓器電力線路無功功率電源發電機電容器和調相機靜止補償器和靜止調相機并聯電容器只能向系統供應感性無功功率。它所供應的感性無功功率與其端電壓約平方成正比。調相機實質上是只能發無功功率的發電機。它在過激運行時向系統供應感性無功功率，欠激運行時從系統吸取感性無功功率。欠激運行時的容量約為過激運行時容量的50%。這些也就是作為無功功率電源的調相機的運行極限。靜止補償器和靜止調相機是分別與電容器和調相機相對應而又同屬“靈活交流輸電系統”范疇的兩種無功功率電源。靜止補償器的全稱為靜止無功功率補償器(SVC)，有各種不同型式。目前常用的有晶閘管控制電抗器型(TCR型)、晶閘管開關電容器型(TSC型)和飽和電抗器型(SR型)三種TCRTSCSR靜止調相機電網變壓器基于GTO等全控器件的電壓源可以吸收或發出感性無功功率，運行方式靈活。6.2電壓調整的必要性電力系統的電壓和頻率一樣也需要經常調整。由于電壓偏移過大時，會影響工農業生產產品的質量和產量，損壞設備，甚至引起系統性的“電壓崩潰”，造成大面積停電。在保證系統中無功功率平衡的基礎上，如同調整控制頻率一樣．調整控制電壓，使其偏移和波動保持在允許范圍內，是系統運行的一個重要問題。電壓波動和電壓管理1.電壓波動當負荷發生波動時，使得線路上傳送的無功功率發生波動，相應的各節點電壓也隨之波動。對于生活、生產、氣象等變化引起的周期長、波及面大的電壓波動需進行調整。對于沖擊性負荷引起的電壓波動需進行限制。設置串聯電容器，抵償線路感抗，限制電壓波動幅度設置調相機和電抗器設置靜止補償器2.電壓管理電壓中樞點就是那些反映系統電壓水平的主要發電廠的高壓母線、樞紐變電所低壓母線或有大量地方負荷的發電機母線。（1）中樞點的電壓偏移根據負荷對電壓的要求，任何時刻應滿足：ABi2.電壓管理（1）中樞點的電壓偏移需綜合考慮A、B對電壓中樞點i點的要求。要同時滿足兩個負荷對電壓質量的要求，中樞點電壓的允許變動范圍減小。在實際電力系統中，由同一中樞點供電的負荷可能很多，且中樞點到負荷處線路上的電壓損耗的大小和變化規律的差別可能很大，完全可能出現在某些時段內，中樞點電壓取任何值均不能滿足要求，這時須采取其他措施（如在負荷處進行無功補償，改變變壓器變比等）。2.電壓管理（2）中樞點電壓的調整方式逆調壓：對于供電線路較長，負荷波動較大的網絡，考慮在最大負荷時線路上的電壓損耗增加，這時適當提高中樞點電壓以補償增大的電壓損耗，比線路UN高5％（即1.05UN）；最小負荷時線路上電壓損耗減小，降低中樞點電壓為UN。順調壓：負荷變動小，供電線路不長，在允許電壓偏移范圍內某個值或較小的范圍內，最大負荷時電壓可以低一些，但≥1.025UN，小負荷時電壓可以高一些，但≤1.075UN。2.電壓管理（2）中樞點電壓的調整方式常調壓（恒調壓）：負荷變動小，供電線路電壓損耗也較小的網絡，無論最大或最小負荷時，只要中樞點電壓維持在允許電壓偏移范圍內某個值或較小的范圍內（如1.025UN~1.05UN），就可保證各負荷點的電壓質量。這種在任何負荷情況下，中樞點電壓保持基本不變的調壓方式。6.3借改變發電機端電壓調整通過自動勵磁調節裝置→If→Eq→UG，不需另增設備，簡便可行且經濟。由發電機不經升壓直接供電的地方負荷，實行逆調壓。勵磁電流空載電勢端電壓6.3借改變發電機端電壓調整G+5%-5%-9%+1%-5%-4%-5.6%+4.4%+2%發電機經多級變壓向負荷供電時，僅借發電機調壓往往不能滿足負荷對電壓質量的要求，這時需借助其他措施。變壓器二次側空載電壓較線路額定電壓高10%若最大負荷時，調為105%UN若最小負荷時，調為UN已滿足了±5%要求6.4借改變變壓器變比調壓G雙繞組變壓器的高壓繞組和三繞組的高、中壓繞組有若干分接頭可供選擇，如有UN±5％、UN±2×2.5％。其中對應于UN的分接頭常稱主接頭或主抽頭。合理選擇變壓器的分接頭也可調壓。6.4借改變變壓器變比調壓（1）對于雙繞組降壓變壓器所選擇的高壓側抽頭電壓低壓側電壓已歸算到高壓側6.4借改變變壓器變比調壓（1）對于雙繞組降壓變壓器i普通變壓器在運行中不能倒換接頭，只有停運時才能調整，因此，必須在投運前選擇好合適的接頭以滿足各種負荷要求。為使最大、最小負荷兩種情況下變電所低壓母線實際電壓偏離要求的U‘imax，U’imin大體相等，分接頭電壓應取UtImax，UtImin的平均值。根據UtI選擇一最接近的分接頭，再按選定的分接頭校驗低壓母線上的實際電壓能否滿足要求。6.4借改變變壓器變比調壓（2）對于雙繞組升壓變壓器低壓高壓高壓側分接頭電壓低壓側分電壓已歸算到高壓側一般來說，如果系統中無功功率不缺乏，則采用有載調壓變壓器后，可以滿足調壓要求。（3）對于三繞組變壓器三繞組變壓器除高壓繞組有抽頭外，一般中壓繞組也具有抽頭可供選擇。對高、中壓繞組都具有抽頭的三繞組變壓器，各繞組接頭電壓的確定仍按上述