电力系统Chap6重庆大学电气学院赵渊

1、第六章电力系统的无功功率和电压调整1问题的提出同样针对电力系统优质、经济的要求电压偏移是衡量电能质量的又一个重要指标。电压偏移过大可能带来很多负面影响甚至严重后果。电力系统中电压和无功功率的关系： 节点电压的大小对无功功率分布起决定性作用 无功功率对电压水平有决定性的影响 注意对比频率和有功功率的关系2问题的提出电压调整和频率调整的区别 全系统的频率相同，而系统中各节点电压不同 频率与有功功率关系密切，电压与无功功率的关系密切保证频率质量的首要条件是有充足的有功备用，保证电压质量的首要条件是有充足的无功备用有功电源的单一性、无功电源的多样性 无功电源不消耗一次能源，但影响有功损耗；有功则需要消

2、耗一次能源电网中，无功损耗远大于有功损耗（XR）调频手段单一，集中进行；调压手段多样，无功功率应分层分区，就地平衡3主要内容电力系统无功功率平衡电力系统的电压调整电压管理电压调整的原理、措施、相关计算作业：思考题：6-1、6-2、6-3习题：6-1、6-54目录第一节 电力系统中无功功率的平衡无功功率负荷与无功功率损耗无功功率电源无功功率的平衡第二节 电力系统中无功功率的最优分布第三节 电力系统的电压调整5第一节 电力系统中无功功率的平衡无功功率负荷与无功功率损耗无功功率负荷照明负荷、热负荷：消耗少量感性无功同步电动机：过励运行发无功；欠励运行吸无功异步电动机：消耗大量无功，主要的无功负荷综合

3、负荷：功率因数0.6-0.9（滞后），吸收感性无功无功功率损耗线路变压器6第一节 电力系统中无功功率的平衡线路的无功功率损耗阻抗支路消耗感性无功对地电容消耗容性无功（发出感性无功） 充电功率净效应：消耗感性无功？消耗容性无功？取决于传输功率的大小对比第二章无损导线传输自然功率的情况7第一节 电力系统中无功功率的平衡变压器的无功功率损耗绕组漏抗消耗感性无功 励磁支路消耗感性无功总无功损耗： 多级电网中，变压器的无功损耗相当大8第一节 电力系统中无功功率的平衡无功功率电源同步发电机：唯一的有功电源、最基本的无功功率电源通过改变励磁电流，可连续调节无功，可吸、可发感性无功，无需额外投资。 吸QL发Q

4、L9第一节 电力系统中无功功率的平衡并联电容器只能发感性无功QL（单向调节）QCBCU2，输出无功与电压平方成正比 ，调节特性不好不能连续调节投资较小，使用灵活调相机（只能发无功功率的发电机）过励运行，发QL ；欠励运行，吸收QL（双向调节）欠励容量为过励容量的50%输出无功与U无关，电压调节特性好可连续调节投资大，运行维护困难10第一节 电力系统中无功功率的平衡并联电抗器只能吸收感性无功QL（单向调节）用于超高压、长距离、轻载线路新型无功补偿设备静止补偿器（SVC：Static Var Compensator）晶闸管控制电抗器（TCR Thyristor Controlled Reactor

5、 ）型晶闸管开关电容（TSC Thyristor Switched Capacitor ）型饱和电抗器（SR Saturated Reactor ）型静止调相机（Statcom）11第一节 电力系统中无功功率的平衡静止补偿器可吸可发感性无功；连续调节只能发感性无功；不能连续调节可吸可发无功；连续调节12SVC的伏安特性-无源元件TCRUminILmax0ICmaxCUI0ICUn=1n=2n=3ILSRTSCTCR根据SR的伏安特性，自动调节其吸收的IL。结合电容器，可吸可发IL通过TCR 中晶闸管触发角的控制，调节其吸收的IL；结合电容器，可吸可发IL通过晶闸管开关的切换，调节其吸收的IC（

6、即输出IL ）；只能输出ILSRIL0ICCUISR+CSCUmin13第一节 电力系统中无功功率的平衡静止调相机k:1逆变器CAa.k:1.优点：输出QS与U无关，可快速连续调节无功，可吸可发缺点：投资大，目前处于实验阶段 14第一节 电力系统中无功功率的平衡无功功率的平衡1系统中所有无功电源（发电机、无功补偿设备）发出无功功率的总和 系统中所有负荷消耗的无功功率 网络元件（变压器、线路）的无功损耗 15第一节 电力系统中无功功率的平衡2系统中所有无功电源设备的容量 系统中所有投运的无功电源容量 系统无功电源备用容量 最大无功负荷的7%8%16第一节 电力系统中无功功率的平衡说明：系统运行电

7、压的确定Q0UABB点无功电源不足，电压低于额定值0ABP fB点有功电源不足，频率低于额定值17目录第一节 电力系统中无功功率的平衡第二节 电力系统中无功功率的最优分布负荷的自然功率因数及提高措施第三节 电力系统的电压调整18第二节 无功功率的最优分布无功电源的最优分布、无功负荷的最优补偿负荷的自然功率因数负荷的自然功率因数大约为0.60.9，其中较大的数值对应于采用大容量同步电动机的场合 。异步电动机负荷率愈低，功率因数愈低。当异步电动机轻载或空载运行时，其功率因数甚至低于0.6提高自然功率因数的措施实质：降低负荷对无功功率的需求 尽量使电动机的容量与其机械负载匹配，避免“大马拉小车”限制

8、电动机的空载运行以同步电动机代替异步电动机异步电动机同步化19目 录第一节 电力系统中无功功率的平衡第二节 电力系统中无功功率的最优分布第三节 电力系统的电压调整电压调整的必要性电压波动和电压管理电压调整的手段20第三节 电力系统的电压调整电压调整的必要性电压调整的含义：在正常运行状态下，随着负荷变动及运行方式的变化，使各节点电压在允许的偏移范围内而采取的各种技术措施系统中各节点电压的偏移不可避免电压偏移过大会影响设备的正常运行；因无功短缺造成的电压水平低下可能引发电压崩溃保证系统电压质量的首要条件：系统有充足的无功电源备用21第三节 电力系统的电压调整电压波动和电压管理频率调整中将有功负荷变

9、动及引起的频率偏移分成三类电压调整中将有、无功负荷变动及引起的电压偏移分成两类：周期长、波及面大，主要由生产、生活、气象变化引起的负荷和电压变动冲击性或间歇性负荷引起的电压波动。这类负荷主要有往复式泵（压缩机）、电弧炉（电焊机）、卷扬机（起重机）、通风设备22第三节 电力系统的电压调整限制电压波动的措施针对冲击性负荷由大容量变电所对波动负荷单独供电设置串联电容器设置调相机和电抗器设置静补饱和电抗器补偿调相机电容器23第三节 电力系统的电压调整电压管理（调整）调整对象：生产、生活、气象变化引起的负荷变动因结线改变、设备退出而造成网络阻抗和潮流分布的变化实施方式电压中枢点 ：系统电压的直接监视、调

10、整点，通常是能反应系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电站母线电力系统的电压调整 保证中枢点电压偏移不越限24第三节 电力系统的电压调整中枢点电压曲线的编制目的：确定中枢点的电压允许变动范围编制方法：根据各负荷点的负荷曲线和电压要求，计及中枢点到负荷点的电压损耗，从而确定对中枢点电压的要求。 举例说明中枢点负荷点负荷点ijk25第三节 电力系统的电压调整081624Sjh081624Skh081624h0.04UN0.10UN2408160.01UN0.03UN081624U1.05UN0.95UNUNhh日负荷曲线电压损耗负荷点允许电压偏移26第三节 电力系统的电压调整24h1.09UN081.

11、15UN1.05UNUN0.99UNUi160.98UN1.06UN24h081.08UNUN0.96UNUi16根据负荷j 的要求根据负荷k 的要求27第三节 电力系统的电压调整24080.99UNUi161.05UN1.06UNh1.08UN要同时满足多个负荷的电压需求，中枢点电压的允许变动范围大大缩小若各支路电压损耗变动大小和规律相差大，仅控制中枢点电压可能不能满足所有负荷处的电压，必须采取其它措施28第三节 电力系统的电压调整中枢点电压的控制方式（调压要求）逆调压高峰负荷时，提高中枢点的电压，低谷负荷时，降低中枢点电压，适用：线路较长，负荷变动大但变化规律大致相同顺调压 高峰负荷时允许

12、中枢点电压略低 低谷负荷时允许中枢点电压略高 适用：线路短，负荷变动不大 常调压任何负荷时中枢点电压都基本保持不变 29第三节 电力系统的电压调整电压调整的手段电压调整的基本原理假设：忽略线路的充电功率，变压器的励磁功率和功率损耗 设所有的阻抗均归算到高压侧 不计电压降落横分量 30第三节 电力系统的电压调整负荷侧母线归算到高压侧的电压负荷侧母线的实际电压 要改变负荷点电压：改变 UG借改变发电机机端电压调压改变k1， k2 借改变变压器变比调压改变Q借无功补偿设备调压改变X借串联电容调压组合调压31第三节 电力系统的电压调整调压手段之一：借改变发电机端电压调压 实施：调节发电机的励磁（AVR

13、）方式：机端无负荷时，调节范围95105；有负荷时，采用逆调压方式优点：不需要另外增加设备，应首先考虑，充分利用，是最直接、最经济的调压方式局限性：受发电机无功功率极限的限制对于线路很长且有多级电压的网络，单靠发电机调压往往不能满足各点电压的要求 32第三节 电力系统的电压调整调压手段之二：借改变变压器变比调压电力变压器的高、中压绕组一般有多个分接头有载调压变压器：可以带负荷调分接头 分接头多 无载调压变压器： 停电调分接头分接头少33第三节 电力系统的电压调整变压器分接头（额定）电压的计算34第三节 电力系统的电压调整变压器的变比理想变压器变比35第三节 电力系统的电压调整无载调压变压器的分

14、接头选择降压变 已知：最大负荷、最小负荷时变压器高压侧母线电压 电压损耗 低压侧母线的调压要求 求：无载调压变压器的变比36第三节 电力系统的电压调整解：根据调压要求最大负荷时 最小负荷时12337第三节 电力系统的电压调整选择标准档位 根据第3步所得抽头电压UtI选择最接近的标准档位UtI标变比的校验 根据选定的变比，计算低压侧母线的实际电压，校验是否满足调压要求 。校验标准：偏差 例如：若变压器为 ，则d=2.5 低压侧母线要求逆调压4538第三节 电力系统的电压调整升压变与降压变变比选择的区别：潮流方向不同 39第三节 电力系统的电压调整三绕组变的分接头选择 三绕组变压器高、中压侧均设有

15、分接头。选择分接头时，将三绕组变压器看成由高低压绕组和高中压绕组构成的两个双绕组变压器。 第一步：根据低压母线的调压要求，在高低压绕组之间进行计算，选择第二步：根据中压母线的调压要求和计算所得的高压侧分接头，在高中压绕组之间进行计算，选择变压器变比： 40第三节 电力系统的电压调整有载调压变压器的分接头选择与无载调压变分接头选择的区别：分别根据最大负荷和最小负荷时的调压要求确定分接头电压 41第三节 电力系统的电压调整借改变变压器变比调压的局限性 只有当系统无功电源充足时，借改变变比调压才有效 42第三节 电力系统的电压调整调压手段之三：借补偿设备调压并联补偿和串联补偿串联电容器补偿主要用于提

16、高线路的输电能力和系统的稳定性并联补偿：电容器调相机静止无功补偿器并补的实质：改变网络中无功功率分布，从而降低电压损耗 43第三节 电力系统的电压调整并补调压的原理 补偿前：补偿后：44第三节 电力系统的电压调整选变比与并补组合调压的计算选变比与电容器补偿的组合调压最小负荷时，退出全部电容，按调压要求确定变压器变比最大负荷时，按调压要求计算补偿容量 校验选定的变比和电容器容量选变比与调相机补偿的组合调压 最小负荷时，调相机吸收感性无功，容量最大负荷时，调相机发出感性无功，容量根据调压要求，同时确定变比和调相机容量 校验选定的变比和调相机容量45第三节 电力系统的电压调整例：某变电所由35kV线

17、路供电。变电所低压母线最大负荷8+j5MVA，最小负荷4+j3MVA，线路送端母线电压在最大、最小负荷时均为36kV，变电所10kV母线要求逆调压，试选择变压器的分接头。变压器的变比为35 22.5%/10.5kV。计算时不计功率损耗，不计电压降落横分量。46第三节 电力系统的电压调整解：首先计算归算到高压侧的参数理想变5.01+j18.3447第三节 电力系统的电压调整48第三节 电力系统的电压调整首先考虑选择无载调压变选择最接近的标准分接头校验：不满足49第三节 电力系统的电压调整考虑换用有载调压变150第三节 电力系统的电压调整校验：满足要求51第三节 电力系统的电压调整考虑与并联电容器组合调压2理想变5.01+j18.34逆调压要求52第三节 电力系统的电压调整最大负荷时，投入电容器或者：53第三节 电力系统的电压调整校验：满足要求54第三节 电力系统的电压调整例题点评：选变比一类题目的解题关键： 用含变比的式子将调压要求表达出来计算电压损耗时，题目要求不计功率损耗，则分母可采用线路额定电压、另一端的已知电压校验步骤必不可少55第三节 电力系统的电压调整几种调压措施的比较首先应考虑利用发电机调压，因不需附加投资。机端无负荷时，调节范围（95105）；有负荷时，采用逆调压方式。借变比调压用于无功充足的系统，通常只能是采用有载调压变压器或串联加压器。有