第六章 電力系統(tǒng)無功與電壓調(diào)整

1、1第六章第六章 電力系統(tǒng)的無功功率和電壓調(diào)整電力系統(tǒng)的無功功率和電壓調(diào)整6.1 概述概述 6.2 無功功率的平衡無功功率的平衡6.3 無功平衡與電壓水平無功平衡與電壓水平6.4 電壓的調(diào)整控制電壓的調(diào)整控制2第六章第六章 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整控制電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整控制6.1 概述概述 （ U 、Q 調(diào)控的必要性調(diào)控的必要性）36.1 概述概述 （ U 、Q 調(diào)控的必要性調(diào)控的必要性）電壓是衡量電能質(zhì)量的重要指標之一質(zhì)量合格的電壓應(yīng)該在四個方面都能滿足國標電壓波動和閃變電壓波動和閃變電網(wǎng)諧波電網(wǎng)諧波三相對稱度三相對稱度NUUU對對用電設(shè)備用電設(shè)備：（1 1）效率下降，經(jīng)濟性變差

2、。）效率下降，經(jīng)濟性變差。（2 2）電壓過高，照明設(shè)備壽命下降，影響絕緣。）電壓過高，照明設(shè)備壽命下降，影響絕緣。（3 3）電壓過低，異步電動機定子電流增大，溫升增加，）電壓過低，異步電動機定子電流增大，溫升增加， 電機發(fā)熱。電機發(fā)熱。 （4 4）降低生產(chǎn)率，出廢品、次品）降低生產(chǎn)率，出廢品、次品電壓偏移過大的不利影響對對電力系統(tǒng)本身電力系統(tǒng)本身： （1 1）電壓過低，危及系統(tǒng)穩(wěn)定性，系統(tǒng)電壓崩潰）電壓過低，危及系統(tǒng)穩(wěn)定性，系統(tǒng)電壓崩潰 （2 2）電壓過高，破壞絕緣，高壓線路電暈現(xiàn)象）電壓過高，破壞絕緣，高壓線路電暈現(xiàn)象圖圖 “ “電壓崩潰電壓崩潰”現(xiàn)象現(xiàn)象 不可能使所有節(jié)點電壓都保持為額定值

3、。不可能使所有節(jié)點電壓都保持為額定值。（1 1）設(shè)備及線路壓降）設(shè)備及線路壓降（2 2）負荷波動）負荷波動 -P-P、QQ（3 3）運行方式改變）運行方式改變 -R-R、X X電壓偏移可以避免嗎？*2222*2222222222()()PjQSdURjXRjXUUP RQ XP XQ RjUUUj U 圖圖 沿沿線線路路各各點點電電壓壓的的變變化化 8電壓偏移的允許范圍9如何保證電壓偏移在允許范圍內(nèi)？如何保證電壓偏移在允許范圍內(nèi)？首先研究電力系統(tǒng)的電壓水平取決首先研究電力系統(tǒng)的電壓水平取決于什么？于什么？合理的無功功率平衡（配置）是保證電壓水平的關(guān)鍵10第第六章六章 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)

4、整控制電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整控制6.2 無功功率的平衡無功功率的平衡無功功率平衡 無功負荷與無功電源失去平衡時，無功負荷與無功電源失去平衡時， 會引起系統(tǒng)電壓的升高或下降會引起系統(tǒng)電壓的升高或下降 無功功率的平衡應(yīng)本著 分層、分區(qū)、就地平衡的原則 無功電源的無功輸出應(yīng)能滿足 系統(tǒng)負荷和網(wǎng)絡(luò)損耗在額定電壓下 對無功功率的需求1無功功率負荷無功功率負荷 XIXVQQQmmM22 一、需求側(cè)-無功功率負荷和無功功率損耗異步電動機異步電動機是電力系統(tǒng)的主要無功負荷是電力系統(tǒng)的主要無功負荷圖圖5-2 5-2 異步電動機的簡化等值電路異步電動機的簡化等值電路 jX圖 異步電動機的無功功率與端電壓的關(guān)

5、系 受載系數(shù)受載系數(shù): :實際負載和額定負載之比實際負載和額定負載之比. .在額定電壓附近，電動機在額定電壓附近，電動機的無功功率隨電壓的升降的無功功率隨電壓的升降而增減而增減系統(tǒng)無功負荷的電壓特性主要由異步電動機決定 2變壓器的無功損耗變壓器的無功損耗220220%100100LTTTTkNNNSQQQU BXUIUSUSSU假定一臺變壓器的空載電流假定一臺變壓器的空載電流I I0 0%=2.5%=2.5，短路電壓，短路電壓V VS S%=10.5%=10.5，在額定滿載下運行時，無功功率的消耗將達額定容量的在額定滿載下運行時，無功功率的消耗將達額定容量的13%13%。如果從電源到用戶需要經(jīng)

6、過好幾級變壓，則變壓器中無功如果從電源到用戶需要經(jīng)過好幾級變壓，則變壓器中無功功率損耗的數(shù)值是相當可觀的。功率損耗的數(shù)值是相當可觀的。3輸電線路的無功損輸電線路的無功損耗耗圖圖5-4 輸電線路的輸電線路的型等值電路型等值電路 222211222212LPQPQQXXUU 2212()2BBQUU線路的無功總損耗為線路的無功總損耗為22221112212LBPQUUQQXBU一般情況下，一般情況下，35kV35kV及以下系統(tǒng)消耗無功功率；及以下系統(tǒng)消耗無功功率；110kV110kV及以上系統(tǒng)，輕載或空載時，成為無功電源，傳輸功及以上系統(tǒng)，輕載或空載時，成為無功電源，傳輸功率較大時，消耗無功功率。

7、率較大時，消耗無功功率。二、無功功率電源側(cè)q 發(fā)電機q 同步調(diào)相機q 靜電電容器 q 靜止無功補償器 q 靜止無功發(fā)生器 無功功率電源圖圖 發(fā)電機發(fā)電機的的P-QP-Q極限極限 1. 發(fā)電機發(fā)電機唯一的有功功率電源，又是最基本的無功功率電源 在在欠勵磁欠勵磁運行時（欠勵磁最大容量只有過勵磁容量的運行時（欠勵磁最大容量只有過勵磁容量的（50% 50% 65%65%）) )，它從系統(tǒng)吸取感性無功功率而起無功負，它從系統(tǒng)吸取感性無功功率而起無功負荷作用，可降低系統(tǒng)電壓。荷作用，可降低系統(tǒng)電壓。 同步調(diào)相機相當于只發(fā)無功的同步發(fā)電機。同步調(diào)相機相當于只發(fā)無功的同步發(fā)電機。 在在過勵磁過勵磁運行時，它向

8、系統(tǒng)供給感性無功功率而起無運行時，它向系統(tǒng)供給感性無功功率而起無功電源的作用，能提高系統(tǒng)電壓；功電源的作用，能提高系統(tǒng)電壓； 它能根據(jù)裝設(shè)地點電壓的數(shù)值平滑改變輸出（或吸?。┧芨鶕?jù)裝設(shè)地點電壓的數(shù)值平滑改變輸出（或吸?。┑臒o功功率，進行電壓調(diào)節(jié)。因而的無功功率，進行電壓調(diào)節(jié)。因而調(diào)節(jié)性能較好調(diào)節(jié)性能較好。 2. 同步調(diào)相機同步調(diào)相機缺點：同步調(diào)相機是旋轉(zhuǎn)機械，運行維護比較復雜；有功功率損耗較大，在滿負荷時約為額定容量的(1.55)%，容量越小，百分值越大；小容量的調(diào)相機每kVA容量的投資費用也較大。故同步調(diào)相機宜大容量集中使用，容量小于5MVA的一般不裝設(shè)。同步調(diào)相機常安裝在樞紐變電所 。

9、靜電電容器可按三角形和星形接法連接在變電所母線上。它供給的無功功率QC值與所在節(jié)點電壓的平方成正比，即 缺點：電容器的無功功率調(diào)節(jié)性能比較差。 優(yōu)點：靜電電容器的裝設(shè)容量可大可小，既可集中使用，又可以分散安裝。且電容器每單位容量的投資費用較小，運行時功率損耗亦較小，維護也較方便。QC=U 2/XC3. 靜電電容器靜電電容器 靜止補償器由靜止補償器由靜電電容器靜電電容器與與電抗器電抗器并聯(lián)組并聯(lián)組成成 電容器電容器可發(fā)出無功功率，可發(fā)出無功功率，電抗器電抗器可吸收無可吸收無功功率，兩者結(jié)合起來，再配以適當?shù)墓β?，兩者結(jié)合起來，再配以適當?shù)恼{(diào)節(jié)調(diào)節(jié)裝置裝置，就能夠平滑地改變輸出（或吸收）的，就能

10、夠平滑地改變輸出（或吸收）的無功功率。無功功率。4. 靜止補償器靜止補償器圖圖 靜止無功補償器的原理圖靜止無功補償器的原理圖 (a)可控飽和電抗器型；(b)自飽和電抗器型；(c)可控硅控制電抗器型；(d) 可控硅控制電抗器和可控硅投切電容器組合型245. 靜止無功發(fā)生器靜止無功發(fā)生器 一種更為先進的靜止型無功補償裝置SVG 主體是電壓源型逆變器 適當控制逆變器的輸出電壓， 就可以靈活地改變SVG地運行工況， 使其處于容性、感性或零負荷狀態(tài) 與SVC比較，SVG具有相應(yīng)快、運行范圍寬、諧波電流含量少等優(yōu)點。尤其是電壓較低時仍可向系統(tǒng)注入較大的無功電流 三、無功功率平衡三、無功功率平衡電力系統(tǒng)無功

11、功率平衡的基本要求電力系統(tǒng)無功功率平衡的基本要求：系統(tǒng)中的系統(tǒng)中的無功電源無功電源可以發(fā)出的無功功率應(yīng)該大于可以發(fā)出的無功功率應(yīng)該大于或至少等于或至少等于負荷負荷所需的無功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無功所需的無功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗損耗。 GCLDLresQQQQ Q Qresres00表示系統(tǒng)中無功功率可以平衡且有適量的表示系統(tǒng)中無功功率可以平衡且有適量的備用；備用；Q Qresres00表示系統(tǒng)中無功功率不足，應(yīng)考慮加設(shè)無表示系統(tǒng)中無功功率不足，應(yīng)考慮加設(shè)無功補償裝置。功補償裝置。 無功功率平衡 (1) 系統(tǒng)電源的總無功出力系統(tǒng)電源的總無功出力QGC 包括包括 發(fā)電機的無功功率發(fā)電機的無功功率QG

12、各種無功補償設(shè)備的無功功率各種無功補償設(shè)備的無功功率QC， QGCQGQG (2) 總無功負荷總無功負荷QLD按其按其有功有功和和功率因數(shù)功率因數(shù)計算計算 (3) 網(wǎng)絡(luò)的總無功損耗網(wǎng)絡(luò)的總無功損耗QL包括包括 變壓器的無功損耗變壓器的無功損耗QLT 線路電抗的無功損耗線路電抗的無功損耗QL 線路電納的無功功率線路電納的無功功率QB QL QLTQLQB 27無功不足應(yīng)采取的措施無功不足應(yīng)采取的措施 (1)要求各類用戶將負荷的功率因數(shù)提高到現(xiàn)行規(guī)程規(guī)定的數(shù)值。 (2)挖掘系統(tǒng)的無功潛力。例如將系統(tǒng)中暫時閑置的發(fā)電機改作調(diào)相機運行；動員用戶的同步電動機過勵磁運行等。 (3)根據(jù)無功平衡的需要，增添

13、必要的無功補償容量，并按無功功率就地平衡的原則進行補償容量的分配。 小容量的、分散的無功補償可采用靜電容電器； 大容量的、配置在系統(tǒng)中樞點的無功補償則宜采用同步調(diào)相機或靜止補償器。n電力系統(tǒng)的無功功率平衡應(yīng)分別按正常運行時的最大和最小負荷進行計算。 經(jīng)過無功功率平衡計算發(fā)現(xiàn)無功功率不足時，可以采取的措施有：l無功平衡是一個比有功平衡更復雜的問題(1) 要考慮總的、分區(qū)的無功平衡(2) 要計及超高壓線路充電功率、網(wǎng)損、 線路改造、投運、新變壓器投運 及各種大用戶對無功平衡的影響l 一般無功按就地平衡的原則進行補償容量的分配l (1) 小容量、分散的無功補償可用靜電電容器l (2) 大容量的配置在

14、系統(tǒng)中樞點的無功補償l 則宜采用同步調(diào)相機或SVC無功功率平衡第第六六章章 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整控制電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整控制6.3 無功平衡與電壓水平無功平衡與電壓水平圖圖 隱極機等值電路和相量圖隱極機等值電路和相量圖 QGC=QLD+QL 無功功率平衡和電壓水平的關(guān)系 例例: :隱極機經(jīng)過一段線路向負荷供電隱極機經(jīng)過一段線路向負荷供電 sincosXEVVIP XVXEVVIQ2cossin XVPXEVQ222 當當P P為一定值時，得為一定值時，得 cossinsincosEXIVEXI 應(yīng)該力求維持電壓在額定電壓應(yīng)該力求維持電壓在額定電壓實現(xiàn)無功功率在額定電壓下的平衡是

15、保證電壓實現(xiàn)無功功率在額定電壓下的平衡是保證電壓質(zhì)量的基本條件；要求無功電壓充足質(zhì)量的基本條件；要求無功電壓充足異步電機無異步電機無功電壓特性功電壓特性曲線曲線發(fā)電機無功發(fā)電機無功電壓特性曲線電壓特性曲線初始運行點初始運行點a（發(fā)電機特性曲線（發(fā)電機特性曲線1，負荷特性曲線，負荷特性曲線2）負荷增加時，運行點到負荷增加時，運行點到a電壓降低電壓降低33第第六六章章 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整控制電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整控制6.4 電壓的調(diào)整控制電壓的調(diào)整控制34一、電壓調(diào)整概念（中樞點的電壓管理一、電壓調(diào)整概念（中樞點的電壓管理 ）1. 電壓中樞點電壓中樞點 指那些能夠反映和控制整個系統(tǒng)

16、電壓水平的節(jié)指那些能夠反映和控制整個系統(tǒng)電壓水平的節(jié) 點（母線）。點（母線）。 2. 電壓中樞點的選擇電壓中樞點的選擇 區(qū)域性發(fā)電廠的高壓母線；區(qū)域性發(fā)電廠的高壓母線； 樞紐變電所的高壓母線和二次母線；樞紐變電所的高壓母線和二次母線； 有大量地方負荷的發(fā)電機電壓母線；有大量地方負荷的發(fā)電機電壓母線； 城市直降變電所的二次母線。城市直降變電所的二次母線。 圖圖 電力系統(tǒng)的電壓中樞點電力系統(tǒng)的電壓中樞點 例：中樞點中樞點中樞點中樞點363. 3. 中樞點電壓的調(diào)整方式中樞點電壓的調(diào)整方式中樞點電壓調(diào)整方式一般分為三類：中樞點電壓調(diào)整方式一般分為三類： 逆調(diào)壓、順調(diào)壓和常調(diào)壓。 逆調(diào)壓逆調(diào)壓 最大負

17、荷運行方式時升高電壓，但中樞點的最大負荷運行方式時升高電壓，但中樞點的電壓不能超過線路額定電壓電壓不能超過線路額定電壓高高5%5%；(U(U損耗大損耗大) ) 最小負荷運行方式時降低電壓，但中樞點的最小負荷運行方式時降低電壓，但中樞點的電壓要不低于線路額定電壓電壓要不低于線路額定電壓U UN N。 (U(U損耗小損耗小) ) 37 恒調(diào)壓恒調(diào)壓 最大和最小負荷方式時保持中樞點電壓為線最大和最小負荷方式時保持中樞點電壓為線路額定電壓的路額定電壓的1.021.021.051.05倍倍 順調(diào)壓順調(diào)壓 最大負荷運行方式時降低電壓，但中樞點的最大負荷運行方式時降低電壓，但中樞點的電壓不應(yīng)低于線路額定電壓

18、的電壓不應(yīng)低于線路額定電壓的102.5%102.5% 最小負荷運行方式時升高電壓，但中樞點的最小負荷運行方式時升高電壓，但中樞點的電壓不應(yīng)高于線路額定電壓的電壓不應(yīng)高于線路額定電壓的107.5%107.5% 圖圖 電壓調(diào)整原理圖電壓調(diào)整原理圖 2121/ )(kVQXPRkVkVkVVNGGi 4. 4. 電壓調(diào)整的基本原理電壓調(diào)整的基本原理（1）調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流以改變發(fā)電機機端電壓VG；（2）改變變壓器的變比k1、k2；（3）改變功率分布P+jQ（主要是Q），使電壓損耗U變化；（4）改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)R+jX（主要是X），改變電壓損耗U。電壓調(diào)整電壓調(diào)整的措施：的措施：21kVQXPRkVVNG

19、i 40二、電壓調(diào)整的措施二、電壓調(diào)整的措施1. 1. 發(fā)電機調(diào)壓發(fā)電機調(diào)壓 在直接用發(fā)電機母線供電的小型系統(tǒng)中，改變發(fā)電機的勵磁電流可實現(xiàn)逆調(diào)壓，是一種最經(jīng)濟、最直接的調(diào)壓手段。 在多級電壓供電系統(tǒng)中，發(fā)電機調(diào)壓只能作為一種輔助調(diào)壓措施。412. 2. 改變變壓器分接頭的調(diào)壓方法改變變壓器分接頭的調(diào)壓方法5%2.5%主抽頭2.5%5%231KV225.5KV220KV214.5KV209KV11KV5%2.5%主抽頭2.5%5%254KV248KV242KV236KV230KV10.5KV42 降壓變壓器分接頭的選擇降壓變壓器分接頭的選擇 降壓變壓器降壓變壓器1U2UTTjXR jQP 1T

20、1t2N2UUUUU21T*k UUUT1TTPRQXUU21TUUU12tNUkU而1tU高壓繞組分接頭電壓2NU低壓繞組額定電壓43最大負荷時分接頭電壓的計算1maxTmax1tmax2N2maxUUUUU最小負荷時分接頭電壓的計算1minTmin1tmin2N2minUUUUU應(yīng)用步驟：應(yīng)用步驟：44分接頭電壓的平均值計算 1tav1tmax1tmin12UUU標準分接頭電壓的選擇 1t01tavUU45最大、最小負荷時變壓器低壓側(cè)實際運行電壓的校驗1maxTmax2max2N1 0tUUUUU1minTmin2min2N1 0tUUUUU46 升壓變壓器分接頭的選擇升壓變壓器分接頭的選

21、擇 1maxT max1tmax2N2maxUUUUU 1minTmin1tmin2N2minUUUUU 兩點差異：兩點差異：U2N取值取值(低壓側(cè)低壓側(cè))； “”號變號變“”號。號。21TUUUP+jQ47（3 3）普通三繞組變壓器分接頭的選擇）普通三繞組變壓器分接頭的選擇 以高壓側(cè)有電源的三繞組降壓變壓器討論其分接頭電壓的選擇： 先選擇高壓側(cè)分接頭電壓； 再選擇低壓側(cè)分接頭電壓。1T131t3N31t2t21T12UUUUUUUUUU 48(4)(4)有載調(diào)壓變壓器分接頭的選擇有載調(diào)壓變壓器分接頭的選擇有載調(diào)壓變壓器可以在帶負荷的條件下切換分接頭而且調(diào)節(jié)范圍也比較大，一般在15%以上。目前

22、我國暫定，110kV級的調(diào)壓變壓器有7個分接頭，即VN32.5%；220kV級的有9個分接頭即VN42.0%。采用有載調(diào)壓變壓器時，可以根據(jù)最大負荷算得的V1tmax值和最小負荷算得的V1tmin，分別選擇各自合適的分接頭。這樣就能縮小次級電壓的變化幅度，甚至改變電壓變化的趨勢。 493. 3. 利用無功補償調(diào)壓利用無功補償調(diào)壓T21klA22PjQCjQRjXAU2U222222C2C2C22C2(), 1AAP RQ XUUUP RQQXUUUUUU 分別為補償前后折算到 側(cè)的數(shù)值50 求出無功補償容量求出無功補償容量QC為為:2C2222C2C22C2UP RQ XP RQ XQUUXUU2CC2C2UQUUX降壓變壓器的變比降壓變壓器的變比 1t2NUkU22C2C2CUUQUkXk51 無功補償裝置都可連接于需要進行無功補償?shù)淖冸娝蛑绷鬏旊姄Q流站的母線上； 負荷密集的供電中心集中安裝大、中型無功補償設(shè)備； 配電網(wǎng)中，根據(jù)無功功率就地平衡的原則，安裝中、小型電容器組進行就地補償。 無功補償裝置與電力網(wǎng)的連接無功補償裝置與電力網(wǎng)的連接 52我國的電力技術(shù)導則規(guī)定：我國的電力技術(shù)導則規(guī)定：330550kV