第六章電力系統(tǒng)的無(wú)功功率和電壓調(diào)整

1、 l有功電源：只有發(fā)電機(jī)組，單一性。無(wú)功電源：發(fā)電機(jī)組，無(wú)功補(bǔ)償裝置（電容器組、電抗器組、調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器等）（變電站），多樣性。l有功電源供應(yīng)有功功率和電能需要消耗一次能源。無(wú)功電源不消耗一次能源。l全系統(tǒng)頻率相同，頻率調(diào)整集中在發(fā)電廠，調(diào)頻手段只有調(diào)整原動(dòng)機(jī)功率一種。電壓水平則全系統(tǒng)各點(diǎn)不同，而且電壓調(diào)整可分散進(jìn)行，調(diào)壓手段也多種多樣。 電壓無(wú)功調(diào)整的基本原則：分層分區(qū)調(diào)整與無(wú)功的就地平衡l電網(wǎng)中，無(wú)功損耗遠(yuǎn)大于有功損耗。 無(wú)功損耗遠(yuǎn)大于有功損耗無(wú)功損耗遠(yuǎn)大于有功損耗222PQPRU222PQQXUXRQP l6.1.1 6.1.1 無(wú)功負(fù)荷和無(wú)功損耗無(wú)功負(fù)荷和無(wú)功損耗 6.1.1 無(wú)功

2、負(fù)荷和無(wú)功損耗無(wú)功負(fù)荷l照明、電熱照明、電熱，消耗消耗感性無(wú)功感性無(wú)功QL小小。l同步電動(dòng)機(jī)，過(guò)激運(yùn)行，發(fā)同步電動(dòng)機(jī)，過(guò)激運(yùn)行，發(fā)QL ；欠激運(yùn)行，；欠激運(yùn)行，吸收吸收QL 。比例小。比例小l異步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)，消耗消耗QL ，比例很大。，比例很大。綜合負(fù)荷功率因素綜合負(fù)荷功率因素，0.60.9，吸收感性無(wú)功吸收感性無(wú)功6.1.1 無(wú)功負(fù)荷和無(wú)功損耗無(wú)功損耗1 22220 =0 0 LLLNLLPQj QjXUj QjblUSQQQSS 線路電抗消耗的感性無(wú)功 線路對(duì)地電容消耗的容性無(wú)功線路傳輸功率自然功率自然功率自然功率0=1001001002222ktkNTZTT22NTNTYTNTSS

3、 U %UU %SSQX()UUSSI %Q =S繞組：激磁: 線路變壓器l發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)l并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器l并聯(lián)電抗器并聯(lián)電抗器l調(diào)相機(jī)調(diào)相機(jī)l靜止補(bǔ)償器（SVC）Static Var Compensatorl靜止調(diào)相機(jī)（STATCON）Static Condenserl電容器、調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器的比較 見書Page-247調(diào)節(jié)方式：連續(xù)、離散輸出無(wú)功：感性、容性輸出無(wú)功與系統(tǒng)電壓關(guān)系：有關(guān)、無(wú)關(guān)發(fā)電機(jī)、并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器l發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)：通過(guò)改變勵(lì)磁：通過(guò)改變勵(lì)磁電流，可連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功，電流，可連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功，且且可吸可發(fā)可吸可發(fā)Q QL L，不需額，不需額外投資。外投資。 PSNQNPNQ

4、0,發(fā)QL 并聯(lián)并聯(lián)電容器：電容器：QCBCU2 ， 輸出無(wú)功與電壓有輸出無(wú)功與電壓有關(guān)，電壓越高，輸出無(wú)功越大，不利于無(wú)功調(diào)關(guān)，電壓越高，輸出無(wú)功越大，不利于無(wú)功調(diào)節(jié)節(jié)。只發(fā)只發(fā)QL 調(diào)相機(jī)、并聯(lián)電抗器 并聯(lián)電抗器：與并聯(lián)電容器雷同，但只吸并聯(lián)電抗器：與并聯(lián)電容器雷同，但只吸QL 。用于超高壓、長(zhǎng)距離、輕載線路。用于超高壓、長(zhǎng)距離、輕載線路。 調(diào)相機(jī)：過(guò)激運(yùn)行，發(fā)調(diào)相機(jī)：過(guò)激運(yùn)行，發(fā)QL ；欠激運(yùn)行，吸收；欠激運(yùn)行，吸收QL 。輸出無(wú)功與。輸出無(wú)功與U無(wú)關(guān)，可連續(xù)調(diào)節(jié)，但投資無(wú)關(guān)，可連續(xù)調(diào)節(jié)，但投資大，運(yùn)行維護(hù)困難。大，運(yùn)行維護(hù)困難。 TCRSVC TSCSR ：晶閘管控制電抗器型：晶閘管開

5、關(guān)電容器型： 飽和電抗器型SVC：Static Var Compensator；TCR：Transistor Controlled ReactorTSC ：Transistor Switched Capacitor； SR ：Saturated ReactorCLfCTCR（a）TCR型（b）TSC型CLfCSRCSC（b）SR型不可控，限制電壓波動(dòng)晶閘管代替機(jī)械開關(guān)濾波器TCRUminILmax0ICmaxCUI0ICUn=1n=2n=3ILSRUminIL0ICCUISR+CSCTSCTCRSRlTCR：通過(guò)TCR 中晶閘管開關(guān)的控制，連續(xù)調(diào)節(jié)其吸收的IL；結(jié)合電容器，可吸可發(fā)ILlTSC

6、：通過(guò)晶閘管開關(guān)的切換，調(diào)節(jié)其吸收的IC（即輸出IL ）；只能輸出ILlSR：根據(jù)SR的伏安特性，自動(dòng)調(diào)節(jié)其吸收的IL。結(jié)合電容器，可吸可發(fā)ILLUIU吸收 k：1逆變器CAaI k：1aULjXIAU優(yōu)點(diǎn)，輸出Q與U無(wú)關(guān)，且可快速連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功，可吸可發(fā)。缺點(diǎn)：投資大，目前處于實(shí)驗(yàn)階段 )()/(aALaALAII= U k UjXj U k U /XS=U aAAaALSSaASaA=UUS =Uj(kU -U )/XjQQ0ifkUUQ0ifkUU若與同相位，則： l有功電源不足，相應(yīng)的有功平衡，意味著頻率的下降l無(wú)功電源不足，相應(yīng)的無(wú)功平衡，意味著電壓的下降PLff1fNKGKCPGNP

7、GA、B兩平衡點(diǎn)， B點(diǎn)電源不足，頻率（電壓）小于額定值A(chǔ)BQ0UUUNQL+Q QGCQGCNABl負(fù)荷的自然功率因數(shù)大約為0.60.9，其中較大的數(shù)值對(duì)應(yīng)于采用大容量同步電動(dòng)機(jī)的場(chǎng)合 。而負(fù)荷中，比例最大的異步電動(dòng)機(jī)，其負(fù)荷率愈低，功率因數(shù)愈低。因此，當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)輕載或空載運(yùn)行時(shí)，其功率因數(shù)甚至低于0.6。l提高負(fù)荷功率因數(shù)的措施：(1)盡量使電動(dòng)機(jī)的容量與其機(jī)械負(fù)載匹配，避免大馬拖小車。(2)限制電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行。(3)以同步電動(dòng)機(jī)代替異步電動(dòng)機(jī)。因同步電動(dòng)機(jī)不需系統(tǒng)供應(yīng)無(wú)功功率，甚至還可向系統(tǒng)輸出無(wú)功功率。(4)繞線式異步電動(dòng)機(jī)的場(chǎng)合，將異步電動(dòng)機(jī)同步化，即在轉(zhuǎn)子繞組中通以直流勵(lì)磁。

8、l電壓偏移過(guò)大，影響生活、生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量和電壓偏移過(guò)大，影響生活、生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，損壞設(shè)備，甚至大面積停電。電壓過(guò)高，產(chǎn)量，損壞設(shè)備，甚至大面積停電。電壓過(guò)高，設(shè)備絕緣受損，同時(shí)變壓器、電動(dòng)機(jī)等的鐵芯設(shè)備絕緣受損，同時(shí)變壓器、電動(dòng)機(jī)等的鐵芯損耗增大，穩(wěn)升增加，壽命縮短。電壓過(guò)低，損耗增大，穩(wěn)升增加，壽命縮短。電壓過(guò)低，功率一定時(shí)，發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和變壓器的繞組功率一定時(shí)，發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和變壓器的繞組電流增大，也會(huì)損壞設(shè)備，影響壽命。電壓波電流增大，也會(huì)損壞設(shè)備，影響壽命。電壓波動(dòng)，影響照明設(shè)備的效率，冶煉產(chǎn)品的的質(zhì)量動(dòng)，影響照明設(shè)備的效率，冶煉產(chǎn)品的的質(zhì)量和產(chǎn)量，而對(duì)樞紐變電站，嚴(yán)重時(shí)可能

9、引起和產(chǎn)量，而對(duì)樞紐變電站，嚴(yán)重時(shí)可能引起“電壓崩潰電壓崩潰”，造成大面積停電。，造成大面積停電。 電壓波動(dòng)電壓波動(dòng)l頻率調(diào)整時(shí)將負(fù)荷的波動(dòng)及其引起頻率的偏移分成三種，而電壓調(diào)整時(shí)，將負(fù)荷的波動(dòng)及其引起電壓的偏移分成兩種。l（1）周期長(zhǎng)、波及面大，主要由生產(chǎn)、生活、氣象變化引起的負(fù)荷和電壓變動(dòng)。l（2）沖擊性或者間歇性負(fù)荷引起的電壓波動(dòng)。這類負(fù)荷主要有往復(fù)式泵（壓縮機(jī)）、電弧爐（電焊機(jī)）、卷?yè)P(yáng)機(jī)（起重機(jī)）、通風(fēng)設(shè)備。 *l（1）大系統(tǒng)單獨(dú)供電l（2）串聯(lián)電容器補(bǔ)償l（3）調(diào)相機(jī)補(bǔ)償l（4）SR補(bǔ)償 *一般負(fù)荷沖擊負(fù)荷電源輸電系統(tǒng)CS電源輸電系統(tǒng)一般負(fù)荷沖擊負(fù)荷（3）調(diào)相機(jī)補(bǔ)償（2）串C電源輸電

10、系統(tǒng)一般負(fù)荷沖擊負(fù)荷（4）SR補(bǔ)償 * l對(duì)象：針對(duì)具有周期長(zhǎng)、波及面大、可預(yù)見性和可控性特點(diǎn)的電壓變動(dòng)。引起的主要原因：（1）生產(chǎn)、生活、氣象變化引起的負(fù)荷變動(dòng)。（2）結(jié)線改變、設(shè)備退出而造成網(wǎng)絡(luò)阻抗和潮流分布的變化。l地點(diǎn)：電壓中樞點(diǎn)電壓中樞點(diǎn) 系統(tǒng)電壓的直接監(jiān)視、調(diào)整點(diǎn)，通常是反應(yīng)系統(tǒng)電壓水平的主要發(fā)電廠或樞紐變電站母線。 l中樞點(diǎn)電壓曲線的編制 確定中樞點(diǎn)的電壓允許波動(dòng)范圍l中樞點(diǎn)電壓的調(diào)整方式* iUikUijjk(a)081624Sj(b)hour0816 24Sk(c)hour日負(fù)荷曲線負(fù)荷點(diǎn)位置 081624Uij(d)hour0.04UN0.10UN240816Uikhour

11、0.01UN0.03UN0816 24Uhour1.05UN0.95UNUN日電壓損耗曲線允許電壓偏移(e) 0.99 1.0910.96 1.06(0.99)iNNNiNNNiiiNU jUUUU kUUUUU jU kU（）（0.951.05）0.04（ ）（0.951.05）0.0 （） （ ）1.06(1.05)iNiNiNU jUU kUUU（）（1.051.15）（ ）（0.961.06）1.06(1.05)iNiNiNU AUU BUUU（ ）（1.051.15）（ ）（0.981.08）1.081624點(diǎn) 08點(diǎn) 816點(diǎn) 0.98UN1.06UN24hour1.09UN081

12、.15UN1.08UN1.05UNUN0.99UN0.96UNUi16中樞點(diǎn)電壓曲線 l逆調(diào)壓 順調(diào)壓 常調(diào)壓：對(duì)任意負(fù)荷，保持電壓基本不變 故障時(shí)的允許電壓偏差： 00 1.05 1.0maxNminNSUUlSUU適 用 范 圍 ：長(zhǎng) ， 負(fù) 荷 變 動(dòng) 大00 1.025 1.075maxNminNSUUlSUU適用范圍：短，負(fù)荷變動(dòng)小01.021.05 NNUUU10%iU Umin2=2.4%UGUmax=10%Umin=4%Umax=4%Umin=1.6%Umax2=6%k*:1maxSminS5%0-4%-5%-5.6%-9%+4.4%+1%+2%-5%UG逆調(diào)壓k*=1/1.1

13、低壓側(cè)升壓10%l是一種最直接的最經(jīng)濟(jì)的調(diào)壓方式，不需新增投資，只需改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流。l對(duì)于多級(jí)供電網(wǎng)絡(luò)，如果沿線電壓損耗過(guò)大，或者負(fù)荷端電壓的變化過(guò)大，則僅靠發(fā)電機(jī)調(diào)壓，不能滿足電壓質(zhì)量要求。 基本概念基本概念maxmaxminminTTSUUS3 2.5 17TNUU7個(gè)4 29個(gè)8 1.25個(gè) m inm axttUU5% 32 2.5% 5TNUU個(gè)個(gè)有載調(diào)壓變壓器有載調(diào)壓變壓器，可帶負(fù)荷調(diào)壓，抽頭多無(wú)載調(diào)壓變壓器無(wú)載調(diào)壓變壓器，不可帶負(fù)荷調(diào)壓，抽頭少107.25 1(12.5%)110 (12.5%)110 0112.75 1TNifnUnnifnifn THHTLLUUkUUUT

14、N：主抽頭電壓（或額定抽頭電壓） 變壓器的實(shí)際變比與抽頭電壓和實(shí)際電壓的關(guān)系變壓器的實(shí)際變比與抽頭電壓和實(shí)際電壓的關(guān)系 基本概念基本概念理想變壓器高低壓側(cè)抽頭電理想變壓器高低壓側(cè)抽頭電壓之比等于其實(shí)際電壓之比壓之比等于其實(shí)際電壓之比 基本概念基本概念變壓器阻抗為低壓側(cè)歸算值12k：1圖6-4-11TZ12k：1圖6-4-2TZ2變壓器阻抗為高壓側(cè)歸算值1222TTUUkUU高壓側(cè)低壓側(cè)高壓側(cè)低壓側(cè)1121TTUUkUU 降壓變抽頭選擇問(wèn)題降壓變抽頭選擇問(wèn)題l已知電壓U0，負(fù)荷點(diǎn)2的功率，線路阻抗ZL，變壓器的阻抗ZT、抽頭型號(hào)UT1Nnd%/UT2N =11022.5%/11，負(fù)荷點(diǎn)2的逆調(diào)壓

15、逆調(diào)壓要求，試確定變壓器高壓側(cè)抽頭電壓高壓側(cè)抽頭電壓UT1和變比和變比 k=UT1/UT2N 012TL圖6-4-3 簡(jiǎn)單系統(tǒng)maxmaxminminPjQPjQ 降壓變抽頭選擇步驟降壓變抽頭選擇步驟 l（1）畫等值電路l（2） 電壓損耗計(jì)算l（3）抽頭電壓計(jì)算l（4）抽頭電壓計(jì)算值的歸檔l（5）變比的確定l（6）變比選擇的效驗(yàn) 等值電路等值電路圖6-4-4 簡(jiǎn)單系統(tǒng)的等值電路012k：1ZLZTPmax+jQmaxPmin+jQmaxRjXU0U2U2U2理想變壓器 電壓計(jì)算電壓計(jì)算maxmaxmax0minminmin0NNPRQXUUPRQXUU2max0max2min0minUUUUU

16、U 理想變壓器高壓側(cè)實(shí)際電壓計(jì)算理想變壓器高壓側(cè)實(shí)際電壓計(jì)算 抽頭電壓計(jì)算2max1max1maxmax2 max22min1min1minmin2 min22max2min1max21min22 max2 min; 11 (); 11, TTdTTTdTNTTNTTNddUUUkUUUUUkUUUUUUUUUU變壓器高壓側(cè)抽頭電壓等于實(shí)際變比乘以低壓側(cè)抽頭電壓變壓器高壓側(cè)抽頭電壓等于實(shí)際變比乘以低壓側(cè)抽頭電壓 抽頭電壓計(jì)算1max1min12TTTUUU無(wú)載調(diào)壓變壓器：無(wú)載調(diào)壓變壓器：不能帶負(fù)荷調(diào)壓，大小負(fù)荷狀態(tài)只允許一個(gè)抽頭電壓不能帶負(fù)荷調(diào)壓，大小負(fù)荷狀態(tài)只允許一個(gè)抽頭電壓 抽頭電壓計(jì)算值

17、的歸檔抽頭電壓計(jì)算值的歸檔l按照四舍五入原則，將抽頭電壓的計(jì)算值園整為標(biāo)準(zhǔn)按照四舍五入原則，將抽頭電壓的計(jì)算值園整為標(biāo)準(zhǔn)值值l如：本例中，抽頭型號(hào)11022.5%/11，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)抽頭電壓有104.5、107.25、110、112.75、115.5。若抽頭電壓計(jì)算值UT1=106，則UT1標(biāo)=107.25；即選擇最接近UT1的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)抽頭電壓來(lái)進(jìn)行歸檔。 變比的確定maxmin21max21maxmin21min / /TNTTNTTNTifkkUUkUUifkUU標(biāo)標(biāo)標(biāo)無(wú)載變 有載變 無(wú)載調(diào)壓變壓器：無(wú)載調(diào)壓變壓器：大小負(fù)荷狀態(tài)只允許一個(gè)變比大小負(fù)荷狀態(tài)只允許一個(gè)變比有載調(diào)壓變壓器：有載調(diào)壓

18、變壓器：大小負(fù)荷狀態(tài)允許兩個(gè)不同的變比大小負(fù)荷狀態(tài)允許兩個(gè)不同的變比 2max2maxmax2min2minmin/UUkUUk效驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)2max2 max2min2 mind%2ddUUUU標(biāo)準(zhǔn)化誤差不可能使允許偏差平均誤差 本例：U2dmin=U2N=10kV，U2dmax=1.05U2N=10.5 kV，d=2.5，則允許誤差為1.25%。即： 2max2N2N2min2N2N100%(5)%(3.756.25)%2100%(0)%( 1.251.25)%2UUdUUUdU l電壓損耗的計(jì)算，沒(méi)有考慮功率損耗和壓降橫分量，沒(méi)有考慮線路和變壓器對(duì)地導(dǎo)納，且采用額定電壓進(jìn)行計(jì)算。 變壓器阻抗

19、高壓側(cè)歸算值的恒定近似，不考慮抽頭電壓變化的影響2211%100100kT NkT NTTNNTNTNTPUUUZZjSSSmaxmaxminminmaxmin00; NNPRQXPRQXUUUU l已知節(jié)點(diǎn)0的電壓和功率，線路阻抗ZL，變壓器的阻抗ZT、抽頭型號(hào)UT1Nnd%/UT2N =12122.5%/10.5，負(fù)荷點(diǎn)2的逆調(diào)壓要求，試確定變壓器的變比。圖6-4-5 簡(jiǎn)單系統(tǒng)2TL10Pmax+jQmaxU2dmaxPmin+jQminU2dmin l對(duì)于升壓變，由于已知同一點(diǎn)0的功率和電壓，因此在進(jìn)行電壓損耗的計(jì)算時(shí)，應(yīng)該采用精確公式。另外，由于功率方向不同，計(jì)算理想變壓器高壓側(cè)電壓也

20、不同。其它方面，包括選擇和效驗(yàn)都一樣。 0121：kZLZT圖6-4-6 簡(jiǎn)單系統(tǒng)的等值電路Pmin+jQminPmax+jQmaxRjXU0U2U2U2關(guān)鍵還是確定理想變壓器高壓側(cè)電壓關(guān)鍵還是確定理想變壓器高壓側(cè)電壓 maxmaxminminmaxmin00; PRQXPRQXUUUU2max0max2min0min; UUUUUU降壓變用降壓變用U0N降壓變用降壓變用“-” l已知電壓Ui，節(jié)點(diǎn)j的功率（Pj+jQj），線路和變壓器阻抗，變比k，目標(biāo)是選擇k、QC，使Ujc=Ujcd圖6-24具有并聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備的簡(jiǎn)單系統(tǒng)iTTjLcjQjjPjQ圖6-25等值電路iU1:kiUTZLZTZj

21、U:1kjURjXcjQjjPjQ理變理變理想變壓器高壓側(cè)電壓理想變壓器高壓側(cè)電壓jjijjP RQ XUUU;jjcjjcQQQ UU()jjcijcjcPRQQ XUUU補(bǔ)償前補(bǔ)償前補(bǔ)償后補(bǔ)償后相減相減 jcjjjjcjcjjcjjcjcjUPRQ XPRQ XQUUXUUUUUX2; /jcjcdjcdjcdcjcdjjcdjUk Uk Uk UQk UUUUkXX目標(biāo)：目標(biāo)：Ujc=Ujcd 1、結(jié)合變比與靜止電容器的組合調(diào)壓原則：按最小負(fù)荷時(shí)電容器全部退出的調(diào)壓要求來(lái)確定變壓器分接頭，然后按最大負(fù)荷時(shí)的調(diào)壓要求來(lái)確定電容器容量。2、結(jié)合變比與調(diào)相機(jī)的組合調(diào)壓原則：最小負(fù)荷時(shí)調(diào)相機(jī)吸收感性無(wú)功，容量為QSC/2；最大負(fù)荷時(shí)調(diào)相機(jī)發(fā)出感性無(wú)功，容量為QSC。根據(jù)調(diào)壓要求同時(shí)確定變比k和調(diào)相機(jī)容量QSC。 l已知Uimax、Uimin、Pjmax、Qjmax、Pjmin、 Qjmin，線路和變壓器阻抗，目標(biāo)是選擇k、QC，使 Ujmax=Ujdmax , Ujmin=UjdminiTjLPmax+jQmaxPmin+jQmi