电力系统稳态8_无功平衡

1、东南大学电气工程学院 无功平衡（无功电源和无功负荷）系统无功功率对电压的影响电压监视与电压管理电压调整的方法综合调压电力系统的无功平衡电力系统的无功平衡与电压调整与电压调整电力系统的无功平衡与电压调整电力系统的无功平衡n无功平衡：系统无功电源发出的无功功率与系统的无功负荷及无功损耗相平衡。n1.无功负荷及无功损耗 n1 1）无功负荷：滞后功率因数运行的用电设）无功负荷：滞后功率因数运行的用电设备所吸取的无功功率。备所吸取的无功功率。n2 2）无功损耗：包括输电线路无功损耗和变）无功损耗：包括输电线路无功损耗和变压器的无功损耗。压器的无功损耗。电力系统的无功平衡 2. 无功电源 包括同步发电机、

2、调相机、电容器、静止无功补偿、线路充电功率。同步发电机同步发电机既是电力系统基本的有功功率电源，同既是电力系统基本的有功功率电源，同时也是重要的无功功率电源。时也是重要的无功功率电源。调相机调相机实质上是空载运行的同步电动机实质上是空载运行的同步电动机过激运行时向系统提供感性无功；过激运行时向系统提供感性无功；欠激运行时则从系统吸取感性无功功率欠激运行时则从系统吸取感性无功功率改变调相机的励磁可以平滑地改变它的无功功改变调相机的励磁可以平滑地改变它的无功功率的大小及方向。但在欠激运行其容量约为过激率的大小及方向。但在欠激运行其容量约为过激运行时容量的运行时容量的50%50%时。时。2.无功电源

3、并联电容器并联电容器向系统供给感性无功功率，它可以向系统供给感性无功功率，它可以根据需要由许多电容器连接成组。根据需要由许多电容器连接成组。 CCXUQ2 X XC C: : 电容器的容抗；电容器的容抗； U : U : 电容器电容器端点电压。端点电压。当电压下降时，当电压下降时，QcQc减少，不利调减少，不利调压压电力系统的无功平衡2.无功电源n静止补偿器由电容器和可调电抗器组成，电容发出无功，电抗消耗无功，利用大功率晶闸管的控制可平滑地调节它的无功功率的大小。运行维护简单，损耗较小，还能分相补偿，因而已开始大量采用，有替代同步调相机的趋势。 电力系统的无功平衡2.无功电源n静止补偿器（a）

4、自饱和电抗器）自饱和电抗器 （b）可控硅相控电抗器）可控硅相控电抗器 （c）可控硅投切电容器）可控硅投切电容器 （d）可控硅控制电抗和电容）可控硅控制电抗和电容电力系统的无功平衡 3. 3. 无功平衡无功平衡 TlLGCQQQQ321CCCGGCQQQQQQG发电机发出的无功发电机发出的无功 QC1调相机发出的无功调相机发出的无功QC2电容器供给的无功电容器供给的无功 QC3静止补偿器供给的无功静止补偿器供给的无功电力系统的无功平衡电力系统无功功率对电压的影响 忽略电压角度对节点注入无功功率的影响，以及电忽略电压角度对节点注入无功功率的影响，以及电压幅值对节点注入有功的影响。压幅值对节点注入有

5、功的影响。线路电压降为：线路电压降为：22212UXQRPU22212URQXPU电力系统无功功率对电压的影响n以末端电压为参考相量：12122121221)(UjUUUjUUU121121sincosjUU考虑到高压线路考虑到高压线路RX，可简化为：，可简化为：2222222121121sincosURQXPjUXQRPUjUU22222UXPjUXQU电力系统无功功率对电压的影响222121cosUXQUU2122UUXUQ212122cosUUXUQ一般线路的始端和末端电压相角差很小，则：一般线路的始端和末端电压相角差很小，则：1cos12电力系统无功功率对电压的影响负荷的负荷的静态电压

6、特性静态电压特性：仅考虑电压变化对：仅考虑电压变化对负荷吸取无功功率的影响特性，即负荷的无功负荷吸取无功功率的影响特性，即负荷的无功功率与端电压的关系。功率与端电压的关系。 结论：结论： 系统无功系统无功不足将导致网络电压不足将导致网络电压水平降低。水平降低。 电压监视点与电压管理n 1. 电压监视中枢点 在系统中选择少数有代表性的发电厂、变电在系统中选择少数有代表性的发电厂、变电所作为电压监视点，称为电压监视中枢点。所作为电压监视点，称为电压监视中枢点。 一般选择区域性发电厂的高压母线，枢纽变一般选择区域性发电厂的高压母线，枢纽变电所的二次母线以及有大量地方性负荷的发电电所的二次母线以及有大

7、量地方性负荷的发电厂母线及少量负荷端母线作为电压监视中枢点。厂母线及少量负荷端母线作为电压监视中枢点。2. 2. 中枢点电压允许变化范围中枢点电压允许变化范围电压监视点与电压管理2.中枢点电压允许变化范围负荷A、B的允许电压偏移均为 ，A、B在最大负荷和最小负荷时的电压损耗分别为：UAmax、UBmax、UAmin、 UBmin。 016时时 ：minmax05. 1ANOUUUminmin95. 0ANOUUU1624时时 ：maxmax05. 1ANOUUUmaxmin95. 0ANOUUU2.中枢点电压允许变化范围 2）为满足B点电压要求，O点电压变化范围为： 08小时小时 ：minma

8、x05. 1BNOUUUminmin95. 0BNOUUU824小时小时 ：maxmax05. 1BNOUUUmaxmax95. 0BNOUUUNBAUUU04. 0maxmaxNBAUUU01. 0minmin设：设：2.中枢点电压允许变化范围3 3） O O点电压变化范围：点电压变化范围：08 时 ：0.96 UN 1.06 UN 816时： 为满足A点负荷，O点电压： 0.96UN1.06UN 为满足B点负荷，O点电压： 0.99UN1.09UN 同时满足A、B两点负荷要求，O点电压：0.99UN 1.06UN1624时: 0.99 UN 1.09 UN2.中枢点电压允许变化范围 图中枢

9、点图中枢点O O点电压变化范围点电压变化范围）满足）满足A A点负荷时点负荷时O O点电压变化范围点电压变化范围）满足）满足B B点负荷点负荷时时O O点电压变化范点电压变化范围围）同时满足）同时满足A A、B B两点负荷时两点负荷时O O点点电压变化范围电压变化范围3.中枢点电压控制n1）逆调压方式： 在最大负荷时电压为105UN；在最小负荷时电压为UN。n2）顺调压方式： 在最大负荷时电压不低于102.5UN；在最小负荷时电压不高于107.5%UN。n3）恒调压方式： 中枢点电压保持在102 105 UN。适合线路较长，负荷变动大适合负荷变动小，用户允许电压偏移适合负荷变动小，电压损失小电

10、压调整的方法n1. 发电机调压： 通过调节励磁电流改变发电机电压，允许调节通过调节励磁电流改变发电机电压，允许调节范围（）范围（）UN。 变压器分接头的选择变压器分接头的选择: :图降压变压器图降压变压器n2.调节变压器分接头调压调节变压器分接头调压： 变压器分接头选择计算 1）根据U1max、U1min以及通过变压器的最大、最小负荷，求变压器的电压损耗Umax、Umin 。 2 2）求取最大负荷和最小负荷时变压器分接头的电）求取最大负荷和最小负荷时变压器分接头的电压值，并取其平均值。压值，并取其平均值。max1maxmaxmaxUXQRPUTTmin1minminminUXQRPUTTmax

11、max1max2UUUminmin1min2UUU变压器分接头选择计算min22min2min1UUUUNtmax22max2max1UUUUNt2min1max11tttUUU3) 3) 选择一个最接近选择一个最接近U U1t1t的变压器分接头。的变压器分接头。4 4）用选定的分接头验算低压侧电压在最大和）用选定的分接头验算低压侧电压在最大和最小负荷期间是否满足要求。最小负荷期间是否满足要求。先计算变压器中的电压损耗 。因已知的是原方电压 ，解： 由分接头范围 可知其为一普通变压器。%5 . 22U1U1S一降压变压器，其归算到高压侧的参数、负荷及分接头范围已标注于图中，经潮流计算得到最大负

12、荷时高压侧电压为110kV，最小负荷时为115 kV。要求低压母线上电压不超出66.6kV的范围。试选择分接头。故需先求出原方功率MVAjjjSSS2397.171976.28)4044. 2(11014281428222maxmax2max1MVAjSSS4496. 60274.10minmin2min1kVUXQRPU8945. 6/ )(max1max1max1maxkVUXQRPU4561. 2/ )(min1min1min1min 从而再计算分接头电压。取最大负荷时kVU0 . 6max2kVU6 . 6min2max22maxmax1max1/)(UUUUUNtmin22minmi

13、n1min1/)(UUUUUNtkVUUUttt98.1122/ )(min1max11最小负荷时，得到： （1106.8945）6.6/6=113.4161kV (1152.4561) 6.6/6.6112.5439kV选最近的分接头为1102.5110112.75kV。max2Umin2U检验最大负荷和最小负荷时低压侧的实际电压 （1106.8945）6.6/112.75=6.0354kV（1152.4561）6.6/112.756.5879kV可见符合低压母线的要求（66.6kV）。 3.改变电力网无功功率分布调压考虑调压要求时，无功补偿容量的计算如下：考虑调压要求时，无功补偿容量的计算

14、如下：设补偿前后，线路始端电压设补偿前后，线路始端电压U1保持不变。保持不变。电压调整的方法 无功补偿容量计算n补偿前： 221UQXPRUU 补偿无功补偿无功jQjQC C后：后：CCCUXQQPRUU221 因为补偿前后线路始端电压因为补偿前后线路始端电压U U1 1不变，则：不变，则：CCCUXQQPRUUQXPRU2222无功补偿容量计算222UUXUQCCC222UkUXkUCC)(22222UQXPRUQXPRUUXUQCCCC忽略式中第二项，得：忽略式中第二项，得：并联电容器补偿容量选择n对并联电容器，按最大负荷时补偿装置全部投入，最小负荷时全部退出来选择变压器变比和补偿容量。

15、)(max2max2max2UkUXkUQCCC)(0min2min2min2UkUXkUmin2min2UkUmin2min221UUUUkNt同步调相机补偿容量选择n对同步调相机，按最大负荷时过激满额运行，最小负荷时欠激满额运行来选择变压器变比和补偿容量。 )(max2max2max2UkUXkUQCCC)(21min2min2min2UkUXkUQCCC)21(21max22min22max2max2min2min22CCCCNtUUUUUUUUkn4. 改变输电线路参数调压低压电网中，常采用增大导线截面，改变线低压电网中，常采用增大导线截面，改变线路电阻，减小电压损耗。路电阻，减小电压

16、损耗。高压电网中，通常用串联电容改变线路电抗，高压电网中，通常用串联电容改变线路电抗，以减小线路电压损耗。以减小线路电压损耗。电压调整的方法改变输电线路参数调压未串电容时电压损耗：未串电容时电压损耗： 111UXQRPU线路串入电容后电压损耗：线路串入电容后电压损耗： 111UXXQRPUC改变输电线路参数调压11UXQUUC11QUUUXCCCCXUQPXIQ21212123电容器的容量：电容器的容量： 电力系统综合调压LLCGQPQKUFU,LLCGQPQRUQ负荷点电压与调压方式、负荷之间的关系：负荷点电压与调压方式、负荷之间的关系：U各中枢点电压；各中枢点电压；Q网络中主干线上的无功功率；网络中主干线上的无功功率；UG