第10无功与电压

第十章电力系统无功功率平衡

与电压调整电压质量供电电压偏移电压波动闪变电网谐波三相不对称程度（不平衡程度）主要内容：

无功电源负荷-电压机制电力系统中无功功率的平衡与补偿电力系统中的电压管理与调压方法10-1无功电源负荷-电压机制一、无功功率负荷－电压机制

有功功率平衡是全系统的平衡，且全系统只有一个频率；而无功功率平衡要满足众多的结点电压的要求，除了对全系统需要平衡以外，地区系统也需要平衡。举例说明：对于高压网，r<<x,dUP<<dUQ,故电网结点电压的变动主要由无功功率变动所引起10－2电力系统无功功率平衡与补偿一、电力系统无功负荷异步电动机变压器损耗----漏电抗与励磁支路损耗输电线路二、无功电源发电机（P-Q极限图）发电机产生的无功功率同步调相机---空载运行的同步电动机

过励磁时，向系统提供无功电源；欠励磁时从系统吸收无功功率，但此时最大的容量为额定功率的50%~60%。过激运行时向电网发出滞后的无功功率，欠激时从电网吸收滞后的无功功率，成为无功功率用户，有正常激磁、过激与欠激三种不同运行状态。同步调相机特点：能平滑调节无功容量；有功损耗较大；响应速度较慢；成本高、维护困难。应用：适用于大容量集中使用，如枢纽变电站。近来已被性能更优异的静止无功补偿器（SVC）所取代。静电电容器

补偿容量：

QC=V2/XC

，XC=1/(2пfC)

静电电容器特点：

当节点电压下降时，能给系统提供的无功容量减少，调节特性较差。容量可大可小，易于配置，配置时常采用若干电容器按一定方式联结成组；投切时也是分组进行。结构简单，成本低，且损耗小。

应用：可集中使用，可分散使用，应用广泛静止无功补偿器静止无功补偿器（StaticVarCompensation，SVC）属于灵活交流输电系统（FACTS）的家族，是一种动态无功补偿装置。晶闸管控制的电抗器固定电容型（TCR－FC）晶闸管开关电容器型（TSC）饱和电抗器（SR）型静止无功补偿器（SVC）---SR型方案1静止无功补偿器（SVC）---TCR-FC型方案2静止无功补偿器（SVC）方案3静止无功补偿器（SVC）的特点：

由静电电容器与电抗器并联而成，电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，能平滑改变无功功率大小。调节性能好。无旋转元件，易于维护。静止无功发生器STATCOM高低压自愈式电容器及成套装置三、无功功率平衡1、无功平衡的基本要求：无功电源可能发出的无功功率应大于或至少等于负荷与网络中消耗的无功损耗之和。应有一定的无功备用容量。QGC－QLD－QL＝Qres>02、无功补偿及功率因数无功补偿的原则：分地区分电压进行无功平衡无功补偿的分类：集中补偿、分散补偿、就地补偿。无功补偿的方法：增加静电电容器、静止补偿器、调相机等。全系统的无功平衡应按：正常、最大、最小（水电厂的枯水期、丰水期）、甚至应按某些设备检修或故障运行状态校验。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。功率因数：一般地，以35KV及以上直接供电的工业负荷要达到0.90，其他不低于0.85。功率因数与电价费率：当用户端的功率因数低于规定的值时，电力部门要按国家规定增加对用户的收费，以示惩罚；反之，供电部门要减少收费，以示鼓励。（具体见费率表）四、无功平衡与电压水平的关系10-3电压调整的基本概念

一、允许的电压偏移35KV及以上供电电压正、负偏移的绝对值之和不超过额定电压的10%。10KV及以下供电电压不超过额定电压的±7%。220V单相供电电压不超过额定电压的+7%、-10%。二、电压管理和调压方法分级管理。

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三、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

四、中枢点电压的管理1、中枢点（主要供电点）的概念区域性电厂的高压母线枢纽变电站的二次母线有大量地区性负荷的发电机电压母线2、中枢点允许电压范围的确定3、电压调整方法：逆调压---最大负荷时可保持中枢点电压比线路额定电压高5%，最小负荷时保持额定电压。顺调压---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%，小负荷时允许中枢点电压高一些，但不高于线路额定电压的107.5%。常调压---在任何负荷下，电压大致保持不变，为线路额定电压的2%~5%。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。五、电压调整的基本原理10-4电压调整的措施一、发电机调压

它一般用于孤立系统及电压变化较小的场所。大型电力系统中发电机调压只是一种辅助性的调压措施。二、变压器调压1、降压变压器其中k=v1t/v2N为变压器的变比,故有：

在大负荷、小负荷时变压器损耗不同，致使变电站高压母线上电压不相同。平均电压为：2、升压变压器V1t=V2N(V1+ΔVT)/V2V2为变压器低压侧实际电压或给定电压，V1为高压侧所要求的电压。方法同降压变压器。3、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。四.借改变变压器变比调压（1）对于双绕组降压变压器i（1）对于双绕组降压变压器i普通变压器在运行中不能倒换接头，只有停运时才能调整，因此，必须在投运前选择好合适的接头以满足各种负荷要求。为使最大、最小负荷两种情况下变电所低压母线实际电压偏离要求的U‘imax，U’imin大体相等，分接头电压应取UtImax，UtImin的平均值。根据UtI选择一最接近的分接头，再按选定的分接头校验低压母线上的实际电压能否满足要求。（2）对于双绕组升压变压器g（2）对于双绕组升压变压器g有载调压器举例：要求10KV、35KV母线逆调压，即（5％，0％）试选择抽头。变压器抽头为在最大负荷情况下，各绕组电压损耗计算如下：变压器中点电压中压母线电压低压母线电压在最小负荷情况下：在最大、最小负荷下，根据低压侧逆调压（5％，0％）的要求选择高压方的抽头：选标准抽头110-2.5％，即为107.25KV选标准抽头110+3*2.5％，即118.25KV固定高压方抽头，按中压方逆调压要求，选择中压方抽头：选标准抽头38.5-5％，即为36.57KV选标准抽头38.5-5％，即为36.57KV还应根据标准抽头，对中、低母线电压进行校核3、关于无载调压与有载调压

无载与有载调压的区别在于能否断电调压。无载调压范围比有载调压的范围要小些。有载调压能实现逆调压。采用带有附加调压器的加压调压变压器（上章）也能实现有载调压。采用变压器调压时应与系统无功功率综合考虑，当无功不足时，采用变压器升压并不合理。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。3、利用无功补偿调压V2/为折算至高压侧的变电站低压侧的母线电压。变压器变比选择原则：在满足调压的前提下使无功补偿容量最小。采用静电电容器---最小负荷时全部退出，最大负荷时全部投入。步骤如下：

1）根据调压要求，按最小负荷时无补偿时确定变压器分接头。

2）按最大负荷时的调压要求计算补偿容量。采用同步调相机举例：Us保持116KV，Urc维持10.5KV。试确定负荷端应装无功补偿设备容量（a)电容器（b）同步调相机归算到高压侧母线（a）采用静电电容器最小负荷时，选用额定抽头110KV最大负荷时，电容器容量的决定与校验：（b）采用同步补偿机调压选-2.5％分头，即107.25KV选用Qc=5.0Mvar校验4、线路串联电容调压故有：串联电容器组（共m*n个）有：mINC≥ICmaxnVNC≥ICmax*XCQC=3mnQNC=3mnVNCINC12-4调压措施的应用更复杂的系统

在进行集中自动控制时，应满足以下条件：电力系统内各重要枢纽点的电压偏移应在给定的允许范围内在被控制的系统内线路功率损耗最小。调整设备的运行状态在允许的范围内。例1：发电厂装有两台容量为31.5MVA、额定变比为121/10.5kV的变压器。由变压器输出的最大负荷为50+j40MVA、最小负荷为25+j15MVA。要求高压母线电压UH维持116kV恒定不变，且发电机母线须实行逆调压(Umax为1.05UN，及Umin为1.0UN)以满足地方负荷电压的要求。并联运行变压器归算至高压侧的等值阻抗为1.47+j24.4Ω。试确定变压器的变比。解：变压器的电压损耗（忽略