電力系統(tǒng)有功無功及調(diào)整

1、第一節(jié) 功率三角形一、 概述 1、有功和無功的概念電力系統(tǒng)無論是發(fā)電廠發(fā)出的電能還是消費的電能，其電功率都可分為有功功率和無功功率。有功功率就是指電能轉(zhuǎn)化為熱能或者機(jī)械能等形式被人們使用或消耗的能量，有功電能是我們最直接能感受到的電功率；而無功功率比較抽象，它是指用于建立電場能和磁場能相互交換所必須的、并用來在電氣設(shè)備中建立和維持磁場的那部分電功率。它不對外作功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?，凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備要建立磁場，都要消耗無功功率。無功功率決不是無用的功率，它的作用很大。電動機(jī)需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動而帶動機(jī)械運(yùn)動的轉(zhuǎn)子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的；變壓器也同樣需要無

2、功功率在變壓器的一次線圈建立磁場，進(jìn)而才能在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此沒有無功功率，電動機(jī)就不會轉(zhuǎn)動，變壓器也不能變壓，交流接觸器也不會吸合。無功功率的符號用Q表示，單位為乏（Var）或千乏（kVar）。 發(fā)電廠(站）擔(dān)負(fù)著向用戶提供安全優(yōu)質(zhì)電能的任務(wù)，由于電能不能儲存，因此發(fā)電廠(站）必須按照用戶的需求向系統(tǒng)實時送出經(jīng)濟(jì)安全優(yōu)質(zhì)足量的有功和無功電能，確?？偘l(fā)出電能與總需求電能的平衡。 2、電能質(zhì)量的兩個重要指標(biāo)電壓和頻率是衡量電能質(zhì)量的兩個重要指標(biāo)，有功功率充足與否直接影響是頻率的變動，而影響電壓質(zhì)量的直接因素就是無功功率。電力系統(tǒng)中各種用電設(shè)備只有在電壓和頻率為額定值時才能有安全運(yùn)行和最好的

3、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。但是在電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行中，用電負(fù)荷和系統(tǒng)運(yùn)行方式都是經(jīng)常變化的，也由此引起電壓和頻率發(fā)生變化，不可避免地出現(xiàn)電壓和頻率偏移。 電力系統(tǒng)運(yùn)行中，頻率的穩(wěn)定與否取決于有功功率的平衡，電壓水平高低取決于無功功率的平衡。系統(tǒng)中的有功電源和各種無功電源的功率輸出必須能滿足系統(tǒng)負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)損耗在額定狀態(tài)下對有功功率和無功功率的需求，否則就會偏離額定值，系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)就不可能實現(xiàn)。二、功率三角形1、有功功率在交流電路中，凡是消耗在電阻元件上、功率不能可逆轉(zhuǎn)換的那部分功率（如轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋⒐饽芑驒C(jī)械能）稱為有功功率，簡稱有功用“P”表示，單位是瓦（W）或千瓦（KW）。它反映了交流電源在電阻元

4、件上做功的能力大小，或單位時間內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌芰啃问降碾娔軘?shù)值。實際上它是交流電在一個周期內(nèi)瞬時轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌芰啃问降碾娔軘?shù)值，故又稱平均功率。它的大小等于瞬時功率最大值的1/2，就是等于電阻元件兩端電壓有效值與通過電阻元件中電流有效值的乘積。2、無功功率無功功率比較抽象，它不對外作功。在交流電路中，凡是具有電感性或電容性的元件，在通過后便會建立起電感線圈的磁場或電容器極板間的電場。因此，在交流電每個周期內(nèi)的上半部分（瞬時功率為正值）時間內(nèi)，它們將會從電源吸收能量用建立磁場或電場；而下半部分（瞬時功率為負(fù)值）的時間內(nèi)，其建立的磁場或電場能量又返回電源。因此，在整個周期內(nèi)這種功率的平均值等于零。就是

5、說，電源的能量與磁場能量或電場能量在進(jìn)行著可逆的能量轉(zhuǎn)換，而并不消耗功率。為了反映以上事實并加以表示，將電感或電容元件與交流電源往復(fù)交換的功率稱之為無功功率，簡稱無功用“Q”表示。單位是乏（Var）或千乏(KVar)。無功功率是交流電路中由于電抗性元件（指純電感或純電容）的存在而進(jìn)行可逆性轉(zhuǎn)換的那部分電功率，它表達(dá)了交流電源能量與磁場或電場能量交換的最大速率。    實際工作中，凡是有線圈和鐵芯的感性負(fù)載，它們在工作時建立磁場所消耗的功率即為無功功率。無功功率決不是無用功率，它的用處很大。電動機(jī)需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，從而帶動機(jī)械運(yùn)動，電動機(jī)

6、的轉(zhuǎn)子磁場就是靠從電源取得無功功率建立的；變壓器也同樣需要無功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場，在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此，沒有無功功率，電動機(jī)就不會轉(zhuǎn)動，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會吸合。 在正常情況下，用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率，同時還需要從電源取得無功功率。如果電網(wǎng)中的無功功率供不應(yīng)求，用電設(shè)備就沒有足夠的無功功率來建立正常的電磁場，這些用電設(shè)備就不能維持在額定情況下工作，用電設(shè)備的端電壓就要下降，用電設(shè)備就不能正常運(yùn)行。 無功功率不足對供電、用電產(chǎn)生的不良影響主要表現(xiàn)在： 降低發(fā)電機(jī)有功功率的輸出。 降低輸、變電設(shè)備的供電能力。 造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。 造

7、成低功率因數(shù)運(yùn)行和電壓下降，使電氣設(shè)備容量得不到充分發(fā)揮。 從發(fā)電機(jī)通過高壓輸電線供給的無功功率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了負(fù)荷的需要，所以在電網(wǎng)中需要添置一些無功補(bǔ)償裝置來補(bǔ)充無功功率，以保證用戶對無功功率的需要，使用電設(shè)備在額定電壓下工作。 3、視在功率交流電源所能提供的總功率，稱之為視在功率，在數(shù)值上是交流電路中電壓與電流的乘積。視在功率用S表示。單位為伏安（VA）或千伏安（KVA）。它通常用來表示交流電源設(shè)備（如變壓器）的容量大小。視在功率既不等于有功功率，也不等于無功功率，但它既包括有功功率，又包括無功功率。能否使視在功率100KVA的變壓器輸出100KW的有功功率，主要取決于負(fù)載的功率因數(shù)。4、

8、功率三角形視在功率（S）、有功功率（P）及無功功率（Q）之間的關(guān)系，可以用功率三角形來表示，如下圖所示。它是一個直角三角形，兩直角邊分別為Q與P，斜邊為S。S與P之間的夾角為功率因數(shù)它反映了該交流電路中電壓與電流之間的相位差（角）。 圖1 功率三角形 各種功率有如下關(guān)系式:第二節(jié) 有功功率和頻率調(diào)整一、頻率隨負(fù)荷的變化與影響1、頻率不穩(wěn)的影響 頻率是衡量電能質(zhì)量的一個重要指標(biāo)，工業(yè)中普遍應(yīng)用的是異步電動機(jī)，其轉(zhuǎn)速和輸出有功均與頻率有關(guān)，頻率的變化直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，頻率的變化也影響電子設(shè)備的精確性。頻率不光是影響工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品，對電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行也是十分有害的。汽輪發(fā)電機(jī)在額定頻率下運(yùn)行時效率

9、最佳，頻率偏高或偏低對葉片都有影響；電廠的給排水泵、風(fēng)機(jī)等在頻率降低時都要減小出力，直接威脅到電力生產(chǎn)的安全；頻率降低時，異步電動機(jī)和變壓器的勵磁電流增大，無功功率損耗增加，這些會使電力系統(tǒng)無功平衡和電壓調(diào)整增加困難。2、頻率偏差范圍 由于系統(tǒng)中的負(fù)荷隨時在變動，發(fā)電機(jī)的電磁功率存在機(jī)械慣性，頻率是不可能絕對平衡的，因此電力系統(tǒng)中的頻率隨時都在變化。為了滿足用戶的需要，頻率的變化有個允許范圍，電力工業(yè)技術(shù)管理法規(guī)中規(guī)定的頻率偏差范圍為： ±0.2±0.5HZ，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家系統(tǒng)頻率偏移大致控制在不超過±0.1 HZ3、系統(tǒng)負(fù)荷的分類 根據(jù)負(fù)荷的變化規(guī)律，系統(tǒng)負(fù)荷

10、可以分為三種，第一種是變化幅度小，變化周期較短；第二種是變化周期較長，屬于此類負(fù)荷的主要有電爐，電氣機(jī)車等；第三種是變化緩慢的持續(xù)變動負(fù)荷。 引起負(fù)荷變化的原因主要是工廠的作息制度、人民的生活規(guī)律等。當(dāng)然負(fù)荷的變化將引起頻率的相應(yīng)的變化。第一種變化負(fù)荷引起的頻率偏移將由發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器進(jìn)行調(diào)整，這種調(diào)整通常稱為頻率的一次調(diào)整；第二種負(fù)荷引起的頻率變動僅靠調(diào)速器的作用往往不能將頻率偏移限制在容許范圍之內(nèi)，這時必須有調(diào)頻器參與頻率調(diào)整，這種調(diào)整通常稱為頻率的二次調(diào)整。二、有功功率與頻率的關(guān)系1、負(fù)荷的有功功率與頻率的關(guān)系當(dāng)頻率變化時，系統(tǒng)中的有功負(fù)荷也將發(fā)生變化，系統(tǒng)中有功負(fù)荷隨頻率的變化特性稱為

11、負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性。根據(jù)所需的有功功率與頻率的關(guān)系可將負(fù)荷分成以下幾種：1）與頻率的變化無關(guān)的負(fù)荷，如照明、整流負(fù)荷。2）與頻率的一次方成正比的負(fù)荷3）與頻率的二次方成正比的負(fù)荷4）與頻率的高次方成正比的負(fù)荷。整個系統(tǒng)的負(fù)荷有功與頻率的關(guān)系式：當(dāng)頻率偏離額定值不大時，負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性常用一條直線近似表示。斜率 稱為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)，由全系統(tǒng)各類負(fù)荷比重決定，不同系統(tǒng)或同一系統(tǒng)不同時刻值都不同，它是不能整定的。2、發(fā)電機(jī)組的有功功率與頻率的關(guān)系當(dāng)系統(tǒng)有功功率平衡遭到破壞，引起頻率變化，原動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)將自動改變原動機(jī)的進(jìn)水量，相應(yīng)增加或減少發(fā)電機(jī)出力，這種有功出力同頻率之間的關(guān)系稱為調(diào)速器的

12、功-頻率靜態(tài)特性。機(jī)組的靜態(tài)調(diào)差系數(shù)上式與系統(tǒng)的負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)公式互為倒數(shù)，但區(qū)別在多了一個負(fù)號，原因是系統(tǒng)中的有功功率是與頻率成正比變化：有功多了，頻率自然升高。發(fā)電機(jī)的有功與頻率成反比變化，并且符號相反。靜態(tài)調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)就是機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率。由靜態(tài)調(diào)差系數(shù)公式可以看出，調(diào)差系數(shù)愈小，頻率的偏移亦愈小，但是因受機(jī)組調(diào)速機(jī)構(gòu)的限制，調(diào)差系數(shù)的調(diào)整范圍是有限的。通常水輪機(jī)組取0.020.04。3、電力系統(tǒng)的有功功率與頻率調(diào)節(jié)關(guān)系要確定電力系統(tǒng)的負(fù)荷變化引起的頻率波動，需要同時考慮負(fù)荷及發(fā)電機(jī)組兩者的調(diào)節(jié)效應(yīng)。 為簡單起見只考慮一臺機(jī)組和一個負(fù)荷的情況.把負(fù)荷和發(fā)電機(jī)的靜態(tài)特性畫在一張圖上

13、。 圖2 發(fā)電機(jī)組的p-f曲線 現(xiàn)假定系統(tǒng)負(fù)荷增加了PD0，其特性曲線變?yōu)镻2（f）,發(fā)電機(jī)組仍是原來的特性，那么新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點將由P2(f)和發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)特性的交點B決定，與此相應(yīng)的系統(tǒng)頻率為f2，由圖可見，由于頻率變化了f, 且f=f2-f1<0此時發(fā)電機(jī)的功率輸出的增量PG=-KGf由于負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)所產(chǎn)生的負(fù)荷功率變化為“PD=KDf當(dāng)頻率下降時，PD是負(fù)的。故負(fù)荷功率的實際增量為：PD+PD0=PD0+KDf它應(yīng)同發(fā)電機(jī)組的功率增量相平衡，即PD+PD0=PG PD0=-（KG+KD）f=-kf根據(jù)上式可知:系統(tǒng)負(fù)荷增加時,在發(fā)電機(jī)組功率頻率特性和負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)共同作

14、用下又達(dá)到了新的功率平衡,即:一方面,負(fù)荷增加,頻率下降,發(fā)電機(jī)按有差調(diào)節(jié)特性增加輸出；另一方面負(fù)荷實際取用的功率也因頻率的下降而有所減小。根據(jù)圖可知：發(fā)電機(jī)組已經(jīng)滿載運(yùn)行，即運(yùn)行到D點，在D點以后，發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)特性將是一條與縱軸平行的直線，在這段KG=0。當(dāng)系統(tǒng)的負(fù)荷再增加時，由于發(fā)電機(jī)已沒有可調(diào)節(jié)的容量，不能再增加輸出了，只有靠頻率下降后負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)的作用來取得新的平衡，但由于負(fù)荷的調(diào)節(jié)效應(yīng)數(shù)值比較小，所以負(fù)荷增加所引起的頻率下降就相當(dāng)嚴(yán)重了。三、電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整1、自動發(fā)電控制AGC系統(tǒng)利用調(diào)度監(jiān)控計算機(jī)、通道、遠(yuǎn)方終端、執(zhí)行裝置、發(fā)電機(jī)組自動化裝置等組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，監(jiān)測、

15、調(diào)整電力系統(tǒng)的頻率來控制發(fā)電機(jī)出力。它是電力系統(tǒng)調(diào)度自動化的主要內(nèi)容之一。 （1）簡介 AGC是發(fā)電機(jī)組在規(guī)定的出力調(diào)整范圍內(nèi)，跟蹤電力調(diào)度下發(fā)的指令，按照一定調(diào)節(jié)速率實時調(diào)整發(fā)電出力滿足電力系統(tǒng)頻率和聯(lián)絡(luò)線功率控制要求的操作，或者說自動發(fā)電控制是對電網(wǎng)部分機(jī)組出力進(jìn)行調(diào)整,以滿足控制目標(biāo)要求。基本功能是：負(fù)荷頻率控制（LFC）、經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制（EDC）、備用容量監(jiān)視（RM）、AGC性能監(jiān)視（AGC PM）、聯(lián)絡(luò)線偏差控制（TBC）等?；灸繕?biāo)是：保證發(fā)電出力與負(fù)荷平衡，保證系統(tǒng)頻率為額定值。電力系統(tǒng)的供電頻率是系統(tǒng)正常運(yùn)行的主要參數(shù)之一，若總輸出功率與總功率消耗之間失去平衡時頻率就發(fā)生波動，嚴(yán)

16、重時會出現(xiàn)頻率崩潰，要保證電能的質(zhì)量，就必須對電力系統(tǒng)頻率進(jìn)行監(jiān)視和調(diào)整。當(dāng)頻率偏離額定值后，就調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的出力以使電力系統(tǒng)的有功功率達(dá)到新的平衡。所以，自動發(fā)電控制是通過對供電頻率的監(jiān)測、調(diào)整實現(xiàn)的。 一個大的電力系統(tǒng)是由幾個區(qū)域電力系統(tǒng)通過聯(lián)絡(luò)線互聯(lián)構(gòu)成。各區(qū)域電力系統(tǒng)按預(yù)定計劃進(jìn)行功率交換。每一個區(qū)域電力系統(tǒng)的負(fù)荷、線路損耗與聯(lián)絡(luò)線凈交換功率之和必須與該地區(qū)的發(fā)電出力相等。 （2）控制指標(biāo)自動發(fā)電控制的功能指標(biāo)為 1）電力系統(tǒng)頻率偏差(f)小于±0.1Hz。 2）與鄰區(qū)電力系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線凈交換功率保持在計劃值。 （3）調(diào)頻廠與非調(diào)頻廠參加調(diào)頻的發(fā)電廠稱為調(diào)頻廠，對調(diào)頻廠的要求為：

17、1）所有調(diào)頻廠的調(diào)速系統(tǒng)均應(yīng)符合自動控制的要求，調(diào)整靈敏，死區(qū)小等； 2）水電廠的機(jī)組自動裝置和火電廠的常規(guī)熱工自動裝置應(yīng)完好地投用； 3）水電站的機(jī)組可調(diào)容量應(yīng)滿足0100的要求； 4）火電廠的可調(diào)容量要求滿足50100額定范圍內(nèi)調(diào)整。負(fù)荷變動速度要求最大為每分鐘3%額定值。2、頻率調(diào)整和電壓的關(guān)系電力系統(tǒng)中的有功功率和無功功率需求既同電壓有關(guān)，也同頻率有關(guān)，頻率或電壓的變化都將通過系統(tǒng)的負(fù)荷特性同時影響到有功功率和無功功率的平衡。當(dāng)系統(tǒng)中的頻率下降時，無功需求略有增加；頻率高時，無功需求略有減少。當(dāng)電網(wǎng)中的電壓提高時，負(fù)荷所需的有功功率將要增加，電網(wǎng)中的損耗略有減少，系統(tǒng)總的有功功率需求有

18、所增加。如果有功電源不充裕，將引起頻率的下降；當(dāng)電壓降低時，系統(tǒng)總的有功需求將要減少，從而導(dǎo)致頻率的升高。當(dāng)系統(tǒng)由于有功和無功不足引起頻率和電壓都偏低時，應(yīng)該首先解決有功功率平衡的問題，因為頻率的提高能減少無功功率的缺額，這對于調(diào)整電壓是有利的；但如果首先去提高電壓，就會擴(kuò)大有功的缺額，導(dǎo)致頻率更加下降，因而無助于改善系統(tǒng)的運(yùn)行條件。調(diào)頻和調(diào)壓的區(qū)別，全系統(tǒng)的頻率是統(tǒng)一的，調(diào)頻涉及整個系統(tǒng)，而無功功率平衡和電壓調(diào)整則有可能按地區(qū)解決。第三節(jié) 無功功率與電壓調(diào)整一、電壓的變化與影響 1、電壓不穩(wěn)的影響 電壓是衡量電能質(zhì)量的又一個重要指標(biāo)，電壓過高或過低都會對用戶造成不良的影響： （1）、低電壓的

19、危害： 在電力系統(tǒng)中最常見的用電設(shè)備是異步電動機(jī)、各種電熱設(shè)備、照明用具以及家用電器。這些設(shè)備與電壓的關(guān)系十分密切。電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩是與電壓的平方成正比，當(dāng)電壓下降時轉(zhuǎn)矩也下降，如果電動機(jī)所拖的機(jī)械負(fù)荷不變，電動機(jī)的轉(zhuǎn)差增大，定子電流也隨之增大，發(fā)熱加劇繞組溫度增高，加速絕緣老化，當(dāng)電壓再低時，電動機(jī)將停轉(zhuǎn)；電壓降低，照明燈不亮，電爐冶煉時間長，降低效率；電壓降低，會使網(wǎng)絡(luò)中的功率損耗和能量損耗將加大，電壓過低還可能危及電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。 （2）、電壓高的危害： 電壓偏高，用電設(shè)備的使用壽命將縮短，加在設(shè)備上的電場變強(qiáng)，使介質(zhì)中的局部產(chǎn)生放電就是電老化，在超高壓網(wǎng)絡(luò)中還將增加電暈損耗等。 2、電壓

20、偏差允許范圍 電力系統(tǒng)根據(jù)電壓等級的不同，制定了各類用戶的電壓偏差允許范圍：1）35kV及以上用戶供電電壓正負(fù)偏差絕對值之和不超過額定電壓的10%。2）10kV用戶的電壓允許偏差值，為系統(tǒng)額定電壓的±7%。3）380V用戶的電壓允許偏差值，為系統(tǒng)額定電壓的±7%。4）220V用戶的電壓允許偏差值，為系統(tǒng)額定電壓的+5%-10%。 事故后考慮時間較短，事故又不經(jīng)常發(fā)生，電壓偏移容許比正常值再多5%。二、 無功功率與電壓的關(guān)系 1、負(fù)荷的無功與電壓的關(guān)系電力系統(tǒng)負(fù)荷中，大部分是感性負(fù)荷，需要消耗無功功率，現(xiàn)在以幾個典型的無功負(fù)荷研究無功功率與電壓的關(guān)系。1）異步電動機(jī)異步電動機(jī)

21、是電力系統(tǒng)中的主要無功負(fù)荷，占了比較大的比重。根據(jù)異步電動機(jī)的等值電路，列出它所消耗的無功功率為：為勵磁功率同電壓平方成正比，實際上當(dāng)電壓較高時，由于飽和影響，勵磁電抗還將下降，所需的無功會更多； 為漏抗所需的無功損耗，如果負(fù)載功率不變，當(dāng)電壓降低時，轉(zhuǎn)差將增大，定子電流隨之增大，相應(yīng)地在漏抗中的無功損耗也要增大。綜合這兩部分無功功率的變化特點，可得異步電機(jī)的無功功率與端電壓的關(guān)系曲線如圖。圖3 電動機(jī)的Q-v曲線可見，在額定電壓附近，電動機(jī)的無功功率隨電壓的升降而增減，當(dāng)電壓明顯地低于額定值時，無功功率主要由漏抗中的無功損耗決定，隨電壓下降具有上升的性質(zhì)。2）變壓器的無功損耗變壓器無功損耗包

22、括勵磁損耗和漏抗損耗。勵磁功率大致與電壓平方成在正比，當(dāng)通過變壓器的視在功率不變時，漏抗中損耗的無功功率與電壓平方正反比，變壓器的無功損耗電壓特性也與異步電動機(jī)的相似。由于變壓器的、數(shù)值比較大，變壓器在額定情況下，消耗的無功功率的數(shù)值相當(dāng)可觀，因此變壓器空載運(yùn)行也要消耗電能。3）輸電線路的無功損耗 輸電線路用形等值電路表示線路串聯(lián)電抗中的無功功率損耗與所通過電流的平方成正比：即 線路電容的充電功率 線路的無功功率總損耗為 +=從線路的無功功率總損耗可以看出，線路輕載時，線路的無功總損耗為負(fù)，電路變?yōu)榱藷o功電源，因此晚高峰過后，有的電廠機(jī)組需深度進(jìn)相運(yùn)行。從以上幾個典型的無功損耗元件的無功損耗特

23、性可以看出，電壓與無功成在緊密的關(guān)系。2、無功電源與電壓的關(guān)系電壓是電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的又一個重要指標(biāo)，系統(tǒng)中的無功電源出力應(yīng)滿足系統(tǒng)所有無功負(fù)荷加網(wǎng)絡(luò)損耗的需求，否則電壓就會偏離額定值。電壓偏低時，系統(tǒng)中的功率損耗和能量損耗就會加大，電壓過低時還可能危及系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，甚至引起電壓崩潰；電壓過高時，各種電氣設(shè)備的絕緣可能受到損害，只有通過合理的無功補(bǔ)償才能使電壓水平達(dá)到額定運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)和滿足用戶的要求。在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，無功電源在任何時刻都應(yīng)同負(fù)荷的無功功率加電網(wǎng)的無功損耗之和（及總的無功負(fù)載）相等，也就是說無論何時電網(wǎng)中的無功總是平衡的，問題在于無功的這種平衡是在什么樣的電壓水平下實現(xiàn)的。圖

24、4 無功電源與電壓的關(guān)系曲線系統(tǒng)總的無功電源包括發(fā)電機(jī)輸出的無功功率和各種無功補(bǔ)償設(shè)備的無功功率。上圖所示的無功電源與電壓的關(guān)系曲線中，1、3是系統(tǒng)（無功電源）的無功電壓曲線，2、4是負(fù)荷的無功電壓曲線。 如果此時系統(tǒng)的無功功率是平衡的，那么曲線1與曲線2的交點a，即為額定電壓下的無功平衡點，對應(yīng)的電壓就是額定電壓Ue；當(dāng)負(fù)荷無功增加時，負(fù)荷的無功電壓特性如曲線4，如果此時系統(tǒng)的無功沒有相應(yīng)的增加，電源的電壓無功特性曲線仍為曲線1，這時曲線1與曲線4的交點c就代表了新的無功平衡點，并由此決定了負(fù)荷電壓為Ua，顯然 UaUe，這說明負(fù)荷無功增加后，系統(tǒng)的無功總電源已不能滿足在額定電壓Ue下無功平

25、衡的需要，因此，只好降低電壓運(yùn)行，以取得在較低電壓Ua下的無功功率平衡。如果此時系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電機(jī)又無充足的無功備用，我們只有通過投入無功補(bǔ)償電容器，使系統(tǒng)的無功電壓特性曲線上移到曲線3，從而使曲線3與曲線4的交點b所確定的電壓接近額定電壓Ue。 所以，投切無功補(bǔ)償裝置可以補(bǔ)償系統(tǒng)無功、穩(wěn)定和提高系統(tǒng)電壓水平，確保在額定電壓Ue下的無功平衡。三、 電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整1、電壓的調(diào)整概述電壓的調(diào)整，一般采用就地調(diào)整，因為在線路上傳輸無功既增加電壓損耗，又增加有功損耗。調(diào)壓方式：逆調(diào)壓、順調(diào)壓、常調(diào)壓。大負(fù)荷時升高電壓、小負(fù)荷時降低電壓，這種調(diào)壓方式稱為“逆調(diào)壓”。大負(fù)荷時允許偏低電壓運(yùn)行，但不能低于額定

26、值的2.5%；小負(fù)荷時允許偏高一些運(yùn)行，但不超過額定電壓的7.5%，這種方式成為順調(diào)壓。介于逆調(diào)壓和順調(diào)壓之間的調(diào)壓叫常調(diào)壓，即在任何負(fù)荷下，中樞點電壓保持為恒定的數(shù)值。逆調(diào)壓方式用于遠(yuǎn)距離、負(fù)荷波動大的中樞點； 順調(diào)壓方式用于離負(fù)荷中心近、或負(fù)荷波動小的中樞點。實現(xiàn)電壓調(diào)整的方法：1）發(fā)電機(jī)調(diào)壓改變發(fā)電機(jī)勵磁電流的大小進(jìn)行調(diào)壓。2）改變變壓的分接頭進(jìn)行調(diào)壓一般廠站的主變壓器高壓側(cè)都有分接頭，能改變分接頭進(jìn)行調(diào)壓。變壓器調(diào)壓是有級調(diào)壓，變化幅度比較大。變壓器調(diào)壓分為：有載調(diào)壓和無載調(diào)壓。3）改變網(wǎng)絡(luò)的無功功率分配各電力網(wǎng)的網(wǎng)點采用無功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償。4）改變線路參數(shù)在線路上串接電容器。利用電

27、容器的容抗補(bǔ)償線路的感抗，使電壓損耗中分量減小，從而提高線路末端電壓。未串前： 串后:以上兩式電壓損耗之差，使線路末端電壓提高的數(shù)值串聯(lián)接入的電容器安裝地點與負(fù)荷和電源的分布有關(guān),地點選擇的原則是:使沿線電壓盡可能均勻,各負(fù)荷點電壓都在允許范圍內(nèi)。電容的串接要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)來定,對單電源線路,要求到線路末端安裝,這樣可以避免始端電壓過高和通過電容器的短路電流過大；對沿線有若干個負(fù)荷,安裝在補(bǔ)償前產(chǎn)生二分之一線路電壓損耗之處.串補(bǔ)一般用于35KV、10KV、負(fù)荷波動大而頻繁、功率因數(shù)又很低的配電線路上，補(bǔ)償所需要的容抗值XC和被補(bǔ)償線路原來的感抗值XL之比稱為補(bǔ)償度一般選在14之間。對超高壓輸電線路加

28、上串補(bǔ)，其作用在于提高輸送容量和提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，其補(bǔ)償度也不一致。 2、自動電壓控制AVC系統(tǒng)介紹電網(wǎng)自動無功電壓閉環(huán)控制系統(tǒng)(簡稱AVC系統(tǒng))是通過監(jiān)視關(guān)口的無功和變電站母線電壓，保證關(guān)口無功和母線電壓合格的條件下進(jìn)行無功電壓優(yōu)化計算，通過改變電網(wǎng)中可控?zé)o功電源的出力，無功補(bǔ)償設(shè)備的投切，變壓器分接頭的調(diào)整來滿足安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件，提高電壓質(zhì)量，降低網(wǎng)損。系統(tǒng)優(yōu)化的目標(biāo)為關(guān)口無功合格，母線電壓合格，網(wǎng)損最優(yōu)。圖5為AVC系統(tǒng)的原理框圖?，F(xiàn)根據(jù)圖5對系統(tǒng)簡單介紹如下:(1)AVC系統(tǒng)接口與SCADA系統(tǒng)的的連接它是通過地區(qū)變電站內(nèi)的RTU與系統(tǒng)服務(wù)器及SCADA工作站通信的，所以每個變電站

29、內(nèi)都要有遠(yuǎn)方終端，它是電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的重要組成部分，它的主要任務(wù)是將變電站的實時運(yùn)行信息送給調(diào)度控制中心，把調(diào)度的控制、調(diào)節(jié)等命令送給廠站執(zhí)行。(2) AVC系統(tǒng)接口與省網(wǎng)主站AVC系統(tǒng)的連接通過與省網(wǎng)主站AVC系統(tǒng)的連接通信，地區(qū)電網(wǎng)可根據(jù)省局下發(fā)的無功指令對電容器和變壓器分接頭進(jìn)行調(diào)節(jié)，對各變電站進(jìn)行電壓無功的調(diào)整，進(jìn)而實現(xiàn)對地區(qū)電網(wǎng)的無功優(yōu)化控制。(3) 系統(tǒng)的基本功能 全網(wǎng)電壓優(yōu)化功能:當(dāng)無功功率流向合理，某變電站10kV側(cè)母線電壓越上限或越下限運(yùn)行，處在不合理范圍時，分析同電源、同電壓等級變電站和上級變電站電壓情況，決定是調(diào)節(jié)本變電站有載主變分接頭開關(guān)還是調(diào)節(jié)上級電源變電站有載主

30、變分接頭開關(guān)檔位，實現(xiàn)全網(wǎng)調(diào)節(jié)電壓，可以達(dá)到以盡可能少的有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)，達(dá)到最大范圍地提高電壓水平，同時避免了多變電站多主變同時調(diào)節(jié)主變分接開關(guān)可能引起的調(diào)節(jié)振蕩。圖5 自動電壓無功控制系統(tǒng)原理框圖全網(wǎng)調(diào)節(jié)電壓，可以達(dá)到以盡可能少的有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)，達(dá)到最大范圍地提高電壓水平，同時避免了多變電站多主變同時調(diào)節(jié)主變分接開關(guān)可能引起的調(diào)節(jié)振蕩。實施有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)優(yōu)化分配，保證了電網(wǎng)有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)動作安全和減少日常維護(hù)工作量。實現(xiàn)熱備用有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)檔位聯(lián)調(diào)，使熱備用有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)檔位與運(yùn)行有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)檔位一致調(diào)節(jié)，可迅

31、速完成熱備用變壓器的并聯(lián)運(yùn)行。 全網(wǎng)無功優(yōu)化功能:當(dāng)電網(wǎng)內(nèi)各級變電站電壓處在合格范圍內(nèi)時，可控制本級電網(wǎng)內(nèi)無功功率流向，使其更為合理，達(dá)到無功功率分層就地平衡，提高受電功率因數(shù)。依據(jù)電網(wǎng)對電壓、無功變化的需要，計算并決策同電壓等級不同變電站電容器組、同變電站不同容量電容器組誰優(yōu)先投入。省網(wǎng)關(guān)口功率因數(shù)不合格時，優(yōu)化220kV及其下級變電所的電容器組的投切。無功電壓綜合優(yōu)化功能:當(dāng)變電站10kV母線電壓越上限時，先降低主變分接開關(guān)檔位，如達(dá)不到要求，再切除電容器。當(dāng)變電站10kV母線電壓超下限時，先投入電容器，達(dá)不到要求時，再提高主變分接開關(guān)檔位，盡可能做到電容器投入量達(dá)到最合理。預(yù)測10kV母線電壓和負(fù)荷變化，防止無功補(bǔ)償設(shè)備投切振蕩。網(wǎng)損的優(yōu)化：在電壓和功率都合格的情況下，通過設(shè)備的電壓、網(wǎng)損靈敏度分析和綜合的調(diào)整費用來進(jìn)行排隊選擇控制的設(shè)備。對設(shè)備的控制保證電壓合格，同時不引起電壓的太大變化。通過定義設(shè)備的調(diào)整費用來控制調(diào)整頻度和調(diào)整優(yōu)先級。實現(xiàn)逆調(diào)壓：軟件系統(tǒng)可以根據(jù)當(dāng)前的負(fù)荷水平，自動實現(xiàn)高峰負(fù)荷電壓偏上限運(yùn)行，低谷負(fù)荷電壓偏下限運(yùn)行的逆調(diào)壓功能。電壓校正、功率因數(shù)校正、網(wǎng)損優(yōu)化這三個功能的優(yōu)先