電力系統(tǒng)分析第六章

1、電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)Power System Analysis Basis（六） 栗然第六章第六章 電力系統(tǒng)的無功功率與電壓調(diào)整電力系統(tǒng)的無功功率與電壓調(diào)整本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：1 1、無功負(fù)荷和無功電源及無功功率平衡無功負(fù)荷和無功電源及無功功率平衡 3、電壓的調(diào)整、電壓的調(diào)整2、無功功率的經(jīng)濟(jì)分布、無功功率的經(jīng)濟(jì)分布: :無功電源的最優(yōu)分布；無功電源的最優(yōu)分布；無功負(fù)荷的最優(yōu)補(bǔ)償無功負(fù)荷的最優(yōu)補(bǔ)償 頻率調(diào)整和電壓調(diào)整的相同和不同之處頻率調(diào)整和電壓調(diào)整的相同和不同之處調(diào)頻調(diào)頻頻率唯一頻率唯一集中調(diào)整集中調(diào)整只能調(diào)原動(dòng)機(jī)功率只能調(diào)原動(dòng)機(jī)功率調(diào)壓調(diào)壓電壓水平各點(diǎn)不同電壓水平各點(diǎn)不同調(diào)整分散調(diào)整分

2、散手段多樣（有多種無功電源）手段多樣（有多種無功電源）由上可以看出：維持電壓穩(wěn)定，應(yīng)該盡量減少無由上可以看出：維持電壓穩(wěn)定，應(yīng)該盡量減少無功的傳輸，采取就地平衡。功的傳輸，采取就地平衡。 分析無功功率和電壓分布之間的關(guān)系分析無功功率和電壓分布之間的關(guān)系無功損耗無功損耗 有功損耗有功損耗; ;UQXPRU 電壓降受無功功率的影響較大電壓降受無功功率的影響較大; ;無功功率的流動(dòng)從無功功率的流動(dòng)從UhUL6.1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡電力系統(tǒng)的無功功率平衡 電壓是衡量電壓是衡量電能質(zhì)量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)。的重要指標(biāo)。 電力系統(tǒng)的電力系統(tǒng)的運(yùn)行電壓水平運(yùn)行電壓水平取決于取決于無功功率的平衡無功功率的

3、平衡。系統(tǒng)中各種無功電源的無功出力應(yīng)能滿足系統(tǒng)負(fù)荷系統(tǒng)中各種無功電源的無功出力應(yīng)能滿足系統(tǒng)負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)損耗和網(wǎng)絡(luò)損耗在額定電壓下在額定電壓下對(duì)無功功率的需求，否則對(duì)無功功率的需求，否則電壓就會(huì)偏離額定值。電壓就會(huì)偏離額定值。 1無功功率負(fù)荷無功功率負(fù)荷 22MmmUQQQI XX 一、無功功率負(fù)荷和無功功率損耗異步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)圖圖6-1 6-1 異步電動(dòng)機(jī)的簡化等值電路異步電動(dòng)機(jī)的簡化等值電路 jX電壓下降電壓下降, ,轉(zhuǎn)差轉(zhuǎn)差增大增大, ,定子電流定子電流增大增大. . 圖圖6-2 6-2 異步電動(dòng)機(jī)的無功功率與端電壓的關(guān)系異步電動(dòng)機(jī)的無功功率與端電壓的關(guān)系 受載系數(shù)受載系數(shù): :實(shí)際負(fù)載

4、和額定負(fù)載之比實(shí)際負(fù)載和額定負(fù)載之比. .在額定電壓附近，電動(dòng)在額定電壓附近，電動(dòng)機(jī)的無功功率隨電壓的機(jī)的無功功率隨電壓的升降而增減升降而增減2變壓器的無功損耗變壓器的無功損耗220220%100100LTTTTkNNNSQQQU BXUIUSUSSU 假定一臺(tái)變壓器的空載電流假定一臺(tái)變壓器的空載電流I I0 0%=2.5%=2.5，短路電壓，短路電壓U Uk k%=10.5%=10.5，在額定滿載下運(yùn)行時(shí)，無功功率的消耗將達(dá)在額定滿載下運(yùn)行時(shí)，無功功率的消耗將達(dá)額定容量的額定容量的13%13%。如果從電源到用戶需要經(jīng)過好幾級(jí)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(jí)變壓，則變壓器中無

5、功功率損耗的數(shù)值是相當(dāng)可觀的。功率損耗的數(shù)值是相當(dāng)可觀的。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(shí)，成為無功電源，及以上系統(tǒng)，輕載或空載時(shí)，成為無功電源，傳輸功率較大時(shí)，消耗無功功率。傳輸功率較大時(shí)，消耗無功功率。3輸電線路的無功損輸電線路的無功損耗耗電力系統(tǒng)的無功功率電源有電力系統(tǒng)的無功功率電源有發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)、同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)、靜靜電電容器電電容

6、器及及靜止補(bǔ)償器靜止補(bǔ)償器，后三種裝置又稱為，后三種裝置又稱為無功補(bǔ)償無功補(bǔ)償裝置裝置。1. 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)在發(fā)電機(jī)在額定狀態(tài)下額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，可發(fā)出無功功率：運(yùn)行時(shí)，可發(fā)出無功功率： NGNNGNGNtgPSQ sin二、無功功率電源二、無功功率電源發(fā)電機(jī)在發(fā)電機(jī)在非額定功率因數(shù)下非額定功率因數(shù)下運(yùn)行時(shí)可能發(fā)出的無功運(yùn)行時(shí)可能發(fā)出的無功功率。功率。圖圖6-4 6-4 發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的P-QP-Q極限極限 （1 1）當(dāng)發(fā)電機(jī)低于額定功率因數(shù)運(yùn)行時(shí)當(dāng)發(fā)電機(jī)低于額定功率因數(shù)運(yùn)行時(shí)，能增加，能增加輸出的無功功率，但發(fā)電機(jī)的視在功率因取決于輸出的無功功率，但發(fā)電機(jī)的視在功率因取決于勵(lì)磁電流不超過

7、額定值的條件，將低于其額定值。勵(lì)磁電流不超過額定值的條件，將低于其額定值。（2 2）當(dāng)發(fā)電機(jī)高于額定功率因數(shù)運(yùn)行時(shí)當(dāng)發(fā)電機(jī)高于額定功率因數(shù)運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁電，勵(lì)磁電流不再是限制條件，原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率又成了限流不再是限制條件，原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率又成了限制條件。制條件。（3 3）發(fā)電機(jī)只有在額定電壓、額定電流和額定功）發(fā)電機(jī)只有在額定電壓、額定電流和額定功率因數(shù)（即運(yùn)行點(diǎn)率因數(shù)（即運(yùn)行點(diǎn)C C）下運(yùn)行時(shí)視在功率才能達(dá)到）下運(yùn)行時(shí)視在功率才能達(dá)到額定值，使其容量得到最充分的利用。額定值，使其容量得到最充分的利用。2. 2. 同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)相當(dāng)于空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于空載運(yùn)行的

8、同步電動(dòng)機(jī)。在在過勵(lì)磁過勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，它向系統(tǒng)供給感性無功功率而起運(yùn)行時(shí)，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；無功電源的作用，能提高系統(tǒng)電壓；在在欠勵(lì)磁欠勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)（欠勵(lì)磁最大容量只有過勵(lì)磁容量運(yùn)行時(shí)（欠勵(lì)磁最大容量只有過勵(lì)磁容量的（的（50% 50% 65%65%）) )，它從系統(tǒng)吸取感性無功功率而起，它從系統(tǒng)吸取感性無功功率而起無功負(fù)荷作用，可降低系統(tǒng)電壓。無功負(fù)荷作用，可降低系統(tǒng)電壓。它能根據(jù)裝設(shè)地點(diǎn)電壓的數(shù)值平滑改變輸出（或吸它能根據(jù)裝設(shè)地點(diǎn)電壓的數(shù)值平滑改變輸出（或吸?。┑臒o功功率，進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。因而?。┑臒o功功率，進(jìn)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。

9、缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：同步調(diào)相機(jī)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械，運(yùn)行維護(hù)比較復(fù)雜；同步調(diào)相機(jī)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械，運(yùn)行維護(hù)比較復(fù)雜；有功功率損耗有功功率損耗較大，在滿負(fù)荷時(shí)約為額定容量較大，在滿負(fù)荷時(shí)約為額定容量的的(1.5(1.5 5)%5)%，容量越小，百分值越大；，容量越小，百分值越大；小容量的調(diào)相機(jī)每小容量的調(diào)相機(jī)每kVAkVA容量的容量的投資費(fèi)用投資費(fèi)用也較大。也較大。故同步調(diào)相機(jī)宜大容量集中使用，容量小于故同步調(diào)相機(jī)宜大容量集中使用，容量小于5MVA5MVA的一般不裝設(shè)。的一般不裝設(shè)。同步調(diào)相機(jī)常安裝在樞紐變電所同步調(diào)相機(jī)常安裝在樞紐變電所 。 靜電電容器可按靜電電容器可按三角形三角形和和星形接法星形接法連接在變電所連接

10、在變電所母線上。它供給的無功功率母線上。它供給的無功功率Q QC C值與所在節(jié)點(diǎn)電壓的值與所在節(jié)點(diǎn)電壓的平方成正比，即平方成正比，即 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：靜電電容器的裝設(shè)容量可大可小，既可集靜電電容器的裝設(shè)容量可大可小，既可集中使用，又可分散安裝。且投資費(fèi)用較小，運(yùn)行時(shí)中使用，又可分散安裝。且投資費(fèi)用較小，運(yùn)行時(shí)功率損耗亦較小，維護(hù)也較方便。功率損耗亦較小，維護(hù)也較方便。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：當(dāng)節(jié)點(diǎn)電壓下降時(shí)，它供給系統(tǒng)的無功功當(dāng)節(jié)點(diǎn)電壓下降時(shí)，它供給系統(tǒng)的無功功率也將減小，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓水平進(jìn)一步下降；電容率也將減小，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓水平進(jìn)一步下降；電容器分組投切，非連續(xù)可調(diào)。器分組投切，非連續(xù)可調(diào)。 QC=U

11、2/XC3. 靜電電容器靜電電容器靜止補(bǔ)償器由靜止補(bǔ)償器由靜電電容器靜電電容器與與電抗器電抗器并聯(lián)組成并聯(lián)組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功功率，可吸收無功功率，兩者結(jié)合起來，再配以適當(dāng)?shù)膬烧呓Y(jié)合起來，再配以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)裝置，就能夠平，就能夠平滑地改變輸出（或吸收）的無功功率。滑地改變輸出（或吸收）的無功功率。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：快速平滑地調(diào)節(jié)無功功率，克服了電容器作快速平滑地調(diào)節(jié)無功功率，克服了電容器作為無功補(bǔ)償裝置只能作電源不能作負(fù)荷、調(diào)節(jié)不連為無功補(bǔ)償裝置只能作電源不能作負(fù)荷、調(diào)節(jié)不連續(xù)的缺點(diǎn)；與同步調(diào)相機(jī)相比較，靜止補(bǔ)償器運(yùn)行續(xù)的缺點(diǎn)；與同步調(diào)相機(jī)相比

12、較，靜止補(bǔ)償器運(yùn)行維護(hù)簡單、功率損耗小，能做到分相補(bǔ)償以適應(yīng)不維護(hù)簡單、功率損耗小，能做到分相補(bǔ)償以適應(yīng)不平衡的負(fù)荷變化，對(duì)于沖擊性負(fù)荷也有較強(qiáng)的適應(yīng)平衡的負(fù)荷變化，對(duì)于沖擊性負(fù)荷也有較強(qiáng)的適應(yīng)性，因此在電力系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。性，因此在電力系統(tǒng)中得到越來越廣泛的應(yīng)用。4. 靜止補(bǔ)償器靜止補(bǔ)償器圖圖6-5 靜止無功補(bǔ)償器的原理圖靜止無功補(bǔ)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5.5.并聯(lián)電抗器并聯(lián)電抗器 是感性無功負(fù)荷而不是電源，在高壓電網(wǎng)中是感性無功負(fù)荷而不是電源，在高壓電網(wǎng)中用以吸收輕載

13、和空載線路的過剩感性無功。用以吸收輕載和空載線路的過剩感性無功。對(duì)高壓遠(yuǎn)距離輸電可以提高輸送能力，降低對(duì)高壓遠(yuǎn)距離輸電可以提高輸送能力，降低過電壓等。過電壓等。三、無功功率平衡三、無功功率平衡電力系統(tǒng)無功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)中的無：系統(tǒng)中的無功電源可以發(fā)出的無功功率應(yīng)該大于或至少等于功電源可以發(fā)出的無功功率應(yīng)該大于或至少等于負(fù)荷所需的無功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗。負(fù)荷所需的無功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗。 GCLDresLTLBQQQQQQQQ 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 Qresre

14、s00.95)(cos0.95)或?qū)Ь€截面小的線路，由于或?qū)Ь€截面小的線路，由于PR/UPR/U分量分量的比重大，串聯(lián)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)壓效果就很小。的比重大，串聯(lián)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)壓效果就很小。補(bǔ)償所需的容抗值補(bǔ)償所需的容抗值X XC C和被補(bǔ)償線路原來的感抗和被補(bǔ)償線路原來的感抗值值X XL L之比之比kc=XC/XL稱為稱為補(bǔ)償度補(bǔ)償度。在配電網(wǎng)絡(luò)中以調(diào)壓為目的的串聯(lián)。在配電網(wǎng)絡(luò)中以調(diào)壓為目的的串聯(lián)電容補(bǔ)償，其補(bǔ)償度常接近于電容補(bǔ)償，其補(bǔ)償度常接近于1 1或大于或大于1 1。問題：問題：（1 1）電力線路采用串聯(lián)電容補(bǔ)償，也帶來一些特殊問題，）電力線路采用串聯(lián)電容補(bǔ)償，也帶來一些特殊問題，因此作為改善電壓質(zhì)

15、量的措施，串聯(lián)電容器只用于因此作為改善電壓質(zhì)量的措施，串聯(lián)電容器只用于110kV110kV以以下電壓等級(jí)、長度特別大或有沖擊負(fù)荷的架空分支線路上下電壓等級(jí)、長度特別大或有沖擊負(fù)荷的架空分支線路上。 10kV10kV及以下電壓的架空線路，由于及以下電壓的架空線路，由于R RL L/ /X XL L很大，所以使用很大，所以使用串聯(lián)電容補(bǔ)償是不經(jīng)濟(jì)和不合理的。串聯(lián)電容補(bǔ)償是不經(jīng)濟(jì)和不合理的。（2 2）220kV220kV以上電壓等級(jí)的遠(yuǎn)距離輸電線路中采用串聯(lián)電以上電壓等級(jí)的遠(yuǎn)距離輸電線路中采用串聯(lián)電容補(bǔ)償，其作用在于提高運(yùn)行穩(wěn)定性和輸電能力。容補(bǔ)償，其作用在于提高運(yùn)行穩(wěn)定性和輸電能力。（3 3）串聯(lián)電容補(bǔ)償容易引起系統(tǒng)諧振。串聯(lián)電容補(bǔ)償容易引起系統(tǒng)諧振。（4）如果補(bǔ)償度不合適可能使繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作。）如果補(bǔ)償度不合適可能使繼電保護(hù)裝置誤動(dòng)作。幾種調(diào)壓措施的比較幾種調(diào)壓措施的比較:l首先考慮發(fā)電機(jī)調(diào)壓，因不需附加投資；首先考慮發(fā)電機(jī)調(diào)壓，因不需附加投資；l無功充足的系統(tǒng)可采用變壓器分接頭調(diào)壓；無功充足的系統(tǒng)可采用變壓器分接頭調(diào)壓；l無功不足的系統(tǒng)，首要問題是增加無功電源