电力系统分析第六章

1、电力系统分析基础Power System Analysis Basis（六） 栗然第六章第六章 电力系统的无功功率与电压调整电力系统的无功功率与电压调整本章主要内容：本章主要内容：1 1、无功负荷和无功电源及无功功率平衡无功负荷和无功电源及无功功率平衡 3、电压的调整、电压的调整2、无功功率的经济分布、无功功率的经济分布: :无功电源的最优分布；无功电源的最优分布；无功负荷的最优补偿无功负荷的最优补偿 频率调整和电压调整的相同和不同之处频率调整和电压调整的相同和不同之处调频调频频率唯一频率唯一集中调整集中调整只能调原动机功率只能调原动机功率调压调压电压水平各点不同电压水平各点不同调整分散调整分

2、散手段多样（有多种无功电源）手段多样（有多种无功电源）由上可以看出：维持电压稳定，应该尽量减少无由上可以看出：维持电压稳定，应该尽量减少无功的传输，采取就地平衡。功的传输，采取就地平衡。 分析无功功率和电压分布之间的关系分析无功功率和电压分布之间的关系无功损耗无功损耗 有功损耗有功损耗; ;UQXPRU 电压降受无功功率的影响较大电压降受无功功率的影响较大; ;无功功率的流动从无功功率的流动从UhUL6.1 电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡 电压是衡量电压是衡量电能质量电能质量的重要指标。的重要指标。 电力系统的电力系统的运行电压水平运行电压水平取决于取决于无功功率的平衡无功功率的

3、平衡。系统中各种无功电源的无功出力应能满足系统负荷系统中各种无功电源的无功出力应能满足系统负荷和网络损耗和网络损耗在额定电压下在额定电压下对无功功率的需求，否则对无功功率的需求，否则电压就会偏离额定值。电压就会偏离额定值。 1无功功率负荷无功功率负荷 22MmmUQQQI XX 一、无功功率负荷和无功功率损耗异步电动机异步电动机图图6-1 6-1 异步电动机的简化等值电路异步电动机的简化等值电路 jX电压下降电压下降, ,转差转差增大增大, ,定子电流定子电流增大增大. . 图图6-2 6-2 异步电动机的无功功率与端电压的关系异步电动机的无功功率与端电压的关系 受载系数受载系数: :实际负载

4、和额定负载之比实际负载和额定负载之比. .在额定电压附近，电动在额定电压附近，电动机的无功功率随电压的机的无功功率随电压的升降而增减升降而增减2变压器的无功损耗变压器的无功损耗220220%100100LTTTTkNNNSQQQU BXUIUSUSSU 假定一台变压器的空载电流假定一台变压器的空载电流I I0 0%=2.5%=2.5，短路电压，短路电压U Uk k%=10.5%=10.5，在额定满载下运行时，无功功率的消耗将达在额定满载下运行时，无功功率的消耗将达额定容量的额定容量的13%13%。如果从电源到用户需要经过好几级变压，则变压器中无功如果从电源到用户需要经过好几级变压，则变压器中无

5、功功率损耗的数值是相当可观的。功率损耗的数值是相当可观的。222211222212LPQPQQXXUU 2212()2BBQUU 线路的无功总损耗为线路的无功总损耗为22221112212LBPQUUQQXBU 一般情况下，一般情况下，35kV35kV及以下系统消耗无功功率；及以下系统消耗无功功率；110kV110kV及以上系统，轻载或空载时，成为无功电源，及以上系统，轻载或空载时，成为无功电源，传输功率较大时，消耗无功功率。传输功率较大时，消耗无功功率。3输电线路的无功损输电线路的无功损耗耗电力系统的无功功率电源有电力系统的无功功率电源有发电机发电机、同步调相机同步调相机、静静电电容器电电容

6、器及及静止补偿器静止补偿器，后三种装置又称为，后三种装置又称为无功补偿无功补偿装置装置。1. 发电机发电机发电机在发电机在额定状态下额定状态下运行时，可发出无功功率：运行时，可发出无功功率： NGNNGNGNtgPSQ sin二、无功功率电源二、无功功率电源发电机在发电机在非额定功率因数下非额定功率因数下运行时可能发出的无功运行时可能发出的无功功率。功率。图图6-4 6-4 发电机的发电机的P-QP-Q极限极限 （1 1）当发电机低于额定功率因数运行时当发电机低于额定功率因数运行时，能增加，能增加输出的无功功率，但发电机的视在功率因取决于输出的无功功率，但发电机的视在功率因取决于励磁电流不超过

7、额定值的条件，将低于其额定值。励磁电流不超过额定值的条件，将低于其额定值。（2 2）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，励磁电流不再是限制条件，原动机的机械功率又成了限流不再是限制条件，原动机的机械功率又成了限制条件。制条件。（3 3）发电机只有在额定电压、额定电流和额定功）发电机只有在额定电压、额定电流和额定功率因数（即运行点率因数（即运行点C C）下运行时视在功率才能达到）下运行时视在功率才能达到额定值，使其容量得到最充分的利用。额定值，使其容量得到最充分的利用。2. 2. 同步调相机同步调相机同步调相机同步调相机相当于空载运行的同步电动机相当于空载运行的

8、同步电动机。在在过励磁过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率而起运行时，它向系统供给感性无功功率而起无功电源的作用，能提高系统电压；无功电源的作用，能提高系统电压；在在欠励磁欠励磁运行时（欠励磁最大容量只有过励磁容量运行时（欠励磁最大容量只有过励磁容量的（的（50% 50% 65%65%）) )，它从系统吸取感性无功功率而起，它从系统吸取感性无功功率而起无功负荷作用，可降低系统电压。无功负荷作用，可降低系统电压。它能根据装设地点电压的数值平滑改变输出（或吸它能根据装设地点电压的数值平滑改变输出（或吸取）的无功功率，进行电压调节。因而取）的无功功率，进行电压调节。因而调节性能较好调节性能较好。

9、缺点：缺点：同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂；同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂；有功功率损耗有功功率损耗较大，在满负荷时约为额定容量较大，在满负荷时约为额定容量的的(1.5(1.5 5)%5)%，容量越小，百分值越大；，容量越小，百分值越大；小容量的调相机每小容量的调相机每kVAkVA容量的容量的投资费用投资费用也较大。也较大。故同步调相机宜大容量集中使用，容量小于故同步调相机宜大容量集中使用，容量小于5MVA5MVA的一般不装设。的一般不装设。同步调相机常安装在枢纽变电所同步调相机常安装在枢纽变电所 。 静电电容器可按静电电容器可按三角形三角形和和星形接法星形接法连接在变电所连接

10、在变电所母线上。它供给的无功功率母线上。它供给的无功功率Q QC C值与所在节点电压的值与所在节点电压的平方成正比，即平方成正比，即 优点：优点：静电电容器的装设容量可大可小，既可集静电电容器的装设容量可大可小，既可集中使用，又可分散安装。且投资费用较小，运行时中使用，又可分散安装。且投资费用较小，运行时功率损耗亦较小，维护也较方便。功率损耗亦较小，维护也较方便。 缺点：缺点：当节点电压下降时，它供给系统的无功功当节点电压下降时，它供给系统的无功功率也将减小，导致系统电压水平进一步下降；电容率也将减小，导致系统电压水平进一步下降；电容器分组投切，非连续可调。器分组投切，非连续可调。 QC=U

11、2/XC3. 静电电容器静电电容器静止补偿器由静止补偿器由静电电容器静电电容器与与电抗器电抗器并联组成并联组成电容器电容器可发出无功功率，可发出无功功率，电抗器电抗器可吸收无功功率，可吸收无功功率，两者结合起来，再配以适当的两者结合起来，再配以适当的调节装置调节装置，就能够平，就能够平滑地改变输出（或吸收）的无功功率。滑地改变输出（或吸收）的无功功率。优点：优点：快速平滑地调节无功功率，克服了电容器作快速平滑地调节无功功率，克服了电容器作为无功补偿装置只能作电源不能作负荷、调节不连为无功补偿装置只能作电源不能作负荷、调节不连续的缺点；与同步调相机相比较，静止补偿器运行续的缺点；与同步调相机相比

12、较，静止补偿器运行维护简单、功率损耗小，能做到分相补偿以适应不维护简单、功率损耗小，能做到分相补偿以适应不平衡的负荷变化，对于冲击性负荷也有较强的适应平衡的负荷变化，对于冲击性负荷也有较强的适应性，因此在电力系统中得到越来越广泛的应用。性，因此在电力系统中得到越来越广泛的应用。4. 静止补偿器静止补偿器图图6-5 静止无功补偿器的原理图静止无功补偿器的原理图 (a)可控饱和电抗器型；(b)自饱和电抗器型；(c)可控硅控制电抗器型；(d) 可控硅控制电抗器和可控硅投切电容器组合型5.5.并联电抗器并联电抗器 是感性无功负荷而不是电源，在高压电网中是感性无功负荷而不是电源，在高压电网中用以吸收轻载

13、和空载线路的过剩感性无功。用以吸收轻载和空载线路的过剩感性无功。对高压远距离输电可以提高输送能力，降低对高压远距离输电可以提高输送能力，降低过电压等。过电压等。三、无功功率平衡三、无功功率平衡电力系统无功功率平衡的基本要求电力系统无功功率平衡的基本要求：系统中的无：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率和网络中的无功损耗。负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗。 GCLDresLTLBQQQQQQQQ Q Qresres00表示系统中无功功率可以平衡且有适量的表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用；备用；Q Qresre

14、s00.95)(cos0.95)或导线截面小的线路，由于或导线截面小的线路，由于PR/UPR/U分量分量的比重大，串联补偿的调压效果就很小。的比重大，串联补偿的调压效果就很小。补偿所需的容抗值补偿所需的容抗值X XC C和被补偿线路原来的感抗和被补偿线路原来的感抗值值X XL L之比之比kc=XC/XL称为称为补偿度补偿度。在配电网络中以调压为目的的串联。在配电网络中以调压为目的的串联电容补偿，其补偿度常接近于电容补偿，其补偿度常接近于1 1或大于或大于1 1。问题：问题：（1 1）电力线路采用串联电容补偿，也带来一些特殊问题，）电力线路采用串联电容补偿，也带来一些特殊问题，因此作为改善电压质

15、量的措施，串联电容器只用于因此作为改善电压质量的措施，串联电容器只用于110kV110kV以以下电压等级、长度特别大或有冲击负荷的架空分支线路上下电压等级、长度特别大或有冲击负荷的架空分支线路上。 10kV10kV及以下电压的架空线路，由于及以下电压的架空线路，由于R RL L/ /X XL L很大，所以使用很大，所以使用串联电容补偿是不经济和不合理的。串联电容补偿是不经济和不合理的。（2 2）220kV220kV以上电压等级的远距离输电线路中采用串联电以上电压等级的远距离输电线路中采用串联电容补偿，其作用在于提高运行稳定性和输电能力。容补偿，其作用在于提高运行稳定性和输电能力。（3 3）串联电容补偿容易引起系统谐振。串联电容补偿容易引起系统谐振。（4）如果补偿度不合适可能使继电保护装置误动作。）如果补偿度不合适可能使继电保护装置误动作。几种调压措施的比较几种调压措施的比较:l首先考虑发电机调压，因不需附加投资；首先考虑发电机调压，因不需附加投资；l无功充足的系统可采用变压器分接头调压；无功充足的系统可采用变压器分接头调压；l无功不足的系统，首要问题是增加无功电源