电力电子技术在配电网中的应用

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1、电力电子技术 在配电网中的应用 华北电力大学 谭伟璞12配电网概 述w在电力网中主要起分配电能作用的网络称为配电网； w配电网按电压等级来分类，可分为高压配电网（35 110KV），中压配电网（610KV），低压配电网（ 220/380V）；w在负载率较大的特大型城市，220KV电网也有配电功 能。w按供电区的功能来分类，可分为城市配电网，农村配 电网和工厂配电网等。 w在城市电网系统中，主网是指110KV及其以上电压等 级的电网，主要起连接区域高压（220KV及以上）电 网的作用 w配电网是指35KV及其以下电压等级的电网，作用是给 城市里各个配电站和各类用电负荷供给电源3一、 配电网的主要

2、设 备w开关设备w变压器w线路 w补偿设备 w监测设备 w避雷器w箱式变电站4二、 配电网运行的主要技术 内容w配电网损耗及无功补偿 w配电网内过电压及其防护措施 w配电网供电可靠性与电能质量 w配电网中性点接地方式 w配电网电容电流计算w配电网继电保护 w配电网防雷保护 52.1 配电网损耗及无功补偿w影响配电网线损的因素分析 w理论线损计算 w降低线损的技术措施 w无功优化及固定补偿w自动跟踪无功补偿装置62.2 配电网内过电压及其防 护措施w配电网弧光接地过电压 w配电网谐振过电压线性谐振过电压 铁磁谐振过电压断线谐振过电压 w传递过电压 72.3 配电网供电可靠性与电 能质量w配电网可

3、靠性的统计、分析与计算w配电网电压波动 w配电网谐波 82.4 配电网中性点接地方式w中性点经消弧线圈接地 w中性点经电阻接地 9二、 配电网运行的主要技术 内容w配电网运行技术内容中，配电网损耗及 无功补偿相对独立，基本是稳态分析内 容。w配电网的过电压及供电可靠性与其中性 点接地方式密切相关。w配电网电能质量主要是电压质量与电流 质量，既有稳态的电压水平及谐波等， 也包含暂态的电压暂降、电压闪变等。10二、 配电网运行的主要技术 内容w电力电子技术在配电网中的应用，重点 介绍三个方面的内容。 w配电网稳态运行分析配电网损耗及 无功补偿。w配电网供电可靠性配电网中性点接 地运行方式。w配电网

4、电能质量配电网谐波抑制技 术。11（一) 配电网稳态运行 分析 12主要内容w配电网的稳态电压计算 w配电网的损耗计算与降损措施 w简单配电网的潮流计算w复杂配电网的潮流计算 w配电网的无功补偿和电压调整 w配电网的短路电流计算 w低压电网短路电流计算 13配电网的稳态电压计算w一、配电网的电压降落w二、配电网的电压损耗w三、配电网的电压偏移14一、配电网的电压降落w所谓电压降落是指线路首末两端电压的 相量差 。由上图可得15w1、已知环节末端电压及功率 以末端电压为参考相量，负荷为感性， 则可得或16（a）末端电压降落的纵、横分量；17w2、已知环节首端电压及功率 参照上述推导18（b）首端

5、电压降落的纵、横分量 19w必须注意：当已知末端的电压及功率求首端的 电压时，是取末端电压为参考相量的；而当知 首端的电压及功率求末端电压时，是取首端电 压为参考相量的，所以有 但如图：20二、配电网的电压损耗w所谓电压损耗是指线路首末两端电压的 数值差。电压损耗的大小为图中的AG。 21w如忽略其横分量，电压损耗由两部分组 成的，即 式中第一部分与有功功率和电阻有关， 第二部分与无功功率和电抗有关，而这 些因素对电压损耗值的影响程度是由电 网特性所决定的。 22三、配电网的电压偏移w所谓电压偏移是指线路首端或末端电压 与线路额定电压的数值差 。电压偏移常 用百分值表示，即 常以电压损耗和电压

6、偏移作为衡量电 压质量的主要指标。 23配电网的损耗计算与降损措施w一、线路的功率损耗w二、变压器的功率损耗w三、配电网的电能损耗w四、配电网的降损措施24一、线路的功率损耗w如图所示的简单线路，已知末端电压和 末端功率，忽略电导 。该线路的功率损 耗由下述三部分组成。 251线路末端导纳的功率损 耗w由于忽略了线路的电导，故只需计算线 路末端电纳的功率损耗，其值与线路末 端电压有关，即 式中的负号表示容性无功功率。262阻抗的功率损耗w线路阻抗的功率损耗包括有功功率损耗 和无功功率损耗两部分。如已知条件是 末端功率、末端电压，则 若已知条件为首端功率和电压，则 273线路首端导纳的功率损 耗

7、w该功率损耗与线路首端电压有关，由于 略去了电导，只需计算电纳中的无功损 耗，即首末端电压的不同，电纳中的无功损 耗并不相同 。28二、变压器的功率损耗w变压器的功率损耗包括阻抗的功率损耗 与导纳的功率损耗两部分。 291阻抗的功率损耗w双绕组变压器阻抗的功率损耗可以套用 线路阻抗功率损耗的计算公式 或30w对于三绕组变压器，应用这些公式同样 可以求出各侧绕组的功率损耗，即312导纳的功率损耗w变压器导纳的无功功率损耗是感性的， 符号为正。32w在有些情况下，如不必求取变压器内部 的电压降(不需要计算出变压器的阻抗、 导纳)，这时功率损耗可直接由制造厂家 提供的短路和空载试验数据求得，。33实

8、际计算时通常设 所以这些公式可简化为 34三、配电网的电能损耗w1配电网的电能损耗和损耗率 在同一时间内，配电网的电能损耗占供 电量的百分比，称为配电网的损耗率， 简称网损率或线损率。 35w2电力线路电能损耗的计算假定在一段时间内线路的负荷不变，则 功率损耗也不变，相应的电能损耗为 由于电力系统的实际负荷是随时都在改 变的，线路的功率损耗也随时间而改变 。因此，应采用积分算式，即 36w在工程实际中常采用简化的方法计算电 能损耗。简化方法很多，用得最多的是 电力网规划中电能损耗计算的方法 最大负荷损耗时间法。 最大负荷损耗时间可以理解为：如果 线路中输送的功率一直保持为最大负荷 功率Smax

9、（此时的有功损耗为Pmax）， 在小时内的电能损耗恰好等于线路全 年的实际电能损耗，则称为最大负荷 损耗时间。 37w3变压器电能损耗的计算变压器铁芯中电能损耗按全年投入运行 的实际小时数来计算。计算式为 当变压器两侧电压在额定电压附近时， 可由下式计算变压器全年的电能损耗， 即 38四、配电网的降损措施w1、合理使用变压器w2、重视和合理进行无功补偿w3、对电力线路改造，扩大导线的载流水 平 w4、调整用电负荷，保持均衡用电39配电网的无功补偿和电压调整w一、配电网的无功补偿w二、电压调整w三、静止无功补偿器SVCw四、静止无功发生器SVGw五、串联补偿SC40一、配电网的无功补偿w1、电力

10、系统的无功平衡影响电力系统电压的主要因素是无功功 率。 （1）电力系统的无功负荷及无功损耗无功负荷是滞后功率因数运行的用电设 备所吸取的无功功率。电力系统的无功 负荷主要是异步电动机。电网中无功损耗一般有两部分：一是输 电线路的无功损耗；二是变压器上的无 功损耗。 41（2）无功电源电力系统的无功电源包括同步发电机、 调相机、电容器及静止无功补偿器、线 路充电功率等。 （3）无功平衡电力系统无功功率平衡包含两个含义。 首先是对于运行的各个设备，要求系统 无功电源所发出的无功功率与系统无功 负荷及无功损耗相平衡，即42w其次是对于一个实际系统或是在系统的 规划设计中，要求系统无功电源设备容 量与

11、系统运行所需要的无功电源及系统 的备用无功电源相平衡，以满足运行的 可靠性及适应系统负荷发展的需要，即 43w2、无功补偿的原理加装了一部分无功补偿设备Qc后 视在功率S比S小了，补偿后电力网的功率 因数由补偿前的cos1提高到cos 2。 44w3、无功补偿的意义 （1）减少系统元件的容量，换个角度看 是提高电网的输送能力。 （2）降低网络功率损耗和电能损耗 。 （3）改善电压质量。45w4、配电网无功补偿的配置原则 （1）总体平衡与局部平衡相结合。 （2）电业部门补偿和用户补偿向结合。 （3）分散补偿与集中补偿相结合，以分 散为主。 （4）降损与调压相结合，以降损为主。 46w5、无功补偿

12、措施 （1）利用同步发电机进行补偿。 （2）利用调相机进行无功补偿。 （3）利用电容器进行无功补偿。 （4）利用静止补偿器进行无功补偿。47二、电压调整w1、电力系统的电压管理w在进行电力系统规划设计时，由于各负 荷点对电压质量的要求还不明确，所以 难以具体确定各中枢点电压控制的范围 。为此规定了所谓“逆调压”、“顺调压” 、“常调压”等几种中枢点电压控制的方 式。 48w2、电压调整的基本原理以图所示的简单电力系统为例，说明常 用的各种调压措施所依据的基本原理。 49由发电厂母线处电压开始推算，可求得 为维持用户处端电压满足要求，可以采用以下 措施进行电压调整： （1）调节励磁电流以改变发电

13、机端电压； （2）改变变压器T1、T2的变比； （3）通过改变电力网无功功率分布； （4）改变输电线路的参数（降低输电线路的 电抗）。 50w3、电压调整的措施 （1）利用发电机调压 （2）改变变压器变比调压 （3）利用无功功率补偿调压 （4）改变线路参数调压51w4、各种调压措施的合理应用 （1）要求各类用户将负荷的功率因数提 高到现行规程规定的参数。 （2）改变发电机励磁，可以改变发电机 输出的无功功率和发电机的端电压 。 （3）根据无功功率平衡的需要，增添必 要的无功补偿容量，并按无功功率就地 平衡的原则进行补偿容量的分配。 （4）当系统的无功功率供应比较充裕时 ，各变电所的调压问题可以

14、通过选择变 压器的分接头来解决。 52（5）在整个系统无功不足的情况下，不 宜采用调整变压器分接头的办法来提高 电压。 （6）对于10kV及以下电压等级的电网， 由于负荷分散、容量不大，按允许电压 损耗来选择导线截面是解决电压质量问 题的正确途径 。53三、静止无功补偿器SVCw静止无功补偿器（SVC ）：Static Var Compensator Controllerw利用电容器和电抗器组成的可提供感性或容性 无功补偿的装置，能平滑控制动态无功功率。w六种方式：固定容性、固定感性、可变容性、 可变感性、固定容性可变感性、可变容性 可变感性。常用后两种。 w知名厂家：瑞士勃朗.鲍微利公司（B

15、BC）， 瑞典通用电气公司（ASEA），美国通用电气 公司（GE），美国西屋及日本富士等。541、构成SVC的三种基本组成 模块wTSC - Thyristor-Switched Capacitor- 晶闸管投切的电容器wTCR - Thyristor-Controlled Reactor- 晶闸管控制的电抗器wHF/FC - Harmonic Filter ( Fixed Capacitor )- 滤波电容器(固定电容器)552、SVC的基本结构TCR FC TCR TSC FCTCRFC型 TCRTSCFC型 562.1 TSC - 晶闸管投切的电容 器wStepwise controlwNo transientswNo harmonicswLow losseswRedundancy and flexibility572.1 TSC - 晶闸管投切的电容 器w如果母线电压较高，一般配用隔离变压器，采用比较 经济的Y-Y接线，晶闸管开关与电容器接成形。w在TSC