第五章電力系統(tǒng)正常運(yùn)行方式的調(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。隱極式凸極式60×50Hz=3000r/min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。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。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。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。2/6/2023§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.負(fù)荷有功功率的變化2/6/2023§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：照明、電弧爐、電阻爐、整流負(fù)荷等(2)與頻率成正比的負(fù)荷：切削機(jī)床、壓縮機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等(3)與頻率的二次方成正比的負(fù)荷：渦流損耗等(4)與頻率的三次方成正比的負(fù)荷：風(fēng)機(jī)、靜水頭阻力不大的水泵(5)與頻率的高次方成正比的負(fù)荷：靜水頭阻力很大的給水泵等KL：負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)，MW/Hz2/6/2023§5-1電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制標(biāo)么值形式：二、頻率調(diào)整的必要性和有功功率平衡1.頻率調(diào)整的必要性電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率近似成正比；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；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；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，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。2/6/2023§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。備用容量的種類：(1)負(fù)荷備用。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。(4)國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用。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。2/6/2023§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：(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)。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。不同穩(wěn)態(tài)時(shí)，B點(diǎn)位置不變，A點(diǎn)回不到原來(lái)的位置，有差調(diào)節(jié)(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)。2/6/2023§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)：2/6/2023§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。fPGPsetfN0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。例5-22/6/2023§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fPGPG0=PL0fN0ΔPL0oo‘fPG=PLΔPLΔPG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)暫態(tài)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2/6/2023§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)電控制的一般要求負(fù)荷變化時(shí)，一次調(diào)頻(自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié))可調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的功率，在一定程度上滿足負(fù)荷的需要。但調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)差系數(shù)不能為零，因此一次調(diào)頻不可避免地會(huì)出現(xiàn)頻率偏差。當(dāng)負(fù)荷變化較大時(shí)，頻率偏差甚至超過(guò)容許的范圍。為了進(jìn)一步穩(wěn)定系統(tǒng)的頻率，需要進(jìn)行頻率的二次和三次調(diào)整。調(diào)整時(shí)還需要考慮其他方面的要求：(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。2/6/2023§5-1電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制負(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)域誤差控制區(qū)域1區(qū)域m區(qū)域n區(qū)域j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。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=12/6/2023當(dāng)Ki取為KSi時(shí)，根據(jù)ACEi的大小，可分為三種情況：§5-1電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制(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ΔPL0

。-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

。-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；-ACEi>0，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。ACEi不但可以用來(lái)判斷負(fù)荷的變化是否發(fā)生在本區(qū)域內(nèi)，而且反映了本區(qū)域的負(fù)荷時(shí)增加還是減小以及具體的數(shù)值。2/6/2023§5-1電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制如果各區(qū)域都按照各自的ACEi進(jìn)行聯(lián)絡(luò)線和頻率偏差控制，穩(wěn)態(tài)時(shí)達(dá)到ACEi=0，則各區(qū)域?qū)嶋H上負(fù)責(zé)本區(qū)域內(nèi)機(jī)組輸出功率與有功負(fù)荷之間的平衡。聯(lián)絡(luò)線的功率也不變。穩(wěn)態(tài)時(shí)：故：當(dāng)Δf=0,ΔPtA=ΔPtB=0，才滿足上述條件。實(shí)際系統(tǒng)中，一般應(yīng)使所有區(qū)域都采用聯(lián)絡(luò)線功率和頻率偏差控制。但有時(shí)也對(duì)容量較小的區(qū)域系統(tǒng)采用恒定凈交換功率控制，對(duì)容量較大的區(qū)域系統(tǒng)采用恒定頻率控制，使容量較小的系統(tǒng)保持凈交換功率不變，而容量較大的區(qū)域系統(tǒng)承擔(dān)全系統(tǒng)的頻率調(diào)整任務(wù)。其他區(qū)域系統(tǒng)則自我平衡負(fù)擔(dān)本區(qū)域的負(fù)荷變化。2/6/2023§5-1電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制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。實(shí)際電力系統(tǒng)中，基本上所有機(jī)組都有自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，頻率的一次調(diào)整靠機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)完成，并且連續(xù)不斷地進(jìn)行，因此所有機(jī)組都參與了一次調(diào)頻。二次和三次頻率調(diào)整不是所有機(jī)組都參加，也不是連續(xù)不斷的。2/6/2023§5-1電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制按機(jī)組備用容量大小進(jìn)行分配，分配系數(shù)為：PMij為機(jī)組j的極限出力，ACEi<0，取機(jī)組的最大容許出力，ACEi>0，取機(jī)組最小容許出力。按機(jī)組容許的功率調(diào)整速率分配，分配系數(shù)為：對(duì)于上面兩種情況，有若機(jī)組總出力不等于按經(jīng)濟(jì)功率分配要求的總出力，則機(jī)組將按經(jīng)濟(jì)分配系數(shù)eij的大小分擔(dān)該差值。區(qū)域i內(nèi)通過(guò)自動(dòng)發(fā)電控制所增加的總出力，等于該區(qū)域總的負(fù)荷增量-ACEi，并將該分量按rij分配到各機(jī)組。2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無(wú)功功率和電壓的調(diào)整和控制無(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。(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。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。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。變壓器和線路也將產(chǎn)生無(wú)功功率損耗。整個(gè)系統(tǒng)的無(wú)功功率損耗比有功功率損耗大很多。2/6/2023§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2/6/2023§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：QGPGoQNPNabcdfhgo’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。2/6/2023§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(StaticVarCompensator,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)2/6/2023§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：導(dǎo)通角2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無(wú)功功率和電壓的調(diào)整和控制靜止無(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。SVC的等值伏安特性分析(TCR與FC并聯(lián))ISVC感性容性O(shè)DCABSVC相當(dāng)于一個(gè)電動(dòng)勢(shì)為Uref，內(nèi)電抗為Xe的同步調(diào)相機(jī)。當(dāng)TCR與TSC并聯(lián)時(shí)，同理可得出等值伏安特性，但應(yīng)考慮TSC的投切以及它們可能的分組和組合情況。2/6/2023§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)整的必要性和電壓質(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。各電壓等級(jí)供電電壓偏差的限值用戶電壓等級(jí)限值35kV以上用戶10%20kV及以下用戶±7%220V用戶-10%~7%2/6/2023§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。2/6/2023§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)的電壓管理在系統(tǒng)中設(shè)置一定數(shù)量的“電壓中樞點(diǎn)”，將分散負(fù)荷對(duì)容許電壓偏差的要求，集中反映為對(duì)中樞點(diǎn)的電壓要求。在系統(tǒng)中采取適當(dāng)?shù)碾妷赫{(diào)整措施，使得所有中樞點(diǎn)的電壓都能得到滿足。電壓中樞點(diǎn)一般包括樞紐變電所的低壓母線和具有大量本地負(fù)荷的發(fā)電機(jī)母線。中樞點(diǎn)電壓的決定方法：對(duì)由中樞點(diǎn)供電的配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行潮流計(jì)算，得出對(duì)中樞點(diǎn)的電壓的要求。根據(jù)正在運(yùn)行的配電網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)來(lái)決定。中樞點(diǎn)電壓的調(diào)節(jié)要求：考慮最大負(fù)荷和最小負(fù)荷兩種運(yùn)行方式。逆調(diào)壓要求：要求最大負(fù)荷時(shí)中樞點(diǎn)的電壓高于最小負(fù)荷時(shí)的電壓。2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無(wú)功功率和電壓的調(diào)整和控制順調(diào)壓要求：要求中樞點(diǎn)的電壓在最大負(fù)荷和最小負(fù)荷期間保持在某一容許范圍內(nèi)，最大負(fù)荷時(shí)的電壓可以比最小負(fù)荷時(shí)的電壓低。2.電力系統(tǒng)中電壓調(diào)整的基本方法忽略變壓器勵(lì)磁和線路的電容以及網(wǎng)絡(luò)中的功率損耗和電壓降落的橫向分量。調(diào)整中樞點(diǎn)電壓的方法：改變發(fā)電機(jī)端電壓UG。改變變壓器變比k1、k2。改變網(wǎng)絡(luò)中流過(guò)的無(wú)功功率Q。改變線路的電抗。2/6/2023§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)端電壓進(jìn)行調(diào)壓發(fā)電機(jī)端電壓由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器控制，改變調(diào)節(jié)器的電壓整定值即可改變發(fā)電機(jī)的端電壓。注意：實(shí)際系統(tǒng)中有多個(gè)發(fā)電廠，當(dāng)改變一個(gè)發(fā)電廠中發(fā)電機(jī)的端電壓時(shí)，將改變發(fā)電廠之間的無(wú)功功率分配。(2)改變變壓器變比進(jìn)行調(diào)壓

1)固定分接頭變壓器求得分接頭額定電壓Ut后，可根據(jù)所要求的低壓側(cè)電壓U2是上限還是下限來(lái)選擇分接頭。2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無(wú)功功率和電壓的調(diào)整和控制固定分接頭應(yīng)同時(shí)滿足最大負(fù)荷和最小負(fù)荷下的電壓要求。如果Utmin<Utmax，則Ut取它們的平均值：如果Utmin>Utmax，則單靠變壓器的分接頭不能同時(shí)滿足最大負(fù)荷和最小負(fù)荷下低壓母線的電壓要求。升壓變壓器分接頭的選擇方法與降壓變壓器基本相同，只是潮流方向不同，功率從低壓側(cè)流向高壓側(cè)。三繞組變壓器分接頭的選擇方法原則上與雙繞組變壓器相同，但由于三繞組變壓器的高壓和中壓繞組都有分接頭，需要根據(jù)變壓器的運(yùn)行方式依次選擇高壓和中壓側(cè)的分接頭。2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無(wú)功功率和電壓的調(diào)整和控制例5-4如圖所示110kV系統(tǒng)中，已給出線路和降壓變壓器折算到高壓側(cè)的的參數(shù)以及最大和最小負(fù)荷。最大負(fù)荷時(shí)母線電壓Us為115kV，最小負(fù)荷時(shí)母線電壓為110kV。低壓母線電壓允許范圍為10~10.5kV，試選擇變壓器的分接頭。如果低壓母線在最大負(fù)荷時(shí)要求不低于10.5kV，而在最小負(fù)荷時(shí)要求不高于10kV，則分接頭應(yīng)如何設(shè)置？解(1)設(shè)最大負(fù)荷時(shí)低壓母線電壓處于下限10kV。最小負(fù)荷時(shí)低壓母線電壓處于上限10.5kV。Utmax>Utmin，應(yīng)能選到一個(gè)分接頭。2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無(wú)功功率和電壓的調(diào)整和控制選擇與它最接近的分接頭電壓Ut=112.75kV(+1×2.5%檔)。進(jìn)行校驗(yàn)注意：由于相鄰兩檔分接頭的電壓差較大，為2.5%，在選擇出最近的分接頭后，有可能使得電壓超出允許的范圍。(2)低壓母線在最大負(fù)荷時(shí)電壓不低于10.5kV，要求分接頭的額定電壓不高于最小負(fù)荷時(shí)母線電壓不高于10kV，要求分接頭的額定電壓不低于2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無(wú)功功率和電壓的調(diào)整和控制

2)帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器采用帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器時(shí)，可根據(jù)最大負(fù)荷和最小負(fù)荷時(shí)的電壓要求分別選擇分接頭。例5-5[例5-4]的系統(tǒng)中如采用帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器，且低壓母線在最大負(fù)荷時(shí)要求不低于10.5kV，而在最小負(fù)荷時(shí)要求不高于10kV，試選擇變壓器在最大負(fù)荷和最小負(fù)荷時(shí)的分接頭，使之滿足電壓要求。解由上例的計(jì)算結(jié)果，當(dāng)最大負(fù)荷時(shí)低壓母線電壓不低于10.5kV，則要求分接頭的額定電壓不高于109.97kV，因此可選擇主接頭110.0kV。2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無(wú)功功率和電壓的調(diào)整和控制最小負(fù)荷時(shí)如母線電壓不高于10kV，則要求分接頭的額定電壓不低于114.33kV，因此選取+4檔分接頭，額定電壓為115.5kV。(3)并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償裝置進(jìn)行調(diào)壓若變壓器變比給定，則電容器容量若電容器容量給定，則變壓器變比在最小負(fù)荷時(shí)將電容器切除，通過(guò)選取變壓器分接頭來(lái)滿足低壓母線電壓的要求。在最大負(fù)荷下，采用由最小負(fù)荷所決定的變比求出所需要的電容器容量，滿足低壓母線電壓要求。2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無(wú)功功率和電壓的調(diào)整和控制除了電容器外，也可以用靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)調(diào)壓。但目前靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置絕大多數(shù)安裝在用戶處，在電壓中樞點(diǎn)專為調(diào)壓而設(shè)置的靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置幾乎沒有。例5-6[例5-4]的系統(tǒng)中如采用固定分接頭變壓器和電容器進(jìn)行調(diào)壓，低壓母線在最大負(fù)荷時(shí)要求不低于10.5kV，而在最小負(fù)荷時(shí)要求不高于10kV，試選擇變壓器的分接頭和所需的最小電容器容量。解先由最小負(fù)荷電壓要求，確定變壓器分接頭。分接頭額定電壓不高于10.393×11=114.33kV，選取115.5kV(+2檔)分接頭，實(shí)際變比為115.5/11=10.5。2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無(wú)功功率和電壓的調(diào)整和控制(4)改變線路電抗進(jìn)行調(diào)壓在線路中串聯(lián)電容器。例5-7某35kV線路的阻抗為10+j10Ω，輸送功率為7+j6MVA，線路始端電壓為37kV，如果要求線路末端電壓不低于34kV，試確定串聯(lián)電容器容量。解2/6/2023§5-2電力系統(tǒng)無(wú)功功率和電壓的調(diào)整和控制3.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)動(dòng)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)。2/6/2023§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，其它與情況1相同。負(fù)荷發(fā)電機(jī)母線電壓(kV)發(fā)電廠高壓母線電壓(kV)變電所高壓母線電壓(kV)變電所低壓母線電壓(kV)網(wǎng)絡(luò)有功功率損耗(MW)最大負(fù)荷10.5218.83178.628.119.89最小負(fù)荷10.5238.77229.2011.191.20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%。負(fù)荷發(fā)電機(jī)母線電壓(kV)發(fā)電廠高壓母線電壓(kV)變電所高壓母線電壓(kV)變電所低壓母線電壓(kV)網(wǎng)絡(luò)有功功率損耗(MW)最大負(fù)荷10.5237.31206.489.666.88最小負(fù)荷10.5251.66243.2011.911.058%12%15%6%6%7%2/6/2023§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。負(fù)荷發(fā)電機(jī)母線電壓(kV)發(fā)電廠高壓母線電壓(kV)變電所高壓母線電壓(kV)變電所低壓母線電壓(kV)網(wǎng)絡(luò)有功功率損耗(MW)最大負(fù)荷10.5241.29211.859.956.46最小負(fù)荷10.5219.16207.5710.081.51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。負(fù)荷發(fā)電機(jī)母線電壓(kV)發(fā)電廠高壓母線電壓(kV)變電所高壓母線電壓(kV)變電所低壓母線電壓(kV)網(wǎng)絡(luò)有功功率損耗(MW)最大負(fù)荷11236.53205.429.616.96最小負(fù)荷10226.36215.5810.491.382/6/2023§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。負(fù)荷發(fā)電機(jī)母線電壓(kV)發(fā)電廠高壓母線電壓(kV)變電所高壓母線電壓(kV)變電所低壓母線電壓(kV)網(wǎng)絡(luò)有功功率損耗(MW)最大負(fù)荷10.5229.12205.289.346.04最小負(fù)荷10.5238.77229.2010.661.20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。2/6/2023§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。實(shí)際的電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，一般包含多個(gè)電壓等級(jí)，發(fā)電廠和變電所的數(shù)目也很多，因此需要采用多種調(diào)壓措施進(jìn)行相互配合。計(jì)算方法：離線潮流計(jì)算每年或每個(gè)季度針對(duì)最大和最小兩種運(yùn)行方式，反復(fù)進(jìn)行潮流計(jì)算，在計(jì)算中不斷改變發(fā)電機(jī)運(yùn)行電壓、變壓器分接頭位置和補(bǔ)償設(shè)備投切情況，通過(guò)試湊找出既滿足電壓要求，又可使網(wǎng)絡(luò)損耗最小的結(jié)果。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，參照計(jì)算結(jié)果，并進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整和控制。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％2/6/2023§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)化問題的數(shù)學(xué)描述：求解問題的變量，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2/6/2023§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)的效率。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機(jī)組1機(jī)組2等式約束條件2/6/2023§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。2/6/2023§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)分配例2/6/2023§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。2/6/2023§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2/6/2023§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。2/6/2023§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(OptimalPowerFlow，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2/6/2023§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)劃問題。目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)都是變量的非線性函數(shù)。2/6/2023§5-4電力系統(tǒng)潮流控制傳統(tǒng)的交流電力系統(tǒng)中，穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式的調(diào)整和控制主要依靠調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的有功功率和無(wú)功功率，它們的調(diào)節(jié)范圍和作用受到很大的限制。輻射型網(wǎng)絡(luò)中的潮流是不加控制也無(wú)法控制，它們完全取決于各負(fù)荷點(diǎn)的負(fù)荷。環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中的潮流如不采取附加措施，將按阻抗分布因而也是無(wú)法控制的。(3-42)為保證安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)供電，網(wǎng)絡(luò)中的潮流需要控制。調(diào)整控制潮流的手段主要有：串聯(lián)電容、串聯(lián)電抗、附加串聯(lián)加壓器。串聯(lián)電容的作用是以其容抗抵償線路的電感，將其串聯(lián)在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中阻抗相對(duì)過(guò)大的線路上，可起轉(zhuǎn)移其它重載線路上流通功率的作用。2/6/2023§5-4電力系統(tǒng)潮流控制串聯(lián)電抗的作用與串聯(lián)電容相反，主要在限流。將其串聯(lián)在重載線路上可避免該線路過(guò)載。附加串聯(lián)加壓器的作用在于在環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生一環(huán)流或強(qiáng)制循環(huán)功率與自然分布功率疊加可達(dá)到理想值。若則縱向附加電動(dòng)勢(shì)橫向附加電動(dòng)勢(shì)2/6/2023§5-4電力系統(tǒng)潮流控制縱、橫向串聯(lián)附加電動(dòng)勢(shì)分別與強(qiáng)制循環(huán)功率的無(wú)功、有功分量成正比。改變帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器的分接頭或投入和切除并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器，可起到一定的調(diào)節(jié)和控制作用，但都是靠開關(guān)的機(jī)械動(dòng)作完成，其動(dòng)作既緩慢又不連續(xù)，且頻繁的動(dòng)作將影響它們的壽命。改變電壓的大小，將改變網(wǎng)絡(luò)中無(wú)功功率的分布；改變它們的相位，將改變網(wǎng)絡(luò)中有功功率的分布。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。應(yīng)用電力電子元器件構(gòu)成新型的輸配電設(shè)備，用來(lái)控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式、改善系統(tǒng)的安全性和動(dòng)態(tài)性能，提高電能質(zhì)量。2/6/2023§5-4電力系統(tǒng)潮流控制一、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。2/6/2023§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，電抗器開路a(2)觸發(fā)相位γ