电力系统稳态分析知识点汇总
功功率静态频率特性,简称机组的频率特性。由于发电机的有功功率随着原动机的功率的增加而增加,而且系统的频率与机组转速成正比,因此可以近似地认为机组的频率特性为一条直线,稳态下发电机在调速器作用下发出的有功功率增量与频率增量之间的关系为:
3、系统频率的一次调整
在电力系统中,所有发电机组都具有自动调速系统,它们共同承担频率的一次调整任务,其主要目标就是针对全系统有功负荷的随机变化。
为了保证负荷在有较大的变化时,使系统的频率满足要求,需进一步调整发电机组的出力,使它们能更好地跟踪负荷的变化,以便将频率偏差限制在容许变化范围内,并能得到更高的频率质量,就需要进行频率的二次调整。
然而,频率的二次调整,既不就是所有的机组都参与,也不就是连续不断地进行,而就是每隔一段时间进行一次,其周期因系统而异,二次调频就是由发电机组的调频器实现的,一般只由系统的调频厂即系统中的平衡节点的发电机组担负的。
4、频率的二次调整
在实际电力系统中,基本上所有的机组都装有自动调速系统,因此所有机组都参与一次调频。当负荷变化时,虽然发电机组的自动调速系统能在一定程度上调节发电机的功率,使它们随着负荷的变化而变化,但由于调速系统的调差系数不为零,就是由差调节,因此,单靠机组的自动调速系统不可避免地会产生较大的频率偏差,而当负荷变化较大时,频率偏差甚至超过容许
范
围
。
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由上述可见在进行频率的二次调整时,系统负荷的增减基本上要由调频机组或调频厂来承担,如调频厂不位于负荷中心,有可能出现在控制系统频率的同时,通过联络线交换的有功功率超出允许值的情况,这样就出现了在调整系统频率的同时控制联络线上流通功率的问题。
6、自动发电控制
以上只就是从原理上解释了系统的频率调整。在现代电力系统中频率的控制与调整除自动调速系统外,主要依靠自动发电控制系统来保证系统的频率,联络线功率及经济运行。 1、自动发电控制(Automatic Generation Control,缩写AGC)的功能: 1)频率偏差限制在容许变化范围内并能得到更高的频率质量。
2)使系统各区域之间通过联络线交换的净功率按照事先约定的协议执行。 3}发电机组之间的功率分配应满足经济性要求。
完成系统内区域之间通过联络线交换的净功率按照事先约定的协议执行的功能称为频率与联络线功率控制,也称为负荷频率控制((Load FrequencyControl缩写LFC) ,也即为上面讲述的二次调频。负荷预测通常存在误差,因此需要不断对机组间功率的经济分配作调整。为了达到经济分配目的而进行的调整与控制常称为经济调度控制(Economic Dispatching Control缩写EDC),或简称经济调度((ED),也即为上面讲述的三次调频。 两
者
组
成
了
自
动
发
电
控
制
(AGC)
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第六章 电力系统无功功率与电压调整
本章的主要内容:介绍无功功率与系统电压的关系,了解无功电源与无功负荷的特性,系统中各种调压方式及其调压原理,利用发电机、变压器及并联、串联无功补偿装置进行系统的电压调整。
电压就是电力系统电能质量的另一个重要指标。由于线路与变压器中的电压损耗与通过它们的功率有关,而在高压系统中又主要决定于通过的无功功率,因此,电压的调整与控制与系统中无功功率的分布密切相关。无功功率与电压的控制与有功功率与频率的控制之间的区别:(1)在稳态情况下,全系统各点的频率就是相同的,但各点的电压则不相同。(2)调整电压的手段除了各个发电机以外,还有大量的无功功率补偿设备与带负荷调整分接头变压器,它们分散在整个电力系统中。
一、电力系统无功功率的平衡
(一)电压偏移造成的影响与容许电压偏移
电气设备都就是按照额定电压来设计的。实际运行电压高于或低辱它的额定电压,则运行性能与效率将有所下降,并可能影响到使用寿命甚至使设备损坏。
电压低于额定电压时,感应电动机来说,其转差率将增大,从而使绕组中的电流增加,使绕组电阻中的损耗加大,引起效率降低、温升增加并使寿命缩短。
而且,由于转差率的增大,其转速下降,使电动机的输出功率减少,从而使产品的产量与质量降低。电动机的起动过程将因电压低而加长,在电压过低的情况下有可能在起动过程中因温度过高而烧毁。
对于火力发电厂来说,由电动机所驱动的风机与给水泵等厂用机械的出力将因为转速的降低而减少,结果使锅炉与汽轮机的出力降低。
当电压过低时,电弧炉所消耗的有功功率减少,使金属在其中的冶炼时间增加从而影响产量;
对于白炽灯来说其发光效率将降低;各种电子设备将不能正常工作,等等。
运行电压高于额定电压所引起的主要危害就是使电气设备的绝缘性能降低、并影响到使用寿命。如果电压过高,则可能使绝缘击穿,从而使设备损坏。
另外,当电压高于额定电压时,变压器与电动机铁芯的饱与程度增大,使铁芯损耗增加;白炽灯的寿命则因电压过高而明显降低,例如,当电压高出IQ%时,寿命将缩短一半。
为了避免电压偏移造成很大的影响,各国电网都规定电压偏移的容许范围。我国在《电
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力系统电压与无功电力技术导则》中规定:
对于发电厂与变电所的母线,也规定了它们的容许电压偏移范围。330kv与500kv母线最高不超过额定电压的110%;发电厂与500kV变电所的220kV母线容许电压偏移为0%~10%; 110kV与35kV母线的容许电压偏移为-3%~7%; 10kV母线的电压则应使所供给的全部高压与低压用户满足上表所规定的要求。 (二)无功功率负荷与无功功率损耗
1、无功功率负荷
在各种用电设备中,除了白炽灯与电热器等电阻性负荷只取用有功功率以外,其它都需要从电网吸收感性无功功率才能运行,尤其就是感应电动机。
1)感应电动机 目前我国电力负荷以工业负荷为主,而工业负荷中感应电动机占比重比较大,无功负荷特性一般以感应电动机特性代替。感应电动机所吸收的无功功率包括两部分。一部分就是励磁无功功率,即下图所示感应电动机等值电路中励磁电抗}M中的无功功率,它将随着电压的降低而减少。另一部分就是定子与转子漏抗
2)变压器中的无功功率损耗 励磁无功损耗与漏抗无功损耗
3)线路的无功功率损耗 在线路中,电流流过电抗后的无功功率损耗,与电流的平方成正比,而分布电容发出的感性无功功率与线路实际运行电压的平方成正比。
当线路的传输功率等于自然功率时,电抗中消耗的无功功率正好与分布电容发出的无功功率相平衡。在传输功率大于自然功率的情况下,电杭消耗的无功功率大于电容发出的无功功率,即线路的无功损耗大于零。反之,无功损耗小于零。
从发电机到用户往往要经过多级变压器进行多次升压与降压,而每经过一个变压器都要产生无功功率损耗。因此整个系统的无功功率损耗比有功功率损耗大得多。
2、无功功率电源 1)同步发电机
由第二章中介绍过的内容已知同步发电机就是电力系统中主要的无功功率源之一,它除了能发出无功功率以外,在必要时还能吸收无功功率。发电机在额定情况下能够发出的无功功率主要决定于它的额定容量SN与额定功率因数cos?N
同步发电机吸收无功功率时以超前功率因数运行,即所谓的进相运行,其所能吸收的数量一般需要通过试验来决定。 2)同步调相机