第五章 电力系统的无功功率平衡与电压调整

1、5.1 电压调整的必要性5.2 电力系统的无功功率平衡5.3 电力系统的电压管理5.4 电压调整的措施第5章 电力系统的无功功率平衡与电压调整小结讨论如何讨论如何保护用户电压质量保护用户电压质量的问题：的问题：有功功率有功功率-频率频率无功功率无功功率-电压电压电电 源源特特 点点能能 源源调控手段调控手段一一. . 电压偏移对用电设备的电压偏移对用电设备的影响影响正常情况下正常情况下（一般：（一般： ）%5%5%10:220kV%7:10kV%100:35kV二二. . 允许电压允许电压偏移量偏移量一一. . 无功功率电源无功功率电源无功电源无功电源：同步发电机、同步发电机、无功补偿装置无功

2、补偿装置： 同步调相机、静电（并联）电容同步调相机、静电（并联）电容器、静止补偿器器、静止补偿器1. 1. 同步发电机同步发电机唯一的唯一的有功电源，有功电源，主要的主要的无功电源。无功电源。某些情况的输电线路某些情况的输电线路110kV及以上线路在空载或轻载状况下NGNNGNGNtgPSQ sin发电机在正常运行状态下发出无功：发电机在正常运行状态下发出无功：发电机的发电机的额定无功出力额定无功出力发电机的发电机的额定视在功率额定视在功率发电机的发电机的额定有功出力额定有功出力发电机的发电机的功率因数角功率因数角确定发电机的确定发电机的运行极限图运行极限图：定子绕组温升约束定子绕组温升约束：

3、取决于定子电流，既取取决于定子电流，既取决于发电机的视在功率决于发电机的视在功率-弧弧BEBE转子绕组温升约束转子绕组温升约束：取决于发电机的空载电势取决于发电机的空载电势-弧弧BFBF原动机功率约束原动机功率约束：取决于它所配套的发电机的额定有功取决于它所配套的发电机的额定有功 -直线直线BCBC迟相迟相运行区运行区进相进相运行区运行区迟相迟相运行区运行区进相进相运行区运行区（1 1）当发电机低于额定功当发电机低于额定功率因数运行时率因数运行时，发电机的，发电机的视在功率因取决于励磁电视在功率因取决于励磁电流不超过额定值的条件，流不超过额定值的条件，将低于其额定值。将低于其额定值。（2 2）

4、当发电机高于额定功率因数运行时当发电机高于额定功率因数运行时，励磁电流不，励磁电流不再是限制条件，原动机的机械功率又成了限制条件。再是限制条件，原动机的机械功率又成了限制条件。（3 3）发电机只有在额定电压、额定电流和额定功率）发电机只有在额定电压、额定电流和额定功率因数（即运行点因数（即运行点B B）下运行时视在功率才能达到额定）下运行时视在功率才能达到额定值，使其值，使其容量得到最充分的利用容量得到最充分的利用。 当系统无功不足时，当系统无功不足时，可让发电机低于额定功率可让发电机低于额定功率因数运行，牺牲少量有功因数运行，牺牲少量有功多发无功功率以满足系统多发无功功率以满足系统要求。要求

5、。2 2. . 同步调相机同步调相机 -实际上空载的同步电动机实际上空载的同步电动机可直接装设在用户附近，减少输送过程中的损耗；可直接装设在用户附近，减少输送过程中的损耗；改变其励磁，可以改变其励磁，可以平滑地调节平滑地调节无功功率输出；无功功率输出；是旋转电机，有功损耗大。是旋转电机，有功损耗大。3 3. . 并联电容器并联电容器过激运行，发出无功；欠激运行，消耗无功。过激运行，发出无功；欠激运行，消耗无功。可按三角形和星形接法连接在变电所母线上；可按三角形和星形接法连接在变电所母线上；它供给的无功功率与所在节点电压的平方成正比它供给的无功功率与所在节点电压的平方成正比：不能平缓调压不能平缓

6、调压，只能成组投切；，只能成组投切；ccXUQ/2当节点电压下降时，它向系统供给的无功功率也当节点电压下降时，它向系统供给的无功功率也将下降。将下降。-具有具有负的电压调节效应负的电压调节效应4 4. . 静止补偿器静止补偿器由电容器组与可调电抗器组成，既可向系统供给由电容器组与可调电抗器组成，既可向系统供给无功功率，也可以从系统吸取无功功率。无功功率，也可以从系统吸取无功功率。能能快速地、平滑地快速地、平滑地调节无功功率。调节无功功率。二二. . 电力系统的无功负荷和无功损耗电力系统的无功负荷和无功损耗1. 1. 无功负荷无功负荷二二. . 电力系统的无功负荷和无功损耗电力系统的无功负荷和无

7、功损耗2 2. . 无功损耗无功损耗)()(2221222222222121212122UUBXUQPUUBXUQPQQQLLBlXl 输电线路的无功损耗输电线路的无功损耗 NToNTNTSTNoNNTSTSISSSUSIUUSSUQ100%)(100%100%)(100222 变压器的无功损耗变压器的无功损耗 三三. . 电力系统的无功平衡电力系统的无功平衡基本要求基本要求：系统中的无功电源可以发出的无：系统中的无功电源可以发出的无功功率应该大于或至少等于负荷所需的无功功功率应该大于或至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗。功率和网络中的无功损耗。QQQLDGCCGGCQQQ其中，其中

8、，所有发电机发出所有发电机发出的无功功率的无功功率所有无功补偿装置发所有无功补偿装置发出的无功功率出的无功功率二二. . 中枢点电压范围的确定中枢点电压范围的确定能反映电力系统电压水平的主要发电厂和能反映电力系统电压水平的主要发电厂和变电站母线。变电站母线。定义：定义：以点带面以点带面：系统通过调控中枢点电压来调控整：系统通过调控中枢点电压来调控整个系统用户电压。个系统用户电压。一一. . 电压中枢点电压中枢点-根据中枢点电压控制曲线确定根据中枢点电压控制曲线确定 中枢点至各负荷点在最大最小负荷时电压损耗之中枢点至各负荷点在最大最小负荷时电压损耗之差不能大于负荷点允许上下限电压之差，所以如能控

9、差不能大于负荷点允许上下限电压之差，所以如能控制住这些点的电压偏移就能控制系统中大部分负荷的制住这些点的电压偏移就能控制系统中大部分负荷的电压偏移。电压偏移。如：中枢点中枢点中枢点中枢点三三. . 中枢点的调压方式中枢点的调压方式1.1. 逆调压逆调压2 2. . 顺调压顺调压3 3. . 恒（常）调压恒（常）调压-线路长、负荷变动大线路长、负荷变动大-线路短、负荷变动小线路短、负荷变动小:maxS:minS中枢U中枢U至至1.05ULN至至ULN:maxS:minS中枢U至不小于至不小于1.025ULN至不大于至不大于1.075ULN中枢U:maxS:minSconstUULN）（中枢05.

10、 102. 1通常取通常取1.025ULN2121/)(kUQXPRkUkUkUULNGGLD四四. . 电压调整的基本原理电压调整的基本原理（归算至高压侧（归算至高压侧）（用户侧要（用户侧要求电压）求电压）（用户侧取（用户侧取用功率）用功率）有：有：则调整用户电压的则调整用户电压的措施措施包括：包括：调整发电机的励磁电流调整发电机的励磁电流-调机端电压；调机端电压；改变变压器的变比改变变压器的变比-选分接头；选分接头；改变系统无功分布改变系统无功分布-借助无功补偿装置；借助无功补偿装置；改变系统参数。改变系统参数。利用发电机的利用发电机的自动调节励磁装置自动调节励磁装置，调节发电机的励磁电流

11、，改变发电机，调节发电机的励磁电流，改变发电机电势或端电压；电势或端电压； 一一. . 发电机调压发电机调压主要适用于孤立运行的发电厂不经升压直主要适用于孤立运行的发电厂不经升压直接供电的接供电的小型系统小型系统；简单、经济简单、经济，且不需增加额外设备；，且不需增加额外设备；易于实现易于实现逆调压逆调压。二二. . 改变变压器变比改变变压器变比变压器分类变压器分类：普通变（无载调压变）普通变（无载调压变）、有载变有载变要求要求: :根据低压侧调压要求，选择高压侧分接头。根据低压侧调压要求，选择高压侧分接头。1. 1. 降压变降压变NftuUk21 设变压器高压侧实际分接设变压器高压侧实际分接

12、头电压头电压 ，则有，则有fU1tTkUUu/ )(12其中其中1UQXPRUT为归算到高压侧的变压器电压损耗为归算到高压侧的变压器电压损耗fNTUuUU121)(注意注意：只有当系统无功功率电源容量充足时，用改变：只有当系统无功功率电源容量充足时，用改变变压器变比调压才能奏效。变压器变比调压才能奏效。:maxSNTfuuUUU2211NTfuuUUU2max2maxmax1max1NTfuuUUU2min2minmin1min1则系统在不同运行方式下：则系统在不同运行方式下：:minS讨论不同类型的变压器：讨论不同类型的变压器：有载调压变：有载调压变： 时，将分接头打在与时，将分接头打在与

13、最接近的位置；最接近的位置； 时，将分接头打在与时，将分接头打在与 最接近的位置；最接近的位置；:maxS:minSmax1fUmin1fU无载调压变（普通变）无载调压变（普通变）：计算计算 ，)(21min1max11fffavUUUfavU1NftuUk21 选选fNTUuUUu12maxmax1max2)(选择与选择与 最接近的分接头，则实际变比为最接近的分接头，则实际变比为：注意：一定要检验所选分接头在两种运行状注意：一定要检验所选分接头在两种运行状态下是否能使变压器低压侧满足电压要求态下是否能使变压器低压侧满足电压要求。:maxS:minS选fNTUuUUu12minmin1min2

14、)(是否满足要求；是否满足要求；是否满足要求。是否满足要求。若不满足，考虑改为有载变或增加其他无若不满足，考虑改为有载变或增加其他无功补偿方式。功补偿方式。选择升压变压器分接头的方法与选择降压变压器的基本相同2. 2. 升压变升压变tTkUUu/ )(12fNTUuUU121)(NTfuuUUU2211:maxSNTfuuUUU2max2maxmax1max1NTfuuUUU2min2minmin1min1:minS后面同降压式，对普通变要记得校验。后面同降压式，对普通变要记得校验。要求要求: :按照用户侧调压要求，选择无功补偿装按照用户侧调压要求，选择无功补偿装置的容量置的容量QbQb（及变

15、压器变比）。（及变压器变比）。三三. . 改变无功功率分布调压改变无功功率分布调压使用前提：（超）高压网络效果显著使用前提：（超）高压网络效果显著（归算至高压侧（归算至高压侧）（用户所需功率（用户所需功率）（无功补偿容量（无功补偿容量）1:k)(2CU)(22Cuuk电源电压（恒定电源电压（恒定）：实际变比：实际变比2u： 归算到高压侧的值归算到高压侧的值kuU22Cu2： 归算到高压侧的值归算到高压侧的值kuUCC222UCU2说明：高压侧电压用大写符说明：高压侧电压用大写符号号, ,低压侧电压用小写符号低压侧电压用小写符号, ,补偿后的参数在下标加字母补偿后的参数在下标加字母”c”.c”.问题：将用户侧电压由问题：将用户侧电压由 后，后，所需无功补偿装置容量？所需无功补偿装置容量？（归算至高压侧（归算至高压侧）（用户所需功率（用户所需功率）（无功补偿容量（无功补偿容量）1:k)(2CU)(22Cuu电源电压（恒定电源电压（恒定）补偿前补偿前：补偿后补偿后：变比变比k k的选取原则：满足用户调压要求的同时的选取原则：满足用户调压要求的同时，使，使QbQb尽可能的小（与无功补偿装置类型有尽可能的小（与无功补偿装置类型有关）。关）。l静电（并联）电容器静电（并联）电容器运行特点：运行特点： 时，全投；时，全投； 时，全切。时，全切。 时，根据变压器低压侧调压要求