第五章 電力系統(tǒng)的無功功率平衡與電壓調(diào)整

1、5.1 電壓調(diào)整的必要性5.2 電力系統(tǒng)的無功功率平衡5.3 電力系統(tǒng)的電壓管理5.4 電壓調(diào)整的措施第5章 電力系統(tǒng)的無功功率平衡與電壓調(diào)整小結(jié)討論如何討論如何保護用戶電壓質(zhì)量保護用戶電壓質(zhì)量的問題：的問題：有功功率有功功率-頻率頻率無功功率無功功率-電壓電壓電電 源源特特 點點能能 源源調(diào)控手段調(diào)控手段一一. . 電壓偏移對用電設(shè)備的電壓偏移對用電設(shè)備的影響影響正常情況下正常情況下（一般：（一般： ）%5%5%10:220kV%7:10kV%100:35kV二二. . 允許電壓允許電壓偏移量偏移量一一. . 無功功率電源無功功率電源無功電源無功電源：同步發(fā)電機、同步發(fā)電機、無功補償裝置無功

2、補償裝置： 同步調(diào)相機、靜電（并聯(lián)）電容同步調(diào)相機、靜電（并聯(lián)）電容器、靜止補償器器、靜止補償器1. 1. 同步發(fā)電機同步發(fā)電機唯一的唯一的有功電源，有功電源，主要的主要的無功電源。無功電源。某些情況的輸電線路某些情況的輸電線路110kV及以上線路在空載或輕載狀況下NGNNGNGNtgPSQ sin發(fā)電機在正常運行狀態(tài)下發(fā)出無功：發(fā)電機在正常運行狀態(tài)下發(fā)出無功：發(fā)電機的發(fā)電機的額定無功出力額定無功出力發(fā)電機的發(fā)電機的額定視在功率額定視在功率發(fā)電機的發(fā)電機的額定有功出力額定有功出力發(fā)電機的發(fā)電機的功率因數(shù)角功率因數(shù)角確定發(fā)電機的確定發(fā)電機的運行極限圖運行極限圖：定子繞組溫升約束定子繞組溫升約束：

3、取決于定子電流，既取取決于定子電流，既取決于發(fā)電機的視在功率決于發(fā)電機的視在功率-弧弧BEBE轉(zhuǎn)子繞組溫升約束轉(zhuǎn)子繞組溫升約束：取決于發(fā)電機的空載電勢取決于發(fā)電機的空載電勢-弧弧BFBF原動機功率約束原動機功率約束：取決于它所配套的發(fā)電機的額定有功取決于它所配套的發(fā)電機的額定有功 -直線直線BCBC遲相遲相運行區(qū)運行區(qū)進相進相運行區(qū)運行區(qū)遲相遲相運行區(qū)運行區(qū)進相進相運行區(qū)運行區(qū)（1 1）當(dāng)發(fā)電機低于額定功當(dāng)發(fā)電機低于額定功率因數(shù)運行時率因數(shù)運行時，發(fā)電機的，發(fā)電機的視在功率因取決于勵磁電視在功率因取決于勵磁電流不超過額定值的條件，流不超過額定值的條件，將低于其額定值。將低于其額定值。（2 2）

4、當(dāng)發(fā)電機高于額定功率因數(shù)運行時當(dāng)發(fā)電機高于額定功率因數(shù)運行時，勵磁電流不，勵磁電流不再是限制條件，原動機的機械功率又成了限制條件。再是限制條件，原動機的機械功率又成了限制條件。（3 3）發(fā)電機只有在額定電壓、額定電流和額定功率）發(fā)電機只有在額定電壓、額定電流和額定功率因數(shù)（即運行點因數(shù)（即運行點B B）下運行時視在功率才能達到額定）下運行時視在功率才能達到額定值，使其值，使其容量得到最充分的利用容量得到最充分的利用。 當(dāng)系統(tǒng)無功不足時，當(dāng)系統(tǒng)無功不足時，可讓發(fā)電機低于額定功率可讓發(fā)電機低于額定功率因數(shù)運行，犧牲少量有功因數(shù)運行，犧牲少量有功多發(fā)無功功率以滿足系統(tǒng)多發(fā)無功功率以滿足系統(tǒng)要求。要求

5、。2 2. . 同步調(diào)相機同步調(diào)相機 -實際上空載的同步電動機實際上空載的同步電動機可直接裝設(shè)在用戶附近，減少輸送過程中的損耗；可直接裝設(shè)在用戶附近，減少輸送過程中的損耗；改變其勵磁，可以改變其勵磁，可以平滑地調(diào)節(jié)平滑地調(diào)節(jié)無功功率輸出；無功功率輸出；是旋轉(zhuǎn)電機，有功損耗大。是旋轉(zhuǎn)電機，有功損耗大。3 3. . 并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器過激運行，發(fā)出無功；欠激運行，消耗無功。過激運行，發(fā)出無功；欠激運行，消耗無功。可按三角形和星形接法連接在變電所母線上；可按三角形和星形接法連接在變電所母線上；它供給的無功功率與所在節(jié)點電壓的平方成正比它供給的無功功率與所在節(jié)點電壓的平方成正比：不能平緩調(diào)壓不能平緩

6、調(diào)壓，只能成組投切；，只能成組投切；ccXUQ/2當(dāng)節(jié)點電壓下降時，它向系統(tǒng)供給的無功功率也當(dāng)節(jié)點電壓下降時，它向系統(tǒng)供給的無功功率也將下降。將下降。-具有具有負的電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)負的電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)4 4. . 靜止補償器靜止補償器由電容器組與可調(diào)電抗器組成，既可向系統(tǒng)供給由電容器組與可調(diào)電抗器組成，既可向系統(tǒng)供給無功功率，也可以從系統(tǒng)吸取無功功率。無功功率，也可以從系統(tǒng)吸取無功功率。能能快速地、平滑地快速地、平滑地調(diào)節(jié)無功功率。調(diào)節(jié)無功功率。二二. . 電力系統(tǒng)的無功負荷和無功損耗電力系統(tǒng)的無功負荷和無功損耗1. 1. 無功負荷無功負荷二二. . 電力系統(tǒng)的無功負荷和無功損耗電力系統(tǒng)的無功負荷和無

7、功損耗2 2. . 無功損耗無功損耗)()(2221222222222121212122UUBXUQPUUBXUQPQQQLLBlXl 輸電線路的無功損耗輸電線路的無功損耗 NToNTNTSTNoNNTSTSISSSUSIUUSSUQ100%)(100%100%)(100222 變壓器的無功損耗變壓器的無功損耗 三三. . 電力系統(tǒng)的無功平衡電力系統(tǒng)的無功平衡基本要求基本要求：系統(tǒng)中的無功電源可以發(fā)出的無：系統(tǒng)中的無功電源可以發(fā)出的無功功率應(yīng)該大于或至少等于負荷所需的無功功功率應(yīng)該大于或至少等于負荷所需的無功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗。功率和網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗。QQQLDGCCGGCQQQ其中，其中

8、，所有發(fā)電機發(fā)出所有發(fā)電機發(fā)出的無功功率的無功功率所有無功補償裝置發(fā)所有無功補償裝置發(fā)出的無功功率出的無功功率二二. . 中樞點電壓范圍的確定中樞點電壓范圍的確定能反映電力系統(tǒng)電壓水平的主要發(fā)電廠和能反映電力系統(tǒng)電壓水平的主要發(fā)電廠和變電站母線。變電站母線。定義：定義：以點帶面以點帶面：系統(tǒng)通過調(diào)控中樞點電壓來調(diào)控整：系統(tǒng)通過調(diào)控中樞點電壓來調(diào)控整個系統(tǒng)用戶電壓。個系統(tǒng)用戶電壓。一一. . 電壓中樞點電壓中樞點-根據(jù)中樞點電壓控制曲線確定根據(jù)中樞點電壓控制曲線確定 中樞點至各負荷點在最大最小負荷時電壓損耗之中樞點至各負荷點在最大最小負荷時電壓損耗之差不能大于負荷點允許上下限電壓之差，所以如能控

9、差不能大于負荷點允許上下限電壓之差，所以如能控制住這些點的電壓偏移就能控制系統(tǒng)中大部分負荷的制住這些點的電壓偏移就能控制系統(tǒng)中大部分負荷的電壓偏移。電壓偏移。如：中樞點中樞點中樞點中樞點三三. . 中樞點的調(diào)壓方式中樞點的調(diào)壓方式1.1. 逆調(diào)壓逆調(diào)壓2 2. . 順調(diào)壓順調(diào)壓3 3. . 恒（常）調(diào)壓恒（常）調(diào)壓-線路長、負荷變動大線路長、負荷變動大-線路短、負荷變動小線路短、負荷變動小:maxS:minS中樞U中樞U至至1.05ULN至至ULN:maxS:minS中樞U至不小于至不小于1.025ULN至不大于至不大于1.075ULN中樞U:maxS:minSconstUULN）（中樞05.

10、 102. 1通常取通常取1.025ULN2121/)(kUQXPRkUkUkUULNGGLD四四. . 電壓調(diào)整的基本原理電壓調(diào)整的基本原理（歸算至高壓側(cè)（歸算至高壓側(cè)）（用戶側(cè)要（用戶側(cè)要求電壓）求電壓）（用戶側(cè)?。ㄓ脩魝?cè)取用功率）用功率）有：有：則調(diào)整用戶電壓的則調(diào)整用戶電壓的措施措施包括：包括：調(diào)整發(fā)電機的勵磁電流調(diào)整發(fā)電機的勵磁電流-調(diào)機端電壓；調(diào)機端電壓；改變變壓器的變比改變變壓器的變比-選分接頭；選分接頭；改變系統(tǒng)無功分布改變系統(tǒng)無功分布-借助無功補償裝置；借助無功補償裝置；改變系統(tǒng)參數(shù)。改變系統(tǒng)參數(shù)。利用發(fā)電機的利用發(fā)電機的自動調(diào)節(jié)勵磁裝置自動調(diào)節(jié)勵磁裝置，調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流

11、，改變發(fā)電機，調(diào)節(jié)發(fā)電機的勵磁電流，改變發(fā)電機電勢或端電壓；電勢或端電壓； 一一. . 發(fā)電機調(diào)壓發(fā)電機調(diào)壓主要適用于孤立運行的發(fā)電廠不經(jīng)升壓直主要適用于孤立運行的發(fā)電廠不經(jīng)升壓直接供電的接供電的小型系統(tǒng)小型系統(tǒng)；簡單、經(jīng)濟簡單、經(jīng)濟，且不需增加額外設(shè)備；，且不需增加額外設(shè)備；易于實現(xiàn)易于實現(xiàn)逆調(diào)壓逆調(diào)壓。二二. . 改變變壓器變比改變變壓器變比變壓器分類變壓器分類：普通變（無載調(diào)壓變）普通變（無載調(diào)壓變）、有載變有載變要求要求: :根據(jù)低壓側(cè)調(diào)壓要求，選擇高壓側(cè)分接頭。根據(jù)低壓側(cè)調(diào)壓要求，選擇高壓側(cè)分接頭。1. 1. 降壓變降壓變NftuUk21 設(shè)變壓器高壓側(cè)實際分接設(shè)變壓器高壓側(cè)實際分接

12、頭電壓頭電壓 ，則有，則有fU1tTkUUu/ )(12其中其中1UQXPRUT為歸算到高壓側(cè)的變壓器電壓損耗為歸算到高壓側(cè)的變壓器電壓損耗fNTUuUU121)(注意注意：只有當(dāng)系統(tǒng)無功功率電源容量充足時，用改變：只有當(dāng)系統(tǒng)無功功率電源容量充足時，用改變變壓器變比調(diào)壓才能奏效。變壓器變比調(diào)壓才能奏效。:maxSNTfuuUUU2211NTfuuUUU2max2maxmax1max1NTfuuUUU2min2minmin1min1則系統(tǒng)在不同運行方式下：則系統(tǒng)在不同運行方式下：:minS討論不同類型的變壓器：討論不同類型的變壓器：有載調(diào)壓變：有載調(diào)壓變： 時，將分接頭打在與時，將分接頭打在與

13、最接近的位置；最接近的位置； 時，將分接頭打在與時，將分接頭打在與 最接近的位置；最接近的位置；:maxS:minSmax1fUmin1fU無載調(diào)壓變（普通變）無載調(diào)壓變（普通變）：計算計算 ，)(21min1max11fffavUUUfavU1NftuUk21 選選fNTUuUUu12maxmax1max2)(選擇與選擇與 最接近的分接頭，則實際變比為最接近的分接頭，則實際變比為：注意：一定要檢驗所選分接頭在兩種運行狀注意：一定要檢驗所選分接頭在兩種運行狀態(tài)下是否能使變壓器低壓側(cè)滿足電壓要求態(tài)下是否能使變壓器低壓側(cè)滿足電壓要求。:maxS:minS選fNTUuUUu12minmin1min2

14、)(是否滿足要求；是否滿足要求；是否滿足要求。是否滿足要求。若不滿足，考慮改為有載變或增加其他無若不滿足，考慮改為有載變或增加其他無功補償方式。功補償方式。選擇升壓變壓器分接頭的方法與選擇降壓變壓器的基本相同2. 2. 升壓變升壓變tTkUUu/ )(12fNTUuUU121)(NTfuuUUU2211:maxSNTfuuUUU2max2maxmax1max1NTfuuUUU2min2minmin1min1:minS后面同降壓式，對普通變要記得校驗。后面同降壓式，對普通變要記得校驗。要求要求: :按照用戶側(cè)調(diào)壓要求，選擇無功補償裝按照用戶側(cè)調(diào)壓要求，選擇無功補償裝置的容量置的容量QbQb（及變

15、壓器變比）。（及變壓器變比）。三三. . 改變無功功率分布調(diào)壓改變無功功率分布調(diào)壓使用前提：（超）高壓網(wǎng)絡(luò)效果顯著使用前提：（超）高壓網(wǎng)絡(luò)效果顯著（歸算至高壓側(cè)（歸算至高壓側(cè)）（用戶所需功率（用戶所需功率）（無功補償容量（無功補償容量）1:k)(2CU)(22Cuuk電源電壓（恒定電源電壓（恒定）：實際變比：實際變比2u： 歸算到高壓側(cè)的值歸算到高壓側(cè)的值kuU22Cu2： 歸算到高壓側(cè)的值歸算到高壓側(cè)的值kuUCC222UCU2說明：高壓側(cè)電壓用大寫符說明：高壓側(cè)電壓用大寫符號號, ,低壓側(cè)電壓用小寫符號低壓側(cè)電壓用小寫符號, ,補償后的參數(shù)在下標(biāo)加字母補償后的參數(shù)在下標(biāo)加字母”c”.c”.問題：將用戶側(cè)電壓由問題：將用戶側(cè)電壓由 后，后，所需無功補償裝置容量？所需無功補償裝置容量？（歸算至高壓側(cè)（歸算至高壓側(cè)）（用戶所需功率（用戶所需功率）（無功補償容量（無功補償容量）1:k)(2CU)(22Cuu電源電壓（恒定電源電壓（恒定）補償前補償前：補償后補償后：變比變比k k的選取原則：滿足用戶調(diào)壓要求的同時的選取原則：滿足用戶調(diào)壓要求的同時，使，使QbQb盡可能的?。ㄅc無功補償裝置類型有盡可能的?。ㄅc無功補償裝置類型有關(guān)）。關(guān)）。l靜電（并聯(lián)）電容器靜電（并聯(lián)）電容器運行特點：運行特點： 時，全投；時，全投； 時，全切。時，全切。 時，根據(jù)變壓器低壓側(cè)調(diào)壓要求