电力系统无功功率和电压调整

第十二章电力系统的无功功率平衡和电压调整电压是衡量电能质量的一个重要指标。质量合格的电压应该在供电电压偏移，电压波动和闪变，电网谐波和三相不对称程度这四个方面都能满足有关国家标准规定的要求概述概述电压稳定的重要性引起效率下降、经济性能变差，影响生活质量：如电动机输出功率.照明亮度等都受到影响。②缩短寿命,甚至造成损坏：白炽灯、电动机、绝③降低生产率，出废品、次品④对电力系统，过低：使网络功率损耗加大，危及稳定运行，过高：绝缘，增加电晕损耗。概述我国规定的电压偏移：

35kV及以上：

±10%10kV以下：

±7%220V单相供电电压：

+7%，-10%保证用户电压接近额定值是电力系统电压调整的基本任务.其取决于无功功率平衡允许合理的无功功率源配置是保证电压合理的关键本节的基本内容○为什么V和Q联系起来?-----电压调整的基本原理.○无功电源有那些?无功负荷有那些?○调压方法：总结起来一共有四种:

调励磁,调变比,改变参数,改无功功率分布○调压方法的应用学习方法：注重基本概念，结合基本原理联系现实相关,注意总结.12-1:

电力系统的无功功率平衡目录12-2:

电压调整的基本概念12-3:

电压调整的措施12-4:

调压措施的应用12－1电力系统无功功率平衡无功功率对电压有决定性的影响无功功率是引起电压损耗的主要内容无功功率的远距离传输和就地平衡节点电压有效值的大小对无功功率分布起决定性作用无功功率和电压的关系无功功率平衡与电压水平的关系jXVIP+jQEIVjXIEδ

α12－1电力系统无功功率平衡12－1电力系统无功功率平衡无功功率平衡与电压水平的关系2'1'1a'ac2QVVa'VaO12－1电力系统无功功率平衡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例12－22V1V21X=40ΩP+JQPLD+JQLD12－1电力系统无功功率平衡12－1电力系统无功功率平衡QLD（1）QLD（2）QV2/kVQ/Mvar例12－212－1电力系统无功功率平衡无功功率平衡无功负荷与无功电源失去平衡时，会引起系统电压的升高或下降

无功功率的平衡应本着分层、分区、就地平衡的原则无功电源的无功输出应能满足系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求12－1电力系统无功功率平衡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R/SjXaioijXmVß=0.8ß=0.6ß=0.3QV12－1电力系统无功功率平衡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)2输电线路的无功损耗△QL＝△QB＝△QL+△QB＝12－1电力系统无功功率平衡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输电线路损耗

35KV及以下的架空线路

110KV及以上的架空线路jB/2R+jXP2+jQ2P1+jQ1jB/2V1V212－1电力系统无功功率平衡12－1电力系统无功功率平衡无功功率电源

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

12－1电力系统无功功率平衡无功功率电源

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P=Ssinφ=Ptgφ12－1电力系统无功功率平衡无功功率电源

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

12－1电力系统无功功率平衡无功功率电源

同步调相机同步调相机相当于空载运行的同步发电机。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。由于响应速度较慢，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12－1电力系统无功功率平衡无功功率电源

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

12－1电力系统无功功率平衡无功功率电源

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12－1电力系统无功功率平衡无功功率电源

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

12－1电力系统无功功率平衡无功功率电源

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(TCR)TCR和TSC组合型12－1电力系统无功功率平衡无功功率电源

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

12－1电力系统无功功率平衡无功功率电源

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具有相应快、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12－1电力系统无功功率平衡无功功率电源

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

12－1电力系统无功功率平衡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12－1电力系统无功功率平衡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12－1电力系统无功功率平衡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∑＋QG∑

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∑

12－1电力系统无功功率平衡总之，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SVC本节课后讨论讨论无功功率不能远距离传送，必须分区、分级（就地）平衡动态无功功率平衡无功功率平衡的双重含义：规划平衡和实际平衡，无功功率不够的含义无功功率平衡和电压水平的关系无功功率不能远距离传送，必须分区、分级（就地）平衡动态无功功率平衡无功功率平衡的双重含义：规划平衡和实际平衡，无功功率不够的含义无功功率平衡和电压水平的关系12－2电压调整的基本概念电压是电能质量的重要指标之一。电压质量对电力系统的安全与经济运行，对保证用户安全生产和产品质量以及电气设备的安全与寿命有重要的影响。因此电压调整具有一定的重要性电压偏移的危害各种用电设备都是按额定电压设计制造的。这些设备在额定电压下运行才能取得最佳效果电压降低

电压降低

电压过低电压过高会使网络中功率和能量的损耗加大12－2电压调整的基本概念电压偏移的危害各种用电设备都是按额定电压设计制造的。这些设备在额定电压下运行才能取得最佳效果电压降低电压过低

电压过低电压过高有可能危机电力系统运行稳定性12－2电压调整的基本概念电压偏移的危害各种用电设备都是按额定电压设计制造的。这些设备在额定电压下运行才能取得最佳效果电压降低电压过低电压过高

电压过高各种电气设备的绝缘可能受到损害，在超高压网络中还将增加电晕损耗等12－2电压调整的基本概念35KV及以上：±5％10KV及以下：±7％低压照明：+7％，-10％允许电压偏移指标允许电压偏移指标12－2电压调整的基本概念事故分析日本东京电力系统1987年7月23日发生电压崩溃造成大停电事故。起因是由于负荷增加过快，电压开始下降，最后发展到继电保护动作跳闸，导致三个变电所全停

美国于1965年11月9日发生东北部大面积停电事故，起因是线路过负荷使后备保护起动，导致系统解列

1982年8月7日，华中电网因220KV联络线A相对支路放电，继电保护动作跳闸，导致系统稳定破坏，各电厂和变电站电压大幅度下降，系统解环，电网失去大量无功电源，结果使湖北地区大面积停电，武汉钢铁公司等重要用户受到很大的损害，部分设备损坏

12－2电压调整的基本概念事故分析1972年7月20日，浙江电网因常湖线输送功率过大，导致发热弛度增大，而对低压线放电，继电保护动作跳闸造成系统稳定破坏，频率急剧下降，结果造成浙江电网全面瓦解，全省约71.5％的用户停电

1972年7月27日，湖北电网因继电保护误动作，武汉电网频率急剧下降，迫使青山、黄石两个电厂全停。

瑞典南部系统，于1983年12月27日因斯德哥尔摩西北部的海尔迈变电所进行倒闸操作时设备损坏造成单相接地故障，使几条线路切除造成电压大幅度降低。后来甚至发展到南北电网解列，频率和电压急剧下降，南部电网完全崩溃而大面积停电，事故损失达5000万美元

12－2电压调整的基本概念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％12－2电压调整的基本概念

中枢点的电压管理12－2电压调整的基本概念

中枢点的电压允许变化范围的确定

中枢点向两个负荷点供电

中枢点向多个负荷点供电

如果中枢点是发电机母线

在任何时候，各个负荷点所要求的中枢点允许变化范围都有公共部分

12－2电压调整的基本概念SABASBOSBmaxt/h

SSBminSAmax

SAmint/h

Vt/h

V

中枢点向两个负荷点供电

12－2电压调整的基本概念由图可见，尽管A、B两负荷点的电压有10％的变化范围，但是由于两处负荷大小和变化规律不同，两段线路的电压损耗值及变化规律亦不相同。为同时满足两负荷点的电压质量要求，中枢点电压的允许变化范围就大大缩小，最大时为7％，最小时仅有1％

中枢点向两个负荷点供电

12－2电压调整的基本概念

中枢点的电压允许变化范围的确定

中枢点向两个负荷点供电

中枢点向多个负荷点供电

如果中枢点是发电机母线

在任何时候，各个负荷点所要求的中枢点允许变化范围都有公共部分

中枢点向多个负荷点供电

12－2电压调整的基本概念

中枢点向多个负荷点供电

其电压允许变化范围可按两种极端情况确定：在地区负荷最大时，电压最低的负荷点的允许电压下限加上到中枢点的电压损耗等于中枢点的最低电压；在地区负荷最小时，电压最高负荷点的允许电压上限加上到中枢点的电压损耗等于中枢点的最高电压12－2电压调整的基本概念

中枢点的电压允许变化范围的确定

中枢点向两个负荷点供电

中枢点向多个负荷点供电

如果中枢点是发电机母线

在任何时候，各个负荷点所要求的中枢点允许变化范围都有公共部分

如果中枢点是发电机母线

12－2电压调整的基本概念

如果中枢点是发电机的电压母线

除了上述要求外，还应受厂用电设备与发电机的最高允许电压以及为保持系统稳定的最低允许电压的限制12－2电压调整的基本概念

中枢点的电压允许变化范围的确定

中枢点向两个负荷点供电

中枢点向多个负荷点供电

如果中枢点是发电机母线

如果在任何时候，各个负荷点所要求的中枢点允许变化范围都有公共部分

如果在任何时候，各个负荷点所要求的中枢点允许变化范围都有公共部分

12－2电压调整的基本概念

如果在任何时候中枢点电压允许变化范围都有公共部分

那么，调整中枢点电压，使其在公共部分的允许范围内变动，就可以满足各负荷点的调压要求，而不必在各负荷点再装设调压设备12－2电压调整的基本概念中枢点允许变电范围确定1、弄清由中枢点调压的各负荷节点的负荷的变化和规律和电压允许的范围2、根据1，计算各负荷节点对中枢点的电压的要求3、各负荷对中枢点电压要求的公共区域，即为中枢点电压容许变化范围，反过来说，只要中枢点电压在这一范围内，即可以满足各点的调压要求12－2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12－2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，或者符合变动不大的变电所，可以采用这种调压方式

顺调压模式12－2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12－2电压调整的基本概念

电压调整的基本原理R+jXP+jQ1:K1Vb1:K2VGVb=(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12－2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12－3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电压调整措施

发电机调压12－3电压调整的措施

发电机调压对于不同类型的供电网络，发电机调压所起作用不同（1）由孤立的发电厂不经升压直接供电的小型电力网，改变发电机端电压就可以满足负荷点的电压质量要求，不必另外在增加调压设备。（2）对于线路较长、供电范围交大、有多级变压的供电系统，发电机调压主要是为了满足近处地方负荷的电压质量要求。电压调整措施

发电机调压12－3电压调整的措施

发电机调压（3）对于由若干发电厂并列运行的电力系统，进行电压调整的电厂需有相当充裕的无功容量储备，一般不易满足。另外调整个别发电厂的母线电压，会引起无功功率重新分配，可能同无功功率的经济分配发生矛盾。所以在大型电力系统中发电机调压一般只作为一种辅助性的调压措施12－3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12－3电压调整的措施电压调整措施

改变变压器变比调压

改变变压器变比调压改变变压器变比可以升高或降低次级绕组的电压。改变变压器的变比调压实际上就是根据调压要求适当选择分接头（1）降压变压器分接头的选择V2P+jQV1RT＋jXT12－3电压调整的措施（1）降压变压器分接头的选择V2P+jQV1RT＋jXT

改变变压器变比调压△VT＝（PRT＋QXT）/V1V2＝(V1－△VT)/K式中，k＝V1t/V2N是变压器的变比，即高压绕组分接头电压V1t和低压绕组额定电压V2N之比。将k代入上式，得高压侧分接头电压

V1t＝[(V1－△VT)/V2]*V2N当变压器通过不同得功率时，可以通过计算求出在不同负荷下为满足低压侧调压要求所应选择的高压侧分接头电压12－3电压调整的措施（1）降压变压器分接头的选择

改变变压器变比调压普通的双绕组变压器的分接头只能在停电得情况下改变，在正常的运行中无论负荷怎样变化只能使用一个固定的分接头。这样可以计算最大负荷和最小负荷下所要求的分接头电压V1tmax＝（V1max－△Vtmax）V2N/V2maxV1tmin＝（V1min－△Vtmin）V2N/V2min然后求取它们的算术平均值，即V1t.av＝（V1tmax

＋V1tmin）/2根据值可选择一个与它最接近的分接头。然后根据所选取的分接头校验最大负荷和最小负荷时低压母线电压上的实际电压是否符合要求12－3电压调整的措施（1）降压变压器分接头的选择

改变变压器变比调压当考虑负荷变化时，分别求出最大和最小负荷时的抽头选择，然后取其算术平均值，再进行校验是否满足电压要求，基本步骤如下：1、分别根据最大和最小负荷的运行情况下一次侧电压和，以及通过变压器的负荷，