[专业文献]电气节能技术 第9章电力网的经济运行与改造.ppt

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1、11级电力电子与电力传动专业,电气节能技术,学 时 20+10任课教师 王世荣联系电话 13314396057,第9章 电力网的经济运行与改造,第1节 电网的优化运行,1配电网损的优化条件所谓配电网损的优化，就是指配电网在某一负荷的运行中，实现网损率最小。网损率是指网损电量WS对供电量A的比值的百分数。即,式中 P 配电网的有功功率；T 供电小时数。,A=PT,配电网损理论上是由三部分组成的，即,XS电网线损电量，指发生在线路导线电阻上的电能损失，kWh。,式中P 电网输送的有功功率，kW；Q 电网输送的无功功率，kVar；U 电网运行的电压，kV；RL 配电线路的等值损失电阻，；T 供电小时

2、数，h。,电网线损电量+变压器绕组损失电量+铁心电能损失量,JS 电网中运行的变压器绕组损失电量即发生在配电变压器高低压绕组电阻上的电能损失。,（kWh）,式中UN 配电网的额定电压，kV；S 变压器容量，kVA；Y 有功功率，kW；W 无功功率，kvar；PK 配电变压器的额定铜损功率，kW；RK 配电变压器绕组的等值电阻，为一、二次绕组电阻的折算值，。,TS 电网中运行的变压器铁心上的电能损失量，kWh,式中 P0 配电变压器的额定铁损功率，kW；Uf 配电变压器的运行分接电压，运行在1档，Uf=1.05UN 运行在2档，Uf=UN 运行在3档，Uf=0.95UN,令,则,式中 配电网功率

3、因数，A 配电网总的有功供电量，kWh；B 配电网总的无功供电量，kvar；R 对应于配电网电阻损失的等值电阻（）,网络的等值电阻R实际上由两部分电阻组成：分别是线路的电阻RL和变压器绕组折算到高压侧的电阻RK。但两种电阻的接法不同，如下图所示。,等值电阻R对一个电网而言在一定的运行结构上是客观存在的。当网络的结构或负荷分布发生变化时，等值电阻也要发生变化。若网络结构及分布不变，则R随负荷电量的变化不大。配电网的等值电阻可通过配电网损理论来计算，先求得XS+JS电量，然后计算其等值电阻。当电网结构变化或负荷分布变化时，应重新计算XS和JS，再计算等值电阻R。计算出TS、XS、JS以及RS=XS

4、+JS后，可求出等值电阻R，则配电网损WS为,对于电网结构和负荷分布一定的电网，R、P0、T都是一定的，所以，令,所以,在额定电压时，,而,的关系曲线称为运行曲线。它由两部分组成：即由与供电量成正比例的曲线1和与供电量成反比例的曲线2相加而构成的，如下图所示。,由曲线图可知，当曲线1和曲线2的相交点，即电量A=AN时，为曲线 的最低点。,也可采用对曲线 求导数的方法，令其导数等于零，假定电网在某一运行状态中，UN、是固定不变的，则经过推导，满足W%最小的条件是：可变损失电量等于固定损失电量，也就是曲线1和曲线2的交点，即,也就是说，网络电压U和 在一定的值时，配电网中电阻上的可变损失电量等于配

5、电网中固定损失电量时，网损率最小。,2额定最优供电量所谓额定最优供电量，就是指电网在额定电压下运行，而且配电变压器运行在额定分接头上，这时实现网损率最低的供电量，用AN来表示。它是衡量电网运行状态的一个重要的量，对分析电网的运行状态是一个很重要的数据。当U=UN，时，其最优供电量为AN，则应满足,（即可变损失电量=固定损失电量）,（kWh）,所以,AN也称为电网的额定供电量。,所谓电网的运行结构，是指用户配电变压器投入运行的状态。根据投入变压器的多少可称为最大状态和最小状态。运行结构主要决定于负荷的分布状态，即潮流分布情况。当运行结构不变时R基本不变，因此R又称为结构特征量。,3电网运行状态的

6、判断所谓电网的运行状态，是指电网的运行结构一定时，所供负荷的状态，它常用电网的负荷系数Ka来表示。即,则电网负荷为,的关系曲线，称为电网的负荷率曲线。,如下图所示,由图可知，当 时，这时电网是轻负荷运行，铁损是主要的，应该降压运行，以降低铁损。当 时，这时电网是重负荷运行，电阻上的损失是主要的，应该升压运行，以降低线损。,所以，由 就可判断电网的运行状态：（1）当 时，这时的供电量为AN，则使W%为最小，,（2）当 时，则说明负荷引起的电阻上的损耗较大，起主要作用，应提高运行电压以降低电阻上的损耗，以维持W%为最小的条件。（3）当 时，则说明网损中铁损占主要地位，应降压运行，以实现W%为最小的

7、条件。,4运行曲线 的变化（1）运行电压变化时：当 时，需降压运行，则曲线左移；当 时，需升压运行，则曲线右移。,（2）在不同的分接电压时：运行分接电压升高，曲线向左下移动，运行分接电压降低，曲线向右上移动。所以，运行分接电压越高，网损率越小。,（3）功率因数变化时当功率因数提高时，网损率W%曲线将向右下方移动，也即随功率因数 的提高网损率的最低点在降低，而额定供电量AN则随功率因数 的升高而增大。,5配电网的最优运行电压的确定 对于一定的配电网，在供电负荷A为一定时，应该通过调整运行电压U，使W%曲线的最低点移到负荷为A的点上，那么这时的运行电压U称之为配电网在供电负荷为A时的最优电压。,由

8、此可知，在运行电压为U时，其供电负荷为A，使网损W%最低，则有,（即可变损失电量=固定损失电量）,运行分接电压系数，,因为,可得出,将上式两边都除以，则得出：,而,所以,即,所以，电网的最优运行电压为,式中，称为配电网的最优运行电压系数。,但应注意：电压的调整应在保证供电质量的条件下，在电压允许的范围内进行。例如，通过计算最优运行电压为8.5kV，则调整到9.5kV或 9.0kV就可以了，这要比运行在11kV或10.5kV要降低很多损失。,6电容补偿后最优运行电压的确定电容补偿后必须配合电网电压的调整才能收到降损的好效果。假设电容补偿前的电压为U1，功率因数为，且运行在最优状态，即网损率为W1

9、。若使功率因数由 提高到 时，在供电量不变的情况下，还要使电网运行在最优情况下，则需要降压运行。,应使电压降到U2，这时网损率为W2，其电压U2为,网损率降低的百分数为W1-W2。,如原来电网运行在U1=10kV，功率因数，在供电量A时是最优运行，若供电量不变时使功率因数提高到，则电压降为,（kV）,7配电网最优运行的实现（1）配电网的优化过程配电网要实现降损最优运行，应先按配电网的实际结构和负荷分布，计算出理论损失电量，即得出XS、JS、TS各损失电量值。,根据电阻损失RS=XS+JS，计算出配电网的电阻损失的等值电阻R，根据P0、T和配电网的额定电压UN即可算出最优供电量AN。根据电网的供

10、电量A就可求出负荷系数，根据配电变压器的运行分接系数就可求出在供电量为A时的最优供电电压U。具体的计算方法可利用微机来实现。,（2）配电网优化的实现有以下几种方法：根据计算调整主变压器的分接电压，以实现配电网运行电压的调整。当前的主变，其分接开关都是手动的或无载分接开关，不能实现经常调整，只能根据季节的负荷电量在一年之内按季节进行调整。这只能实现运行电压的有目的的控制，但不能实现最好的效果。通过这样的调整可使网损率降低2.5%3%。,主变压器安装有载自动分接开关，这样可实现微机在线运行，并取得更好的效果。这样做当然需要投资，但节能效果好，可使网损率降低4%5%，会收到更大的降损效果。配电网可以

11、利用其他调压方法调整运行电压，也应该开展配电网调压方法的研究。如果能得到供电电压随供电负荷的增加而自动地提高，随负荷的减小而自动地降低，那将是一种理想的优化运行调压方式。在主变的电压调整后，配电网的运行电压范围已经确定，这时可利用配电变压器的分接开关调整运行分接电压，以保证用户的电压质量。加强网损的理论计算，它是实现降损实现优化运行的依据。网损理论计算不只是为科学管理提供依据，更主要的是为实现优化运行进行指导。,例：某电网运行电压为11kV，月供电量为 运行时间，电网的额定电压为，功率因数。试确定电网最优运行电压，并分析当 不同时，网损率的变化及所节省的电量。,解：（1）计算电网最优运行电压由

12、已知可得,取,即,而,则,则,而,这个电阻在电网运行结构没有变化时是不变的。,所以,则电网的负荷系数,则,所以，最优运行电压为,（2）网损率分析及节省电量计算当 时，即，而,则,所以,则,所以，网损率降低了,所以，每个月可节省电量为,当 时，即,则,则,所以,所以，,则,所以，网损率降低了,所以，每个月可节省电量为,第2节 电网的负荷调整,1负荷调整的含义一是充分利用季节性电能，使年负荷曲线与设备实际出力吻合；二是调节早晚峰，使日负荷趋于平衡。更广义的含义是：对三相低压线路来说，就是调整三相负荷使之经常保持平衡以及采取三相引入代替单相引入的接线方式；对配电变压器来说，就是调整变压器的容量使之运

13、行在经济负荷范围内；对电动机来说，就是合理选择电动机的容量，避免“大马拉小车”。调整负荷即指负荷在时间上的调整，又指负荷在空间上的调整。调整负荷绝不是权宜之计，而是节电的重要措施之一，主要有以下几种方法。,2调整负荷曲线（即在时间上进行调整）用户的用电情况随时都在变动。设：在时间T内，若负荷电流为I1（这里的电流是平均值）的累计时间为t1，负荷电流为I2的累计时间为t2，负荷电流为In的累计时间为tn，则总时间T内线路电阻R的有功损耗为,（kWh）,设这段时间内的平均电流为IP，则,令 各时段的实际平均电流（I1、I2、In）与平均电流IP之差分别为、，代入上式中，整理后，得,在保持总电量不变

14、的情况下，如系统为均衡用电，则负荷电流始终为IP，则有功损耗为,（kWh）,两种情况下的有功损耗之差就是不均衡负荷所多耗的有功，即,令，称为负荷电流不均衡时的损耗增量系数,则,，但只在负荷电流均衡时为1。当实际负荷偏离平均负荷的程度越大，或偏离的时间越长，K越大，即损耗越大。所以，K代表了负荷不均衡时损耗增大的程度。,例：某工厂8h 用电负荷为I，另8h 为2I，再8h为3I，平均用电负荷为2I。试求实际用电时的损耗与平均用电时的损耗。,解：实际用电负荷,平均用电损耗,损耗增量系数,即实际用电损耗比平均用电损耗增加17%。,如果该厂8h用电负荷为4I，另8h为2I，再8h为0（不用电），平均用

15、电负荷为2I。,则,即实际用电损耗比平均用电损耗增加67%。,如果该厂16h的用电负荷为3I，4h的用电负荷为0.5I，其余为0，平均用电负荷为2.08I。则,即实际用电负荷损耗比平均用电负荷损耗增加40%,通过此例可以看出，在总用电量不变（即平均负荷不变）的情况下，当用电峰值一定时，高峰时间越长，损耗越大；当高峰时间一定时，峰谷悬殊越大，损耗越大。所以，调整负荷均衡，可以降低损耗。当然，绝对均衡用电是做不到的，但减小峰谷差却是可以做到的。,3大设备避峰运行（也是在时间上进行调整）设某大设备运行时所需的电流为IS，运行时间为t。如果在用电高峰运行时，线路电流为If，避峰运行时线路电流将降低到。

16、如果该设备放在负荷电流为 时运行，线路电流将上升到。则有,大设备在用电高峰运行时线路损耗为,而避峰运行时线路损耗为,大设备未投入运行时原线路损耗为,而投入运行后线路损耗为,所以，大设备避峰运行，减少的线路损耗为,所以，大设备避峰运行，减少的线路损耗为,因为,所以,则,由此可见，只要避峰运行后的线路电流 不超过避峰前的大设备线路电流，就能收到节电效果。避峰后运行时的线路电流 越小，即设备越趋于用电低谷运行，节电效果越显著。,4调整三相负荷 对于三相四线制低压网络，当三相负荷完全平衡时，其中性点电压为零，零线的电流也为零，这是三相四线制供电的特点。,这时单位长度线路上的功率损耗为,式中 线路单位长

17、度电阻，如果各相电流不平衡，则零线中有电流通过。而零线的截面积通常只有相线的一半，所以损耗将显著增加。,设三相电流的平均值为ICP，最大一相的电流为Imax，则不平衡度为,下面分三种情况计算线损值的增量：（1）一相负荷重，一相负荷轻，而第三相为平均负荷的情况显然，负荷重的一相电流为，负荷轻的一相电流为，第三相电流为ICP，零线的电流为,这时单位长度线路上的功率损耗为,与三相负荷平衡时单位长度线路上的功率损耗的比值，称为功率损耗增量系数。其值为,规程规定：不平衡度不能大于20%。,若使，则，即由于三相负荷不平衡（且在规定允许范围内）所引起的线损增加11%（相对于三相负荷平衡的情况而言）。不平衡度

18、 越大，线损增量也越大。,极限情况：当 时，（即一相负荷为平均值的2倍，而另一相电流为0，第三相电流为平均值ICP），则 也就是说，线损增加3.67倍。,（2）一相负荷重，两相负荷轻的情况负荷重的一相电流为，负荷轻的两相电流为，零线电流为 这时单位长度线路上的功率损耗为,则功率损耗增量系数为,当 时，即由于三相负荷不平衡（且在规定允许范围内）所引起的线损增加8%。同理，不平衡度 越大，线损增量也越大。极限情况：当 时，（即一相电流为平均值的3倍，而另两相电流为0，也就是单相供电的情况），则 也就是说，线损增加9倍。,（3）一相负荷轻，两相负荷重的情况负荷轻的一相电流为，负荷重的两相电流为，零线

19、电流为这时单位长度线路上的功率损耗为,则功率损耗增量系数为,当 时，即由于三相负荷不平衡（且在规定允许范围内）所引起的线损增加32%。同理，不平衡度 越大，线损增量也越大。极限情况：当 时，（即两相电流为平均值的1.5倍，第三相电流为0，也就是两相供电的情况），则，也就是说，线损增加3倍。,由上可知，功率损耗增量系数K与负荷电流不平衡度 的关系密切，K值随 的增大而增大，其关系曲线如下图所示。从曲线上可以明显地看出 对线损的影响。,电流不平衡度 对电压降也有很大的影响。,所以，运行中经常测量三相负荷，并进行调整，使其平衡，这是降损节能的一项有效措施，不花钱，易做，特别是对输送距离比较远的配电线

20、路来说，更为有效。,5三相负荷的接入方式有两种接入方式：单相接入方式和三相接入方式。（1）单相接入方式,如下图所示，三相负荷是均衡的，负荷电流都为ICP，但接入点是不同的。在第一个单位长度上接单相负荷，在第二个单位长度上接另一相负荷，在第三个单位长度上接第三相负荷。,因此，在第三个单位长度的零线上有电流ICP通过，在第二个单位长度的零线上有电流 通过，在第三个单位长度的零线上电流为0。假设零线的截面积只有相线的一半，则这种接线方式的线路损耗为,（前三项为相线损耗，后两项为零线损耗）,可见，后两项之和即零线损耗为，比三条相线损耗之和 还要大，大出，是零线损耗的25%。若采用三相接入方式，则可减少

21、损耗。,（2）三相接入方式如下图所示，就是在每一负荷点都采用三相接入，并且调整到负荷平衡。这时零线上任何线段上的电流都为零，三条相线电流由大到小，依次为、，这种接线方式的线路损耗为,（3）两种方式比较,即,即三相接入方式的线损只有单相接入方式线损的1/3。可见，采用三相接入方式对降损节能是一个行之有效的措施。,6网络经济运行网络的运行方式及负荷分配，对经济运行与保证电压质量，有着密切的关系。（1）双回路并列运行 对于用电负荷大的或者要求可靠性高的用户，一般都要求双电源供电，或采用双回路同时投入运行的方式，如下图所示。,双回路供电方式,双回路同时并列投入运行方式，对降低功率损失及提高电压质量起着

22、重要的作用。假设：双回路的导线截面积相等，线路电阻为R。当双回路并列运行时其功率损耗为,而单回路运行时，其功率损耗为,而,即,也就是说，单回路运行的功率损耗是双回路并列运行时的2倍，其差值,从电压降的角度来看，当双回路并列运行时的电压降为,（V）,单回路运行时的电压降为,（V）,故,即,也就是说，单回路运行的电压降低是双回路并列运行时的2倍，其差值为,所以说，双回路并列运行能降低线路功率损耗，提高电压质量（即减小压损）。,（2）闭式网络开口运行负荷的经济分配闭式网络如下图所示。,闭式网络开口运行时，负荷的经济分配，按电阻压降（不计电抗）相等的原则进行分配最为经济。如不相等可进行调整，即电压降大

23、的线路取负荷电流转移到压降小的线路上，使网络的总损耗最小。,设A线路原输送功率的损耗为，则,B线路原输送功率的损耗为，则,且,将 由A线路转移到B线路，两条线路的功率损耗分别为 和，则,调整后的总功率损耗为，则,若使调整后总损耗最小，则取 对 的导数，并使其等于零，则有,令,则有,即 调整后A线路压降=调整后B线路压降 即,上式说明：调整到 时，闭式网络开口运行的总功率损耗最小。所以，在任何交流闭式网络中，把网络按电流分布，且在闭环的功率分界点，将网络断开运行，会得到最大的节电效果。实际应用中，也证明了此措施是客观可行的。,（3）并列线路负荷的经济分配并列运行的线路，当总负荷为常量时，各线路的

24、负荷若按线路电阻成反比例或按电阻压降相等的条件分配负荷最经济，即总的功率损耗最小。如下图所示的并列供电线路，其总的有功功率损耗为,（kW）,因为 代入上式，则,为使 最小，取 对I1的导数，并令其等于零，即,则有 这就是电阻部分压降相等的条件,上式可改写成,若总负荷为I，各线路的负荷按下列各式分配时，则称为负荷的经济分配。,其中,推而论之，可得出普遍的公式,上式是针对均一网络中，负荷与电阻成反比例分配时适用的。所谓均一网络，是指系统中所有线路的电抗与电阻之比为一常数KZ，即,在均一网络中负荷自然分配时，即为经济分配，其经济效果最显著。,如果网络不是均一网络（指系统中所有线路的电抗X及电阻R之比

25、不为常数），其负荷分配将按 成反比例分配，若按下式的规律分配，也是经济的分配。,（4）开式环形网络的负荷调整如有相邻的两条线路可联成环状时，可通过变换断开点的方式，在环形网络中试断，但对应每个环形网逐一验算，从计算调整量中找到经济的断开点。假设：原来两条线路电阻部分的压降分别是,调整一部分负荷量 后，两条线路的电阻部分压降分别为,调整到两条线路的压降相等时，总损耗最小，即,对上式整理后，得到经济运行的调整量：,（A）,有两种可能情况：当 时，表示由b线路向a线路转移负荷；当 时，表示由a线路向b线路转移负荷。,调整负荷的效果是：调整前、后a、b两线路的有功损耗分别为,调整后总功率损耗减少了，即

26、,调整后总功率损耗减少了，即,例：网络结线方式、负荷、电阻等如下图所示，试求经济断开点及经济效果。已知损失率为，每月小时数为720小时。,解：由网络图可知，a和b两条线路是在K2处断开的，K1应该是闭合的，则两条线路电阻部分压降分别为,所以,这表明应由a线路向b线路转移负荷。,因为,所以，经济运行的调整量为,根据上述计算结果，开关K1与K2之间只有一个50A的负荷，故合上K2断开K1，比合上K1断开K2经济，即经济断开点为K1点，则调整量为,验算经济效果：已知损失率为，则每月少损电量为,验算负荷转移后两线路的压降情况：,则,这说明b线路应向a线路转移负荷。,而此时,则转移负荷量为,即b线路应向

27、a线路转移负荷。,但邻近无此大小的负荷，且电压差较小，故不必再进行负荷调整。,第3节 电网的运行管理,从降损节能的角度，电网在运行管理上要做好以下几项工作：1 运行电压管理要求调度人员应尽量落实优化方案，这一方面要求调度人员要精心调度，另一方面也要求电网的设备应具有调整的功能。2 配电变压器分接电压管理配电变压器运行分接电压影响配电变压器铁损的大小。,由 可知，在保证二次电压的前提下，应尽量提高分接档位以降低铁心磁通密度，从而降低变压器铁损。,这个工作既不能每天调整分接开关，也不能长期不管，一年中应按季节特点分12次进行适当调整。,3 对季节性负荷应装子母变压器,如抽水站、砖厂等负荷，在构造其

28、供电变压器容量时，应按最大负荷和最小负荷分别安装两台变压器，大负荷时投运大容量变压器，轻负荷时投运小容量变压器。有些灌区、砖厂等在淡季只有照明等负荷，如果只有一种大容量变压器，将会使变损电量大大超过使用电量，这是很不经济的，在北方这类负荷淡季时间有时长达6个月左右，因此，安装子母变压器对这类负荷降损很明显。,4 停运空载变压器,一些特殊负荷一旦停下来变压器就会空载，如抽水用变压器，只有抽水时有负荷，不抽水时就空载，有时一天之内空载时间会达到810h，在空载时间内应将变压器与电源脱离，以降低变压器空载损耗。,5 变压器经济运行 详见前述内容。,第4节 电网的降损改造,1电网建设与改造的总体设计要

29、求详见有关设计规程。2电网的降损改造,从节能降损的角度来考虑电网的改造主要按以下几方面进行：（1）改造迂回线路。,电网的建设和延伸完全是由于负荷的发展，逐年自然形成的，形成的网络不一定合理，甚至有迂回送电的情况，因此在线路逐年延伸时，就要注意不要形成迂回送电的情况，线路需要分支时，其分支线与主干线以形成4565角为好，一方面实现对主干线提前分流，另一方面避免迂回送电。线路走向改造时主干线要接近负荷中心，分支线角度不能超过90,（2）改造卡脖子线。线路卡脖子线的形成：电源的重新布点，原来线路的末端变成了首端。线路的负荷增大，尤其是增加大用户，造成部分线路卡脖子。原来线路建设标准低。对卡脖子线必须

30、列入计划，应首先改造，一方面要保证供电质量，另一方面要降损节能。改造卡脖子线的标准是：使新线路导线截面积在最大负荷时，其电流密度不大于11.5A/mm2。,（3）改造导线的接续方法。线路导线接续不好，会使接续点发热，并损耗能源。对导线接续应注意以下几点：导线接续应尽量避免缠绕法，而应该改为钳接（有张力时）和设备线夹接续（无张力时）。不同导线接续应在耐张杆的引流或设备上完成，应该用铜铝过渡线夹。导线或设备线夹在安装前应处理好，无锈蚀，安装时要紧固好。导线及设备接续点应定期检查，一年不应少于23次。,（4）灯力混合区应进行灯力分离改造。在配电网中有很多配电变压器的负荷是灯力混合状态，而所供动力负荷又很多为季节性负荷（如农业排灌、农副产品加工等），当动力一停产时，配电变压器只对民用照明供电，形成了变压器严重轻载，将会使损耗大大增加。在进行灯力分离改造时，如一时不能全部更新节能变压器，应将照明用变压器选用节能低耗变压器，高耗变压器可暂时为动力供电，待经济条件允许时可更换低耗变压器。在进行灯力分离改造时，分离出来的照明负荷应尽可能选用单相三线制变压器，一方面高压方便伸入负荷，同时又可大大降低线损。,复习题两个例题,