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第五章电力系统无功功率与电压调整第五章电力系统无功功率与电压调整1无功功率的平衡电压调整的必要性电压管理与电压调整内容无功功率的平衡内容2电力系统中的无功电源一是同步发电机以及过激运行的同步电动机，二是无功补偿电源包括电容器、静止无功补偿器和同步调相机，同步调相机三是110kV及以上电压线路的充电功率。1.无功功率平衡电力系统中的无功电源1.无功功率平衡3电力系统中的无功负荷与无功损耗：1）用户与发电厂厂用电的无功负荷（主要是异步电动机）；2）线路和变压器的无功损耗；

3）并联电抗器的无功损耗。

1.无功功率平衡电力系统中的无功负荷与无功损耗：1.无功功率平衡4异步电动机的等值电路：

异步电动机消耗的无功功率：激磁无功功率定、转子漏抗中消耗的无功功率1.无功功率平衡异步电动机的等值电路：异步电动机消耗的无功功率：激磁无功功5变压器中的无功功率损耗：励磁损耗与绕组漏抗损耗，后者与受负载大小有关。励磁损耗绕组漏抗损耗1.无功功率平衡变压器中的无功功率损耗：励磁损耗与绕组漏抗损耗，后者与受负载6电力线路中的无功功率损耗：串联电抗中的无功功率损耗（感性）与并联电纳中的充电功率（容性）。线路无损线路为无功电源线路为无功负荷

充电功率功率损耗线路中的自然功率1.无功功率平衡电力线路中的无功功率损耗：串联电抗中的无功功率损耗（感性）与7电压偏移的影响当运行电压偏离额定值较大时，技术经济指标就会恶化。

发电厂厂用电中由电动机驱动的辅机，其机械转矩与转速的高次方成正比，电压降低滑差增大，转速降低，输出功率迅速减少，将影响汽轮、锅炉的工作，严重情况下将造成安全问题。变压器的运行电压偏低，若负载功率不变，致使输出电流增加，使绕组过热。电压偏高，励磁电流增大，铁芯损失增加，温升增高，严重情况下引起高次谐波共振。

由于局部地区无功不足，运行电压严重低下，一些变电所在负荷的微小扰动下会出现电压大幅度下滑，以至失压，即所谓电压崩溃。2.电压调整的必要性电压偏移的影响2.电压调整的必要性8U1U2U3U4U4U3U2U1U4U1U2U3U4=UNU1=UNU1点电压太高U4点电压太低沿线路各点电压的变化2.电压调整的必要性电压偏移的最大允许范围：±5%U1U2U3U4U4U3U2U1U4U1U2U3U4=UNU9无功功率与电压关系有功功率平衡是全系统的平衡，且全系统只有一个频率，在一个频率下的平衡。无功功率平衡:电力系统的电源必须发出足够的无功功率以满足用户与网络的需要，这就是无功功率平衡。无功功率平衡是在一个电压下的平衡，无功功率不足将导致节点电压的下降；无功功率平衡要满足众多的节点电压的要求，除了对全系统需要平衡以外，地区系统也需要平衡。2.电压调整的必要性无功功率与电压关系2.电压调整的必要性102.电压调整的必要性无功功率与节点电压的关系：UGUPL+jQL当电抗远大于电阻时：2.电压调整的必要性无功功率与节点电压的关系：UGUPL+j11当电抗远大于电阻时：其中：得出：说明：电网节点电压的变动会引起无功功率潮流的变化。2.电压调整的必要性当电抗远大于电阻时：其中：得出：说明：电网节点电压的变动会引12电力系统Q-U特性负荷特性曲线电力系统特性曲线无功功率平衡点负荷节点电压2.电压调整的必要性电力系统Q-U特性负荷特性曲线电力系统特性曲线无功功率平衡点13负荷分类及其对电压影响的控制电力系统中负荷的变动以及由此而引起的变电所母线的电压变动可以分为两类：

由生产、生活和气象变化引起的负荷功率的变化。

母线电压偏移

调节变压器分接头，投切电容器以及调节发电机母线电压负荷功率具有冲击性或间歇性

母线电压波动

安装静止无功补偿器一类的动态补偿器安装串联电容

后果改善后果改善2.电压调整的必要性负荷分类及其对电压影响的控制由生产、生活和气象变化引起的负14电力系统中无功功率电源不足，系统节点电压就要下降。电力系统必须具备足够的无功电源才能维持所要求的电压水平，以满足系统安全稳定运行的要求。2.电压调整的必要性电力系统中无功功率电源不足，系统节点电压就要下降。2.电压调15电力系统的无功平衡与补偿无功补偿容量的配置应取分区平衡、分级补偿原则。

2.电压调整的必要性电力系统的无功平衡与补偿2.电压调整的必要性16无功功率管理的具体措施包括：（1）电力用户的功率因数达到0.95以上；（2）分散安装电容器，就地供无功功率。（3）在一次及二次变电所的低压母线上安装电容器，枢纽变电安装调相机。在有无功冲击负荷的变电所以及超高压送电线末端宜安装静止无功补偿器；（4）对于水、火联合电网，枯水期利用水电机组调相运行，丰水期利用火电机组调相运行，供出感性无功功率；（5）同步电动机过激运行，供出感性无功功率。3.电压管理与电压调整无功功率管理的具体措施包括：3.电压管理与电压调整17电力系统的电压一般采取分级管理。

发电厂和有调压能力的变电所按调度所规定的电压曲线调整无功功率和电压。

地区调度所监控地区网络的电压、用户电压及其功率因数。实现无功功率就地平衡。

中心调度所着重监控主网的电压水平。协调全网有广泛影响的调压措施，合理分配无功出力和调整无功潮流。

协调配合，统一调度与分散控制相结合。

3.电压管理与电压调整电力系统的电压一般采取分级管理。3.电压管理与电压调整18电压控制的目的（1）保持电网枢纽点电压水平，保证电力系统稳定运行；（2）保持供电电压的正常范围，保证用户的供电质量；（3）减少网络损耗；（4）在偶然事故下快速强行励磁，防止电力系统瓦解。3.电压管理与电压调整电压控制的目的3.电压管理与电压调整19中枢点电压管理一般选择下列母线为电压中枢点：（1）区域性水、火电厂的高压母线；（2）枢纽变电站二次母线；（3）有地方负荷的发电厂母线。

3.电压管理与电压调整中枢点电压管理3.电压管理与电压调整20简单电网O点为中枢点a，b为负荷点电压损耗变化曲线简化负荷曲线3.电压管理与电压调整中枢点电压管理简单电网电压损耗变化曲线简化负荷曲线3.电压管理与电压调整中21电压中枢点的调压范围图中阴影部分表示a、b点电压满足要求时，O点电压保持的范围虚线中间a点电压满足要求时，O点电压保持的范围8-16小时，图中虚线面积表示满足a点电压要求时，O点电压保持的范围，此时b点电压过高8-16小时，图中实线面积表示满足b点电压要求时，O点电压保持的范围，此时a点电压过低实线中间b点电压满足要求时，O点电压保持的范围3.电压管理与电压调整电压中枢点的调压范围图中阴影部分表示a、b点电压满足要求时，22三种电压调节方式：

（1）逆调整——高峰负荷时升高中枢点母线电压，低谷时降低中枢点母线电压。适用于供电线路较长，负荷变动较大的中枢点；（2）顺调整——高峰负荷时允许中枢点母线电压略低，低谷时允许中枢点母线电压略高。适用于供电线路不长，负荷变动不大的中枢点；（3）恒调整——中枢点母线电压基本不变，适用于线路长度、负荷变动情况介于上述两者之间的情况。

4.电压管理与电压调整三种电压调节方式：4.电压管理与电压调整23电压调整方法1）改变变压器变比调压先决条件:电网的无功电源容量充裕。

对负荷变化不大的变电所可适当选择变压器的分接头进行电压调整。对于负荷变化较大的一次及二次变电所采用负荷调整分接头的变压器，其切换装置在不能适应频繁操作要求时，应限制动作的次数。4.电压管理与电压调整电压调整方法4.电压管理与电压调整24降压变压器分接头的选择方法：高压侧电压低压侧电压4.电压管理与电压调整降压变压器分接头的选择方法：高压侧电压低压侧电压4.电压管理25最大负荷M及最小负荷m情况下：在停电条件下

ULM,ULm高、低压母线的希望电压。4.电压管理与电压调整最大负荷M及最小负荷m情况下：在停电条件下ULM,26升压变压器分接头的选择方法：发电机输出功率4.电压管理与电压调整升压变压器分接头的选择方法：发电机输出功率4.电压管理与电压27最大负荷及最小负荷情况下：3.电压管理与电压调整最大负荷及最小负荷情况下：3.电压管理与电压调整28三绕组降压变压器

看成两个双绕组变压器的并联。

在求得三绕组变压器的功率分布以后，先从高压绕组对低压绕组入手，选择高压方抽头以满足低压方电压要求。

然后固定高压方抽头，考虑高压绕组对中压绕组情况；选择中压方抽头满足中压方的电压要求。

3.电压管理与电压调整三绕组降压变压器3.电压管理与电压调整292）改变发电机及调相机励磁调压改变发电机及调相机的励磁电流，可以改变它们的内电势，从而调整母线电压。利用发电机调压范围为发电机额定电压的5％。

调相机调压属于改变网络无功功率分布进行调压的方法。即利用调相机的容量就地补偿负荷所需的无功功率，因而改变了线路输送的无功功率。从而调节了枢纽站母线的电压。

3.电压管理与电压调整2）改变发电机及调相机励磁调压3.电压管理与电压调整30补偿前补偿后折合到高压侧的低压方希望电压，低压方希望电压Urc始端电压末端电压归算到高压侧电压负荷功率调相机3.电压管理与电压调整补偿前补偿后折合到高压侧的低压方希望电压，低压方希望电压U31现以下标M、m分别表示最大负荷及最小负荷情况，设调相机欠激(充当电抗器)容量为过激（充当电容器）容量之半。

调相机的容量为：最大负荷最小负荷3.电压管理与电压调整现以下标M、m分别表示最大负荷及最小负荷情况，设调相机欠激(32由上式可以确定k值，由此确定高压方抽头，再确定调相机的容量。

由最大负荷及最小负荷时的情况，可消去调相机的容量：

最大负荷时低压母线归算到高压侧电压。

最小负荷时低压母线归算到高压侧电压。3.电压管理与电压调整由上式可以确定k值，由此确定高压方抽头，再确定调相机的容量333）投切电容器组调压在最小负荷时，切除全部电容器；而按最大负荷时的调压要求确定电容器的容量。在最小负荷时选择变压器变比。

最小负荷时变电所低压母线的希望电压3.电压管理与电压调整3）投切电容器组调压最小负荷时变电所低压母线的希344）静止无功补偿器调压可按最大负荷时负荷母线电压的要求确定电容器的容量QC

,此时可控电抗吸收的无功功率为零或最小。由最小负荷时的电压要求确定静止补偿器的容量QSVC,此时QC不变，因此可控电抗器吸收的无功功率为：3.电压管理与电压调整4）静止无功补偿器调压3.电压管理与电压调整355）串联电容调压

在线路负荷功率因数较低、无功负荷份额大时有显著作用

补偿前补偿后3.电压管理与电压调整5）串联电容调压补偿前补偿后3.电压管理与电压调整36补偿前补偿后

可解得：

由此式可选择电容器的额定容量。

3.电压管理与电压调整补偿前补偿后可解得：由此式可选择电容器的额定容量。3.37单个电容器的额定容量

设n，m分别为电容器的串联个数和并联串数,三相电容器的总容量

3.电压管理与电压调整单个电容器的额定容量设n，m分别为电容器的串联个数和并联串386）组合调压

无功电源缺乏：静电电容器、静止补偿器及调相机无功充裕：调节抽头

发电机调压幅度有限首选无直配负荷时±5％有直配负荷时采用逆调整5％

3.电压管理与电压调整6）组合调压无功电源缺乏：静电电容器、静止补偿器及调相机39总结理解无功功率平衡的概念；理解无功功率与电压调整关系；学会电压调整的基本方法。总结理解无功功率平衡的概念；40第五章电力系统无功功率与电压调整第五章电力系统无功功率与电压调整41无功功率的平衡电压调整的必要性电压管理与电压调整内容无功功率的平衡内容42电力系统中的无功电源一是同步发电机以及过激运行的同步电动机，二是无功补偿电源包括电容器、静止无功补偿器和同步调相机，同步调相机三是110kV及以上电压线路的充电功率。1.无功功率平衡电力系统中的无功电源1.无功功率平衡43电力系统中的无功负荷与无功损耗：1）用户与发电厂厂用电的无功负荷（主要是异步电动机）；2）线路和变压器的无功损耗；

3）并联电抗器的无功损耗。

1.无功功率平衡电力系统中的无功负荷与无功损耗：1.无功功率平衡44异步电动机的等值电路：

异步电动机消耗的无功功率：激磁无功功率定、转子漏抗中消耗的无功功率1.无功功率平衡异步电动机的等值电路：异步电动机消耗的无功功率：激磁无功功45变压器中的无功功率损耗：励磁损耗与绕组漏抗损耗，后者与受负载大小有关。励磁损耗绕组漏抗损耗1.无功功率平衡变压器中的无功功率损耗：励磁损耗与绕组漏抗损耗，后者与受负载46电力线路中的无功功率损耗：串联电抗中的无功功率损耗（感性）与并联电纳中的充电功率（容性）。线路无损线路为无功电源线路为无功负荷

充电功率功率损耗线路中的自然功率1.无功功率平衡电力线路中的无功功率损耗：串联电抗中的无功功率损耗（感性）与47电压偏移的影响当运行电压偏离额定值较大时，技术经济指标就会恶化。

发电厂厂用电中由电动机驱动的辅机，其机械转矩与转速的高次方成正比，电压降低滑差增大，转速降低，输出功率迅速减少，将影响汽轮、锅炉的工作，严重情况下将造成安全问题。变压器的运行电压偏低，若负载功率不变，致使输出电流增加，使绕组过热。电压偏高，励磁电流增大，铁芯损失增加，温升增高，严重情况下引起高次谐波共振。

由于局部地区无功不足，运行电压严重低下，一些变电所在负荷的微小扰动下会出现电压大幅度下滑，以至失压，即所谓电压崩溃。2.电压调整的必要性电压偏移的影响2.电压调整的必要性48U1U2U3U4U4U3U2U1U4U1U2U3U4=UNU1=UNU1点电压太高U4点电压太低沿线路各点电压的变化2.电压调整的必要性电压偏移的最大允许范围：±5%U1U2U3U4U4U3U2U1U4U1U2U3U4=UNU49无功功率与电压关系有功功率平衡是全系统的平衡，且全系统只有一个频率，在一个频率下的平衡。无功功率平衡:电力系统的电源必须发出足够的无功功率以满足用户与网络的需要，这就是无功功率平衡。无功功率平衡是在一个电压下的平衡，无功功率不足将导致节点电压的下降；无功功率平衡要满足众多的节点电压的要求，除了对全系统需要平衡以外，地区系统也需要平衡。2.电压调整的必要性无功功率与电压关系2.电压调整的必要性502.电压调整的必要性无功功率与节点电压的关系：UGUPL+jQL当电抗远大于电阻时：2.电压调整的必要性无功功率与节点电压的关系：UGUPL+j51当电抗远大于电阻时：其中：得出：说明：电网节点电压的变动会引起无功功率潮流的变化。2.电压调整的必要性当电抗远大于电阻时：其中：得出：说明：电网节点电压的变动会引52电力系统Q-U特性负荷特性曲线电力系统特性曲线无功功率平衡点负荷节点电压2.电压调整的必要性电力系统Q-U特性负荷特性曲线电力系统特性曲线无功功率平衡点53负荷分类及其对电压影响的控制电力系统中负荷的变动以及由此而引起的变电所母线的电压变动可以分为两类：

由生产、生活和气象变化引起的负荷功率的变化。

母线电压偏移

调节变压器分接头，投切电容器以及调节发电机母线电压负荷功率具有冲击性或间歇性

母线电压波动

安装静止无功补偿器一类的动态补偿器安装串联电容

后果改善后果改善2.电压调整的必要性负荷分类及其对电压影响的控制由生产、生活和气象变化引起的负54电力系统中无功功率电源不足，系统节点电压就要下降。电力系统必须具备足够的无功电源才能维持所要求的电压水平，以满足系统安全稳定运行的要求。2.电压调整的必要性电力系统中无功功率电源不足，系统节点电压就要下降。2.电压调55电力系统的无功平衡与补偿无功补偿容量的配置应取分区平衡、分级补偿原则。

2.电压调整的必要性电力系统的无功平衡与补偿2.电压调整的必要性56无功功率管理的具体措施包括：（1）电力用户的功率因数达到0.95以上；（2）分散安装电容器，就地供无功功率。（3）在一次及二次变电所的低压母线上安装电容器，枢纽变电安装调相机。在有无功冲击负荷的变电所以及超高压送电线末端宜安装静止无功补偿器；（4）对于水、火联合电网，枯水期利用水电机组调相运行，丰水期利用火电机组调相运行，供出感性无功功率；（5）同步电动机过激运行，供出感性无功功率。3.电压管理与电压调整无功功率管理的具体措施包括：3.电压管理与电压调整57电力系统的电压一般采取分级管理。

发电厂和有调压能力的变电所按调度所规定的电压曲线调整无功功率和电压。

地区调度所监控地区网络的电压、用户电压及其功率因数。实现无功功率就地平衡。

中心调度所着重监控主网的电压水平。协调全网有广泛影响的调压措施，合理分配无功出力和调整无功潮流。

协调配合，统一调度与分散控制相结合。

3.电压管理与电压调整电力系统的电压一般采取分级管理。3.电压管理与电压调整58电压控制的目的（1）保持电网枢纽点电压水平，保证电力系统稳定运行；（2）保持供电电压的正常范围，保证用户的供电质量；（3）减少网络损耗；（4）在偶然事故下快速强行励磁，防止电力系统瓦解。3.电压管理与电压调整电压控制的目的3.电压管理与电压调整59中枢点电压管理一般选择下列母线为电压中枢点：（1）区域性水、火电厂的高压母线；（2）枢纽变电站二次母线；（3）有地方负荷的发电厂母线。

3.电压管理与电压调整中枢点电压管理3.电压管理与电压调整60简单电网O点为中枢点a，b为负荷点电压损耗变化曲线简化负荷曲线3.电压管理与电压调整中枢点电压管理简单电网电压损耗变化曲线简化负荷曲线3.电压管理与电压调整中61电压中枢点的调压范围图中阴影部分表示a、b点电压满足要求时，O点电压保持的范围虚线中间a点电压满足要求时，O点电压保持的范围8-16小时，图中虚线面积表示满足a点电压要求时，O点电压保持的范围，此时b点电压过高8-16小时，图中实线面积表示满足b点电压要求时，O点电压保持的范围，此时a点电压过低实线中间b点电压满足要求时，O点电压保持的范围3.电压管理与电压调整电压中枢点的调压范围图中阴影部分表示a、b点电压满足要求时，62三种电压调节方式：

（1）逆调整——高峰负荷时升高中枢点母线电压，低谷时降低中枢点母线电压。适用于供电线路较长，负荷变动较大的中枢点；（2）顺调整——高峰负荷时允许中枢点母线电压略低，低谷时允许中枢点母线电压略高。适用于供电线路不长，负荷变动不大的中枢点；（3）恒调整——中枢点母线电压基本不变，适用于线路长度、负荷变动情况介于上述两者之间的情况。

4.电压管理与电压调整三种电压调节方式：4.电压管理与电压调整63电压调整方法1）改变变压器变比调压先决条件:电网的无功电源容量充裕。

对负荷变化不大的变电所可适当选择变压器的分接头进行电压调整。对于负荷变化较大的一次及二次变电所采用负荷调整分接头的变压器，其切换装置在不能适应频繁操作要求时，应限制动作的次数。4.电压管理与电压调整电压调整方法4.电压管理与电压调整64降压变压器分接头的选择方法：高压侧电压低压侧电压4.电压管理与电压调整降压变压器分接头的选择方法：高压侧电压低压侧电压4.电压管理65最大负荷M及最小负荷m情况下：在停电条件下

ULM,ULm高、低压母线的希望电压。4.电压管理与电压调整最大负荷M及最小负荷m情况下：在停电条件下ULM,66升压变压器分接头的选择方法：发电机输出功率4.电压管理与电压调整升压变压器分接头的选择方法：发电机输出功率4.电压管理与电压67最大负荷及最小负荷情况下：3.电压管理与电压调整最大负荷及最小负荷情况下：3.电压管理与电压调整68三绕组降压变压器

看成两个双绕组变压器的并联。

在求得三绕组变压器的功率分布以后，先从高压绕组对低压绕组入手，选择高压方抽头以满足低压方电压要求。

然后固定高压方抽头，考虑高压绕组对中压绕组情况；选择中压方抽头满足中压方的电压要求。

3.电压管理与电压调整三绕组降压变压器3.电压管理与电压调整692）改变发电机及调相机励磁调压改变发电机及调相机的励磁电流，可以改变它们的内电势，从而调整母线电压。利用发电机调压范围为发电机额定电压的5％。

调相机调压属于改变网络无功功率分布进行调压的方法。即利用调相机的容量就地补偿负荷所需的无功功率，因而改变了线路输送的无功功率。从而调节了枢纽站母线的电压。

3.电压管理与电压调整2）改变发电机及调相机励磁调压3.电压管理与电压调整70补偿前补偿后折合到高压侧的低压方希望电压，低压方希望电压Urc始端电压末端电压归算到高压侧电压负荷功率调相机3.电压管理与电压调整补偿前补偿后折合到高压侧的低压方希望电压，低压方希望电压U71现以下标M