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电能质量翻译
四川大学电气信息学院
电能质量报告
第二章
王飞鹏
1143031228
108班
2014/6/1
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ORIGINOFPOWERQUALITYVARIATIONS
电能质量变化的来源
Thischapterdescribestheoriginandsomeofthebasicanalysistoolsofpowerqualityvariations
ORIGIN
电能质量变化这章介绍了电能质量变化的基本分析工具的起源
Theconsecutivesectionsofthechapterdiscuss(voltage)frequencyvariations,voltage(magnitude)variations,voltageunbalance,voltagefluctuations(andtheresultinglightflicker),andwaveformdistortion.
本章的连续的章节讨论(电压)频率变化,电压(幅度)的变化,电压不平衡度,电压波动(和由此产生的光线闪烁),和波形失真。
Asummaryandconclusionsforeachofthesectionswillbegivenattheendofthischapter.
一种用于每个部分的摘要和结论将在本章的最后给出。
2.1VOLTAGEFREQUENCYVARIATIONS
2.1电压频率变化
Variationsinthefrequencyofthevoltagearethefirstpowerqualitydisturbancetobediscussedhere.Afteradiscussionontheoriginoffrequencyvariations(thepowerbalance)themethodforlimitingthefrequencyvariations(power–frequencycontrol)isdiscussed.Thesectioncloseswithanoverviewofconsequencesoffrequencyvariationsandmeasurementsoffrequencyvariationsinanumberofinterconnectedsystems.
在该电压的频率变化是第一个电源质量扰动在这里讨论。
后讨论在频率变化(功率平衡)的来源用于限制频率的变化(功率-频率控制)。
本节用的频率变化,和许多相互连接的系统的频率变化的测量结果相近。
2.1.1PowerBalance
2.1.1功率平衡
Storageofelectricalenergyinlargeamountsforlongperiodsoftimeisnotpossible,thereforethegenerationandconsumptionofelectricalenergyshouldbeinbalance.Anyunbalanceingenerationandproductionresultsinachangeintheamountofenergypresentinthesystem.Theenergyinthesystemisdominatedbytherotating
电能的大量用于长时间储存是不可能的,因此,电能的产生和消耗应该是平衡的。
任何不平衡的产生和消耗在能量的系统中存在的量的变化。
在系统中的能量以转动为主
energyErotofallgeneratorsandmotors:
所有的发电机和电动机的能量EROT:
WithJthetotalmomentofinertiaofallrotatingmachinesandvtheangularvelocityatwhichthesemachinesarerotating.AnunbalancebetweengeneratedpowerPgandthetotalconsumptionandlossesPccausesachangeintheamountofrotationalenergyandthusinangularvelocity:
令J为所有旋转电机的转动惯量和v为角速度在这些机器都旋转的总力矩。
发电电力Pg和总消耗量和损失的PC之间的不平衡导致的旋转能量的量,从而在角速度的变化:
TheamountofinertiaisnormallyquantifiedthroughtheinertiaconstantH,whichisdefinedastheratiooftherotationalenergyatnominalspeedv0andabasepowerSb:
转动惯量的值会通过惯性常数H,其定义为旋转能量的额定速度v0和基电源的Sb的比值通常量化
Thebasepowerisnormallytakenasthesumofthe(apparent)ratedpowersofallgeneratorsconnectedtothesystem,butthemathematicsthatwillfollowisindependentofthechoiceofbasepower.Typicalvaluesfortheinertiaconstantoflargesystemsarebetween4and6s.
该基本功率通常取为连接到系统的所有发电机的(明显的)额定功率的总和,但这个数字是独立于基本功率的。
对于大型系统的惯性时间常数典型值是4和6秒之间。
Inserting(2.3)in(2.2),assumingthatthefrequencyremainsclosetothenominalfrequency,andreplacingangularvelocitybyfrequencygivethefollowingexpression:
代入(2.3)在(2.2)中,假设频率保持接近标称频率,并置换角速度由频率给下面的表达式:
WherePgandPcareper-unit(up)valuesonthesamebaseastheinertiaconstantH.
其中PG和PC为每单位(最多)在同一基地为惯性常数H。
值
Considera0.01-puunbalancebetweengenerationandproductioninasystemwithaninertiaconstantof5s.Thisleadstoachangeinfrequencyequalto0.05Hz/s.Iftherewouldbea0.01-pusurplusofgeneration,thefrequencywouldriseto51Hzin20s;fora0.01-pudeficitingenerationthefrequencywoulddropto49Hzin20s.Itisverydifficulttopredicttheloadwitha1%accuracy.Tokeepthefrequencyconstantsomekindofcontrolisneeded.
考虑发电和生产之间的0.01pu不平衡在一个系统中的5秒的惯性时间常数。
这导致了在频率0.05赫兹/秒的变化。
如果将有0.01普盈余,频率将上升到51赫兹在20秒中;对于0.01-PU缺额产生的频率将降低到49赫兹在20秒中。
这是用1%的精度非常难于预测的负载。
为了保持频率恒定的某种控制是必要的。
Thesuddenlossofalargepowerstationof0.15puwillresultinafrequencydropof1Hz/s.In1sthefrequencyhasdroppedto49Hz.Asthesuddenunexpectedlossofalargegeneratorunitcannotberuledout,thereisobviouslytheneedforanauto-maticcontrolofthefrequencyandofthebalancebetweengenerationandconsumption.
大电站突然丧失0.15PU将导致1赫兹/秒的频率下降。
在1s中频率已经下降到49赫兹。
作为一家大型发电机组的突然意外损失无法排除,显然需要对生产和消费之间的平衡的频率和自动控制。
Forcomparisonwecalculatetheamountofelectricalandmagneticenergypresentin500kmofa400-kVthree-phaseoverheadlinewhentransporting1000MWofactivepoweratunitypowerfactor.Assuming1mH/kmand12nF/kmasinductanceandcapacitance,respectively,givesforthe
electricalenergy
CU2=320kJandforthemagneticenergy
2=1040kJ.Forunitypowerfactorthepeaksinmagneticandelectricalenergy(currentandvoltage)occuratthesametime,sothatthemaximumtotalelectromagneticenergyequals1360kJ.Asbeforewecanexpressthisasatimeconstantbydividingwiththeratedpower.Fora1000-MVAbase,wefindatimeconstantof1.4ms.Thisissignificantlylessthanthe4-to6-stimeconstantfortherotationalenergy.Thisexampleconfirmsthestatementatthestartofthissectionthattheenergypresentinapowersystemisdominatedbytherotationalenergyofgeneratorsandmotors.
为了便于比较,我们计算传输时的电和磁的存在于400千伏三相架空线路500公里的架空线中单位功率因数中1000兆瓦的有功功率在。
假设使用1mH/公里
12NF/公里的电感和电容,分别给出了电能320千焦和磁能1040千焦。
为了统一,功率因数在磁性能和电能的峰值(电流和电压)发生在同一时间,以使最大总电磁能量等于1360千焦。
和以前一样,我们可以通过与额定功率相除表示这是一个时间常数。
对于一个1000兆伏安的基站,我们发现有1.4毫秒的时间常数。
这是小于4-至6-S的时间常数对于旋转能量。
这个例子证实了在本节中的陈述即电力系统中的能量由发电机和电动机的转动能量占主导地位。
Power–FrequencyControl
电能频率的控制
Tomaintainthebalancebetweengenerationandconsumptionofelectricalenergymostlargegeneratorunitsareequippedwithpower–frequencycontrol.Maintainingthefrequencyclosetoitsnominalvalueisanaturalconsequenceofmaintainingthebalancebetweengenerationandconsumption.Theprincipleofpower–frequencycontrolisrathersimple.Themeasuredfrequencyiscomparedwithafrequencysetting(thenominalfrequency,50or60Hz,inalmostallcases).Whenthemeasuredfrequencyishigherthanthenominalfrequency,thisindicatesasurplusofrotationalenergyinthesystem.Tomitigatethis,thegeneratorreducesitsactivepoweroutput.Morecorrectly,themechanicalinputtotheturbinegeneratorisreduced.Thisleadsafteratransienttoanewsteadystatewithaloweramountofelectricalenergysuppliedtothesystem.
为了发电和消耗之间的平衡,大型发电机组都配备了功率-频率控制。
维护频率接近其标称值是保持生产和消费之间的平衡的结果。
电源-变频调速的原理是相当单的。
所测量的频率与设置的(标称频率,50或60赫兹,在几乎所有的情况下)相比较。
当所测量的频率比标称频率更高,这表明在系统中的旋转能量过剩。
为了减轻这种情况,发电机降低其有功的功率输出。
更准确地涡轮机发电机,机械输入被降低。
此导致了新的供给系统较少能量的稳定状态。
Theprincipleofpower–frequencycontrolisshowninFigure2.1.Theinputtothespeedgovernorisacorrectedpowersetting(correctedforthedeviationofthefrequencyfromitssetting).Wewillcomebacktothechoiceofthepowersettingbelow.Thespeedgovernorisacontrolsystemthatdeliversasignaltothesteamvalveswithathermalpowerstationtoregulatetheamountofsteamthatreachestheturbine.Theturbinereactstothis,withacertaindelay,bychangingtheamountofmechanicalpower.Muchmoredetailedmodelscanbefoundintheliterature[e.g,6,Chapter10;26,Chapter3].Forthepurposeofthischapter,itissufficienttoknowthatthereisatimedelayofseveralseconds(10sandmoreforlargeunits)betweenachangeinthepowersignalattheinputofthegovernorandanincreaseinthemechanicalpowerproducedbytheturbine.
电源的原理-频率控制如图2.1所示。
输入到调速器的是一个校正后的功率(是频率对于设定值的修正)。
我们回来到下面的电源的选择设置。
限速器是一个控制系统,它提供了一个信号,蒸汽阀与热电站来调节蒸汽到达涡轮机的量。
涡轮对这个结果给予反应,具有一定的延迟,通过改变机械动力的量。
更详细的模型可以在文献[例如,6,第10章找到;26,第3章]。
本章的目的是必须要知道,有几秒钟的延迟时间(10秒多为大户型)在速度调节器的输入功率信号的变化和由涡轮机产生的机械功率增加了之间
。
Ifweconsiderthesysteminsteadystate,wheretheproductionofthegeneratorequalstheinputsignaltothespeedgovernor,themechanicalpowerisasfollows:
如果我们考虑到系统的稳定状态中由发电机产生的量等于输入调速信号需要的量,机械功率为:
whereRisreferredtoasthedropsetting.ThisrelationisshowninFigure2.2.Whenthesystemfrequencydrops,thepowerproductionincreases.Thiscompensatesforthecauseofthefrequencydrop(adeficitofgeneration).Thefrequencysettingisequaltothenominalfrequencyofthesystemandthesameforallgeneratorsconnectedtothesystem.IntheNordicsystemthefrequencyshouldnotonlybewithinacertainbandbutalsoonaveragebeequalto50Hztoensurethatclocksindicateacorrecttime.Whentheintegratedfrequencyerror(thetimedifferenceforaclock)exceedsacertainvalue,thefrequencysettingofthegeneratorsisslightlychanged.Butthesettingremainsthesameforallgenerators.
其中R被称为下降设置。
此关系示于图2.2。
当系统频率下降,电力生产的增加。
这可以补偿的频率下降(代赤字)。
频率设置为系统中最重要的频率并连接到系统的所有发电机的额定频率。
在北欧的系统中频率不应该只在一定的范围内,而且平均等于50赫兹,确保钟表指示正确的时间。
当集成的频率误差(为一个时钟的时间差)超过一定值时,发电机的频率设定稍有改变。
但所有发电机的设置保持相同。
SpinningReserve
旋转备用
Toallowforanincreaseingeneratedpowerwhenthereisadeficitofgeneration,forexample,becausealargeunithasbeendisconnectedfromthesystem,thepowerproducedbyageneratorshouldbelessthanitsmaximumcapacity.Theamountofextrapowerwhichcanbeproducedinamatterofsecondsiscalledspinningreserve.
为了在发电能力在缺额时能增加发电,例如,因为一个大的单元已经断开从系统连接,由一台发电机产生的功率应小于其最大容量。
额外的电能,可以在几秒钟内就可以产生的量称为旋转备用。
Figure2.3Dailyloadcurve(thicksolidcurve)forapowersystem,withthesumofgeneratorpowersettings(thinsolidlines)andthespinningreserve(dashedlines).
图2.3日负荷曲线(粗实线)的动力系统,与发电机电源设置(细实线)之和为旋转备用(虚线)。
interconnectedsystemshouldatleastbeequaltothelargestunitconnectedtothesystem.Forsmallersystemsduringlowload,thespinningreserveshouldberelativelyhigh.However,inlargeinterconnectedsystemsliketheNordicsystemortheEuropeaninterconnectedsystem,aspinningreserveofafewpercentisacceptable.
互联系统应该至少等于连接到系统的最大单元。
对于低负载时更小的系统,旋转备用应该是相对较高的。
然而,在大型互联系统,如北欧系统或欧洲的互联系统,百分之几的一个旋转备用是可以接受的。
ChoiceofPowerSetPointFigure2.3showsahypotheticaldailyloadcurveforasystem.Suchacurveisusedtoscheduletheamountofgenerationcapacityneede
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