第六章电力系统的无功平衡和电压调整

1、第六章 电力系统的无功平衡和电压调整压器调压第四节 电力系统的电压调整借补偿设备调压和组合调压无功负荷和无功损耗无功负荷大多数用电设备消耗无功功率，少数例外无功负荷曲线变化规律大体与有功功率相似，但并非完全一致变压器中的无功功率损耗励磁支路损耗：基本上等于I0，约为12绕组漏抗损耗。满载时基本上等于Uk，约为10 总体上：消耗无功！无功负荷和无功损耗（3）电力线路上的无功功率损耗并联电纳损耗：与线路电压平方成正比，呈容性，又称充电功率串联电抗损耗：与负荷电流平方成正比，呈感性总体上：究竞消耗容性或感性无功功率？ 不能肯定！无功电源（1）发电机（2）电容器和调相机（3）并联电抗器（4）静止补偿器

2、和静止调相机无功负荷和无功损耗（3）电力线路上的无功功率损耗并联电纳损耗：与线路电压平方成正比，呈容性，又称充电功率串联电抗损耗：与负荷电流平方成正比，呈感性总体上：究竞消耗容性或感性无功功率？ 不能确定！无功电源（1）发电机（2）电容器和调相机（3）并联电抗器（4）静止补偿器和静止调相机发电机和调相机同步发电机既是有功功率电源，又是最基本的无功功率电源。调相机只发出或吸收无功功率，不发有功功率。电容器静止补偿器和静止调相机应而又同属“灵活交流输电系统”范畴的两种无功功率电源。前者出现在70年代初，是这一“家族”的最早成员， 静止补偿器的全称为静止无功功率补偿器(svc)。并联电抗器用。无功功

3、率的平衡GCLQ 0无功功率损耗GCGC1 CC3发电机供补偿设备调相机供发电机供补偿设备调相机供并联电容应的无功供应的无应的无功供应的无功率功功率功率功功率Q QTQx 线路电纳无功损耗无功平衡计算的内容功率日负荷曲线。分配。的电压水平。断系统中无功功率能否平衡平衡，则应考虑增设无功电源的方案。第二节 电力系统中无功功率的最优分布引言无功电源的最优分布无功负荷的最优补偿负荷功率因数的提高异步电动机的无功功率：空载运行同步电动机代替异步电动机异步电动机同步化无功功率最优分布的内容和前提内容前提系统的有功分配已经完成，即认为在无功优化过程中，除平衡节点外，各节点的有功不变系统电网结构确定节点电压

4、的改变对系统频率及负荷的影响可忽略，即认为在无功功率电源最优分布过程中， 系统频率和负荷不发生变化无功功率电源的最优分布无功功率电源的最优分布等网损微增率准则目标函数：目的在于降低网络中的有功功率损耗，因此，这里的目标函数就是网络总损耗P节节外其它各节点的注入有功功率Pi已结定的前提下，可以认为，这个网络总损耗仅与各节点的注入无功功率Qi，从而与各无功功率电源的功率QGi有关。这里的QGi既可理解为发电机发出的感性无边功率，也可理解为无功功率补偿设备电容器、调相机或静止补偿器供应的感性无功功率。固它们在改变网络总损耗方面的作用相同。于是，分析无功功率电源最优分布时的目标函数可写作) )约束条件

5、nn等式约束nnGii1i1 0不等式约束QGiminQGiQGimaxUiminUiUimax拉格朗日函数nnC* )(i1i1 Q )in(1inQ ) 0QGi(i n)Gii 1i1Q0P 1(i n)in1inGii1i1Q0计算给定除平衡节点外的各节点的有功功率Pi(固定常量)和PQ节点的无功功率Qi(0) (优化变量) 、PV节点的电压大小Ui(0) (优化变量) 。潮流计算和网损微增率的计算根据求得的、各无功电源节点修正后的有功网损微增率调整Qi 和Ui ，调整的原则是网损微增率大的节点应减小Qi 和Ui ，目的是减少该节点的无功注入。网损微增率小的节点应增大Qi 和Ui，目的

6、是增加该节点的无功注入。按调整后的Qi和Ui再作潮流计算，并再次求取止。和Ui可能已抵达它们的上限或下QiQimax的节点，网损QiQimin的节点， 网损微增率总大于这个数值。无功功率负荷的最优补偿无功功率负荷的最优补偿最优网损微增率准则系统的无功资源越丰富，就可能节约越多的网损，但也可能会使电网的建设投资增大。在进行电网规划时，希望以较小的投资，节约较无功规划时，需要使用电网远景规划数据（电网结构、负荷预测），这些数据都不可能精确，从而无功规划不需要追求严格。所谓无功功率负荷的最优补偿是指最优补偿容量的确定、最优补偿设备的分布和最优补偿顺序的选择等。i设置无功功率补偿设备的先决条件是由于设

7、置补偿设备而节约的费用大于为设置补偿设备而耗费的费用。以数学表示式表示则为Ce (Qci)- Cc (Qci)0式中：Ce(Qci)表示由于设置了补偿设备Qci而节约的费用（节约网损）Cc(Qci)表示为设置补偿设备Qci而需耗费的费用（投资）。确定节点i最优补偿容量的条件(目标函数：C=Ce (Qci)- Cc(Qci)Ce(Qci)=(P0P)max电价，元/（kWh）补偿前网损补偿后网损Cc (Qci)=（+）Kc Qci折旧维修率投资回收率补偿设备价格最大负荷损耗小时数于是C=(P0- P)max+KcQci )Kcmax上式就是确定节点i最优补偿容量的具体条件。由于式中等号左侧是节点

8、i的网损微增率，等号右侧相应地就称最优网损微增率，其单位为kWkvar，且常为负值，表示每增加单位容量无功补偿设备所能减少的有功损耗。最优网损微增率也称无功功率经济当量。最优网损微增率 ( )Kc Qcieqmax这个等式的物理含义经济效益最大。这准则表明，只应在网损微增率具有负值，且小于eq节点设置无功功率补偿设备。设置的容量则以补偿后该点的网损微增率仍为负值，且仍不大于eq偿设备节点的先后，则以网损微增率的大小为序，首先从网损微增率最小的节点开始。第三节 电力系统的电压调整电第三节 电力系统的电压调整电压管理和借发电机、变压器调压调压的必要性电压波动和电压管理借改变发电机端电压调压借改变变

9、压器变比调压调压的必要性调压的必要性电炉的有功功率是与电压的平方成止比的，炼钢厂中的电炉将因电压过低而影响产量。系统电压过高将使所有电气设备绝缘受损。变压器、电动机等的铁芯要饱和，铁芯损耗增大，温升将增加，寿命将缩短。照明负荷，尤其是白炽灯，对电压变化的反应最灵敏。电压过高，白炽灯的寿命将大为缩短；电压过低，亮度和发光效这又要大幅度下降。因系统中无功功率短缺，电压水平低下，某些枢“电压崩溃”，则更是一种将导致系统瓦解的灾难性事故。电压波动和电压管理电压波动和电压管理电压调整仅针对周期长、波及面大，主要由生产、生活和气象变化引起的负荷和电压变动电压波动冲击性或间歇性负荷引起的电压变化称为电压波动

10、，电压波动于谐波经常不可分割。限制电压波动的措施电源与波动地点设置串联电容波动线路上调相机和电抗器波动线路上设置静止补偿器电压调整电压调整的措施 中枢点调压中枢点：指某些可反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电所母线中枢点调压方式逆调压：最大负荷时保持中枢点电压比线路额定电压高5%；最小负荷时, 使中枢点电压降至线路额定电压。适用：中枢点到各负荷点线路长、负荷变化较大，变化规律大致 相同。顺调压：最大负荷时电压不低于线路额定电压的最小负荷时电压不高于线路额定电压的107.5%。适用：电压损耗小，负荷变动小，用户允许电压偏移大。恒调压：中枢点电压保持在比线路额定电压高25%。适用电压损耗较小负荷

11、变动较小。借发电机端电压调压易于实现逆调压辅助措施改变变压器变比调压改变变压器变比调压电力变压器主接头、分接头有载调压变压器原理条件无功电源不足时，达不到调压要求。双绕组变压器调压UIUIZTUiUiUiUIUiUiP+jQUtI/Uti分接头UI：高压侧实际电压(已知)；Ui：归算到高压侧的低压母线电压Ui：低压侧希望电压(调压的目标)；UtI：高压侧欲选分接头电压；Uti：低压侧固定接头电压，UNi。考虑不同负荷时的调压要求:UtImax UtimaxUtImax UiNU=U=imax(UImax Uimax)UUimaxUtImax=UNLUUimaxUtImin=UNLUUimin校

12、验:UtI= 1(UU)2tImaxtImin最大负荷时低压侧实际电压UiRmax =UiN UImax Ui maxUtI最小负荷时低压侧实际电压UiRmin =UiN UIminUi minUtI误差应小于半个分接头电压。升压变压器UH ZTULPH+jQHP+jQUtImax=Uimax)1UNLUUimaxUtImin=UNLUUiminUtI =2 (UtImaxUtImin)第三节电力系统的电压调整借补偿设备调压和组合调压借补偿设备调压几种调压措施的比较借补偿设备调压借补偿设备调压系统中无功不充裕条件下，可考虑采用各种补偿设备的调节方式串联补偿：串联电容器并联补偿：并联电容器、调相

13、机、SVC补偿容量的计算与变压器配合，充分利用变压器的作用UiK:1UjP+jQjQCR+jX略去电压降落的横分量无补偿时PRQXUUi Uj Uj补偿后：Ui UjcPR(QQC)XUjc设这两种情况下Ui保持不变可得：Uj PRQX UjcUjjcPR(QQC)XUjcQ Ujc U )(PRQXPRQX CQC XUjcX(Ujc(UjcjUj)Ujc)Uj最小补偿容量的确定，引入K：UUQjc(k U) Ujc UUj)k2CXjcjXjckUjc变电所低压侧要求保持的电压(kV)；Uj设置补偿设备前归其至高压侧的变电所低压母线电压(kV)；X归算至高压侧的母线ij之间总电抗()；Qc

14、需设置的无功功率补偿设备容量(Mvar)；k降压变压器变比借补偿设备调压依补偿设备的不同，K选择方法不同电容器:特点:只能发感性无功,可全部或部分切除，不平滑调节。分两步计算:最小负荷时，无功电源不缺，全部切除电容，利用变压器 调压满足要求(确定K)最大负荷时，K已定，确定QC规格化QC，并校验低压侧电压是否达到要求。同步调相机：特点:能作无功电源(发感性无功)；又能作无功负荷(吸感性无功)，但此时最多为容量的50%；能平调节。借补偿设备调压借补偿设备调压调相机容量计算:最大负荷时：作无功电源UUQjcmax jmax)k2CXjcmaxk最小负荷时：作无功负荷UU0.5Qjcmin jmin)k2CXjcmink最大最小负荷时低压侧希望电压(调压要求)；补偿前，最大最小负荷时低压侧归算到高压侧