电气工程基础

1、电气工程基础无功功率补偿无功功率补偿与电压调整与电压调整 主要内容v无功功率负荷电压机制无功功率负荷电压机制 v电力系统中无功功率的平衡与补偿电力系统中无功功率的平衡与补偿v电力系统中的电压管理与调压方法电力系统中的电压管理与调压方法无功功率负荷电压机制v一、无功功率负荷电压机制一、无功功率负荷电压机制 v有功功率平衡是全系统的平衡，且全系统只有一个频率；而无功功率平衡要满足众多的结点电压的要求，除了对全系统需要平衡以外，地区系统也需要平衡。 无功功率负荷电压机制ABGUrjxPjQULLPjQUQxUUGPrQxUUUGPr无功功率负荷电压机制v用隐函数求导 rPUUUG 2xQUUUG 2

2、NGUrUUrPU2NGUxUUxQU2QPdUdUdQQUdPPUdU无功功率负荷电压机制v对于高压网， rx,dUPdUQ,故QdUdU 电网结点电压的变动主要由无功功率变动所引起 无功功率负荷电压机制QU1 .01 .00SALAUQU1 .01 .00SALAUS1 .0AUAAL()a()b无功功率负荷电压机制v例11-1AB118AUKVPjQLLPjQ42jMWPL4020110UQQLL确定B点的电压UB以及电源点A需供给的无功功率 00(1)18var(2)25varLLQMQM无功功率负荷电压机制2sinc o sABABBUUPXUUUQXX222227.89341600

3、0.0238ABBBBU UUQPXXUU无功功率负荷电压机制v两种情况下的负荷功率分别为22 18110 25110BLBLUQUQ 无功功率负荷电压机制152025103035102104106108110112/varM/U KVQLQBBLQ107.5110.322222222110.31818.1var110107.52523.88var1104018.118.142110.3 24.75var4023.882542107.5 32.89varLLAAQMQMQMQM 无功功率负荷电压机制v电压偏移的影响电压偏移的影响 v当运行电压偏离额定值较大时，技术经济指标就会恶化。 v发电厂厂

4、用电中由电动机驱动的辅机，其机械转矩与转速的高次方成正比，电压降低滑差增大，转速降低，输出功率迅速减少，将影响汽轮、锅炉的工作，严重情况下将造成安全问题。变压器的运行电压偏低，若负载功率不变，致使输出电流增加，使绕组过热。电压偏高，励磁电流增大，铁芯损失增加，温升增高，严重情况下引起高次谐波共振。 v由于局部地区无功不足，运行电压严重低下，一些变电所在负荷的微小扰动下会出现电压大幅度下滑，以至失压，即所谓电压崩溃 .无功功率负荷电压机制v负荷分类及其对电压影响的控制负荷分类及其对电压影响的控制 v电力系统中负荷的变动以及由此而引起的变电所母线的电压变动可以分为两类： 由生产、生活和气象变化引起

5、的负荷功率的变化。 电压偏移 调节变压器分接头，投切电容器以及调节发电机母线电压 负荷功率具有冲击性或间歇性 电压波动 安装静止无功补偿器一类的动态补偿器安装串联电容 后果改善后果改善无功功率的平衡与补偿 v电力系统中无功功率电源不足，系统结点电压就要下降。电力系统必须具备足够的无功电源才能维持所要求的电压水平，以满足系统安全稳定运行的要求，以下对电力系统中的无功负荷构成、无功电源构成、电力系统无功功率平衡问题以及为改善系统无功功率不平衡而采取的补偿措施等方面进行阐述。 无功功率的平衡与补偿v电力系统中的无功负荷与无功损耗电力系统中的无功负荷与无功损耗 1、用户与发电厂厂用电的无功负荷（主要是

6、异步电动机）、 2、线路和变压器的无功损耗 3、并联电抗器的无功损耗 无功功率的平衡与补偿v异步电动机 UX0II12XXRS2122XXIXUQD无功功率的平衡与补偿v变压器：励磁损耗与绕组漏抗损耗，后者与受载大小有关。var100%var100%20MSSSuQMSIQNNkZTNYT无功功率的平衡与补偿v电力线路 ：串联电抗中的无功功率损耗（感性）与并联电纳中的充电功率（容性）。BUQXUQPXIQLCLX222223LXLCLXLCLXLCPPQQPPQQPPQQ 线路无损 无功电源无功负荷 无功功率的平衡与补偿v电力系统中的无功电源电力系统中的无功电源v一是同步发电机以及过激运行的同

7、步电动机，v二是无功补偿电源包括电容器、静止无功补偿器和同期调相机，v三是110KV及以上电压线路的充电功率。无功功率的平衡与补偿v同步发电机 222(4060)%1sinGNGNGNGNNGNGNNGNNQPSPQPtgQSP tg无功功率的平衡与补偿v同步调相机v过激运行时向电网发出滞后的无功功率，欠激时从电网吸收滞后的无功功率，成为无功功率用户 ，有正常激磁、过激与欠激三种不同运行状态 21qCKdCKqdqCKCKddEUIxIEUxE UUQUIxx无功功率的平衡与补偿v静电电容器静电电容器损耗小，投资省，运行灵活，适宜于分散使用。但具有负调节效应，此外需用真空开关成组投切，投切次数

8、依赖于这种开关的性能。2Ij CUQUIjUC 无功功率的平衡与补偿v静止无功补偿器（Static Var Compensation，SVC）属于灵活交流输电系统（FACTS）的家族，是一种动态无功补偿装置。v晶闸管控制的电抗器固定电容型（TCRFC）v晶闸管开关电容器型（TSC）v饱和电抗器（SR）型无功功率的平衡与补偿v1）TCR-FC型补偿器 TCRCCfL2sin121LB无功功率的平衡与补偿v2）TSC型补偿器是用可控硅投切的电容器组（Thyristor Switched Capacitor）。 TSC无功功率的平衡与补偿v3）SR型补偿器是用直流电流控制的饱和电抗器（D.C. Co

9、ntrol Saturable Reaction）与固定电容器的并联组合。 CCfLSRSCC无功功率的平衡与补偿v高压输电线路的充电功率 高压及超高压线路是一种数量可观的无功功率电源，其充电功率与线路电压的平方成正比。 无功功率的平衡与补偿v电力系统的无功平衡与补偿电力系统的无功平衡与补偿 v无功补偿容量的配置应取分区平衡、分级补偿原则。 无功功率的平衡与补偿v无功功率管理的具体措施包括： （1）电力用户的功率因数达到0.95以上；（2）分散安装电容器，就地供无功功率。（3）在一次及二次变电所的低压母线上安装电容器，枢纽变电安装调相机。在有无功冲击负荷的变电所以及超高压送电线末端宜安装静止无

10、功补偿器；（4）对于水、火联合电网，枯水期利用水电机组调相运行，丰水期利用火电机组调相运行，供出感性无功功率；（5）同步电动机过激运行，供出感性无功功率。电压管理和调压方法v分级管理。 v发电厂和有调压能力的变电所按调度所规定的电压曲线调整无功功率和电压。 v地区调度所监控地区网络的电压、用户电压及其功率因数。实现无功功率就地平衡。 v中心调度所着重监控主网的电压水平。协调全网有广泛影响的调压措施，合理分配无功出力和调整无功潮流。 v协调配合，统一调度与分散控制相结合 电压管理和调压方法v电压控制的目的 （1）保持电网枢纽点电压水平，保证电力系统稳定运行；（2）保持供电电压的正常范围，保证用户

11、的供电质量；（3）减少网络损耗；（4）在偶然事故下快速强行励磁，防止电力系统瓦解 电压管理和调压方法v中枢点电压管理中枢点电压管理 v一般选择下列母线为电压中枢点：（1）区域性水、火电厂的高压母线；（2）枢纽变电站二次母线；（3）有地方负荷的发电厂母线。 电压管理和调压方法v三种电压调节方式：三种电压调节方式： （1）逆调整高峰负荷时升高中枢点母线电压，低谷时降低中枢点母线电压。适用于供电线路较长，负荷变动较大的中枢点； （2）顺调整高峰负荷时允许中枢点母线电压略低，低谷时允许中枢点母线电压略高。适用于供电线路不长，负荷变动不大的中枢点；（3）恒调整中枢点母线电压基本不变，适用于线路长度、负荷

12、变动情况介于上述两者之间的情况。 电压管理和调压方法v电压调整方法电压调整方法1.改变变压器变比调压先决条件 :电网的无功电源容量充裕 对负荷变化不大的变电所可适当选择变压器的分接头进行电压调整。对于负荷变化较大的一次及二次变电所采用负荷调整分接头的变压器，其切换装置在不能适应频繁操作要求时，应限制动作的次数。电压管理和调压方法UQXPRUUUUUUtLtHLHv降压变压器TTRjXPjQLUtHtLUKUHU电压管理和调压方法v最大负荷及最小负荷情况下：LmmtlmHMmtHLMMtLMHMMtHUUUUUUUUUU,mtHMtHtHUUU,21在停电条件下 电压管理和调压方法v升压变压器T

13、TRjXPjQLUHUPjQHTTtLtHLHUXQRPUUUUUUTPPPTQQQ电压管理和调压方法LmtLmHmmtHLMtLMHMMtHUUUUUUUUUU,电压管理和调压方法v三绕组降压变压器三绕组降压变压器 看成两个双绕组变压器的并联。在求得三绕组变压器的功率分布以后，先从高压绕组对低压绕组入手，选择高压方抽头以满足低压方电压要求。然后固定高压方抽头，考虑高压绕组对中压绕组情况；选择中压方抽头满足中压方的电压要求。 电压管理和调压方法115/16.34KVKV3 6 .7 5/ 3 5K VK V5 .54 .1 22 .41 .8jM V Aj21 .510 .7 5jM V Aj

14、3 .52 .6 21 .41 .0 5jM V Aj电压管理和调压方法HML7 .7 71 6 2 .5j7 .7 73 .7 8j1 1 .6 51 0 2j电压管理和调压方法v例11-3 变压器抽头为1103 2.5%/38.55%/10.5KV 要求10KV、35KV母线逆调压，即5，0。试选择抽头电压管理和调压方法v在最大负荷情况下，各绕组电压损耗计算如下：5.5 7.74.12 162.511542.735669.5 6.19115HVUKV变压器中点电压 01156.19108.83.5 7.772.62 3.78108.827.1959.9 0.16108.8MMVUKVUKV

15、电压管理和调压方法v中压母线电压 108.80.16107.642 11.65 1.5 102108.823.3 153 1.62108.8MMLMUKVUKV低压母线电压 108.8 1.62 107.18LMUKV电压管理和调压方法v在最小负荷情况下： 02.4 7.77 1.8 162.5116.3418.65292.5 2.67116.34116.342.67113.671.4 7.77 1.05 3.78113.6710.883.97 0.06113.67HVmMVUKVUKVUKV电压管理和调压方法1 1 3 .6 70 .0 61 1 3 .6 111 1 .6 50 .7 51

16、 0 21 1 3 .6 71 1 .6 57 6 .5 0 .7 81 1 3 .6 71 1 3 .6 70 .7 81 1 2 .8 9M mL VL mUK VUK VUK V电压管理和调压方法v在最大、最小负荷下，根据低压侧逆调压（5，0）的要求选择高压方的抽头： ,10.5107.18107.1810 1.05tH MUKV选标准抽头110-2.5，即为107.25KV,10.5112.89118.5310tH mUKV选标准抽头110+3*2.5，即118.25KV电压管理和调压方法v固定高压方抽头，按中压方逆调压要求，选择中压方抽头： ,107.2535 1.0536.2810

17、8.62tM MUKV选标准抽头38.5-5，即为36.57KV ,118.253536.43113.61tM mUKV选标准抽头38.5-5，即为36.57KV还应根据标准抽头，对中、低母线电压进行校核。 电压管理和调压方法v改变发电机及调相机励磁调压改变发电机及调相机励磁调压v改变发电机及调相机的励磁电流，可以改变它们的内电势，从而调整母线电压。利用发电机调压范围为发电机额定电压的5。 v调相机调压属于改变网络无功功率分布进行调压的方法。即利用调相机的容量就地补偿负荷所需的无功功率，因而改变了线路输送的无功功率。从而调节了枢纽站母线的电压。 电压管理和调压方法SUrU: 1KrUPjQCj

18、QRjX补偿前rrsUQXPRUU补偿后rcCrcsUXQQPRUU折合到高压侧的低压方希望电压 ，低压方希望电压Urc电压管理和调压方法2 r cCr crr crr cUQUUXUUUKXK现以下标M、m分别表示最大负荷及最小负荷情况，设调相机欠激容量为过激容量之半。 ,2,2,0.5rc MrMCrc Mrc mrMCrc mUUQUKXKUUQUKXK电压管理和调压方法,2r cMr cMr Mr c mr c mr mUK UUUK UU 由上式可以确定K值，由此确定高压方抽头 ，再确定调相机的容量 电压管理和调压方法v投切电容器组调压投切电容器组调压 v在最小负荷时，切除全部电容器

19、；而按最大负荷时的调压要求确定电容器的容量。在最小负荷时选择变压器变比 tHmNLrmrmKUUUU2()rcMrmCrcMUUQUKXK电压管理和调压方法v例11-4Us保持116KV，Urc维持10.5KV。试确定负荷端应装无功补偿设备容量（a)电容器（b）同步调相机 SUrU:1KrUCjQ116KV25120j110/11KV20 15MVA(107.5)MVA电压管理和调压方法v归算到高压侧母线 20 25 15 12011696.1711610 257.5 120116106.09116rMrmUKVUKV 电压管理和调压方法v（a）采用静电电容器11106.09111.1410.

20、5tHmUKV最小负荷时，选用额定抽头110KV最大负荷时，电容器容量的决定与校验： 210.596.1711010.57.73var120110/111120 25157.73120116104.1711611104.1710.4211011106.0910.61110CrMrMrmQMUKVUKVUKV电压管理和调压方法v（b）采用同步补偿机调压 10.510.596.17210.510.5 106.99.799.79 11.0107.68tHKKKUKV 选-2.5分头，即107.25KV 210.596.17107.2510.511120107.2511 5.32varCQM选用Qc=

21、5.0Mvar电压管理和调压方法v校验 20 25155120116103.0711610 257.52.5120116103.511611103.0710.57107.2511103.510.62107.25rMrmrMrmUKVUKVUKVUKV 电压管理和调压方法v静止无功补偿器调压v可按最大负荷时负荷母线电压的要求确定电容器的容量QC ,此时可控电抗吸收的无功功率为零或最小。由最小负荷时的电压要求确定静止补偿器的容量QSVC,此时QC不变，因此可控电抗器吸收的无功功率为LSVCCQQQUSVCQLQCQDQ电压管理和调压方法v串联电容调压 v在线路负荷功率因数较低、无功负荷份额大时有显

22、著作用 PjQPjQijRjXRjXcjXjcUjUiUiU( )a( )b电压管理和调压方法v补偿前ijjPRQXUUU补偿后 CijCjCPRQ XXUUUCjCjjCjCCjCjQXUUUUXUUQ电压管理和调压方法v单个电容器的额定容量 NCNCNCQUI设n，m分别为电容器的串联个数和并联串数 ,三相电容器的总容量 3CNCQmnQ电压管理和调压方法v满足条件,max,max,max,maxCCNCCCNCCNCCNCIXnUIXnIImIImI即即电压管理和调压方法v组合调压组合调压 无功电源缺乏 ：静电电容器、静止补偿器及调相机 无功充裕 ：调节抽头 发电机调压幅度有限：首选无直配负荷时5 有直配负