第三章电力系统电能质量与功率平衡

和电力系统的影响
➢频率变化会引起工业用户异步电动机转速变化，将会影响产 品质量。 ➢频率波动会影响电子设备的准确性和性能。 ➢频率下降将会使汽轮机叶片的振动变大，缩短其使用寿命。 ➢频率下降到47-48Hz时，会使火电厂由异步电动机驱动的辅 机（如送风机）的出力随之下降，从而使火电厂发电机发出的 有功功率下降，这种趋势若不能及时制止，将会引起频率崩溃。 ➢当频率降到一定数值时，会使核电厂中的反应堆冷却介质泵 自动跳开，从而使反应堆停止运行。
这些事故状况下，允 许基础上再增加5%， 正偏移不超过+10%
农村电网： －10%~＋7.5 %
➢波形：消除谐波（1）增加整流电路相数（2）降低铁芯磁通 饱和度（3）用谐振电路并联电容器
概述
➢三相不平衡：电力系统公共接点正常电压不平衡度 允许值为2%，短时不得超过4%。 ➢公共电网谐波：总谐波畸变率0.38KV为5%， 6~10KV为4%，35~66KV为3%，110KV为2%。 波动 ：公共供电点的电压波动允许值10KV及以下为 2.5%，35~110KV为2%，220KV及以上为1.6%。 ➢电压闪变主要表征人眼对灯闪主观感觉的参数。
上述四种备用容量一般占最大负荷的15％~25％。
电力系统中有功功率的平衡
备用容量按投入时间分，有热备用和冷备用两种：
➢热备用（机组处于旋转状态）：运转中的发电设备可能发 的最大功率与发电负荷之差（旋转备用）。热备用包括部分 事故备用和全部负荷备用。
➢冷备用（机组处于停机转态）：未运转的、但能随时启动 的发电设备可以发的最大功率。冷备用包括部分事故备用和 全部检修备用及国民经济备用。 3. 各类发电厂的特点及合理组合 火电厂特点 ➢需要支付燃料及运输费用，但不受自然条件影响。 ➢火力发电设备的效率与蒸汽参数有关。
电力系统中有功功率的平衡
➢频率下降将会使异步电动机和变压器的励磁电流增加，使
无功消耗增加，引起系统电压下降，增加电压调整的困难。
当频率下降到一定值时，可能出现电压雪崩现象。
2. 有功功率平衡和备用容量 电力系统的有功功率平衡可用下式表示：
线路和变压器的 总有功功率损耗
发电机发出的 总有功功率
PG PD PS PC
第三章 电力系统电 能质量与功率平衡
主讲：李辉 三峡电力职业学院
第三章 电力系统电能质量与功率平衡
• 3.1 电力系统电能质量 • 3.2 电力系统有功功率平衡 • 3.3 电力系统有功功率最优分配 • 3.4 电力系统频率特性 • 3.5 电力系统频率调整 • 3.6 电力系统中的无功功率平衡 • 3.7 电力系统的电压管理 • 3.8 电力系统无功功率 • 3.9 电力系统的电压调整
电力系统中有功功率的平衡
➢火力发电厂有功出力受锅炉、汽轮机最小技术负荷的限制， 调整范围比较小，负荷增减速度慢。 ➢机组投入和退出的运行时间长，承担急剧负荷响应时间长， 耗能量多，易损坏设备。 ➢热电厂由于采取抽汽供热，效率高，但技术最小负荷取决 于热负荷，称为强迫功率。 水电厂特点
➢不需要燃料费，水力可梯级开发，连续使用，但受自然条 件影响。 ➢水轮发电机的出力调节范围大，增减负荷速度快，操作容 易，可承担急剧变化的负荷。
电力系统中有功功率的平衡
图5-2 各类发电厂组合顺序示意图
(a)枯水期 (b)丰水期
电力系统负荷及电源的频率静态特性
一、负荷的有功功率——频率静特性
电力系统的有功负荷与频率的关系可归纳为: ➢与频率变化无关：照明、电阻炉、整流负荷等； ➢与频率一次方成正比：球磨机、切削机床、往复式水泵、 压缩机、卷扬机等； ➢与频率二次方成正比：变压器的涡流损耗等； ➢与频率三次方成正比：通风机、静水头阻力不大的循环水 泵等； ➢与频率高次方成正比：静水头阻力很大的水泵等。
系统中所有用 户的有功负荷
所有发电厂的厂 用电有功负荷
为了维持频率的稳定，电力系统装设的发电机的额定容 量必须大于当前的发电负荷容量，即必须装设备用容量。
电力系统中有功功率的平衡
备用容量按用途分，有以下几种： ➢负荷备用：为满足系统中短时的负荷波动和计划外的负荷 增加而设置的备用。一般为系统最大负荷的2%~5%。 ➢事故备用：在发电设备发生偶然性事故时，为使电力用户 不受严重影响，维持系统正常供电所需的备用。一般约为最 大负荷的5％~10％。 ➢检修备用：为保证发电设备的定期检修而设置的备用。 ➢国民经济备用：考虑到国民经济超计划增长而设置的备用， 一般约为最大负荷的3%~5%。
概述
衡量电能质量的主要指标是频率、电压和波形
➢频率：电力系统交流电压、电流的额定频率是50HZ，容许 偏移值为＋/－0.2~0.5HZ。
➢电压：电力系统用于控制与调整电压的母线，称为中枢母线。
中枢母线电压容许偏移范围应不超过以下范围：
35KV及以上供电网： ＋/－5% 10KV及以下电压供电网： ＋/－7% 低压照明网： －10%~＋5 %
电力系统中有功功率的平衡
各类发电厂的合理组合 ➢充分利用水力资源，避免弃水。 ➢降低火力发电的单位煤耗，发挥高产机组作用。 ➢减少火电成本，多烧劣质煤、本地煤、少烧油。 ➢考虑发电成本（燃料价格、管理水平、机组效率等），充 分利用资源。
在丰水期和枯水期各类发电厂在日负荷曲线中的安排如 图5-2所示。其基本原则是：基荷由具有强迫功率、不可调功 率或高效率的热电厂、火电厂、核电厂、迳流式水电厂、泄 洪灌溉等水电厂承担；峰荷由具有调节水库的水电厂、燃气 轮机发电厂和中温中压火电厂等承担。
电力系统中有功功率的平衡
➢决定发电量的除水量外还有水位差。 ➢水利枢纽兼顾发电、航运、防洪、灌溉、渔业、旅游，不 一定与电力负荷适应，所以必须与火电配合。 ➢维持航运、灌溉需一定水量，这部分为强迫功率。
核电厂特点 ➢核电厂反应堆的负荷基本上没有限制，其技术最小负荷主 要取决于汽轮发电机。 ➢核电厂的反应堆和汽轮机退、投、增、减负荷时也要消耗 能量、花费时间，易损坏设备，因此，在运行中核电厂不宜 带急剧变动的负荷。 ➢一次投资大，运行费低。