電力系統(tǒng)電壓和無功的自動控制ppt課件

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第四章 電力系統(tǒng) 電壓和無功功率自動控制,第一節(jié) 電壓和無功功率控制的必要性,一 .電壓控制的必要性 1）電壓偏移對電力用戶的影響 異步電動機：轉矩與電壓平方成正比，電壓偏移會影響其出力； 電爐：有功功率與電壓平方成正比，電壓偏移會影響電爐爐溫； 照明設備：電壓偏低會影響其發(fā)光率和亮度，電壓過高會影響其壽命； 沖擊負荷：沖擊負荷會引起電壓閃變，會影響照明設備。,2）電壓偏移對電力系統(tǒng)的影響 電廠中的廠用機械(水泵、送風機、吸風機、磨煤機等)是由電動機驅動。電壓下降會使電動機轉速下降，出力減少，并影響廠用機械的出力。嚴重時會使電廠出力下降，危及電力系統(tǒng)的安全。 如果電力系統(tǒng)中無功功率嚴重短缺，電壓水平過于低下，使某些樞紐變電站的母線電壓運行在臨界值之下時，母線電壓有一微小下降就會發(fā)生負荷消耗的無功功率增加量大于系統(tǒng)向該點供應的增加量，使無功缺額進一步下降。如此惡性循環(huán)的結果，會使該樞紐變電站的母線電壓下降到很低的水平。這種現(xiàn)象即“電壓崩潰”。電壓崩潰后，大量電動機自動切除，某些發(fā)電機組失步，導致系統(tǒng)解列或大面積停電。,二 .電力系統(tǒng)無功功率控制的必要性 1）維持電壓在允許范圍之內 要控制電力系統(tǒng)在額定電壓運行，就要控制電力系統(tǒng)中無功電源發(fā)出的無功功率等于電力系統(tǒng)負荷在額定電壓時所需消耗的無功功率。如果不滿足該條件，電力系統(tǒng)就會偏離額定電壓運行。 2）提高電力系統(tǒng)運行的經濟性 選用哪種無功電源，安裝在何處都十分重要。不僅會影響到電壓質量，而且還會有經濟性問題。 3）維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定 合理的選用發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)可以提高系統(tǒng)的靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性。,第二節(jié) 電力系統(tǒng)電壓和無功功率的控制,一 電力系統(tǒng)的電壓控制 1）電力系統(tǒng)的無功負荷 電力系統(tǒng)正常運行時的電壓變化主要是由負荷無功功率變化引起的。電力系統(tǒng)無功負荷主要有兩類：一類是變化周期長、波及面廣，主要由生產、生活和氣象變化引起的負荷變化；另一類是沖擊負荷或間歇性變化負荷。前一類負荷可由經驗和統(tǒng)計規(guī)律預測，后一類主要是電弧爐、往復式泵、卷揚機、通風設備等，這些負荷的功率變化周期很短（2周/秒-30周/小時），而且變化隨機，因此無法預測。,2）電力系統(tǒng)的電壓控制 電力系統(tǒng)中各節(jié)點電壓動態(tài)變化，每時每刻都在隨輸送功率（負荷）的變化而變化。電力系統(tǒng)電壓控制的首要任務是控制電力系統(tǒng)中各種無功電源發(fā)出的無功功率總和等于負荷在額定電壓時消耗的無功功率總和，維持電力系統(tǒng)電壓的總體水平在額定值附近；其次是控制電力系統(tǒng)各結點電壓在允許的范圍之內。 通常所說的電力系統(tǒng)電壓控制主要是針對沖擊性和間歇性負荷產生的電壓波動采取一些措施限制。如用大容量母線單獨供電、架設電容器、調相機和靜止補償器等?？刂频膶ο笫请妷褐袠悬c（某些可反映系統(tǒng)電壓水平的主要發(fā)電廠或樞紐變電站的母線電壓）電壓。,3）電力系統(tǒng)的電壓控制的設備 發(fā)電機是電力系統(tǒng)中主要無功電源。通過調節(jié)發(fā)電機的勵磁電流可以調節(jié)發(fā)電機的端電壓及其輸出的無功功率，從而改變電壓水平。 調相機的容量可以做的很大，而且調節(jié)靈活方便，是很好的無功電源。但投資很大，只有在十分必要的場合才安裝。 并聯(lián)電容器和電抗器以及靜止補償器的容量比較小，而且器出力和安裝位置的電壓水平密切相關，一般只用其改變安裝結點的電壓和與之相聯(lián)接的線路的無功潮流。 變壓器調壓，普通變壓器要在停電狀況下進行分解頭操作，有載調壓變壓器可以帶電調節(jié)電壓水平，但調節(jié)幅度較大。,二 電力系統(tǒng)的無功功率控制 電力系統(tǒng)電壓控制的首要任務是控制電力系統(tǒng)中各種無功電源發(fā)出的無功功率總和等于負荷在額定電壓時消耗的無功功率總和，維持電力系統(tǒng)電壓的總體水平在額定值附近；其次是無功功率的優(yōu)化控制，優(yōu)化的內容有兩個： 負荷所需的無功功率讓哪些無功功率電源提供最好，即無功電源的最優(yōu)分布問題； 負荷所需的無功功率是讓已投入運行的無功電源供給好，還是裝設新的無功電源更好，即無功功率的優(yōu)化補償問題。 優(yōu)化的目的是在保證電壓質量的前提下獲得更多的經濟效益。,1）無功電源的最優(yōu)分布 前提：負荷應有較高的自然功率因數(shù)（指負荷本身的功率因數(shù)）。負荷的自然功率因數(shù)太低會使它消耗的無功大量增加。在這種情況下進行無功補償是非常不經濟的。 最優(yōu)分布目標函數(shù)： 約束條件：,無功電源最優(yōu)分布準則： 其中， 是(有功)網損微增率， 是 無功損耗微增。第一式是等網損微增率準則，第 二式是無功功率平衡關系式。,例題4-1 兩發(fā)電廠聯(lián)合向一個負荷供電，如圖，Z1=0.10+j0.40, Z2=0.04+j0.08。設發(fā)電廠母線電壓為1；負荷功率SL=PL+jQL=1.2+j0.7，有功部分由兩發(fā)電廠平均分攤，試確定無功功率的最優(yōu)分布。,,解：按題意有功、無功功率損耗為,計算各網損微增率,,由網損微增率公式得：,代入數(shù)據(jù)得：,I,由無功功率平衡關系式：,代入數(shù)據(jù)得：,Q1=0.248 Q2=0.688,2）無功負荷的最優(yōu)補償 無功負荷的最優(yōu)補償包括最優(yōu)補償容量、最優(yōu)補償設備的分布和補償順序的選擇等問題。屬于電力系統(tǒng)規(guī)劃設計范疇。 設在系統(tǒng)某點裝設無功功率補償設備所需的費用為Cd則該費用包括三部分： 所裝設的補償設備的維修費——正比于補償設備的投資； 所裝設的補償設備的回收費——正比于補償設備的投資； 所裝設的補償設備的能量損耗費——正比于補償設備的容量；,其中， 為單位補償設備容量的投資； 為補償設備的投資； 為維修費系數(shù)； 投資回收率； 為單位補償容量的能量損耗費,設備所需的費用為Cd可表示為,設在系統(tǒng)某節(jié)點i裝設補償設備后，由于降低網損所能節(jié)約的電能損耗為： 為單位電能損耗的價格； ， 為裝設補償設備前后全網最大負荷下的有功損耗； 為全網最大負荷小時數(shù)。 該點是否裝設無功補償?shù)臈l件為： 且 越大越好,得： 其中， 為單位電能損耗的價格 為全網最大負荷小時數(shù) 上式為最優(yōu)網損微增率。當裝設的補償容量使上式成立使取得經濟效益最大；而裝設補償設備的先后，則以該節(jié)點的網損微增率大小為序，首先應從網損微增率最?。唇^對值最大）的節(jié)點開始。 等網損微增率是無功電源最優(yōu)分布的準則，而最優(yōu)網損微增率則是衡量無功功率負荷最優(yōu)補償?shù)脑瓌t。,第三節(jié) 同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng) 的主要任務和對它的基本要求,勵磁系統(tǒng)組成： 勵磁功率單元 勵磁調節(jié)器,一 同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的任務 1.電壓控制,2. 控制無功功率的分配 1）發(fā)電機無功功率控制的原理,2）合理分配并聯(lián)運行發(fā)電機間的無功功率 3.提高同步發(fā)電機并聯(lián)運行的穩(wěn)定性 1）勵磁對靜態(tài)穩(wěn)定的影響,2）勵磁對暫態(tài)穩(wěn)定的影響,4.改善電力系統(tǒng)的運行條件 二 對勵磁系統(tǒng)的基本要求 1.具有十分高的可靠性； 2.保證發(fā)電機具有足夠的勵磁容量； 3.具有足夠的強勵能力； 4.保證發(fā)電機電壓調差率有足夠的整定范圍； 5.保證發(fā)電機電壓有足夠的調節(jié)范圍； 6.保證發(fā)電機勵磁自動控制系統(tǒng)具有良好的調節(jié)特性。,一 直流勵磁機勵磁系統(tǒng) 直流勵磁機：勵磁電流由與發(fā)電機組同軸的直流發(fā)電機供給?？繖C械整流子換向整流，當勵磁電流過大時，換向困難，因此這種方式只能在10萬KW以下中小容量機組中采用。按勵磁機繞組供電方式，可分為： 1）自勵直流勵磁機勵磁系統(tǒng)（P47 圖2-13） 2）他勵直流勵磁機勵磁系統(tǒng)（P47 圖2-14）,第四節(jié) 同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng),二 交流勵磁機勵磁系統(tǒng) 交流勵磁機：勵磁電流由與發(fā)電機組同軸的交流同步發(fā)電機經大功率整流器整流后供給。這種方式普遍用于100萬KW以上發(fā)電機組中采用。按勵磁機繞組供電方式，可分為： 1）他勵交流勵磁機勵磁系統(tǒng) 根據(jù)整流器的靜止與否分為： a.交流勵磁機靜止整流器勵磁系統(tǒng)（P48 圖2-15） b.交流勵磁機旋轉整流器勵磁系統(tǒng)（P49 圖2-16） 2）自勵交流勵磁機勵磁系統(tǒng) a.自勵交流勵磁機靜止可控整流器勵磁系統(tǒng)（P50 圖2-17） b.自勵交流勵磁機靜止整流器勵磁系統(tǒng)（P50 圖2-18）,三 靜止勵磁系統(tǒng)（發(fā)電機自并勵系統(tǒng)） 發(fā)電機勵磁電源不用勵磁機，而由發(fā)電機本身機端勵磁變壓器供給，因此稱為發(fā)電機自并勵系統(tǒng)；裝置采用大功率電子器件，沒有轉動部分，因此又稱為靜止勵磁系統(tǒng)。請看課本P51 圖2-19。,第五節(jié) 勵磁調節(jié)裝置原理,一 勵磁調節(jié)器的基本特性與框圖,二 半導體勵磁調節(jié)器工作原理 1）測量比較單元 把發(fā)電機電壓變換為與其成正比的直流電壓，并與給定電壓進行比較，得到兩者的偏差。 組成：測量變壓器、多相整流電路、濾波電路和電壓比較整定電路。,電壓比較整定電路,2）綜合放大單元 作用： 綜合放大各種勵磁控制信號； 改善勵磁自動控制系統(tǒng)的靜態(tài)和動態(tài)性能指標； 輸出移相單元所需的輸入電壓。 要求： 要求能線性無關的綜合放大輸入信號； 有足夠的運算精度和放大系數(shù)，放大系數(shù)可調； 響應速度快； 工作穩(wěn)定，輸出阻抗低 組成：正競比電路、負競比電路、信號綜合放大電路和互補輸出電路。,控制信號綜合放大單元原理接線,3）移相觸發(fā)單元 作用：產生相位移動的觸發(fā)脈沖，用來改變整流橋中晶閘管元件的控制角，使其輸出電壓隨控制電壓的大小而改變，從而達到調節(jié)勵磁組的目的。 要求： 可控硅的觸發(fā)脈沖應與可控硅陽極電壓同步； 出發(fā)脈沖的移相范圍要符合相應可控硅整流電路； 觸發(fā)脈沖應有足夠的功率以保證可控元件可靠導通； 觸發(fā)脈沖的上升沿要陡； 觸發(fā)脈沖有足夠的寬度； 保證可控硅元件的控制角一致； 觸發(fā)電路應與主電路相隔離；,三 自動勵磁調節(jié)器中的輔助控制 1）最小勵磁限制,靜態(tài)穩(wěn)定極限下最大有功功率和無功功率的關系,,2）瞬時電流限制 3）最大勵磁限制,發(fā)電機的靜態(tài)工作特性是指它的輸入電壓和輸出電壓之間的靜態(tài)關系。,第六節(jié) 同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的靜態(tài)特性,一 發(fā)電機靜態(tài)工作特性,二 發(fā)電機勵磁自動控制系統(tǒng)靜態(tài)特性 勵磁系統(tǒng)和被控對象放在一起考慮就組成了發(fā)電機勵磁自動控制系統(tǒng)。,1．自動調節(jié)勵磁系統(tǒng)由哪幾部分組成?它在電力系統(tǒng)中的主要作用是什么? 2．對勵磁系統(tǒng)的基本要求是什么? 3．同步發(fā)電機有哪些勵磁方式? 4．說明調差環(huán)節(jié)作用與特性的獲得。 5．綜合說明半導體自動調節(jié)勵磁裝置工作原理。 6．說明同步與移相電路的作用與原理。,思 考 題,本章完！,