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电力系统的无功功率和电压调整
6.1.1 无功负荷和无功损耗 ——无功负荷 ——无功负荷 ——无功损 ——无功损耗 无功损耗 6.1.2 无功功率电源 无功功率的平衡(满足电源功率因数的要求) 6.1.3 无功功率的平衡(满足电源功率因数的要求) Page-225) 6.1.4 例6-1(Page-225)-无功补偿的作用
6.1.1 无功负荷和无功损耗 ——无功负荷 无功负荷
A、B两平衡点, B点电源不足,频率(电压)小于额定值 两平衡点, 点电源不足,频率(电压) 两平衡点
6.1.4 例6-1(Page-225)-无功补偿的作用 Page-225)
已知线路末端负荷和首端电压, 已知线路末端负荷和首端电压,根据首端功率因数的要 也可以根据末端电压调整量的要求), 求(也可以根据末端电压调整量的要求 ,确定末端无功 也可以根据末端电压调整量的要求 补偿的容量; 无功补偿的功率因数调节( 补偿的容量;——无功补偿的功率因数调节(降损)和 无功补偿的功率因数调节 降损) 电压调节的双重作用 书上方法比较近似:为了满足电源功率因数要求, 书上方法比较近似:为了满足电源功率因数要求,则负 荷功率因数应该比电源功率因数大( 荷功率因数应该比电源功率因数大(因为无功损耗比有 功损耗大),但具体补偿量的确定是采用经验的试探法。 ),但具体补偿量的确定是采用经验的试探法 功损耗大),但具体补偿量的确定是采用经验的试探法。 比如电源要求为0.85,则负荷功率因数为 ,其中没 比如电源要求为 ,则负荷功率因数为0.9, 有严格的定量关系。 有严格的定量关系。
U C Umin ICmax TCR 0 ILmax TCR n=3
U U n=1 n=2 C Umin 0 TSC IC 0 IL SR SR SR+CSC
I
IC
IL
I
6.1.2 无功功率电源* 无功功率电源* ——静止无功补偿器(SVC)特点 静止无功补偿器(SVC)特点
输出无功仍然与电压有关,但可连续快速调节, 输出无功仍然与电压有关,但可连续快速调节,可作 为动态无功电源。 为动态无功电源。 TCR:通过TCR 中晶闸管开关的控制,连续调节其吸 收的IL;结合电容器,可吸可发IL 。投资大,主要用 于500kV电网,以提供动态无功电源。 TSC:通过晶闸管开关的切换,调节其吸收的IC(即 输出IL ),可频繁投切;只能输出IL 。用得很少。 SR:根据SR的伏安特性,自动调节其吸收的IL。结合 电容器,可吸可发IL 。用得很少。
↑ ↓ U ↓ ⇒ 吸 收 I L↑ ⇒ U ↑ ↓
6.1.2 无功功率电源* 无功功率电源*
——静止调相机的等值电路 ——静止调相机的等值电路
静止调相机/静止无功发生器/ 静止调相机/静止无功发生器/静止无功同步补偿器 Statcon / SVG / Statcom 输出Q与 无关 可快速连续调节感性或容性无功; 无关, 输出 与U无关,可快速连续调节感性或容性无功;投 资大,技术不成熟。 资大,技术不成熟。 & UA A
线 路
单个
感 变 50% 10% 性 压 无 器 1~2% 7% 功 多电压级网络,变压器的无功损耗很大, 多电压级网络,变压器的无功损耗很大,远大于有功损耗
U %S 绕组:∆QZT ≈ k NT 100 激磁: ∆Q = I 0 % S YT 100 NT
五级变压
S 2 ( ) S NT
6.1.4 例6-1(Page-225)-无功补偿的作用 Page-225)
i R+j X j
Pj+j Qj
QC
Pi , Qi , cosϕ
Qi ≈ P≈ i
Pj2 + (Qj − QC )2 U U
2 N
X + Qj − QC R + Pj
无功调节
Pj2 + (Qj − QC )2
2 N
有功损耗调节 电压调节
6.1.2 无功功率电源* 无功功率电源*
——发电机与并联电容器 ——发电机与并联电容器
发电机: 发电机:
通过改变励磁电流, 通过改变励磁电流,可连续 PN 调节无功, 调节无功,且可吸可发感性 无功,不需额外投资。 无功,不需额外投资。 Q<0,吸QL
P
SN QN Q>0,发QL
并联电容器: 并联电容器:
无功和电压调节与有功和频率调整的区别 无功和电压调节与有功和频率调整的区别
有功电源:只有发电机组,单一性。 无功电源:发电机组,无功补偿装置(电容器组、电 抗器组、调相机、静止补偿器等)(变电站),多样 性。 有功电源供应有功功率和电能需要消耗一次能源。无 功电源不消耗一次能源。 全系统频率相同,频率调整集中在发电厂,调频手段 只有调整原动机功率一种。电压水平则全系统各点不 同,而且电压调整可分散进行,调压手段也多种多 样。 ——电压无功调整的基本原则 分层分区调整与 电压无功调整的基本原则:分层分区调整与 电压无功调整的基本原则 无功的就地平衡 电网中,无功损耗远大于有功损耗。 无功损耗远大于有功损耗。 无功损耗远大于有功损耗
6.1.1 无功负荷和无功损耗 ——无功损耗 无功损耗
P2 + Q2 j ∆QL = j X L 线路电抗消耗的感性无功 2 U − j ∆QL = − jb1lU N 2 线路对地电容消耗的容性无功 = 0 线路传输功率 S =自然功率 ∆Q = ∆QL − ∆QL >0 S >自然功率 额定负载 <0 S <自然功率
6.1.2 无功功率电源* 无功功率电源* ——静止无功补偿器(SVC)的类型 静止无功补偿器(SVC)
T C R :晶闸管控制电抗器型 SVC TSC :晶闸管开关电容器型 SR : 饱和电抗器型
SVC:Static Var Compensator; : ; TCR:Transistor Controlled Reactor : TSC :Transistor Switched Capacitor; ; SR :Saturated Reactor
照明、电热,消耗感性无功Q 照明、电热,消耗感性无功 L小。 感性无功 同步电动机,有励磁绕组, 同步电动机,有励磁绕组,通过励磁电流的调 可以调节其输出无功的大小。过激运行, 节,可以调节其输出无功的大小。过激运行, 欠激运行,吸收Q 发QL ;欠激运行,吸收 L 。在综合负荷中比 例小。 例小。 异步电动机,消耗Q 异步电动机,消耗 L ,在综合负荷中比例很 大。 综合负荷功率因素, ~ ,滞后( 综合负荷功率因素,0.6~0.9,滞后(感性无 功)
6.1.2 无功功率电源* 无功功率电源* ——静止无功补偿器(SVC)的等值电路 静止无功补偿器(SVC)的等值电路
C
C Lf
滤 波 器 (b)TSC型 晶闸管代替 机械开关
SR CSC
C Lf
C
(a)TCR型
(b)SR型 不可控,限制电 压波动
6.1.2 无功功率电源* 无功功率电源* ——静止无功补偿器(SVC)的伏安特性 静止无功补偿器(SVC)的
主要研究内容及其相互关系
无功和电压管理的目的:保证电压质量,降低有功损耗 无功和电压的管理方法
无功平衡与优化
电压调整 手 段 目 标 方 式 计 算 方 法
枢 电 压 调 压 调 压 调 压
电压波动限制 条 件 段 手
条 件
的电 压 动
电 机 压 无功
机 压 无功 的 电压 波动 电 调 机 和电
6.1.2 无功功率电源* 无功功率电源*
发电机与并联电容器 发电机与并联电容器 并联电抗器与调相机 静止无功补偿器(SVC)-Static Var Compensator 静止无功补偿器 ——静止补偿器 SVC) ——静止补偿器(SVC)的类型 静止补偿器( ——静止补偿器 SVC) ——静止补偿器(SVC)的等值电路 静止补偿器( ——静止补偿器 SVC) ——静止补偿器(SVC)的伏安特性 静止补偿器( ——静止补偿器 SVC) ——静止补偿器(SVC)特点 静止补偿器( 静止调相机(STATCON)—Static Condenser 静止调相机 ——静止调相机的等值电路 ——静止调相机的等值电路 ——静止调相机的无功调节原理 ——静止调相机的无功调节原理 电容器、调相机、 见书Page-223 电容器、调相机、静止补偿器的比较 见书
输出无功与电压有关,只发容性无功,用于超高压、 输出无功与电压有关,只发容性无功,用于超高压、 长距离、轻载线路。投资小,经济性好。 长距离、轻载线路。投资小,经济性好。不可连续调 不能作为动态无功电源。 节,不能作为动态无功电源。
• 调相机: 调相机:
过激运行, 感性无功;欠激运行,吸收感性无功。 过激运行,发感性无功;欠激运行,吸收感性无功。 感性无功 输出无功与U无关 可连续调节,但投资大, 无关, 输出无功与 无关,可连续调节,但投资大,运行维 护困难。 护困难。
无功损耗远大于有功损耗
P2 + Q2 ∆P = R U 2 P2 + Q2 ∆Q = X U2
X >> R ⇒ ∆Q >> ∆P
6.1 电力系统中的无功功率平衡
基本概念 常用的无功电源有哪几类? 常用的无功电源有哪几类?各自有何主要特点 范围、控制方式、与电压的关系、单位投资、 (范围、控制方式、与电压的关系、单位投资、 维护费用、反应速度)? 维护费用、反应速度)?
Vj ≈ Vi −
Pj R + (Qj − QC ) X U
2 N
6.2 电力系统中无功功率的最优分布(略) 电力系统中无功功率的最优分布(
无功功率电源的最优分布和无功功率负荷的最优补偿,即无功的 无功功率电源的最优分布和无功功率负荷的最优补偿, 运行优化问题和规划问题。无功优化:通过现有无功电源 无功电源和 运行优化问题和规划问题。无功优化:通过现有无功电源和调压 设备(变压器分接头)的控制,使无功的潮流分布合理, 设备(变压器分接头)的控制,使无功的潮流分布合理,以降低 有功网损,提高电压质量等。无功规划: 有功网损,提高电压质量等。无功规划:通过规划无功电源和调 压设备的位置、容量、调节能力,以满足无功平衡、电压质量、 压设备的位置、容量、调节能力,以满足无功平衡、电压质量、 电压稳定和投资成本的要求。 电压稳定和投资成本的要求。 负荷的自然功率因数大约为0.6~ 。负荷中比例最大的异步电 负荷的自然功率因数大约为 ~0.9。负荷中比例最大的异步电 动机,其负荷率愈低,功率因数愈低。当其轻载或空载运行时, 动机,其负荷率愈低,功率因数愈低。 轻载或空载运行时, 其功率因数甚至低于0.6。 其功率因数甚至低于 。 提高负荷功率因数的措施: 提高负荷功率因数的措施: (1)尽量使电动机的容量与其机械负载匹配 (2)限制电动机的空 尽量使电动机的容量与其机械负载匹配。 (1)尽量使电动机的容量与其机械负载匹配。(2)限制电动机的空 载运行。(3)同步电动机不需系统供应无功功率 同步电动机不需系统供应无功功率, 载运行。(3)同步电动机不需系统供应无功功率,甚至还可向系 统输出无功功率, 统输出无功功率,因此尽量以同步电动机代替异步电动机或将绕 线式异步电动机同步化。 线式异步电动机同步化。