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1、电气工程及其自动化10级认习 于火电厂，水电厂的调整速度较快，且适宜承担急剧变化的负荷。综上所述，一般应选择系统中容量较大的水电厂作为调频厂。若水电厂调节容量不足或无水电厂时，可选中温中压火电厂作为调频厂。系统中的主要调频任务，要靠主调频厂来完成。 第二节 电力系统无功功率与电压的调整电压是衡量电能质量的重要指标，各种电器设备都是设计在额定电压下运行的这样既安全又有最高的效率。电力系统在正常运行时，由于网络中电压损耗的存在，当用电负荷变化或是系统运行方式变化时，网络中的电压损耗也将发生变化，从而网络中的电压分布将不可避免地随之而发生变化。随着电力工业的发展，供电范围不断扩大，网络的电压损耗也增
2、大，要使系统中各处的电压在允许的偏移范围内，需要采取多种调压措施。电力系统的负荷由各种类型的用电设备组成，一般以异步电机为主体。综合负荷的电压静态特性，即电压与负荷取用的有功功率和无功功率的关系如图9-7所示。 分析负荷的电压静态特性可见，在额定电压附近，电压与无功功率的关系比电压与有功功率的关系密切的多，表现为无功功率对电压具有较大的变化率，所以分析系统运行的电压水平应从系统的无功功率分析入手。一，电力系统的无功功率平衡1. 无功电源电力系统的无功电源有发电机，同步调相机，静电电容器及静止补偿器等。同步发电机不仅是电力系统惟一的有功电源，也是电力系统的主要无功电源。当发电机处于额定状态下运行
3、时，发出的无功功率为 (9-6) 式中, 发电机的额定视在功率； - 发电机的额定有功功率； -发电机的额定无功功率； -发电机的额定功率因数角。 现以图9-8所示的汽轮发电机有功与无功功率出力图为例来分析发电机在非额定功率因数下运行时，可能发出的无功功率。图中代表发电机额定电压,为发电机额定定子电流，它滞后于一个额定功率因数角。代表在发电机电抗上引起的电压降，正比于定子额定电流，所以AC亦正比于电机的额定视在功率。这样，C点表示了发电机的额定运行点。而在纵坐标和横坐标上的投影分别正比于发电机的额定有功功率和额定无功功率。发电机电势Eq，它正比于发电机的额定激磁电流。 当改变功率因数运行时，受
4、转子电流不能超过额定值的限制，发电机运行不能超出以O为圆心，以OC为半径的圆弧BC；受定子电流不能超过额定值（正比于定视在功率）的限制，发电机运行不能越出以A为圆心，以AC为半径的圆弧ECD；此外，发电机有功出力还要受汽轮机出力的限制，发电机运行不能超出水平线HC。从对图9-8的分析可知，当发电机运行于HC段时，发电机发出的无功功率低于额定情况下的无功输出；而当发电机运行于BC段时，发电机可以在降低功率因数，减少有功输出的情况下多发无功功率；只有在额定电压，额定电流和额定功率因数（即C点）下运行时。发电机的视在功率才能达到额定值，其容量也利用的最充分。当系统中有功功率备用容量较充裕时，可是靠近
5、负荷中心的发电机在降低有功功率出力的条件下运行，从而可多发无功功率，改善系统的电压质量。分析图9-8中由OAC组成的发电机电势相量图，可以得出发电机的武功输出与电压的关系。 由 可得 (9-7)又由 可得 (9-8) 由式（9-7）解出，考虑到，当P为一定值时，得 (9-9)由上式可见当电势E为一定值时，Q同u的关系，是一条向下开口的抛物线，如图9-9曲线1所示。 同步调相机是专门设计的无功功率发电机，其工作原理有相当于空在运行的同步电动在过励磁运行时，同步调相机向系统输送无功功率，欠励磁运行时，它从系统吸收无功功率。所以，通过调节调相机的激磁可以平滑地改变其输出的无功功率的大侠和方向。由于同
6、步调相机主要用于发出无曲功率，它在欠励磁运行时容量的5060%。调相机一般装在接近负荷中心处，直接供给负荷无功功率，以减少传输无功功率所引起的电能损耗和电压损耗。调相机的无功功率与电压静特性与发电机相似。 电力电容器并接与电网，它共给的无功功率与其端电压的平方成正比。 (9-10)式中，U- 电容器所接母线的电压； -电容器的容抗，。 和电容器相比，调相机的优点在于能平滑调节它所供应或吸收的有功功率，而电客器只能成组地投入，切处；调相机具有正的调节效应，它所供应的无功功率随端电压的下降而增加，这对电力系统的电压调整是有利的。而电容器则与之相反，即它供应的无功功率随端电压的下降而碱少。但电容器是
7、静止元件，具有有功损耗小，适台于分散安装等优点。这两种无功电源均广泛地用于电力系统的无功补偿。 近年来，在国内外电力系统中已开始推广使用静止无功补偿蒜。静止无功朴偿器是由晶闸管控制的可调电抗器与电容器并联组成，既可发出无功功率，又可吸收无功功率，且调节平滑、安全、经济、维护方便。可以预料，这种补偿装置将得到越来越广泛的应用。 2。无功负荷和无功损耗 异步电动机在电力系统负荷中占很大的比重，故电力系统的无功负荷与电压的静态特性主要由异步电动机决定。异步电动机的无功消耗为 式中，-异步电动机的激磁功率，它与施加于异步电动机的电压平方成正比。 -异步电动机漏抗中的无功损耗，它与负荷电流平方成正比。综
8、合这两部分元功功率的特点，可得图9-9所示的无功功率与电压的关系曲线2.由图9-9可见,在额定电压附近,电动机取用的无功功率随电压的升降而增减.当电压明显地低于额定值时，电动机取用的无功功率主要由靖抗中鲫尢捌坝孽决越，此时随明显地低于额定值时，电动机取用的无功功率主要有漏抗中的无功损耗决定,此时随电压下降，曲线反而具有上升的性质。网络的无功损耗包括变压器和输电线的无功损耗。变压器的元功损耗为式中，变压器空载无功损耗，它与所施的电压平方成正比； 变压器绕组漏抗中的无功损耗，与通过变压器的电流平方成正比。变压器的无功功率损耗在系统的无功需求中占有相当的比重。假设一台变压器的空载电流，短路电压，由式
9、(912)可见，在额定功率下运行时，变压器无功功率损耗将达其额定容量的13。一般电力系统从电源到用户需要经过好几级变压，因此，变压器中的无功功率损耗的数值将是相当可观的。 输电线路的尢功功率损耗分为曲部分，其串联电抗中的尤功功率损耗与通过线路的功率或电流的平方成正比，而其并联电纳中发出的无功功率与电压平方成正比。输电线路等值的无功消耗特性取决于输电线传输的功率与运行电压水平。当线路传输功率较大，电抗中消耗的无功功率大于电容中发出的无功功率时，线路等值为消耗无功；当传输功率较小、线路运行电压水平较高，电容中产生的无功功率大于电抗中消耗的无功功率时，线路等值为无功电源。 3无功功率的平衡与运行电压
10、水平 电力系统中所有无功电源发出的无功功率，是为了满足整个系统无功负荷和网络无功损耗的需要。在电力系统运行的任何时刻，电源发出的无功功率总是等于同时刻系统负荷和网络的无功损耗之和，即 (9-13) 式中，系统中所有的无功电源，即发电机、同步调相机、静止电容器等发出的 无功功率； ，系统中所有负荷消耗的无功功率； 系统中所有变压器、输电线等同培元件的无功功率损耗 图9-10表示按系统无功功率平衡确定的运行电压水平。曲线l表示系统等值无功电源的无功电压静态特性，曲线2表示系统等值负荷的无功电压静态特性。两曲线的交点a为无功功率平衡点，此时对应的运行电压为。当系统无功负荷增加时，其无功电压静特性如曲
11、线所示。这时，如系统的无功电源,出力没有相应的增加，即电源的无功电压静态特性维持曲线1。这时曲线l和的交点就代表了新的无功功率平衡点，对应的运行电压为。显然，这说明负荷增加后，系统的无功电源已不能满足在电压下无功平衡的需要，因而只好降低电压水平，以取得在袅低电压水平下的无功功率平衡。如果这时系统无功电源有充足的备用容量，多发无功功率，使无功电源的无功电压静态特性曲线上移至曲线，从而使曲线和的交点所确定的运行电压达到或接近。由此可见，系统无功电源充足时，可以维持系统在较高的电压水平下运行。为保证系统电压质量，在进行规划设计和运行时，需制订无功功率的供需平衡关系，并保证系统有定的备用容量。无功备用
12、容量一般为无功负荷的78。在无功电源不足时，在无功电源不足时，应增设无功补偿装置。无功补偿庄置应尽可能装在负荷中心，以做到无功功率的就地平衡，减少无功功率在网络中传赢而引起的网络功率损耗和电压损耗。 二、中枢意的电压管理电力系统调压的目的是，使用户的电压偏移保持在规定的范围内。由于电力系统结构复杂，负荷极多，不可能对每个负荷点的电压都进行监视和调整。一般是选定少数有代表性的节点作为电压监视的中枢点。所谓中枢点是指那些反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电站的母线，系统中大部分负荷由这些节点供电。它们的电压一经确定，系统其他各点的电压也就确定了。因此，应根据负荷对电压的要求，确定中枢点的电压允许
13、调整范围。 假定有一简单电力网如图9-11(a)所示，中枢点0向负荷点A和B供电，而负荷点电压和的允许变化范围均为(0。95105) ，两处的日负荷曲线如图9一11(b)所示。当线路参数一定时，线路上的电压损耗和的变化曲线如图9-11(c)所示。现在来确定中枢点0的允许电压变化范围。图9-11 简单电力网电压损耗(a)网络接线；(b)日负荷曲线；(c)电压损耗曲线 (a)网络曲线；（b）日负荷曲线；（c）电压损耗曲线为了满足负荷节点A的调压要求，中枢点电压应控制的变化范围是：在08时：;在824时：;同理可以算出负荷节电B对中枢点电压变化范围的要求是：在016时，;在1624时，。考虑A,B两
14、个负荷节点对O点要求，可得出O点电压的允许变化范围，如图9-12所示。图中阴影部分表示可同时满足A、B两个负荷点电压要求的O点电压的变化范围。尽管A、B两点允许电压偏移量都是士5，即有l0的变化范围，但由于负荷A和负荷8的变化规律不同，从而使和的大小和变化规律差别较大，在某些时间段，中枢点的电压允许变化范围很小。可以想象，如由同一中枢点供电的各用户负荷的变化规律差别很大，调压要求又不相同，就可能在某些时间段内，中枢点的电压允许变化范围找不到同时满足所有用户的电压质量要求的部分。在这种情况下，仅靠控制中枢点的电压不能保证所有负荷点的电压偏移都在允许范围内，必须采取其他调压措施。 在进行电力系统规划设计时，由系统供电的较低电压级电网 可能尚未建成，这时对中枢点的调压方式只能提出原则性的要求。考虑到大负荷时，由中枢点供电的线路的电压损耗大，将中枢点的 电压适当升高些(比线路额定电压高5)，小负荷时将中枢点电压 适当降低(取线路的额定电压)，这种调压方式称为“逆调压”。“逆 调压”适合于供电线路较长，负荷变动较大的中枢点,是比较理想的调压方式。由于从发电厂到中枢点也存在电压损耗，若 发 图9-12中枢点电压允许变化范围 电机端电压一定，则在大负荷时中枢点电压会低些，小负荷时中枢点电压会高些，中枢点电压的这种变化规律与逆
