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        調(diào)頻和調(diào)壓問題探討

        2021-11-22 01:17:47朱雪凌劉雪楓
        科技信息·學術版 2021年17期

        朱雪凌 劉雪楓

        摘要:為了更好地了解調(diào)壓和調(diào)頻的相關問題,從三個方面比較分析了調(diào)頻和調(diào)壓的異同點,能夠更好地掌握調(diào)頻和調(diào)壓重點和難點,達到事半功倍的效果。

        關鍵詞:《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》;調(diào)壓和調(diào)頻;相同點;不同點

        《電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析》是電氣工程及其自動化專業(yè)的一門專業(yè)課,第五章和第六章內(nèi)容分別是“電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整”及“電力系統(tǒng)的無功功率和電壓調(diào)整”,這兩章內(nèi)容雖然是關于電能質(zhì)量兩個不同指標“電壓和頻率”的相關內(nèi)容,但有很多相似的部分,通過分析對比它們的異同點,可以更好地掌握這兩章內(nèi)容。

        這兩章都包括三部分內(nèi)容,即功率平衡、功率的最優(yōu)分配、調(diào)頻和調(diào)壓,下面就從這三個方面來逐一闡述。

        一、功率平衡

        1、相同點

        由于頻率主要和有功功率有關,當有功功率平衡時,頻率保持恒定,電壓主要和無功功率有關,當無功功率平衡時,電壓保持恒定,所以這兩章的第一個問題都是關于功率的平衡問題,前者是關于有功功率平衡的問題,后者是關于無功功率平衡問題。不管是有功功率的平衡還是無功功率的平衡,都是電源功率平衡于負荷、損耗和廠用電功率之和,除此之外還要多一部分功率作為備用容量。

        2、不同點

        不同之一是關于備用容量。有功功率的備用容量大,用途也比較廣泛,按照作用不同,有功功率備用容量可以分為負荷備用(以熱備用的形式存在)、事故備用(視事故大小可以以熱備用或冷備用形式存在)、檢修備用(視需要而設,不是必須的)和國民經(jīng)濟備用。而無功功率備用容量沒有具體體現(xiàn)用在什么地方,只需要取最大無功功率負荷的7%~8%即可。

        不同之二是關于電源的種類。發(fā)電機即可以發(fā)出有功功率又可以發(fā)出無功功率,所以發(fā)電機即是有功功率電源又是無功功率電源,而有功功率電源只有發(fā)電機一種形式。在功率傳輸?shù)倪^程中,會在電力網(wǎng)即變壓器和線路中產(chǎn)生損耗,變壓器的無功功率損耗由繞組中的漏抗和勵磁支路的電納產(chǎn)生的感性無功功率兩部分組成,一臺變壓器在額定負荷下無功功率損耗為其額定容量的百分之十幾,電力網(wǎng)往往都是多電壓網(wǎng)絡,有多臺變壓器,無功功率損耗相當可觀,由于變壓器電阻遠小于電抗、電導遠小于電納,有功功率損耗要小得多。電力線路上的無功功率損耗也是由兩部分組成,分別是由磁場決定的電抗和由電場決定的電納消耗的無功功率,值得注意的是電抗和電納消耗的無功功率分別為感性和容性。綜上,由于無功功率損耗較大,無功功率電源僅僅靠發(fā)電機是遠遠不夠的,所以又有了電容器和調(diào)相機、靜止補償器和靜止調(diào)相機等無功電源,這是和有功電源不同的地方,無功功率電源的種類比較多。

        二、功率的最優(yōu)分配

        1、相同點

        調(diào)頻和調(diào)壓的問題本質(zhì)上就是調(diào)整有功功率和無功功率,在調(diào)整功率之前的首要問題就是功率的最優(yōu)分配,所以這兩章的第二個問題都是關于功率的最優(yōu)分配,而且都包含電源和負荷兩部分內(nèi)容,前者是有功功率電源的最優(yōu)組合和有功功率負荷的最優(yōu)分配,后者是無功功率電源的最優(yōu)分配和無功功率負荷的最優(yōu)補償。

        2、不同點

        不同點之一為問題復雜性的對象,有功功率是電源、無功功率是負荷。有功功率電源的最優(yōu)組合是一個比較復雜的問題,包括機組最優(yōu)組合的順序、數(shù)量和開停機時間,所以復雜問題簡單化,只要了解各類發(fā)電廠的運行特點,進而掌握它們在豐水期和枯水期的合理組合。而無功功率負荷的最優(yōu)補償問題的數(shù)學分析比較困難,它包括最優(yōu)補償容量的確定、設備的選擇和順序的選擇,解決的方法也簡化為求解在某節(jié)點補償無功功率后節(jié)約的費用和消耗的費用差的最大值,結(jié)論為最優(yōu)網(wǎng)損微增率準則。

        不同點之二為解決目標最優(yōu)的對象,有功功率是負荷,無功功率是電源。有功功率負荷的最優(yōu)分配和無功功率電源的最優(yōu)分配的問題都是在滿足一定的等約束條件和不等約束條件的情況下,如何使得目標函數(shù)最優(yōu),數(shù)學上最優(yōu)問題就是求極值,解決的方法就是對變量求導,讓導數(shù)等于零得出結(jié)論。但是這兩個問題不能直接對目標函數(shù)求導,因為它們的目標函數(shù)是滿足一定條件的目標函數(shù),需要重新建立一個包含目標函數(shù)和等約束條件的一個新的函數(shù),再按照前面介紹對變量求導并等于零,至于不等約束條件得出結(jié)論后再去校核。有功功率負荷最優(yōu)分配的目標是煤耗量最小,得出的結(jié)論是等耗量微增率準則,如果考慮網(wǎng)損再加上網(wǎng)損修正系數(shù),如果考慮水電廠再加上水煤換算系數(shù);無功功率電源最優(yōu)分配的目標是有功功率損耗最小,得出的結(jié)論是等網(wǎng)損微增率準則。

        三、調(diào)頻和調(diào)壓

        1、相同點

        當有功功率負荷發(fā)生變化時,頻率發(fā)生偏移,需要進行調(diào)頻,同樣當無功功率負荷發(fā)生變化時,電壓發(fā)生偏移,需要進行調(diào)壓。它們的共同點都是需要根據(jù)負荷的變化把負荷進行分類。

        2、不同點

        不同點之一,調(diào)頻和調(diào)壓針對的負荷變化情況不同。根據(jù)負荷變化周期的長短和幅度的大小,把負荷分為三種。第一種負荷變化周期短、幅度小;第二種負荷變化周期長、幅度大;第三種負荷變化周期最長、幅度最大,是由于生產(chǎn)、生活和氣象等發(fā)生變化引起的負荷變動。調(diào)頻針對的是第一種和第二種負荷變化,分別稱為“一次調(diào)頻”和“二次調(diào)頻”;我們經(jīng)常所說的調(diào)壓是針對第三種負荷,而對于第二種負荷引起的電壓波動也會采取相應的措施。

        不同點之二,調(diào)頻為集中調(diào)整,電壓為分散調(diào)整。不考慮頻率的暫態(tài)過程的話整個系統(tǒng)的頻率都一樣,所以調(diào)頻的手段也比較集中,不管是“一次調(diào)頻”和“二次調(diào)頻”都是通過改變發(fā)電機的有功功率來實現(xiàn)頻率的調(diào)整的。電壓和頻率不同,嚴格來說,任何兩點的電壓都不同,但我們也不可能調(diào)整所有點的電壓,而是調(diào)整電壓中樞點的電壓,綜上,調(diào)壓的手段也比較分散,電力系統(tǒng)的四類原件發(fā)電機、變壓器、線路和負荷都可以調(diào)壓,根據(jù)不同的情況可以分別采取通過改變發(fā)電機端電壓調(diào)壓、改變變壓器分接頭調(diào)壓、改善線路參數(shù)調(diào)壓以及在負荷側(cè)通過補償設備調(diào)壓。

        四、總結(jié)

        綜上,從功率平衡、功率的最優(yōu)分配、調(diào)頻和調(diào)壓三個方面全面分析了調(diào)頻和調(diào)壓的不同點和相同點,把調(diào)頻和調(diào)壓兩個問題看成一個問題來分析和比較,達到既了解總體又了解細節(jié)的效果。

        參考文獻

        [1]陳珩.電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析[M].中國電力出版社,2007.

        [2]査叢梅.電力系統(tǒng)分析[M].中國電力出版社,2013.

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