无功功率平衡和电压调整

4.4无功功率平衡和电压调整

4.4.1了解无功功率平衡概念及无功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系统中各无功电源的调节特性

4.4.3了解利用电容器进行补偿调压的原理与方法

4.4.4了解变压器分接头进行调压时，分接头的选择计算

考试大纲要求：14.4.1了解无功功率平衡概念及无功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系统中各无功电源的调节特性1.无功功率平衡电力系统中无功电源所发出的无功功率应与系统中的无功负荷及无功损耗相平衡，同时还应有一定的无功功率备用电源。允许合理的无功功率源配置是保证电压合理的关键。2异步电动机是电力系统主要的无功负荷系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定

无功功率负荷4.4.1了解无功功率平衡概念及无功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系统中各无功电源的调节特性3无功功率损耗变压器的无功损耗

输电线路的无功损耗

变压器的无功损耗变压器的无功损耗QLT包括励磁损耗△Q0和漏抗中的损耗△QT

QLT＝△Q0＋△QT＝V2BT＋(S/V)2XT≈SN＋(VN/V)24.4.1了解无功功率平衡概念及无功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系统中各无功电源的调节特性4输电线路的无功损耗△QL＝△QB＝△QL+△QB无功功率损耗变压器的无功损耗

输电线路的无功损耗

输电线路的无功损耗4.4.1了解无功功率平衡概念及无功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系统中各无功电源的调节特性5无功功率电源

发电机

同步调相机

静电电容器

静止无功补偿器

静止无功发生器

4.4.1了解无功功率平衡概念及无功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系统中各无功电源的调节特性6无功功率电源

发电机

发电机发电机是唯一的有功功率电源，又是最基本的无功功率电源QBDCAPOEjXdIN4.4.1了解无功功率平衡概念及无功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系统中各无功电源的调节特性7无功功率电源

发电机

同步调相机

静电电容器

静止无功补偿器

静止无功发生器

4.4.1了解无功功率平衡概念及无功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系统中各无功电源的调节特性8无功功率电源

同步调相机同步调相机相当于空载运行的同步电动机。在过励磁运行时，向系统供给无功功率，起无功电源的作用；在欠励磁运行时，它吸收感性无功功率，起无功负荷作用。由于相应速度较慢，难以适应动态无功控制的要求，20世纪70年代以来已逐渐被静止无功补偿装置所取代

同步调相机4.4.1了解无功功率平衡概念及无功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系统中各无功电源的调节特性9无功功率电源

发电机

同步调相机

静电电容器

静止无功补偿器

静止无功发生器

4.4.1了解无功功率平衡概念及无功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系统中各无功电源的调节特性10无功功率电源

静电电容器

静电电容器

静电电容器供给的无功功率Qc与所在节点的电压V的平方成正比，即

Qc＝V2/Xc式中，Xc＝1/wc为静电电容器的电抗。当节点电压下降时，它供给系统的无功功率将减少。因此，当系统发生故障或由于其他原因电压下将时，电容器无功输出的减少将导致电压继续下降。换言之，电容器的无功功率调节性能比较差4.4.1了解无功功率平衡概念及无功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系统中各无功电源的调节特性111213无功功率电源

发电机

同步调相机

静电电容器

静止无功补偿器

静止无功发生器

4.4.1了解无功功率平衡概念及无功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系统中各无功电源的调节特性14无功功率电源

静止无功补偿器

静止无功补偿器

SVC由静电电容器与电抗器并联组成，SVC在我国电力系统中将得到广泛应用饱和电抗器型可控硅控制电抗器型(TCR)可控硅投切电容器型(TSC)TCR和TSC组合型4.4.1了解无功功率平衡概念及无功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系统中各无功电源的调节特性15无功功率电源

发电机

同步调相机

静电电容器

静止无功补偿器

静止无功发生器

4.4.1了解无功功率平衡概念及无功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系统中各无功电源的调节特性16无功功率电源

静止无功发生器

静止无功发生器

它是一种更为先进的静止型无功补偿装置(SVG),它的主体是电压源型逆变器。适当控制逆变器的输出电压，就可以灵活地改变SVG地运行工况，使其处于容性负荷、感性负荷或零负荷状态。与SVC比较，SVG具有响应快、运行范围宽、谐波电流含量少等优点。尤其是电压较低时仍可向系统注入较大的无功电流4.4.1了解无功功率平衡概念及无功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系统中各无功电源的调节特性17无功功率电源

发电机

同步调相机

静电电容器

静止无功补偿器

静止无功发生器

4.4.1了解无功功率平衡概念及无功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系统中各无功电源的调节特性18无功功率平衡无功功率平衡的基本要求无功电源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之和系统还必须配置一定的无功备用容量尽量避免通过电网元件大量的传送无功功率，应该分地区分电压级地进行无功功率平衡一般情况下按照正常最大和最小负荷的运行方式计算无功平衡，必要时还应校验某些设备检修时或故障后运行方式下的无功功率平衡4.4.1了解无功功率平衡概念及无功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系统中各无功电源的调节特性19无功功率平衡系统无功功率平衡关系式：

QGC－QLD－QL＝Qres

QGC为电源供应的无功功率之和，QLD为无功负荷之和，QL为网络无功功率损耗之和，Qres为无功功率备用

Qres>0表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用；Qres<0表示系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装置4.4.1了解无功功率平衡概念及无功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系统中各无功电源的调节特性20无功功率平衡系统电源的总无功出力QGC包括发电机的无功功率QG∑和各种无功补偿设备的无功功率QC∑，即

QGC＝QG∑＋QC∑总无功负荷QLD按负荷的有功功率和功率因数计算。

网络的总无功损耗QL包括变压器的无功损耗QLT∑、线路电抗的无功损耗ΔQL∑和线路电纳的无功功率ΔQB∑，即

QL＝QLT∑＋ΔQL∑＋ΔQB∑

4.4.1了解无功功率平衡概念及无功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系统中各无功电源的调节特性21总之，无功平衡是一个比有功平衡更复杂的问题。一方面，不仅要考虑总的无功功率平衡还要考虑分地区的无功平衡，还要计及超高压线路充电功率、网损、线路改造、投运、新变压器投运及大用户各种对无功平衡有影响的变化

一般无功功率按照就地平衡的原则进行补偿容量的分配。小容量的、分散的无功补偿可采用静电电容器；大容量的配置在系统中枢点的无功补偿则宜采用同步调相机或SVC4.4.1了解无功功率平衡概念及无功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系统中各无功电源的调节特性22无功功率平衡与电压水平的关系总之，实现无功功率在额定电压下的平衡是保证电压质量的基本条件4.4.1了解无功功率平衡概念及无功功率平衡的基本要求

4.4.2了解系统中各无功电源的调节特性23中枢点的定义电力系统中重要的电压支撑点电力系统中负荷点数目众多又很分散，有必要选择一些有代表性的负荷点这些点的电压质量符合要求，其它各点的电压质量也能基本满足要求中枢点的选择区域性水、火电厂的高压母线枢纽变电所的二次母线有大量地方负荷的发电机电压母线中枢点设置数量不少于全网220KV及以上电压等级变电所总数的7％电压调整的基本概念

中枢点的电压管理24OABSUttSASBUOAUOB0.1UN0.03UN0.01UN0.04UN要求：UA、UB都在0.95UN～1.05UN之间4.3电力系统中枢点电压管理25OABSUUOtttSASBUOAUOB0.1UN0.03UN0.01UN0.04UN（0.95UN～1.05UN）

+UO(B)UO(B)UO(A)UO(A)要求：UA、UB都在0.95UN～1.05UN之间4.3电力系统中枢点电压管理26结论：只需要控制中枢点O的电压在绿色的公共区域内，这负荷点A、B两点的电压都在规定的0.95UN～1.05UN范围内。OUOtUO(B)UO(B)UO(A)UO(A)4.3电力系统中枢点电压管理27OABSUUOtttSASBUOAUOB（0.95UN～1.05UN）

+UO(B)UO(B)UO(A)UO(A)？4.3电力系统中枢点电压管理28OABSUUOtttSASBUOAUOB（0.95UN～1.05UN）

+UO(B)UO(B)UO(A)UO(A)？上移红线？下移黑线？4.3电力系统中枢点电压管理29OABSUUOtttSASBUOAUOB（0.95UN～1.05UN）

+UO(B)UO(B)UO(A)UO(A)！下移黑线，减小OA线路电压损耗4.3电力系统中枢点电压管理30OABSUUOtttSASBUOAUOB（0.95UN～1.05UN）

+UO(B)UO(B)UO(A)UO(A)如何下移黑线？4.3电力系统中枢点电压管理31电压调整的基本概念中枢点调压模式

逆调压模式

顺调压模式

恒调压模式在大负荷时升高电压，小负荷时降低电压的调压方式。一般采用逆调压方式，在最大负荷时可保持中枢点电压比线路额定电压高5％，在最小负荷时保持为线路额定电压。供电线路较长、负荷变动较大的中枢点往往要求采用这种调压方式

逆调压模式32电压调整的基本概念中枢点调压模式

逆调压模式

顺调压模式

恒调压模式大负荷时允许中枢点电压低一些，但不低于线路额定电压的102.5％；小负荷时允许其电压高一些，但不超过线路额定电压的107.5％的调压模式。对于某些供电距离较近，或者负荷变动不大的变电所，可以采用这种调压方式

顺调压模式33电压调整的基本概念中枢点调压模式

逆调压模式

顺调压模式

恒调压模式介于前面两种调压方式之间的调压方式是恒调压。即在任何负荷下，中枢点电压保持为大约恒定的数值，一般较线路额定电压高2％～5％

恒调压模式34电压调整的基本概念

电压调整的基本原理R+jXP+jQ1:K1VbK2:1VGVb=(VGk1－△V)/k2≈(VGk1－)/k2

式中k1和k2分别为升压和降压变压器的变比，R和X分别为变压器和线路的总电阻和总电抗35电压调整的基本概念

电压调整的基本原理由公式可见，为了调整用户端电压Vb可以采取以下措施（1）调节励磁电流以改变发电机机端电压Vg（2）适当选择变压器的变比（3）改变线路的参数（4）改变无功功率的分布36电压调整的措施电压调整措施发电机调压改变变压器变比调压利用无功功率补偿调压线路串联电容补偿调压371．补偿调压原理采用静电电容器补偿，当将电容器与感性负载（用电设备）并联后，电感性负载的功率因数仍然不变，但和的相位差减小（），补偿后的功率因数比补偿前的功率因数提高（即）。静电电容器进行无功功率补偿改善的是包括电容器在内的整个线路的功率因数。

4.4.3了解利用电容器进行补偿调压的原理与方法382．补偿方式采用静电电容器作无功补偿装置时，可以采用就地补偿和集中补偿的补偿方式。就地补偿是低压部分的无功负荷由低压电容器补偿，高压部分由高压电容器补偿。容量较大、负荷集中且经常使用的用电设备的无功负荷宜单独就地补偿。集中补偿的电容器组宜在变电所内集中补偿。居住区的无功负荷宜在小区变电所低压侧集中补偿。

4.4.3了解利用电容器进行补偿调压的原理与方法391．变压器的分接头的确定双绕组变压器的高压侧绕组和三绕组变压器的高、中压侧绕组都设有几个分接头供选择使用。容量在6300kVA以下的变压器一般设有三个分接头，即1.05、、0.95，调节范围为±5％。容量在8000kVA以上的变压器有五个分接头，分别在1.05、1.025、、0.975、0.95几处引出。调压范围为±2×2.5％。

4.4.4了解变压器分接头进行调压时，分接头的选择计算

402.降压变压器分接头的选择计算（1）最大负荷时，变压器分接头电压

（4-4-3）式中——最大负荷时，变压器电压损耗；——变压器低压侧的额定电压；——变压器在最大负荷时，应选择的高压侧分接头电压；

、

——变压器在最大负荷时，高、低压侧的电压。

4.4.4了解变压器分接头进行调压时，分接头的选择计算

41（2）最小负荷时，变压器分接头电压上式中各符号分别与最小负荷相对应。

（3）正常运行时变压器分接头，取两者的平均值：根据计算出的选择一个接近的分接头，然后校验所选的分接头是否能使低压母线电压的要求得到满足。

4.4.4了解变压器分接头进行调压时，分接头的选择计算

42例：

某降压变电所有一变比

k=110±2×2.5%/11的变压器。归算到高压侧的阻抗为Z=2.44+j40，最大负荷为Smax=28+j14MVA，最小负荷为Smin=10+j6MVA。

最大负荷时高压母线电压为113kV，最小负荷时为115kV。

低压侧母线允许电压变化范围为10～11kV。试选择分接头。43解：一次侧二次侧U1max=113kVU2max=10kVU1min=115kVU2min=11kV

（1）高压侧提供的电压44（2）选择分接头（3）取平均值（4）选最接近（计算值115.45kV）的分接头电压115.5kV，即110+5%的分接头。45

（5）校验

最大最小负荷时，低压母线的实际电压为即低压侧母线的电压变化在10~11kV范围内。所选择的分接头能满足调压要求。46（2）升压变压器分接头的选择选择升压变压器分接头的方法与选择降压变压器的基本相同

4.4.4了解变压器分接头进行调压时，分接头的选择计算

47

有载调压变压器有载调压变压器的高压侧有可以调节分接头的调压绕组，能在带有负荷的情况下改变分接头，调压范围也比较大，一般在15％以上。目前我国110kV电压级的有载调压变压器的调压范围为±3×2.5％，有七个分接头。220kV电压级的有载调压变压器的调压范围为±4×2.5％，有九个分接头。对于特殊要求的有载调压变压器还可有更多的分接头。

4.4.4了解变压器分接头进行调压时，分接头的选择计算

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有载调压变压器

1、分接头多于普通变压器，从而调节范围宽；2、能在带负荷情况下切换分接头，调压灵活方便，效果好；3、造价高，维修复杂。

4.4.4了解变压器分接头进行调压时，分接头的选择计算

49实战题目：1.关于并联电容器补偿，正确的说法是（）。A.在最大负荷时电容器应全部退出，在最小负荷时全部投入。B.根据调压要求，按最大负荷时没有补偿的情况确定变压器的分接头；按最小负荷时的调压要求计算补偿容量。C.根据调压要求，按最小负荷时没有补偿的情况确定变压器的分接头；按最大负荷时的调压要求计算补偿容量。D.只能吸收感性无功功率来降低电压。答案C2.在下列无功电源中，无功功率的控制性能最差的是（）。A.同步发电机B.同步调相机C.并联电容器D.静止补偿器答案C3.在无功功率不足的电力系统中，首先应该采取的措施是（）。A.采用无功补偿装置补偿无功的缺额B.改变变压器变比调压C.增加发电机的有功出力D.调节发电机励磁电流来改变其端电压答案A4.4无功功率平衡和电压调整504.三绕组变压器分接头的位置一般设在（）。A.高压和中压绕组