第四章前3节要点解析.ppt

4 电力系统电压和无功功率自动控制 电力系统电压和无功功率控制的必要性（4.1） 电力系统电压和无功功率控制（4.2） 同步发电机励磁控制系统的主要任务和对它的基本要求（4.3） 同步发电机励磁自动控制系统（4.4） 比例式励磁控制系统的基本原理（4.5） 同步发电机励磁控制系统的静态特性（4.6） 同步发电机励磁控制系统的动态特性（4.7） 同步发电机微机励磁控制系统（4.8） 引论 什么是无功功率？ 直流电路中有无功功率吗？ 无功功率只存在于交流电路中 理由：储能元件的存在 产生过程：交变电流→交变磁场→储能元件中产生感应电势→储能元件与外部电路来回交换能量 本质：能量交换 与有功区别：有功为单位时间做功，无功不是。 电力系统中无功：产生——容性元件；消耗——感性元件 引论 无功功率的工程定义 Q=UIsin? 量纲：与有功相同，为区别，取为Var 4.1 电力系统电压和无功功率控制的必要性 电力系统电压控制的必要性 1）电压偏离对电力用户造成影响 2）电压偏离对电力系统造成影响 4.1 电力系统电压和无功功率控制的必要性 1）电压偏离对电力用户的影响 电压过低影响 对异步电动机影响： 电力负荷中比重最大的是异步电动机 影响其拖动能力：电压输出转矩正比于端电压的平方：如果额定电压时最大转矩为100％，当电压下降到90％时，它的最大转矩将下降到额定电压转矩的81％。结论：当电压过低时可使电动机拖动能力下降，重载无法启动 电压降低电流显著增大：使绕组温度上升，加速绝缘老化，严重情况下，甚至使电动机烧毁。 转速影响：电压下降时会使电动机的转速下降，将影响工业产品的产量和质量。 4.1 电力系统电压和无功功率控制的必要性 对电炉影响： 电炉的用功功率与电压的平方成正比，炼钢厂中的电炉会因电压降低而增加冶炼时间，从而影响产量。 对照明设备影响： 电压过低时，照明设备的发光频率和亮度会大幅度下降。 4.1 电力系统电压和无功功率控制的必要性 电压过高影响 将使所有电气设备绝缘受损；使变压器、电动机等的铁心饱和程度加深，铁心损耗增大，温升增加，寿命缩短。 照明负荷，尤其是白炽灯，对电压变化很敏感。电压过高会使白炽灯的寿命大大缩短，电压高于额定值10％，寿命将缩短一半。电压偏离额定值时，日光灯的寿命也会缩短。 冲击负荷（如轧钢机等）会引起电压突然下降和恢复，产生电压闪变。电压闪变对冲击负荷附近的用户产生不良影响，如灯光闪烁。 4.1 电力系统电压和无功功率控制的必要性 2）电压偏离对电力系统的影响 对电厂中厂用机械的影响： 电厂中给水泵、循环水泵、送风机、吸风机、磨媒机等是由电动机驱动的。 输出转矩正比于电压平方，故电压将影响厂用机械的出力。 电压下降会使电动机转速下降、出力减少，并这将直接影响锅炉和汽轮机的运行，严重时会使电厂出力下降，危机电力系统的安全运行。 4.1 电力系统电压和无功功率控制的必要性 2）电压偏离对电力系统的影响 4.1 电力系统电压和无功功率控制的必要性 2）电压偏离对电力系统的影响 4.1 电力系统电压和无功功率控制的必要性 2）电压偏离对电力系统的影响 电压调整 4.1 电力系统电压和无功功率控制的必要性 2）电压偏离对电力系统的影响 调励磁，可以改变发电机极端电压VG 改变变压器变比k1、k2 改变功率分布P+jQ，主要是Q，改变电压损耗△V 改变网络参数R+jX，主要是X，改变电压损耗△V 4.1 电力系统电压和无功功率控制的必要性 2）电压偏离对电力系统的影响 如果电力系统中无功功率严重短缺，电压水平过于低下，使某些枢纽变电站的母线电压运行在临界值之下时，母线电压有一微小下降就会发生负荷消耗的无功功率增加量大于系统向该点提供的无功功率增加量，使无功缺额进一步增大，电压进一步下降。 如此恶性循环的结果，会使该枢纽变电站的母线电压下降到很低的水平。这种现象即所谓“电压崩溃”。电压崩溃后，大量电动机自动切除，某些发电机组失步，导致系统解列或大面积停电。 4.1 电力系统电压和无功功率控制的必要性 电力系统无功功率控制的必要性： 1）维持电力系统电压在允许范围之内 2）提高电力系统运行的经济性 3）维持电力系统稳定 4.1 电力系统电压和无功功率控制的必要性 电力系统无功功率控制的必要性： 1）维持电力系统电压在允许范围之内 无功功率平衡关系式： 4.1 电力系统电压和无功功率控制的必要性 电力系统无功功率控制的必要性： 1）维持电力系统电压在允许范围之内 不同的无功功率 将使电压稳定 在不同的水平 若要稳定在额定 电压水平，应发出 额定电压所对应的 无功 4.1 电力系统电压和无功功率控制的必要性 电力系统无功功率控制的必要性： 1）维持电力系统电压在允许范围之内 结论：维持电