電力系統(tǒng)分析第十二章-電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電課件

1、第十二章 電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整 電壓是衡量電能質(zhì)量的一個重要指標。 質(zhì)量合格的電壓包括四個指標:電壓偏移電壓波動和閃變;電網(wǎng)諧波三相不對稱程度這四個方面都能滿足有關(guān)國家標準規(guī)定的要求。影響電壓指標的主要因素是電力系統(tǒng)各元件的無功功率電壓特性、無功功率平衡和各種調(diào)壓手段等。 本節(jié)主要內(nèi)容一、無功功率負荷和無功功率損耗 二、無功功率電源三、無功功率平衡四、無功功率平衡和電壓水平的關(guān)系12-1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡一、無功功率負荷和無功功率損耗無功功率平衡 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 無功功率的平衡應本著分層、分區(qū)、 就地平衡的原則 無功電源的無功輸出應

2、能滿足系統(tǒng)負 荷和網(wǎng)絡損耗在額定電壓下對無功功 率的需求1無功功率負荷1無功功率負荷異步電動機是電力系統(tǒng)主要的無功負荷.系統(tǒng)無功負荷的電壓特性主要由異步電動機決定.異步電動機的簡化等值電路示于圖12-1:1無功功率負荷1無功功率負荷異步電動機消耗的無功功率為:其中， 為勵磁功率，它同電壓平方成正比:當電壓較高時，由于飽和影響，勵磁電抗 的數(shù)值還有所下降，因此，勵磁功率 隨電壓變化的曲線稍高于二次曲線； 為漏抗 中的無功損耗，如果負載功率不變，則 常數(shù). (12-1) 當電壓降低時，轉(zhuǎn)差將要增大，定子電流隨之增大，相應地，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，可得圖12-2

3、所示的曲線，其中為電動機的實際負荷同它的額定負荷之比，稱為電動機的受載系數(shù)。在額定電壓附近，電動機的無功功率隨電壓的升降而增減。當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，因此，隨電壓下降反而具有上升的性質(zhì)。 1無功功率負荷2變壓器的無功損耗 2變壓器的無功損耗變壓器的無功損耗 包括勵磁損耗 和漏抗中的損耗 。 (12-2) 勵磁功率大致與電壓平方成正比。當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成反比。因此，變壓器的無功損耗電壓特性也與異步電動機的相似。變壓器的無功功率損耗在系統(tǒng)的無功需求中占有相當?shù)谋戎?。假定一臺變壓器的空載電流 ，短路電壓 ，由式(12

4、-2)可知，在額定滿載下運行時，無功功率的消耗將達額定容量的12。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。2變壓器的無功損耗3輸電線路的無功損耗 3輸電線路的無功損耗輸電線路用 形等值電路表示(見圖12-3).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:線路電容的充電功率 與電壓平方成正比，當作無功損耗時應取負號。 為 型電路中的等值電納。線路的無功總損耗為: (12-3)35kV及以下的架空線路的充電功率甚小，一般說，這種線路都是消耗無功功率的。 3輸電線路的無功損耗110kV及以上的架空線路當傳輸功率較大時，電抗中消耗的無功功率將大于電納中

5、產(chǎn)生的無功功率，線路成為無功負載；當傳輸?shù)墓β瘦^小(小于自然功率)時，電納中產(chǎn)生的無功功率，除了抵償電抗中的損耗以外，還有多余，這時線路就成為無功電源。為吸收超高壓輸電線路充電功率而裝設的并聯(lián)電抗器也屬于系統(tǒng)的無功負荷。3輸電線路的無功損耗二、無功功率電源 二、無功功率電源 電力系統(tǒng)的無功功率電源:發(fā)電機;同步調(diào)相機;靜電電容器;靜止無功補償器靜止無功發(fā)生器.后四種裝置又稱無功補償裝置。靜電電容器只能吸收容性無功功率(即發(fā)出感性無功功率)，其余幾類補償裝置既能吸收容性無功，亦能吸收感性無功。1發(fā)電機 1發(fā)電機發(fā)電機既是唯一的有功功率電源，又是最基本的無功功率電源。發(fā)電機在額定狀態(tài)下運行時，可發(fā)

6、出無功功率: (12-4) 式中， 、 、 分別為發(fā)電機的額定視在功率，額定有功功率和額定功率因數(shù)角。下面討論發(fā)電機在非額定功率因數(shù)下可能發(fā)出的無功功率。假定隱極發(fā)電機聯(lián)接在恒壓母 線上，母線電壓為 。發(fā)電機 的等值電路和相量圖示于圖12-4。C點是額定運行點。電壓降相量 的長度代表 ，正比于定 子額定全電流，也可以說， 以一定的比例代 表發(fā)電機的額定視在功率 . 在縱軸上的投影的長度 代表 ，在橫軸上的投影 的長度則代表 。 1發(fā)電機相量 的長度代表空載電勢 ，它正比于發(fā)電機的額定勵磁電流。當改變功率因數(shù)時，發(fā)電機發(fā)出的有功功率P和無功功率Q要受定子電流額定值(額定視在功率)、轉(zhuǎn)子電流額定值

7、(空載電勢)、原動機出力(額定有功功率)的限制。1發(fā)電機在圖12-4(b)中，以A為圓心，以AC為半徑的圓弧表示額定視在功率的限制；以O為圓心，以OC為半徑的圓弧表示額定轉(zhuǎn)子電流的限制；水平線DC表示原動機出力的限制。這些限制條件在圖中用粗線畫出，這就是發(fā)電機的P-Q極限曲線。 1發(fā)電機從圖中可以看到，發(fā)電機只有在額定電壓、電流和功率因數(shù)(即運行點C)下運行時視在功率才能達到額定值，使其容量得到最充分的利用。發(fā)電機降低功率因數(shù)運行時，其無功功率輸出將受轉(zhuǎn)子電流的限制。 1發(fā)電機發(fā)電機正常運行時以滯后功率因數(shù)運行為主，必要時也可以減小勵磁電流在超前功率因數(shù)下運行，即所謂進相運行，以吸收系統(tǒng)中多余

8、的無功功率。當系統(tǒng)低負荷運行時，輸電線路電抗中的無功功率損耗明顯減少，線路電容產(chǎn)生的無功功率將有大量剩余，引起系統(tǒng)電壓升高。在這種情況下有選擇地安排部分發(fā)電機進相運行將有助于緩解電壓調(diào)整的困難。進相運行時，發(fā)電機的角增大，為保證靜態(tài)穩(wěn)定，發(fā)電機的有功功率輸出應隨著電勢的下降(即發(fā)電機吸收無功功率的增加)逐漸減小。1發(fā)電機圖12-4(b)中在P-Q平面的第象限用虛線示意地畫出了按靜態(tài)穩(wěn)定約束所確定的運行范圍。進相運行時，定子端部漏磁增加，定子端部溫升是限制發(fā)電機功率輸出的又一個重要因素。發(fā)電機進相運行對定子端部溫升的影響隨發(fā)電機的類型、結(jié)構(gòu)、容量和冷卻方式的不同而異，不易精確計算。對于具體的發(fā)電

9、機一般要通過現(xiàn)場試驗來確定其進相運行的容許范圍。1發(fā)電機2同步調(diào)相機 2同步調(diào)相機同步調(diào)相機相當于空載運行的同步電動機。工作原理:1)在過勵磁運行時，它向系統(tǒng)供給感性無功功率起無功電源的作用；2)在欠勵磁運行時，它從系統(tǒng)吸取感性無功功率起無功負荷作用。作用:能根據(jù)裝設地點電壓的數(shù)值平滑改變輸出(或吸取)的無功功率，進行電壓調(diào)節(jié)。由于實際運行的需要和對穩(wěn)定性的要求，欠勵磁最大容量只有過勵磁容量的5065。主要特點1)同步調(diào)相機是旋轉(zhuǎn)機械，運行維護比較復雜。2)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。3)小容量的調(diào)相機每kVA容量的投資費用也較大。4)同步調(diào)相機的

10、響應速度較慢，難以適應動態(tài)無功控制的要求。應用1)同步調(diào)相機宜于大容量集中使用。2)20世紀70年代以來已逐漸被靜止無功補償裝置所取代。2同步調(diào)相機3靜電電容器3靜電電容器靜電電容器供給的無功功率與所在節(jié)點的電壓V的平方成正比:式中， 為靜電電容器的容抗。作用:1)向電網(wǎng)提供無功功率,調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓.2)降低網(wǎng)絡的電能損耗電壓調(diào)節(jié)特性:電容器的無功功率調(diào)節(jié)性能比較差.當節(jié)點電壓下降時，它供給系統(tǒng)的無功功率將減少。當系統(tǒng)發(fā)生故障或由于其他原因電壓下降時，電容器無功輸出的減少將導致電壓繼續(xù)下降。應用特點靜電電容器的裝設容量可大可小;可集中使用，又可分散裝設;電容器每單位容量的投資費用較小且與總?cè)萘康?/p>

11、大小無關(guān)，運行時功率損耗亦較小，約為額定容量的(0.30.5)。由于它沒有旋轉(zhuǎn)部件，維護也較方便?？煞纸M投入或切除，實現(xiàn)補償功率的不連續(xù)調(diào)節(jié),以適應負荷的變化。 3靜電電容器4靜止無功補償器 4靜止無功補償器構(gòu)成: 靜止無功補償器(Static Var Compensator，SVC)簡稱靜止補償器，由靜電電容器與電抗器并聯(lián)組成。作用:1)電容器可發(fā)出無功功率;2)電抗器可吸收無功功率;3)電容器和電抗器結(jié)合，再配以適當?shù)恼{(diào)節(jié)裝置，實現(xiàn)平滑地改變輸出或吸收)無功功率。 組成的部件1)飽和電抗器2)固定電容器3)晶閘管控制電抗器4)晶閘管投切電容器。分類:實際上應用的靜止補償器大多是由上述部件組

12、成的混合型靜止補償器。常見的幾種:1)飽和電抗器與固定電容器并聯(lián)組成(帶有斜率校正)的靜止補償器2)由晶閘管控制電抗器TCR與固定電容器并聯(lián)組成的靜止補償器3)晶閘管控制電抗器與晶閘管投切電容器TSC并聯(lián)組成靜止補償器.4)由晶閘管投切電容器單獨組成的靜止補償器.4靜止無功補償器1)由飽和電抗器與固定電容器并聯(lián)組成(帶有斜率校正)的靜止補償器原理圖和伏安特性示于圖12-5。工作特性1)當電壓大于某值后，隨著電壓的升高，鐵芯急劇飽和。2)從補償器的伏安特性可見，在補償器的工作范圍內(nèi)，電壓的少許變化就會引起電流的大幅度變化。3)與SR串聯(lián)的電容C，是用于斜率校正的，改變的大小可以調(diào)節(jié)補償器外特性的

13、斜率(見圖12-5(b)中的虛線)。4靜止無功補償器2)由晶閘管控制電抗器TCR與固定電容器并聯(lián)組成的靜止補償器原理圖:圖12-6。工作原理1)電抗器與反相并聯(lián)連接的晶閘管相串聯(lián)，利用晶閘管的觸發(fā)角控制來改變通過電抗器的電流，就可以平滑地調(diào)整電抗器吸收的基波無功功率。2)觸發(fā)角從90變到180時，可使電抗器的基波無功功率從其額定值變到零。4靜止無功補償器3)由晶閘管控制電抗器與晶閘管投切電容器TSC并聯(lián)組成靜止補償器原理圖:圖12-7(a)。結(jié)構(gòu):3組晶閘管投切電容器和1組固定電容器與電抗器并聯(lián)。工作原理1)固定電容器組串聯(lián)接入電感 ，兼起高次諧波濾波器作用。2)每組晶閘管投切電容器都串聯(lián)接入

14、一小電感Ls，其作用是降低晶閘管開通時可能產(chǎn)生的電流沖擊。伏安特性:如圖12-7(b)所示，圖中數(shù)字表示電容器投入的組數(shù)。4靜止無功補償器4) 晶閘管投切電容器單獨組成的靜止補償器作用:作為無功功率電源，發(fā)出感性無功.特點:1)不能平滑地調(diào)節(jié)輸出的功率2)晶閘管對控制信號的響應極為迅速，通斷次數(shù)又不受限制，其運行性能還是明顯優(yōu)于機械開關(guān)投切的電容器。3)晶閘管投切電容器不會產(chǎn)生諧波.4靜止無功補償器諧波及其消除1)各類靜止補償器中，晶閘管投切電容器不會產(chǎn)生諧波;2)含晶閘管控制電抗器的靜止補償器不會產(chǎn)生諧波,一般需要裝設濾波器以消除高次諧波.圖12-6和12-7的原理圖中與電容C串聯(lián)的電感Lh

15、就是高次諧波的調(diào)諧電感。飽和電抗器可以利用多鐵芯和繞組的特殊排列來消除諧波，一種三三柱式飽和電抗器能夠消除18k1(k=1，2，3，)以外的一切奇次電流諧波。 4靜止無功補償器與補償器相比,靜止補償器的優(yōu)勢:1)電壓變化時，靜止補償器能快速地、平滑地調(diào)節(jié)無功功率，以滿足動態(tài)無功補償?shù)男枰?)與同步調(diào)相機相比較，運行維護簡單，功率損耗較小，響應時間較短.3)對于沖擊負荷有較強的適應性;4)TCR型和TSC型靜止補償器還能做到分相補償以適應不平衡的負荷變化。應用: 20世紀70年代以來，靜止補償器在國外已被大量使用，在我國電力系統(tǒng)中也將得到日益廣泛的應用。4靜止無功補償器5靜止無功發(fā)生器 5靜止

16、無功發(fā)生器產(chǎn)生:20世紀80年代以來出現(xiàn)了一種更為先進的靜止型無功補償裝置，這就是靜止無功發(fā)生器(Static Var Generator，SVG)。構(gòu)成:電壓源型逆變器，其原理圖示于圖12-8。逆變器中六個可關(guān)斷晶閘管(GTO)分別與六個二極管反向并聯(lián).工作原理 適當控制GTO的通斷，可以把電容C上的直流電壓轉(zhuǎn)換成與電力系統(tǒng)電壓同步的三相交流電壓，逆變器的交流側(cè)通過電抗器或變壓器并聯(lián)接入系統(tǒng)。 適當控制逆變器的輸出電壓，就可以靈活地改變SVG的運行工況，使其處于容性負荷、感性負荷或零負荷狀態(tài)。忽略損耗時，SVG穩(wěn)態(tài)等值電路和不同工況下的相量圖示于圖12-9。靜止無功發(fā)生器也被稱為靜止同步補償

17、器(STATCOM)或靜止調(diào)相機(STATCON)。5靜止無功發(fā)生器5靜止無功發(fā)生器靜止無功發(fā)生器的優(yōu)點1)響應速度更快2)運行范圍更寬3)諧波電流含量更少4)電壓較低時仍可向系統(tǒng)注入較大的無功電流，它的儲能元件(如電容器)的容量遠比它所提供的無功容量要小。 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是：系統(tǒng)中的無功電源可能發(fā)出的無功功率應該大于或至少等于負荷所需的無功功率和網(wǎng)絡中的無功損耗之和。為了保證運行可靠性和適應無功負荷的增長，系統(tǒng)還必須配置一定的無功備用容量。令 為電源供應的無功功率之和， 為無功負荷之和， 為網(wǎng)絡無功功率損耗之和， 為無功功率備用，則系統(tǒng)中無功功

18、率的平衡關(guān)系式為: 0表示系統(tǒng)中無功功率可以平衡且有適量的備用; O表示系統(tǒng)中無功功率不足，應考慮加設無功補償裝置。系統(tǒng)無功電源的總出力 包括發(fā)電機的無功功率 和各種無功補償設備的無功功率 : (12-6)無功電源無功功率的計算方法:1)當發(fā)電機在接近于額定功率因數(shù)運行時，無功功率按額定功率因數(shù)計算。 此時如果系統(tǒng)的無功功率能夠平衡，則發(fā)電機就保持有一定的無功備用，這是因為發(fā)電機的有功功率是留有備用的。2)調(diào)相機和靜電電容器等無功補償裝置按額定容量來計算其無功功率。三、無功功率平衡無功負荷無功功率的計算方法:總無功負荷按負荷的有功功率和功率因數(shù)計算。為了減少輸送無功功率引起的網(wǎng)損，我國有關(guān)技術(shù)

19、導則規(guī)定1)以35kV及以上電壓等級直接供電的工業(yè)負荷，功率因數(shù)要達到0.90以上;2)對其他負荷，功率因數(shù)不低于0.85。網(wǎng)絡的總無功功率損耗 包括變壓器的無功損耗 、線路電抗的無功損耗 和線路電納的無功功率 =(一般只計算110kV及這以上電壓線路的充電功率):三、無功功率平衡無功功率平衡的原則:1)從改善電壓質(zhì)量和降低網(wǎng)絡功率損耗考慮，應該盡量避免通過電網(wǎng)元件大量地傳送無功功率。2)分地區(qū)分電壓級地進行無功功率平衡. 僅從全系統(tǒng)的角度進行無功功率平衡是不夠的。3)就地平衡(補償).(1)有時候，某一地區(qū)無功功率電源有富余，另一地區(qū)則存在缺額，調(diào)余補缺往往是不適宜的，這時就應該分別進行處理

20、。(2)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。4)電力系統(tǒng)的無功功率平衡應分別按正常最大和最小負荷的運行方式進行計算。必要時還應校驗某些設備檢修時或故障后運行方式下的無功功率平衡。三、無功功率平衡5)電力系統(tǒng)在不同的運行方式下，可能分別出現(xiàn)無功功率不足和無功功率過剩的情況，應選用既能發(fā)出又能吸收無功功率的補償設備。6)在現(xiàn)代大型電力系統(tǒng)中，超高壓輸電網(wǎng)的線路分布電容能產(chǎn)生大量的無功功率，從系統(tǒng)安全運行考慮，需要裝設并聯(lián)電抗器予以吸收，根據(jù)我國有關(guān)技術(shù)導則，330500kV電網(wǎng)應按無功分層就地平衡的基本要求配置高、低壓并聯(lián)電

21、抗器。 一般情況下，高、低壓并聯(lián)電抗器的總?cè)萘繎_到超高壓線路充電功率的90以上。在超高壓電網(wǎng)配置并聯(lián)電抗補償?shù)耐瑫r，較低電壓等級的配電網(wǎng)絡也要配置必要的并聯(lián)電容補償，這種情況是正常的。三、無功功率平衡例 12-1例12-1 某輸電系統(tǒng)的接線圖示于圖12-10(a)，各元件參數(shù)如下： 發(fā)電機 PN=50MW，cos =0.85， =10.5kV 變壓器T-1 每臺 =31.5MVA， =38.5kW，Ps=148kW， =0.8%，Vs=10.5， =12110.5 變壓器T-2變比 =11011，其余參數(shù)同T-1 線路每回每公里 =0.165， =0.409， =2.82 S試根據(jù)無功功率平

22、衡的需要確定無功補償容量。例 12-1 例 12-1 例 12-1解 (一)輸電系統(tǒng)參數(shù)計算變壓器T-1兩臺并聯(lián)例 12-1變壓器T-2兩臺并聯(lián)例 12-1輸電線路例 12-1 (二)無補償?shù)墓β势胶庥嬎?作為初步估算，先用負荷功率計算變壓器繞組損耗和線路損耗。例 12-1累計到發(fā)電機端的輸電系統(tǒng)的總功率需求為 例 12-1 若發(fā)電機在滿足有功需求時按額定功率因數(shù)運行,其輸出功率為此時無功缺額達到例 12-1 根據(jù)以上對無功功率缺額的初步估算，擬在變壓器T-2的低壓側(cè)設置10Mvar補償容量。補償前負荷功率因數(shù)為0.8，補償后可提高到0.895。計及補償后線路和變壓器繞組損耗還會減少，發(fā)電機將

23、能在額定功率因數(shù)附近運行。例 12-1(三)補償后的功率平衡計算 補償后負荷功率為例 12-1 例 12-1 輸電系統(tǒng)要求發(fā)電機輸出的功率為 此時發(fā)電機的功率因數(shù)cos =0856。計算結(jié)果表明，所選補償容量是適宜 例 12-1四、無功功率平衡和電壓水平的關(guān)系在電力系統(tǒng)運行中，電源的無功出力在任何時刻都同負荷的無功功率和網(wǎng)絡的無功損耗之和相等，即 (12-8)問題在于無功功率平衡是在什么樣的電壓水平下實現(xiàn)的?，F(xiàn)在以一個最簡單的網(wǎng)絡為例來說明。 隱極發(fā)電機經(jīng)過一段線路向負荷供電，略去各元件電阻，用X表示發(fā)電機電抗與線路電抗之和，等值電路示于圖12-11(a)。假定發(fā)電機和負荷的有功功率為定值。根

24、據(jù)相量圖圖12-11(b):發(fā)電機送到負荷節(jié)點的有功功率:四、無功功率平衡和電壓水平的關(guān)系根據(jù)相量圖圖12-11(b):發(fā)電機送到負荷節(jié)點的無功功率:四、無功功率平衡和電壓水平的關(guān)系當P為一定值時，有: 從而得到: (12-9)四、無功功率平衡和電壓水平的關(guān)系當電勢E為一定值時，Q同V的關(guān)系如圖12-12曲線1示，是一條向下開口的拋物線。負荷的主要成分是異步電動機，其無功電壓特性如圖中曲線2所示。這兩條曲線的交點a確定了負荷節(jié)點的電壓值Va，或者說，系統(tǒng)在電壓Va下達到了無功功率的平衡。四、無功功率平衡和電壓水平的關(guān)系當負荷增加時，其無功電壓特性如曲線2所示。如果系統(tǒng)的無功電源沒有相應增加(發(fā)

25、電機勵磁電流不變，電勢也就不變)，電源的無功特性仍然是曲線1。這時曲線1和2的交點a就代表了新的無功平衡點，并由此決定了負荷點的電壓為 。顯然 。四、無功功率平衡和電壓水平的關(guān)系這說明負荷增加后，系統(tǒng)的無功電源已不能滿足在電壓 下無功平衡的需要，因而只好降低電壓運行，以取得在較低電壓下的無功平衡。如果發(fā)電機具有充足的無功備用，通過調(diào)節(jié)勵磁電流，增大發(fā)電機的電勢E，則發(fā)電機的無功特性曲線將上移到曲線1的位置，從而使曲線1和2的交點c所確定的負荷節(jié)點電壓達到或接近原來的數(shù)值 。四、無功功率平衡和電壓水平的關(guān)系由此可見，系統(tǒng)的無功電源比較充足，能滿足較高電壓水平下的無功平衡的需要，系統(tǒng)就有較高的運行

26、電壓水平；反之，無功不足就反映為運行電壓水平偏低。因此，應該力求實現(xiàn)在額定電壓下的系統(tǒng)無功功率平衡，并根據(jù)這個要求裝設必要的無功補償裝置。 四、無功功率平衡和電壓水平的關(guān)系 電力系統(tǒng)的供電地區(qū)幅員寬廣，無功功率不宜長距離輸送，負荷所需的無功功率應盡量做到就地供應。因此，不僅應實現(xiàn)整個系統(tǒng)的無功功率平衡，還應分別實現(xiàn)各區(qū)域的無功功率平衡?？傊?，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。四、無功功率平衡和電壓水平的關(guān)系本節(jié)主要內(nèi)容 一、允許電壓偏移 二、中樞點的電壓管理 三、電壓調(diào)整的基本原理12-2 電壓調(diào)整的基本概念一、允許電壓偏移 一、允許電壓偏移各種用電設備都是按額定電壓來設

27、計制造的。這些設備在額定電壓下運行將能取得最佳的效果。電壓過大地偏離額定值將對用戶產(chǎn)生不良的影響。電力系統(tǒng)常見的用電設備:異步電動機;電熱設備;照明燈;家用電器等。電壓偏移的危害:1)影響異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩.(1)異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是與其端電壓的平方成正比的，當電壓降低10時，轉(zhuǎn)矩大約要降低19(圖12-15)。(2)如果電動機所拖動的機械負載的阻力矩不變，電壓降低時，電動機的轉(zhuǎn)差增大，定子電流也隨之增大，發(fā)熱增加，繞組溫度增高，加速絕緣老化，影響電動機的使用壽命。(3)當端電壓太低時，電動機可能由于轉(zhuǎn)矩太小而失速甚至停轉(zhuǎn)。(4)電爐等電熱設備的出力大致與電壓的平方成正比，電壓降低就會延長

28、電爐的冶煉時間，降低生產(chǎn)率。一、允許電壓偏移(5)電壓降低，會使網(wǎng)絡中的功率損耗和能量損耗加大;(6)電壓過低還可能危及電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性；(7)電壓過高時，各種電氣設備的絕緣可能受到損害，在超高壓網(wǎng)絡中還將增加電暈損耗等。在電力系統(tǒng)的正常運行中，隨著用電負荷的變化和系統(tǒng)運行方式的改變，網(wǎng)絡中的電壓損耗也將發(fā)生變化。要嚴格保證所有用戶在任何時刻都有額定電壓是不可能的，因此，系統(tǒng)運行中各節(jié)點出現(xiàn)電壓偏移是不可避免的。實際上，大多數(shù)用電設備在稍許偏離額定值的電壓下運行，仍有良好的技術(shù)性能。從技術(shù)上和經(jīng)濟上綜合考慮，合理地規(guī)定供電電壓的允許偏移是完全必要的。 一、允許電壓偏移我國規(guī)定的在正常運行情

29、況下供電電壓的允許偏移如下:(1)35kV及以上供電電壓正、負偏移的絕對值之和不超過額定電壓的10，如供電電壓上下偏移同號時，按較大的偏移絕對值作為衡量依據(jù)；(2)10kV及以下三相供電電壓允許偏移為額定電壓的7；(3)220V單相供電電壓允許偏移為額定電壓的+7和10。要使網(wǎng)絡各處的電壓都達到規(guī)定的標準，必須采取各種調(diào)壓措施。一、允許電壓偏移二、中樞點的電壓管理電力系統(tǒng)調(diào)壓的目的:保證系統(tǒng)中各負荷點的電壓在允許的偏移范圍內(nèi)。電力系統(tǒng)的中樞點:(1)區(qū)域性水、火電廠的高壓母線；(2)樞紐變電所的二次母線；(3)有大量地方負荷的發(fā)電機電壓母線。電力系統(tǒng)電壓調(diào)節(jié)的方法:調(diào)節(jié)中樞點的電壓.對于一個電

30、力系統(tǒng),由于負荷點數(shù)目眾多又很分散，不可能也沒有必要對每一個負荷點的電壓進行監(jiān)視和調(diào)整。因此,只要監(jiān)控電力系統(tǒng)中樞點,就能監(jiān)控整個系統(tǒng)的電壓。 中樞點電壓的允許變化范圍假定由中樞點O向負荷點A和B供電見圖12-16(a)，兩負荷點電壓 和 的允許變化范圍相同，都是(0.951.05)V。當線路參數(shù)一定時，線路上電壓損耗 和 分別與A點和B點的負荷有關(guān)。二、中樞點的電壓管理假定兩處的日負荷曲線呈兩級階梯形見圖12-16(b)，那么兩段線路的電壓損耗的變化曲線如圖12-16(c)所示。 為了滿足負荷節(jié)點A的調(diào)壓要求，中樞點o電壓應該控制的變化范圍：在08時，在824時，二、中樞點的電壓管理負荷節(jié)點

31、B對中樞點o電壓變化范圍的要求： 在016時: 在1624時:二、中樞點的電壓管理將上述要求表示在同一張圖上見圖12-16(d)。圖中的陰影部分就是同時滿足A、B兩負荷點調(diào)壓要求的中樞點電壓的允許變化范圍。二、中樞點的電壓管理由圖可見，盡管AB兩負荷點的電壓有10的變化范圍，但是由于兩處負荷大小和變化規(guī)律不同，兩段線路的電壓損耗數(shù)值及變化規(guī)律亦不相同。為同時滿足兩負荷點的電壓質(zhì)量要求，中樞點電壓的允許變化范圍就大大地縮小了，最大時為7，最小時僅有1。二、中樞點的電壓管理中樞點電壓的確定原則：(1)在地區(qū)負荷最大時，電壓最低的負荷點的允許電壓下限加上到中樞點的電壓損耗等于中樞點的最低電壓；(2)

32、在地區(qū)負荷最小時，電壓最高的負荷點的允許電壓上限加上到中樞點的電壓損耗等于中樞點的最高電壓。(3)對于發(fā)電機電壓母線中樞點，其電壓還應受廠用電設備與發(fā)電機的最高允許電壓以及為保持系統(tǒng)穩(wěn)定的最低允許電壓的限制。(4)對于負荷點的中樞點, 調(diào)整中樞點的電壓在公共的允許范圍內(nèi)變動，就可以滿足各負荷點的調(diào)壓要求，而不必在各負荷點再裝設調(diào)壓設備。二、中樞點的電壓管理(5)如果由同一中樞點供電的各用戶負荷的變化規(guī)律差別很大，需要針對不同的負荷點電壓變化情況增設必要的調(diào)壓設備. 因為,在某些時間段內(nèi)，各用戶的電壓質(zhì)量要求反映到中樞點的電壓允許變化范圍沒有公共部分。這種情況下，僅靠控制中樞點的電壓并不能保證所

33、有負荷點的電壓偏移都在允許范圍內(nèi)。因此為了滿足各負荷點的調(diào)壓要求，還必須在某些增設必要的調(diào)壓設備來加以調(diào)壓。 二、中樞點的電壓管理中樞點的調(diào)壓方式:(1)逆調(diào)壓:在大負荷時升高電壓，小負荷時降低電壓的調(diào)壓方式.(2)順調(diào)壓:在大負荷時降低電壓，小負荷時升高電壓的調(diào)壓方式.(3)常調(diào)壓:在任何負荷下,保持中樞點電壓為恒定值. 二、中樞點的電壓管理(1)逆調(diào)壓方法:(1)在大負荷時，線路的電壓損耗也大，如果提高中樞點電壓，就可以抵償?shù)舨糠蛛妷簱p耗，使負荷點的電壓不致過低。(2)小負荷時，線路電壓損耗也小，適當降低中樞點電壓就可使負荷點電壓不致過高。逆調(diào)壓中中樞點電壓值的確定:(1)在最大負荷時可保

34、持中樞點電壓比線路額定電壓高5;(2)在最小負荷時保持為線路額定電壓。中樞點逆調(diào)壓的應用場合:供電線路較長、負荷變動較大的中樞點.二、中樞點的電壓管理(2)順調(diào)壓在大負荷時允許中樞點電壓低一些，但不低于線路額定電壓的1025；小負荷時允許其電壓高一些，但不超過線路額定電壓的1075。(3)恒調(diào)壓(常調(diào)壓)在任何負荷下，中樞點電壓保持為大約恒定的數(shù)值，一般較線路額定電壓高25。當系統(tǒng)發(fā)生事故時，電壓損耗比正常情況下的要大，因此對電壓質(zhì)量的要求允許降低一些，通常允許事故時的電壓偏移較正常情況下大5。二、中樞點的電壓管理三、電壓調(diào)整的基本原理以圖12-17所示的簡單電力系統(tǒng)為例，說明常用的各種調(diào)壓措

35、施所依據(jù)的基本原理。發(fā)電機通過升壓變壓器、線路和降壓變壓器向用戶供電。要求調(diào)整負荷節(jié)點b的電壓。為簡單起見，略去線路的電容功率、變壓器的勵磁功率和網(wǎng)絡的功率損耗。 變壓器的參數(shù)已歸算到高壓側(cè)。b點的電壓為 (12-10) 式中k 和k 分別為升壓和降壓變壓器的變比；R和X分別為變壓器和線路的總電阻和總電抗。三、電壓調(diào)整的基本原理由公式(12-10)可見，為了調(diào)整用戶端電壓V 可以采取以下的措施： (1)調(diào)節(jié)勵磁電流以改變發(fā)電機端電壓V ; (2)適當選擇變壓器的變比； (3)改變線路的參數(shù)； (4)改變無功功率的分布。 這些措施將在下面分別進行比較詳細的討論。三、電壓調(diào)整的基本原理123 電壓

36、調(diào)整的措施一、發(fā)電機調(diào)壓二、改變變壓器變比調(diào)壓三、利用無功功率補償調(diào)壓四、線路串聯(lián)電容補償調(diào)壓123 電壓調(diào)整的措施電壓調(diào)整的主要措施有四種:1.發(fā)電機調(diào)壓;2.改變變壓器變比調(diào)壓;3.利用無功功率補償調(diào)壓;4.線路串聯(lián)電容補償調(diào)壓.一、發(fā)電機調(diào)壓 發(fā)電機調(diào)壓的作用:（1）由孤立的發(fā)電廠不經(jīng)升壓直接供電的小型電力網(wǎng)，改變發(fā)電機端電壓就可以滿足負荷點的電壓質(zhì)量要求，不必另外在增加調(diào)壓設備。（2）對于線路較長、供電范圍交大、有多級變壓的供電系統(tǒng)，發(fā)電機調(diào)壓主要是為了滿足近處地方負荷的電壓質(zhì)量要求。一、發(fā)電機調(diào)壓 圖1218所示為一多級變壓供電系統(tǒng),圖中為電壓損耗分布。 從發(fā)電機端到最遠處負荷點之間

37、在最大負荷時的總電壓損耗達35，最小負荷時為15，其變化幅度達20。 這時調(diào)壓的困難不僅在于電壓損耗的絕對值過大，而且更主要的是在于不同運行方式下電壓損耗之差(即變化幅度)太大。因而單靠發(fā)電機調(diào)壓是不能解決問題的。 在上述情況下，發(fā)電機調(diào)壓主要是為了滿足近處地方負荷的電壓質(zhì)量要求，發(fā)電機電壓在最大負荷時提高5，最小負荷時保持為額定電壓，采取這種逆調(diào)壓方式，對于解決多級變壓供電系統(tǒng)的調(diào)壓問題也是有利的。 一、發(fā)電機調(diào)壓（3）對于由若干發(fā)電廠并列運行的電力系統(tǒng)，進行電壓調(diào)整的電廠需有相當充裕的無功容量儲備，一般不易滿足。另外調(diào)整個別發(fā)電廠的母線電壓，會引起無功功率重新分配，可能同無功功率的經(jīng)濟分配

38、發(fā)生矛盾。所以在大型電力系統(tǒng)中發(fā)電機調(diào)壓一般只作為一種輔助性的調(diào)壓措施.二、改變變壓器變比調(diào)壓改變變壓器變比可以升高或降低次級繞組的電壓。改變變壓器的變比調(diào)壓實際上是根據(jù)調(diào)壓要求來適當?shù)剡x擇分接頭。（1）降壓變壓器分接頭的選擇圖1219為一降壓變壓器。若通過功率為 ，高壓 側(cè)實際電壓為 ，歸算到高壓側(cè)的變壓器阻抗為 ，歸算到高壓側(cè)的變壓器電壓損耗為 ，低壓側(cè)要求得到的電壓為 ，則式中， 是變壓器的變比，即高壓繞組分接頭電壓 和低壓繞組額定電壓 之比。將 代人式(1211)，便得高壓側(cè)分接頭電壓:可見:當變壓器通過不同的功率時，高壓側(cè)電壓 、電壓損耗 ，以及低壓側(cè)所要求的電壓 都要發(fā)生變化,從而

39、在保持低壓側(cè)電壓不變下,高壓側(cè)分接頭電壓將取不同的值。通過計算可以求出在不同的負荷下為滿足低壓側(cè)調(diào)壓要求所應選擇的高壓側(cè)分接頭電壓。二、改變變壓器變比調(diào)壓對于普通的雙繞組變壓器,其分接頭只能在停電的情況下改變。在正常的運行中無論負荷怎樣變化只能使用一個固定的分接頭。這時可以分別算出最大負荷和最小負荷下所要求的分接頭電壓:然后取它們的算術(shù)平均值，即普通的雙繞組變壓器調(diào)壓方法(兩個步驟): (1)根據(jù) 值可選擇一個與它最接近的分接頭。(2)根據(jù)所選取的分接頭校驗最大負荷和最小負荷時低壓母線上的實際電壓是否符合要求。 二、改變變壓器變比調(diào)壓 例12-3降壓變壓器及其等值電路不于圖12- 20 (a)

40、、(b)。歸算至高壓側(cè)的阻抗(2.44+j40) 。已知在最大和最小負荷時通過變壓器的功率分別為(28+j14)MVA和(10+j6)MVA，高壓側(cè)的電壓分別為110kV和113kV。要求低壓母線電壓變化不超出(6.06.6) 的范圍，試選擇分接頭。例12-3解：先計算最大負荷及最小負荷時變壓器的電壓損耗假定變壓器在最大負荷和最小負荷運行時低壓側(cè)的電壓分別取為6kV和6.6kV，則由式（12-13）和（12-14）可得例12-3取算術(shù)平均值選最接近的分接頭107.25kV.按所選分接頭校驗低壓母線的實際電壓?？梢娝x分接頭是能滿足要求的。例12-3（2）升壓變壓器分接頭的選擇 升壓變壓器分接頭

41、的選擇:(1)選擇升壓變壓器分接頭的方法與選擇降壓變壓器的基本相同(2)由于升壓變壓器中功率方向是從低壓側(cè)送往高壓側(cè)的，故公式中 前的符號應相反，即應將電壓損耗和高壓側(cè)電壓相加:二、改變變壓器變比調(diào)壓 式中， V2為變壓器低壓側(cè)的實際電壓或給定電壓； V1為高壓側(cè)所要求的電壓。注意:升壓變壓器與降壓變壓器繞組的額定電壓是略有差別的(見表11)。升壓變壓器分接頭的原則:(1)選擇發(fā)電廠中升壓變壓器的分接頭時，在最大和最小負荷情況下，要求發(fā)電機的端電壓都不能超過規(guī)定的允許范圍。(2)如果在發(fā)電機電壓母線上有地方負荷，則應當滿足地方負荷對發(fā)電機母線的調(diào)壓要求，一般可采用逆調(diào)壓方式調(diào)壓。 二、改變變壓

42、器變比調(diào)壓三、利用無功功率補償調(diào)壓 三、利用無功功率補償調(diào)壓無功功率的產(chǎn)生基本上不消耗能源，但是無功功率沿電力網(wǎng)傳送卻要引起有功功率損耗和電壓損耗。合理的配置無功功率補償容量，可改變電力網(wǎng)的無功潮流分布,以減少網(wǎng)絡中的有功功率損耗和電壓損耗，從而改善用戶處的電壓質(zhì)量。圖1222所示為一簡單電力網(wǎng)，供電點電壓 ，和負荷功率 已給定，線路電容和變壓器的勵磁功率略去不計。在未加補償裝置前若不計電壓降落的橫分量，根據(jù)圖12-22有: 式中 為歸算到高壓側(cè)的變電所低壓母線電壓。在變電所低壓側(cè)設置無功補償設備,容量為 ，網(wǎng)絡傳送到負荷點的無功功率將變?yōu)?，變電所低壓母線的歸算電壓變?yōu)?設置無功補償設備后,

43、母線1電壓為:三、利用無功功率補償調(diào)壓如果補償前后母線1電壓 保持不變，則有:由式(12-17)知道,變電所低壓母線歸算電壓從 改變到 時所需要的無功補償容量為:式(12-18)方括號中第二項的數(shù)值一般很小，可以略去，則式(12-18)便簡化為: (2-19)三、利用無功功率補償調(diào)壓若變壓器的變比選為 ，經(jīng)過補償后變電所低壓側(cè)要求保持的實際電壓為 ，則 高壓側(cè)電壓為: 將其代入式(1219)，可得:由式(1220)看出，影響補償容量的因素有4個:1)補償前低壓母線電壓 2)補償后所期望的低壓母線電壓 3)降壓變壓器的變比 .4)支路電抗 .三、利用無功功率補償調(diào)壓變比的選擇原則是：在滿足調(diào)壓的

44、要求下，使無功補償容量為最小。下面,針對不同無功補償設備的性能,說明如何選取變壓器變比:（1）補償設備為靜電電容器通常在大負荷時降壓變電所電壓偏低，小負荷時電壓偏高。電容器只能發(fā)出感性無功功率以提高電壓，但電壓過高時卻不能吸收感性無功功率來使電壓降低。靜電電容器補償原則:在最大負荷時電容器應全部投入，在最小負荷時全部退出。三、利用無功功率補償調(diào)壓采用靜電電容器時,計算步驟如下: 根據(jù)調(diào)壓要求，按最小負荷時沒有補償情況來確定變壓器分接頭. 設 為最小負荷時低壓母線歸算到高壓側(cè)的電壓, 為最小負荷時低壓母線實際要求的電壓, 為最小負荷時所要計算的高壓母線的電壓 為低壓母線額定電壓. 則有:三、利用

45、無功功率補償調(diào)壓選取與 最接近的高壓側(cè)電壓 ,并計算變壓器變比: 按最大負荷時的調(diào)壓要求選擇補償容量: 為最大負荷時低壓母線歸算到高壓側(cè)的電壓, 為最大負荷時低壓母線實際要求的電壓, 校驗實際電壓是否滿足要求.三、利用無功功率補償調(diào)壓（2）補償設備為同步調(diào)相機調(diào)相機的特點是既能過勵磁運行，又能欠勵磁運行。調(diào)相機無功功率補償調(diào)壓原則:在最大負荷時按額定容量過勵磁運行，在最小負荷按0.50.65額定容量欠勵磁運行。采用同步調(diào)相機調(diào)壓時,計算步驟如下:(1)最大負荷時，同步調(diào)相機容量為:(2)最小負荷時，同步調(diào)相機容量為:三、利用無功功率補償調(diào)壓其中 為常數(shù)值,其范圍:0.5O.65.式(12-22

46、)和式(12-23)相除，得:由式(1224)可解出:按式(12-25)計算變壓器變比 ,按式(12-22)計算同步調(diào)相機容量 。三、利用無功功率補償調(diào)壓 例125簡單輸電系統(tǒng)的接線圖和等值電路分別示于圖12-23(a)和(b)。變壓器勵磁支路和線路電容被略去。節(jié)點1歸算到高壓側(cè)的電壓為118kV，且維持不變。受端低壓母線電壓要求保持為105kV。試配合降壓變壓器T-2的分接頭選擇，確定受端應裝設的如下無功補償設備：(1)靜電電容器；(2)同步調(diào)相機。 例125例125 解 (一)計算補償前受端低壓母線歸算到高壓側(cè)的電壓 因為首端電壓已知，宜用首端功率計算網(wǎng)絡的電壓損耗。為此，先按額定電壓計算

47、輸電系統(tǒng)的功率損耗：例125于是利用首端功率可以推出：例125(二)選擇靜電電容器的容量 (1)按最小負荷時無補償確定變壓器的分接頭電壓例125 最接近的抽頭電壓為110kV，由此可得降壓變壓器的變比為 。 (2)按公式(12-21)求補償容量 (3)取補償容量 =12Mvar，驗算最大負荷時受端低壓側(cè)的實際電壓 例125故例125(三)選擇同步調(diào)相機的容量(1)按公式(12-25)確定降壓變壓器變比 當 分別取為0.5和0.65時，可相應算出變比 分別為9.54和9.45，選取最接近的標準分接頭變比 =9.5。 (2)按公式(12-22)確定調(diào)相機容量 例125 選取最接近標準容量的同步調(diào)相

48、機，其額定容量為7.5MVA。(3)驗算受端低壓側(cè)電壓。最大負荷時調(diào)相機按額定容量過勵磁運行，因而有例125最小負荷時調(diào)相機按50額定容量欠勵磁運行 =-3.75MV.A。例125例125 在最小負荷電壓略高于10.5kV，如果調(diào)相機按60%額定容量欠勵運行，便得 =10.48kV。例125四、線路串聯(lián)電容補償調(diào)壓原理: 在線路上串聯(lián)接入靜電電容器，利用電容器的容抗補償線路的感抗，使電壓損耗中 分量減小，從而可提高線路末端電壓.對圖1224所示的架空輸電線路，未加串聯(lián)電容補償前有:線路上串聯(lián)了容抗 后就改 變?yōu)? 從而得到:進而,利用電壓損耗之差、 線路無功功率、 線路首端電壓,得到串聯(lián)電容器

49、容抗:四、線路串聯(lián)電容補償調(diào)壓電壓減少百分比 :四、線路串聯(lián)電容補償調(diào)壓四、線路串聯(lián)電容補償調(diào)壓定義補償度 欠補償過補償全補償12-4 調(diào)壓措施的應用 本節(jié)主要內(nèi)容:一、各種調(diào)壓措施的合理應用 二、各種措施調(diào)壓效果的綜合分析 一、各種調(diào)壓措施的合理應用 一、各種調(diào)壓措施的合理應用 電壓質(zhì)量問題，從全局來講是電力系統(tǒng)的電壓水平問題。為了確保運行中的系統(tǒng)具有正常電壓水平，系統(tǒng)擁有的無功功率電源必須滿足在正常電壓水平下的無功需求。 調(diào)壓的原則:（1） 利用發(fā)電機調(diào)壓不需要增加費用，是發(fā)電機直接供電的小系統(tǒng)的主要調(diào)壓手段。在多機系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流要引起發(fā)電機間無功功率的重新分配，應該根據(jù)發(fā)電機與系統(tǒng)的聯(lián)接方式和承擔有功負荷情況，合理地規(guī)定各發(fā)電機調(diào)壓裝置的整定值。利用發(fā)電機調(diào)壓時，發(fā)電機的無功功率輸出不應超過允許的限值。 （2）無功功率供應比較充裕時，各變電所的調(diào)壓問題可以通過選擇變壓器