系統(tǒng)無功功率平衡與電壓調(diào)整

1、第五章第五章 電力系統(tǒng)無功功率和電壓調(diào)整電力系統(tǒng)無功功率和電壓調(diào)整 電壓偏移過大對電壓偏移過大對電力系統(tǒng)本身電力系統(tǒng)本身以及以及用電設(shè)備用電設(shè)備會帶來不良會帶來不良的影響。的影響。（1 1）效率下降，經(jīng)濟(jì)性變差。）效率下降，經(jīng)濟(jì)性變差。（2 2）電壓過高，照明設(shè)備壽命下降，影響絕緣。）電壓過高，照明設(shè)備壽命下降，影響絕緣。（3 3）電壓過低，電機(jī)發(fā)熱。）電壓過低，電機(jī)發(fā)熱。（4 4）系統(tǒng)電壓崩潰）系統(tǒng)電壓崩潰不可能使所有節(jié)點(diǎn)電壓都保持為額定值。不可能使所有節(jié)點(diǎn)電壓都保持為額定值。（1 1）設(shè)備及線路壓降）設(shè)備及線路壓降（2 2）負(fù)荷波動）負(fù)荷波動（3 3）運(yùn)行方式改變）運(yùn)行方式改變（4 4）無

2、功不足）無功不足 電力系統(tǒng)一般規(guī)定一個電壓偏移的最大允許范圍，例電力系統(tǒng)一般規(guī)定一個電壓偏移的最大允許范圍，例如如:35kV:35kV及以上供電電壓正負(fù)偏移的絕對值之和不超過及以上供電電壓正負(fù)偏移的絕對值之和不超過10%;10kV10%;10kV及以下在及以下在7%7%以內(nèi)。以內(nèi)。 第一節(jié) 電壓調(diào)整的必要性第二節(jié) 電力系統(tǒng)的無功功率平衡 電壓是衡量電壓是衡量電能質(zhì)量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)。的重要指標(biāo)。 電力系統(tǒng)的電力系統(tǒng)的運(yùn)行電壓水平運(yùn)行電壓水平取決于取決于無功功率的平衡無功功率的平衡。系統(tǒng)中各種無功電源的無功出力應(yīng)能滿足系統(tǒng)負(fù)荷系統(tǒng)中各種無功電源的無功出力應(yīng)能滿足系統(tǒng)負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)損耗和網(wǎng)絡(luò)損耗在額

3、定電壓下在額定電壓下對無功功率的需求，否則對無功功率的需求，否則電壓就會偏離額定值。電壓就會偏離額定值。 1無功功率負(fù)荷無功功率負(fù)荷 XIXUQQQmmM22一、無功功率負(fù)荷和無功功率損耗異步電動機(jī)異步電動機(jī)圖圖5-2 5-2 異步電動機(jī)的簡化等值電路異步電動機(jī)的簡化等值電路 jX電壓下降電壓下降, ,轉(zhuǎn)差轉(zhuǎn)差增大增大, ,定子電流定子電流增大增大. . 圖圖5-3 5-3 異步電動機(jī)的無功功率與端電壓的關(guān)系異步電動機(jī)的無功功率與端電壓的關(guān)系 受載系數(shù)受載系數(shù): :實(shí)際負(fù)載和額定負(fù)載之比實(shí)際負(fù)載和額定負(fù)載之比. .在額定電壓附近，電動在額定電壓附近，電動機(jī)的無功功率隨電壓的機(jī)的無功功率隨電壓的

4、升降而增減升降而增減2變壓器的無功損耗變壓器的無功損耗220220100%100%UUSSUSIXUSBUQQQNNKNTTTLT假定一臺變壓器的空載電流假定一臺變壓器的空載電流I I0 0%=2.5%=2.5，短路電壓，短路電壓V VS S%=10.5%=10.5，在額定滿載下運(yùn)行時，無功功率的消耗將達(dá)額定容量的在額定滿載下運(yùn)行時，無功功率的消耗將達(dá)額定容量的13%13%。如果從電源到用戶需要經(jīng)過好幾級變壓，則變壓器中無功如果從電源到用戶需要經(jīng)過好幾級變壓，則變壓器中無功功率損耗的數(shù)值是相當(dāng)可觀的。功率損耗的數(shù)值是相當(dāng)可觀的。3輸電線路的無功損輸電線路的無功損耗耗圖圖5-4 輸電線路的輸電線

5、路的型等值電路型等值電路 XVQPXVQPQL222222212121 )(22221VVBQB 線路的無功總損耗為線路的無功總損耗為BVVXVQPQQBL22221212121 一般情況下，一般情況下，35kV35kV及以下系統(tǒng)消耗無功功率；及以下系統(tǒng)消耗無功功率；110kV110kV及以上系統(tǒng)，輕載或空載時，成為無功電源，及以上系統(tǒng)，輕載或空載時，成為無功電源，傳輸功率較大時，消耗無功功率。傳輸功率較大時，消耗無功功率。二、無功功率電源電力系統(tǒng)的無功功率電源有電力系統(tǒng)的無功功率電源有發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)、同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)、靜靜電電容器電電容器及及靜止補(bǔ)償器靜止補(bǔ)償器，后三種裝置又稱為，后三種裝

6、置又稱為無功補(bǔ)償無功補(bǔ)償裝置裝置。1. 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)在發(fā)電機(jī)在額定狀態(tài)下額定狀態(tài)下運(yùn)行時，可發(fā)出無功功率：運(yùn)行時，可發(fā)出無功功率： NGNNGNGNtgPSQ sin發(fā)電機(jī)在發(fā)電機(jī)在非額定功率因數(shù)下非額定功率因數(shù)下運(yùn)行時可能發(fā)出的無功運(yùn)行時可能發(fā)出的無功功率。功率。圖圖5-5 5-5 發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的P-QP-Q極限極限 （1 1）當(dāng)發(fā)電機(jī)低于額定功率因數(shù)運(yùn)行時當(dāng)發(fā)電機(jī)低于額定功率因數(shù)運(yùn)行時，能增加，能增加輸出的無功功率，但發(fā)電機(jī)的視在功率因取決于輸出的無功功率，但發(fā)電機(jī)的視在功率因取決于勵磁電流不超過額定值的條件，將低于其額定值。勵磁電流不超過額定值的條件，將低于其額定值。（2 2）當(dāng)

7、發(fā)電機(jī)高于額定功率因數(shù)運(yùn)行時當(dāng)發(fā)電機(jī)高于額定功率因數(shù)運(yùn)行時，勵磁電，勵磁電流不再是限制條件，原動機(jī)的機(jī)械功率又成了限流不再是限制條件，原動機(jī)的機(jī)械功率又成了限制條件。制條件。（3 3）發(fā)電機(jī)只有在額定電壓、額定電流和額定功）發(fā)電機(jī)只有在額定電壓、額定電流和額定功率因數(shù)（即運(yùn)行點(diǎn)率因數(shù)（即運(yùn)行點(diǎn)C C）下運(yùn)行時視在功率才能達(dá)到）下運(yùn)行時視在功率才能達(dá)到額定值，使其容量得到最充分的利用。額定值，使其容量得到最充分的利用。2. 2. 同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)相當(dāng)于空載運(yùn)行的同步電動機(jī)相當(dāng)于空載運(yùn)行的同步電動機(jī)。在在過勵磁過勵磁運(yùn)行時，它向系統(tǒng)供給感性無功功率而起無功運(yùn)行時，它向系統(tǒng)供

8、給感性無功功率而起無功電源的作用，能提高系統(tǒng)電壓；電源的作用，能提高系統(tǒng)電壓；在在欠勵磁欠勵磁運(yùn)行時（欠勵磁最大容量只有過勵磁容量的運(yùn)行時（欠勵磁最大容量只有過勵磁容量的（50% 50% 65%65%）) )，它從系統(tǒng)吸取感性無功功率而起無功負(fù)，它從系統(tǒng)吸取感性無功功率而起無功負(fù)荷作用，可降低系統(tǒng)電壓。荷作用，可降低系統(tǒng)電壓。它能根據(jù)裝設(shè)地點(diǎn)電壓的數(shù)值平滑改變輸出（或吸取）它能根據(jù)裝設(shè)地點(diǎn)電壓的數(shù)值平滑改變輸出（或吸?。┑臒o功功率，進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。因而的無功功率，進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。因而調(diào)節(jié)性能較好調(diào)節(jié)性能較好。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：同步調(diào)相機(jī)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械，運(yùn)行維護(hù)比較復(fù)雜；同步調(diào)相機(jī)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械，運(yùn)行維護(hù)比較復(fù)

9、雜；有功功率損耗有功功率損耗較大，在滿負(fù)荷時約為額定容量較大，在滿負(fù)荷時約為額定容量的的(1.5(1.5 5)%5)%，容量越小，百分值越大；，容量越小，百分值越大；小容量的調(diào)相機(jī)每小容量的調(diào)相機(jī)每kVAkVA容量的容量的投資費(fèi)用投資費(fèi)用也較大。也較大。故同步調(diào)相機(jī)宜大容量集中使用，容量小于故同步調(diào)相機(jī)宜大容量集中使用，容量小于5MVA5MVA的一般不裝設(shè)。的一般不裝設(shè)。同步調(diào)相機(jī)常安裝在樞紐變電所同步調(diào)相機(jī)常安裝在樞紐變電所 。 靜電電容器可按靜電電容器可按三角形三角形和和星形接法星形接法連接在變電所連接在變電所母線上。它供給的無功功率母線上。它供給的無功功率Q QC C值與所在節(jié)點(diǎn)電壓的值

10、與所在節(jié)點(diǎn)電壓的平方成正比，即平方成正比，即 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：電容器的無功功率調(diào)節(jié)性能比較差。電容器的無功功率調(diào)節(jié)性能比較差。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：靜電電容器的裝設(shè)容量可大可小，既可集靜電電容器的裝設(shè)容量可大可小，既可集中使用，又可以分散安裝。且電容器每單位容量的中使用，又可以分散安裝。且電容器每單位容量的投資費(fèi)用較小，運(yùn)行時功率損耗亦較小，維護(hù)也較投資費(fèi)用較小，運(yùn)行時功率損耗亦較小，維護(hù)也較方便。方便。QC=V 2/XC3. 靜電電容器靜電電容器靜止補(bǔ)償器由靜止補(bǔ)償器由靜電電容器靜電電容器與與電抗器電抗器并聯(lián)組成并聯(lián)組成電容器電容器可發(fā)出無功功率，可發(fā)出無功功率，電抗器電抗器可吸收無功功率，可吸收無功功

11、率，兩者結(jié)合起來，再配以適當(dāng)?shù)膬烧呓Y(jié)合起來，再配以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)裝置，就能夠平，就能夠平滑地改變輸出（或吸收）的無功功率?；馗淖冚敵觯ɑ蛭眨┑臒o功功率。4. 靜止補(bǔ)償器靜止補(bǔ)償器圖圖5-6 靜止無功補(bǔ)償器的原理圖靜止無功補(bǔ)償器的原理圖 (a)可控飽和電抗器型；(b)自飽和電抗器型；(c)可控硅控制電抗器型；(d) 可控硅控制電抗器和可控硅投切電容器組合型三、無功功率平衡三、無功功率平衡電力系統(tǒng)無功功率平衡的基本要求電力系統(tǒng)無功功率平衡的基本要求：系統(tǒng)中的無：系統(tǒng)中的無功電源可以發(fā)出的無功功率應(yīng)該大于或至少等于功電源可以發(fā)出的無功功率應(yīng)該大于或至少等于負(fù)荷所需的無功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗

12、。負(fù)荷所需的無功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗。 BLLTLresLLDGCQQQQQQQQ Q Qresres00表示系統(tǒng)中無功功率可以平衡且有適量的表示系統(tǒng)中無功功率可以平衡且有適量的備用；備用；Q Qresres00.95)0.95)或?qū)Ь€截面小的線或?qū)Ь€截面小的線路，由于路，由于PR/VPR/V分量的比重大，串聯(lián)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)分量的比重大，串聯(lián)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)壓效果就很小。壓效果就很小。 補(bǔ)償所需的容抗值補(bǔ)償所需的容抗值X XC C和被補(bǔ)償線路原來的感抗和被補(bǔ)償線路原來的感抗值值X XL L之比之比kc=XC/XL稱為稱為補(bǔ)償度補(bǔ)償度。在配電網(wǎng)絡(luò)中以調(diào)壓為目的的串聯(lián)。在配電網(wǎng)絡(luò)中以調(diào)壓為目的的串聯(lián)電容補(bǔ)償，

13、其補(bǔ)償度常接近于電容補(bǔ)償，其補(bǔ)償度常接近于1 1或大于或大于1 1。電力線路采用串聯(lián)電容補(bǔ)償，也帶來一些特殊問電力線路采用串聯(lián)電容補(bǔ)償，也帶來一些特殊問題，因此作為改善電壓質(zhì)量的措施，串聯(lián)電容器題，因此作為改善電壓質(zhì)量的措施，串聯(lián)電容器只用于只用于110kV110kV以下電壓等級、長度特別大或有沖以下電壓等級、長度特別大或有沖擊負(fù)荷的架空分支線路上。擊負(fù)荷的架空分支線路上。 10kV10kV及以下電壓的及以下電壓的架空線路，由于架空線路，由于R RL L/ /X XL L很大，所以使用串聯(lián)電容補(bǔ)很大，所以使用串聯(lián)電容補(bǔ)償是不經(jīng)濟(jì)和不合理的。償是不經(jīng)濟(jì)和不合理的。 220kV220kV以上電壓等

14、級的遠(yuǎn)距離輸電線路中采以上電壓等級的遠(yuǎn)距離輸電線路中采用串聯(lián)電容補(bǔ)償，其作用在于提高運(yùn)行穩(wěn)定性和用串聯(lián)電容補(bǔ)償，其作用在于提高運(yùn)行穩(wěn)定性和輸電能力。輸電能力。 例例57一、無功負(fù)荷的最優(yōu)分配一、無功負(fù)荷的最優(yōu)分配1、等網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則、等網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則l無功經(jīng)濟(jì)分布的無功經(jīng)濟(jì)分布的目標(biāo)目標(biāo)：在有功負(fù)荷分布已確定：在有功負(fù)荷分布已確定的前提下，調(diào)整無功電源之間的負(fù)荷分布，使的前提下，調(diào)整無功電源之間的負(fù)荷分布，使有功網(wǎng)損達(dá)到最小。有功網(wǎng)損達(dá)到最小。l網(wǎng)絡(luò)的有功網(wǎng)損可表示為節(jié)點(diǎn)注入功率的函數(shù)網(wǎng)絡(luò)的有功網(wǎng)損可表示為節(jié)點(diǎn)注入功率的函數(shù)),(2121nnLLQQQPPPPP 無功負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配的數(shù)學(xué)表達(dá)無功負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配的數(shù)學(xué)表達(dá)l約束條件：約