无功电压ok市公开课一等奖省赛课获奖课件

10/10/12:00AM1无功电压ok第1页第六章电力系统无功功率和电压调整照明设备：白炽灯白炽灯电压特征

异步电动机：当U70%UN若电机满载运行，会造成电机停转机。

堵转→I↗→T

↗→烧坏。

§6-1概述一、电压波动对用户的影响10/10/12:00AM2无功电压ok第2页§6-1概述电子设备:(比如电视机)U↓图像不稳定（波动、变形）。

U↑显像管寿命↓。

因而，我国对各类供电电压和网络节点要求了允许电压偏移。以前分析：在高压电力系统中，节点电压幅值仅与无功功率改变相关。二、影响节点电压的因素下面以单回线路为例：10/10/12:00AM3无功电压ok第3页R+jXP2+jQ2U2U1110kV以上线路：X>>R①有功功率主要与线路两端电压夹角相关；δ↑P2↑。当U1超前U2时，δ>0，P2>0，即P2方向总从超前电压流向滞后电压；分析：§6-1概述10/10/12:00AM4无功电压ok第4页②无功功率大小和方向取决于U1和U2大小；若cosδ≈1，当U1>U2时，Q2>0，即无功功率总是从电压高一端流向电压低一端；U1不变时：Q越大，U2越低；Q越小，U2越高；R+jXP2+jQ2§6-1概述10/10/12:00AM5无功电压ok第5页可见，在负荷吸收无功不变情况下，因为传输无功较大，会造成U2数值过低，超出了线路末端允许电压偏移值。◆提升U1，不过，可能会造成U1超出允许电压偏移值。◆假如所欠无功功率由设在线路末端无功电源满足，这种满足电压要求而设置无功电源称为无功赔偿电源，简称无功赔偿。无功赔偿降低了线路流动，从而提升了输电线路末端电压。这种方法调压在低压配电系统中应用极为广泛。§6-1概述确保U2电压质量，有两种方法：10/10/12:00AM6无功电压ok第6页依据系统能量守恒，系统中任意时刻发出无功功率应等于消耗无功功率。系统无功功率平衡能够从无功电压特征曲线能够看出。比如：一个简单系统。～D对系统综适用电负荷，普通表现是异步电动机无功电压特征。其特征曲线在电机学学过，如图。做发电机和线路等值电路，如图。(假若发电机为隐极机。)§6-1概述三、无功功率平衡与电压水平的关系10/10/12:00AM7无功电压ok第7页其中，X—发电机、线路总电抗E—发电机电动势P＋jQ—发电机送到用户功率～DjxE·U·I·P+jQ发电机无功电压特征(表示式)，前面已经推导。可见，发电机无功电压特征曲线是一条向下开口抛物线，如图。§6-1概述10/10/12:00AM8无功电压ok第8页QGQUQLUN假如该系统正常运行，则工作点应在负荷和发电机无功曲线交点。(产生和消耗相等)在系统有功不变情况下：QL′△QabU1可见，系统无功不足时，造成电压下降，在较低电压下到达无功平衡。QG′c系统在额定电压下到达无功平衡。§6-1概述10/10/12:00AM9无功电压ok第9页一样，当发电机无功过剩时，会造成系统电压上升，系统在较高电压下再到达平衡。即：电力系统无功功率必须保持平衡（产生无功等于消耗无功）-----是维持电压水平必要条件。注意：希望是在额定电压下无功功率平衡，不是在电压过高（无功过剩）和过低（无功不足）下平衡。结论：无功功率与电压调整亲密相关。系统无功不足会造成系统电压下降。系统无功过剩，会造成系统电压上升。增加或降低无功输出能够调整系统电压水平。§6-1概述10/10/12:00AM10无功电压ok第10页当系统无功严重不足时，如图：QGQUUNadU1QGQG′当系统无功上升到与发电机曲线相切时（d点），系统工作点是不稳定。任何一个小扰动，都会造成电压急剧下降，而不能恢复。这种现象称为电压瓦解，d点成临界点。§6-1概述10/10/12:00AM11无功电压ok第11页“电压瓦解”现象

比如：上海一发电厂发电机失去励磁事故。§6-1概述10/10/12:00AM12无功电压ok第12页电力系统正常运行必须确保无功功率平衡，所以电网无功功率平衡公式：其中，注意：①这里所说无功功率平衡是在正常电压水平下无功功率平衡；在无功不足时，因为电压下降，负荷降低了吸收无功也到达了平衡，这不是所希望；§6-1概述四、无功功率平衡10/10/12:00AM13无功电压ok第13页②无功功率平衡计算是电力部门一项主要计算内容；③为了确保电力系统电压质量，对无功功率平衡要求是：系统无功功率电源所能发出最大无功功率电源应大于或等于系统消耗无功功率；其中，§6-1概述10/10/12:00AM14无功电压ok第14页QC>0系统有没有功备用QC<0系统无功缺额，应增加无功电源下面讨论无功平衡中各量：电力系统无功负荷指是用电设备所吸收无功功率，在系统中，以异步电动机需用无功功率占比重最大。电力系统负荷大多是吸收感性无功功率，极少一部分负荷含有纯电阻负载（白炽灯、电加热器），不消耗无功。§6-1概述1.无功负荷：比如：异步电动机：10/10/12:00AM15无功电压ok第15页§6-1概述异步电动机简化等值电路jX电压下降,转差增大,定子电流增大。可见：①负载率不一样，消耗无功不一样；异步电动机无功功率与端电压关系

②在额定电压附近，电动机无功功率随电压升降而增减。2.无功损耗：10/10/12:00AM16无功电压ok第16页无功损耗是指电能在传输中，电网元件消耗无功功率，主要有线路和变压器。ⅰ变压器无功损耗：变压器中无功功率损耗分两部分，即励磁支路损耗和绕组漏抗中损耗。RTjXT-jBTGT可见，励磁支路损耗百分值基本上等于空载电流I0百分值，约为1％～2％；绕组漏抗中损耗。在变压器满载时，基本上等于短路电压Uk百分值，约为10％。§6-1概述10/10/12:00AM17无功电压ok第17页对多电压级网络,变压器中无功功率损耗就相当可观，对于一个五级变压网络来说，可达50%以上。ⅱ线路无功损耗：电力线路上无功功率损耗也分两部分，即并联电纳和串联电抗中无功功率损耗。并联电纳中这种损耗又称充电功率，与线路电压平方成正比，呈容性。串联电抗中这种损耗与负荷电流平方成正比，呈感性。RjXU1●U2●§6-1概述10/10/12:00AM18无功电压ok第18页可见，线路作为电力系统一个元件终究消耗容性或感性无功功率就不能必定。普通当经过线路输送有功功率大于自然功率时，线路将消耗感性无功功率；当经过线路输送有功功率小于自然功率时，线路将消耗容性无功功率。即：普通，35kV以下，△Q>0，线路消耗无功；110kV以上，与运行方式相关(负荷大小)，线路长度相关；§6-1概述输电线末端负荷等值阻抗等于输电线波阻抗时，输电线输送功率为自然功率或"波阻抗功率"。10/10/12:00AM19无功电压ok第19页ⅰ发电机：～如图示同时发电机：做等值电路图(隐极机)：jxdE·U·I·做向量图：若发电机在额定运行状态；§6-1概述3.无功电源：10/10/12:00AM20无功电压ok第20页建立坐标，可知：QQNPNCAPOEN●jXdIN●IN●UN●SN即：§6-1概述10/10/12:00AM21无功电压ok第21页QQNPNCAPOEN●jXdIN●IN●UN●EN●SNSQPIf限制了发电机输出功率；★S<SN--发电机输出功率减小，容量不能充分利用；★Q>QN--发电机输出无功增大；★P<PN--发电机输出有功降低；C工作点向下移动§6-1概述10/10/12:00AM22无功电压ok第22页QQNPNCAPOEN●jXdIN●IN●UN●SNE●原动机限制了输出功率；★S<SN--发电机输出功率减小，容量不能充分利用；★Q<QN--无功输出降低；★P=PN--发电机输出有功最大；§6-1概述10/10/12:00AM23无功电压ok第23页PNQQNCAPOEN●jXdIN●IN●UN●受到系统稳定性限制；E●S容量也得不到充分利用；红线包络线是发电机极限运行线ⅱ调相机：实际上是一个当电动机运行同时发电机；§6-1概述10/10/12:00AM24无功电压ok第24页有两种运行方式：过激运行：向电网输送无功功率（+Q）；欠激运行：向电网吸收无功功率(-Q)；注意：调相机在欠励磁运行时容量是过励磁运行时容量50％～65％。它普通装在靠近负荷中心处，以降低传输无功功率引发电能损耗和电压损耗。所以改变调相机励磁能够平滑地改变无功功率大小和方向。ⅲ静电电容器：§6-1概述10/10/12:00AM25无功电压ok第25页静电电容器供给无功功率Qc与所在节点电压U平方成正比，即仅发出无功电源。显然，当节点电压下降时，它供给系统无功功率将降低，即含有负调整效应。ⅳ电抗器：§6-1概述10/10/12:00AM26无功电压ok第26页仅吸收无功功率。普通用于超高压、长距离、轻载线路。吸收过剩无功功率。ⅴ静止无功赔偿器：静止无功赔偿器是由可控硅控制可调电抗器与电容器并联组成新型无功赔偿装置，含有极好调整性能，能快速跟踪负荷变动，改变无功功率大小，能依据需要改变无功功率方向，响应速度快，不但能够作为普通无功赔偿装置，而且是唯一能用于冲击性负荷无功赔偿装置。静止无功赔偿器（SVC）－StaticVarCompensator。§6-1概述10/10/12:00AM27无功电压ok第27页静止无功赔偿器有几个类型：比如：TCR型赔偿器:

CLfC滤波器滤波器：利用CL组成串联谐振，作为高次谐波通路。经过以上可见：无功电源各种多样，可在电力系统各个节点随意装设，进行无功调整，无功电源布置含有很大分散性。§6-1概述10/10/12:00AM28无功电压ok第28页第六章电力系统无功功率和电压调整在电力系统运行中，因为负荷改变，会造成电压波动，为了确保供电电压质量，对电压偏移较大节点必须进行调整。一、中枢点电压管理：电压管理方式：对于一个电力系统来说，系统节点数量是非常多，因而对系统每一个节点电压都进行管理是非常困难。所以，电力系统运行部门仅仅监视和调整一部分主要节点（中枢点），以期到达全方面调整各节点电压目标。§6-2电力系统电压调整中枢点特点：10/10/12:00AM29无功电压ok第29页①该点反应了系统电压水平；②大多数负荷都由这些中枢点供电；就是说，该点电压较低，则与其相关节点电压也会较低，提升该点电压，也会对应提升其它节点电压；中枢点选择：①区域性水、火电厂高压母线（高压母线有几回出线情况）；②枢纽变电所二次母线；§6-2电力系统电压调整③有大量地方负荷发电厂母线；中枢点电压与负荷电压关系：10/10/12:00AM30无功电压ok第30页§6-2电力系统电压调整在满足负荷电压要求下（Vmin≤V≤Vmax

），可确定中枢点i电压范围：Vimin≤Vi≤Vimax；即：★中枢点i最低电压Vimin等于在地域负荷最大时某用户允许最低电压Vmin加上到中枢点电压损耗△Vmax。10/10/12:00AM31无功电压ok第31页★中枢点i最高电压Vimax等于地域负荷最小时某用户允许最高电压Vmax加上到中枢点电压损耗△Vmin。§6-2电力系统电压调整10/10/12:00AM32无功电压ok第32页1.中枢点电压上、下限确定：SjkjSki△Uij△Uik比如：如图示系统，i点是中枢点；确定方法：若j、k点日负荷曲线如图：Sjmax

tSjSjmin24816Skmax

SkSkmin24816t3§6-2电力系统电压调整试确定满足j、k点电压要求时i节点电压允许改变范围；10/10/12:00AM33无功电压ok第33页①依据最大负荷、最小负荷求出线路电压损耗；t△Uij0.04UN248160.1UNt△Uik0.01UN248160.03UN②假设j、k节点电压允许波动±5%UN；编制出中枢点i电压变动曲线；j点对点i允许电压改变范围：SjkjSki△Uij△Uik§6-2电力系统电压调整10/10/12:00AM34无功电压ok第34页tUi24816UN1.09UN1.05UN1.15UN0.99UN8~二十四小时：Ui=Uj+△Uij=（0.95~1.05）UN+0.1UN=(1.05~1.15)UN0～8小时：Ui=Uj+△Uij=（0.95~1.05）UN+0.04UN=(0.99~1.09)UNk点对点i允许电压改变范围：0～16小时：Ui=Uk+△Uik=（0.95~1.05）UN+0.01UN=(0.96~1.06)UNi点电压只要在这个范围内，j点就可取得合格电压§6-2电力系统电压调整10/10/12:00AM35无功电压ok第35页16～二十四小时：Ui=Uk+△Uik=（0.95~1.05）UN+0.03UN=(0.98~1.08)UNtUi24816UN0.98UN1.08UN0.96UN1.06UN为同时满足j、k点电压要求，i节点波动范围：tUi24816UN0.98UN1.08UN0.96UN1.06UN1.15UN1.05UN1.09UN0.99UNSjkjSki△Uij△Uik§6-2电力系统电压调整10/10/12:00AM36无功电压ok第36页①为同时满足两负荷点电压要求，i节点电压变动范围变小了，最小时仅有1％，最大时为9％；可见，②若两条线路负荷相差悬殊，或线路参数相差较大，即△U相差较大，会有可能在某一段时间内，中枢点不论怎样都不能满足负荷点调压要求；在实际电力设计和运行中，为了防止这种情况，要求了电力网允许最大电压损耗。电力网性质△Umax%正常情况下区域电力网10%§6-2电力系统电压调整10/10/12:00AM37无功电压ok第37页电力网性质△Umax%事故情况下区域电力网较正常增加5%正常情况下中压配电网3~5%正常情况下中压供电网4~7%两项之和不超出10%比如：△U4△U1△U2△U3～△U中压供电线中压配电网△U+△Ui<10%§6-2电力系统电压调整10/10/12:00AM38无功电压ok第38页2.中枢点调压方式：①逆调压：高峰负荷时升高中枢点电压（105%），低谷负荷时降低中枢点电压（UN）；普通用于供电线路较长，负荷变动规律大致相同情况；②顺调压：高峰负荷时允许中枢点电压低一些，低谷负荷时允许中枢点电压高一些；普通用于供电线路距离较短，负荷变动小情况；③恒调压：中枢点电压保持恒定数值（2~5%）；§6-2电力系统电压调整10/10/12:00AM39无功电压ok第39页改变If改变发电机端电压U（±5%）。特点：简单、方便、易于实现逆调压、能够平滑调整，不用任何投资。使用：直接供电小系统，线路不长，损耗不大情况。对大型电力系统：只能作为辅助调压办法。限制：①励磁电流限制；二、电压调整措施：§6-2电力系统电压调整1.利用发电机调压：10/10/12:00AM40无功电压ok第40页②并联发电机无功功率经济运行；③远近负荷限制（远近负荷对电压要求，△U较大）；～5%5%5%10%10%负荷可见，因为线路较长，电压损失较大，经过改变发电机端电压极难改进系统末端电压水平。同时发电机母线电压假如提升较大，对附近负荷也有较大影响。§6-2电力系统电压调整10/10/12:00AM41无功电压ok第41页调压方式有两种：不带负荷调压-----无载调压带负荷调压-----有载调压Ⅰ有载调压变压器：造价高，抽头多，7、9、15、27、33等；可实现自动和手动远方操作；调整方便，调整速度快；特点：Ⅱ普通变压器：§6-2电力系统电压调整2.改变变压器分接头调压：10/10/12:00AM42无功电压ok第42页这类变压器在停电情况下才能改变分接头，所以，必须事先选好一个适当分接头，使在最大负荷和最小负荷情况下都能满足电压要求。SMSmU1●U2●做等值电路图（参数归算到高压侧）：R+jXP+jQU1●′U2●要求：已知变压器负荷最大值SM、最小值Sm；U1改变范围：U1M~U1m；二次侧电压要求：U2M~U2m；试选择适当分接头；§6-2电力系统电压调整ⅰ降压变压器：10/10/12:00AM43无功电压ok第43页R+jXPM+jQMU1M●′U2M●高压母线电压运行是：U1M低压母线要求电压是：U2M计算此时变压器变比，为了简单，计算时不计网损。变压器负荷功率SM=PM+jQM；△UM可使用额定电压代替U2M§6-2电力系统电压调整最大负荷时：10/10/12:00AM44无功电压ok第44页高压母线电压运行是：U1m低压母线要求电压是：U2m变压器负荷功率：Sm=Pm+jQm；§6-2电力系统电压调整最小负荷时：R+jXPm+jQmU1m●′U2m●10/10/12:00AM45无功电压ok第45页R+jXPm+jQmU1m●′U2m●计算此时变压器变比，为了简单，计算时不计网损。U2m§6-2电力系统电压调整10/10/12:00AM46无功电压ok第46页为了同时满足最大负荷和最小负荷调压要求,取平均值：依据U1t选一个较近分接头。§6-2电力系统电压调整ⅱ升压变压器：1010/10/12:00AM47无功电压ok第47页SMSmUG●U2●R+jXP+jQUG●′U2●升压变压器分接头在高压侧，普通升压变压器低压侧大多接发电机母线。参数归算到高压侧，做等值电路；计算方法同于降压变压器；已知变压器负荷最大值SM、最小值Sm；U1改变范围：U1M~U1m；二次侧电压要求：U2M~U2m；试选择适当分接头；一样得，最大负荷时：§6-2电力系统电压调整10/10/12:00AM48无功电压ok第48页最大负荷时，发电机母线运行电压与降压变压器相比，区分仅仅是电压损耗减和加。注意：发电机电压调整范围：UN(95~105)%。§6-2电力系统电压调整ⅲ三绕组变压器分接头选择：10/10/12:00AM49无功电压ok第49页计算方法同于双绕组变压器。计算方法是：依据高、低压侧电压要求，求出高、低压侧变比，即高压侧分接头（看成一个双绕组变压器）；依据高中或者中低压侧电压要求，再确定中压侧分接头（也能够看成双绕组变压器）。三绕组变压器分接头在高、中压侧。注意：改变变压器变比调压，普通适合于系统无功充分情况。当电力系统中无功电源不足时，假如采取改变变压器变比§6-2电力系统电压调整3.利用无功功率赔偿调压：10/10/12:00AM50无功电压ok第50页调压。即使能提升系统局部电压水平，不过这会造成系统其它节点电压下降愈加严重。因而因为无功不足造成电压下降，宜采取无功进行赔偿来调压。U1U2R+jXP+jQ如图系统，参数归算到一次侧：U1保持不变；若将U2提升到U2C，试按照调压要求选择赔偿容量。未加无功赔偿：R+jXP+jQU1●U2●′§6-2电力系统电压调整U2C10/10/12:00AM51无功电压ok第51页U1U2R+jXP+jQ在U2母线上加无功赔偿电源-jQC：R+jXP+jQU1●U2c●′P+j(Q-Qc)可求出由提升到时，需要无功赔偿容量。U2′U2c′U1保持不变,可得：由提升到时电压损耗改变量，普通很小，可略去。U2′U2c′§6-2电力系统电压调整10/10/12:00AM52无功电压ok第52页未加装无功赔偿时电压；加装无功赔偿时电压；，带入上式：算出QC，不过不一样无功赔偿电源选取QC规则不一样，下面依据无功赔偿电源不一样，分别讨论。§6-2电力系统电压调整10/10/12:00AM53无功电压ok第53页ⅰ用静止电容器赔偿：特点:只能发感性无功,可全部或部分切除，不能平滑调整。赔偿标准（最小容量赔偿标准）:最大负荷时赔偿容量全部投入，最小负荷时全部退出。可见，应依据变压器分接头配合。最小负荷时，选变压器分接头来满足调压要求：时尚计算出二次侧电压归算值二次侧电压要求值§6-2电力系统电压调整R+jXPm+jQmU1●U2m●′10/10/12:00AM54无功电压ok第54页R+jXPM+jQMU1●U2cM●′P+j(Q-Qc)最大负荷时，用赔偿容量满足调压要求：注意：计算出QC后查出适当设备校验。ⅱ调相机赔偿：特点:过激运行时，向电力系统供给感性无功功率，欠激运行时从电力系统吸收感性无功功率。欠激运行时容量约为§6-2电力系统电压调整10/10/12:00AM55无功电压ok第55页过激运行时容量50%-60%。为了充分利用调相机容量，赔偿标准：最大负荷时，按额定容量过激运行；最小负荷时，按（0.5～0.6）倍额定容量欠激运行；显然，为了到达上要求，也必须与变压器变比选择配合。最大负荷时：(1)最小负荷时：§6-2电力系统电压调整10/10/12:00AM56无功电压ok第56页(2)将上式相比,得：式中：计算步骤：①用(2)式求出变压器变比k，选择变压器分接头U1t;②令k=U1t/U2N，带入(1)式求QSC;③依据QSC查对应调相机型号，并校验;§6-2电力系统电压调整10/10/12:00AM57无功电压ok第57页R+jXP+jQU1●U2●如图系统，电压损耗：可见，X

△U

U2

，降低线路电抗能够改进电压水平；采取串联电容器赔偿：处理问题：将末端电压由U2

U2C，求赔偿电容器容量。未加赔偿前电压损耗：§6-2电力系统电压调整4.改进线路参数调压：10/10/12:00AM58无功电压ok第58页赔偿后电压损耗：R+jXP+jQU1●U2●-jXcR+j(X-Xc)上式两电压损耗之差就是线路末端提升电压值：靠近零为了将末端电压U2提升到

U2C，必须满足上式。§6-2电力系统电压调整10/10/12:00AM59无功电压ok第59页其中，△U-△UC是要求电压损耗降低量；近似计算认为U2C与UN相近，所以：①计算XC；②决定电容器容量和个数；串联电容器赔偿必须是用一组电容：IM●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●nm每个电容器额定参数：额定电压：VNC、额定电流INC，额定容量QNC=UNC·INC§6-2电力系统电压调整计算步骤：10/10/12:00AM60无功电压ok第60页可依据最大负荷电流计算电容器个数：总容量：Qc=3·m·n·QNc个数：3·m·n③校验；应用场所：用于110kV及以下电压级分支线上，X>>R;IM●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●●nm注意：电容器最大工作电流及耐压要满足要求。负荷波动大、频繁，功率因数低情况;§6-2电力系统电压调整10/10/12:00AM61无功电压ok第61页普通：110kV可采取并联电容赔偿；10kV~35kV宜采取串联电容赔偿；10kV及以下，采取按调压选择