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1、第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整,电气信息学院电气系 杨力森 E-mail: 电话：答疑地点：B3-308 答疑时间：星期二下午,第一节 电力系统中无功功率的平衡,调频与调压区别,1. 频率全系统唯一，我国500.2Hz；（0.4%）； 电压有不同等级，不同等级容许变化范围不同（如5%）。 2. 调整手段：唯一的有功电源 发电机组； 除发电机组外还有大量的无功补偿设备和 带负荷调整分接头变压器等。 可见电压调整分散进行，调压手段也多种多样，这增加了 调压的复杂性和难度。,一、调整电压的必要性 （为什么要调压）1,电气设备设计：在额定电压下，安全又有最高的效率

2、，好的 技术经济性能。 电力系统用户：要求提供电压合格的优质电能商品。 电力系统自身：电压低，功率损耗、电能损耗增大，危及电 力系统的稳定性；电压高，破坏绝缘，超高压 电网电晕损耗。,一、调整电压的必要性 （为什么要调压）2,负荷随机变化、系统运行方式经常变化、导致电压损耗随机变化，所以不可能严格保证所有节点任何时刻额定电压，电压偏移不可避免，需合理规定允许的偏移范围。,二、如何使电压偏移在合理的范围（分析原因） 1. 无功负荷和无功损耗,电力系统电压水平取决于什么？,异步电动机在电力系统负荷中占很大的比重,无论工业或农业习户都以滞后功率因数运行，其值约为0.60.9。系统中变压器的无功功率损

3、耗占相当大比例，较有功功率损耗大得多。,2.无功电源1,同步发电机：不仅是电力系统唯一的有功电源，也是电力系统的主要无功电源。 同步调相机：专门设计的无功功率发电机，相当于空载运行的同步电动机。可以平滑地改变其输出的无功功率的大小和方向。所供应的无功功率随端电压的下降而增加，这对电力系统的电压调整是有利，但设备投资和维护费用高。 静电电容器：电力电容器并接于电网，它供给的无功功率与其端电压的平方成正比，只能向系统供应感性无功功率，成组地投入、切除，供应的无功功率随端电压的下降而减少。但电容器是静止元件，具有有功损耗小、适合于分散安装等优点。 静止补偿器：由晶闸管控制的可调电抗器与电容器并联组成

4、，既可发出无功功率，又可吸收无功功率，且调节平滑，安全，经济，维护方便。,发电机组的运行限额,发电机组运行极限的因素： 定子绕组温升约束。取决于发电机的视在功率。以O点为圆心，以OB为半径的圆弧S。 励磁绕组温升约束。取决于发电机的空载电势。以O点为圆心，以OB为半径的圆弧F。 原动机功率约束。即发电机的额定功率。直线BC。 其他约束。当发电机以超前功率因数运行的场合。综合为圆弧T。,2.无功电源2,3.无功平衡1,可见无功平衡水平决定电压水平，实现无功功率在额定电压下的平衡是保证电压质量的基本条件，要求无功电源充足。,3.无功平衡2,无功网损大于有功网损,电压损耗,所以无功功率不能远距离传输

5、，需要就地补偿。,三、怎样实现电压调整1.中枢点的电压管理,负荷节点多且分散，不可能对每个负荷点的电压都进行监视和调整。 一般是选定少数有代表性的节点作为电压监视的中枢点。所谓中枢点是指那些反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电站的母线，或有大量地方负荷的发电机母线。 系统中大部分负荷由这些节点供电。它们的电压一经确定，系统其他各点的电压也就确定了。因此，应根据负荷对电压的要求，确定中枢点的电压允许调整范围。,第二节 电力系统的电压管理,1.中枢点的电压管理,中枢点的电压偏移：,任何时刻应满足 ：,综合考虑A、B对电压中枢点O点的要求。同时满足两个负荷对电压质量的要求，中枢点电压的允许变动范围

6、减小。,实际电力系统中，由同一中枢点供电的负荷很多，中枢点到负荷处线路上的电压损耗的大小和变化规律的差别很大，可能出现在某些时段内，中枢点电压取任何值均不能满足要求，这时须采取其他措施。,2.中枢点电压的调整方式,逆调压：对于供电线路较长，负荷波动较大的网络，考虑在最大负荷时线路上的电压损耗增加，这时适当提高中枢点电压以补偿增大的电压损耗，比线路UN高5（即1.05UN）；最小负荷时线路上电压损耗减小，降低中枢点电压为UN。,顺调压：负荷变动小，供电线路不长，在允许电压偏移范围内某个值或较小的范围内，最大负荷时电压可以低一些，但1.025UN，小负荷时电压可以高一些，但1.075UN。,常调压

7、（恒调压）：负荷变动小，供电线路电压损耗也较小的网络，无论最大或最小负荷时，只要中枢点电压维持在允许电压偏移范围内某个值或较小的范围内（1.025UN1.05UN），就可保证各负荷点的电压质量。这种在任何负荷情况下，中枢点电压保持基本不变的调压方式。,3. 电压调整的基本原理,可见控制住中枢点的电压偏移，也就控制住了系统中大部分负荷的电压偏移。于是，电力系统的电压调整问题也就转化为保证各电压中枢点的电压偏移不越出给定范围的问题。,4.电压控制的措施,借改变发电机端电压调整,改变变压器变比调压,改变功率分布（Q）,改变线路参数（X）,一、借改变发电机端电压调整 1,通过自动励磁调节装置IfEqU

8、G，不需另增设备，简便可行且经济。由发电机不经升压直接供电的地方负荷，实行逆调压。,第三节 电力系统的几种主要调压措施,借改变发电机端电压调整 2,机端电压调整范围为05%，满足不了远方负荷要求：较长线路、多电压级，最大、最小负荷时电压损耗之差往往大于5%；多机系统中，实际上改变发电机间无功分配，与无功备用、无功的经济分配有矛盾，因此，发电机调压仅作辅助措施。,二、改变变压器变比调压,双绕组变压器的高压绕组和三绕组的高、中压绕组有若干分接头可供选择，如有UN5、 UN22.5 或UN42 。其中对应于UN的分接头常称主接头或主抽头。合理选择变压器的分接头调压。,（1）对于双绕组降压变压器i,（

9、1）对于双绕组降压变压器 1,（1）对于双绕组降压变压器 2,普通变压器在运行中不能倒换接头，只有停运时才能调整，因此，必须在投运前选择好合适的接头以满足各种负荷要求。 为使最大、最小负荷两种情况下变电所低压母线实际电压偏离要求的Uimax ，Uimin大体相等，分接头电压应取UtImax ，UtImin的平均值。,根据UtI选择一最接近的分接头，再按选定的分接头校验低压母线上的实际电压能否满足要求。,（2）对于双绕组升压变压器 1,（3）对于三绕组变压器,三绕组变压器除高压绕组有抽头外，一般中压绕组也具有抽头可供选择。对高、中压绕组都具有抽头的三绕组变压器，各绕组接头电压的确定仍按上述双绕组

10、变压器的方法分两步进行。,首先。根据低压母线的调压要求在高低压绕组之间进行计算，选取高压绕组的接头电压即变比UtH/UNL；,然后根据中压的调压要求及选取的高压绕组接头电压UtH，在高中压绕组之间进行计算，选取中压绕组的接头电压UtM。确定的变比即为UtH/UtM/UtL。,改变功率分布（Q）1,1.补偿设备容量的计算,改变功率分布（Q）2,实践中进行简化,2.最小补偿设备容量的确定,按调压要求，在确定这些补偿设备容量时，须先确定变压器变比。,改变功率分布（Q）3,a. 并联电容器,确定其容量分两步：,一步：在Smin时，全部切除，确定变压器分接头；,根据UtJmin选择一最接近的分接头UtJ

11、,改变功率分布（Q）4,二步：在Smax时，全部投入，确定电容器容量。,b. 调相机,在Smax时，过激运行，发无功，确定QCN； 在Smin时，欠激运行，吸无功，确定QLN=(0.50.6) QCN 。,改变功率分布（Q）5,在Smax时，满发QCN：,在Smin时，吸QLN=(0.50.6) QCN ：,改变线路参数（X）,串联电容补偿的方法以减小X,可以看出，串联电容补偿的调压效果与负荷的无功功率Q1成正比，从而与负荷的功率因数有关。在负荷功率因数较低时，线路上串联电容调压效果较显著。因此，串联电容补偿一般适用，负荷波动大且功率因数低的配电线路。,小结,综上所述，电力系统的电压调整，是一

12、个涉及面广的复杂问题。一般来说，发电机调压主要适用于地方性供电网，对于区域性电力网仅作为辅助调压措施。在系统无功功率充裕时，首先应考虑采用改变变压器变比调压。对于无载调压变压器，一般只适用于季节性负荷变化的情况。当系统无功电源不足时，不宜采用调整变压器变比的办法来提高电压，因为当某一地区的电压由于变压器分接头的改变而升高后，该地区所需的无功功率也增大了，这就可能扩大系统的无功缺额，从而导致整个系统电压水平更加下降，这时必须增设无功补偿容量。无功功率的就地补偿虽需增加投资，但这样不仅能提高运行电压水平，还能通过减少无功功率在网络中的传输而降低网络的有功功率损耗。串联电容补偿可用于配电网的调压，但近年来，串联电容补偿用于超高压输电线带来的对潮流控制、系统稳定性的提高等方面的综合效益已日益引起人们的关注。,举例1,例：发电厂装有两台容量为31.5MVA、额定变比为121/10.5kV的变压器。由变压器输出的最大负荷为50+j40MVA、最小负荷为25+j15MVA 。要求高压母线电压UH维持116kV恒定不变，且发电机母线须实行逆调压(Umax为1.05UN，及Umin为1.0UN)以满足地方负荷电压的要求。并联运行变压器归算至高压侧的等值阻抗为1.47+j24.4。试确定变压器的变比。,解：变压器的电压损耗（忽略电压降落横分量）,最大负荷时：,最小负荷时：,根据发电机母线逆调压