電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)8_無功平衡

1、東南大學(xué)電氣工程學(xué)院 無功平衡（無功電源和無功負(fù)荷）系統(tǒng)無功功率對電壓的影響電壓監(jiān)視與電壓管理電壓調(diào)整的方法綜合調(diào)壓電力系統(tǒng)的無功平衡電力系統(tǒng)的無功平衡與電壓調(diào)整與電壓調(diào)整電力系統(tǒng)的無功平衡與電壓調(diào)整電力系統(tǒng)的無功平衡n無功平衡：系統(tǒng)無功電源發(fā)出的無功功率與系統(tǒng)的無功負(fù)荷及無功損耗相平衡。n1.無功負(fù)荷及無功損耗 n1 1）無功負(fù)荷：滯后功率因數(shù)運行的用電設(shè)）無功負(fù)荷：滯后功率因數(shù)運行的用電設(shè)備所吸取的無功功率。備所吸取的無功功率。n2 2）無功損耗：包括輸電線路無功損耗和變）無功損耗：包括輸電線路無功損耗和變壓器的無功損耗。壓器的無功損耗。電力系統(tǒng)的無功平衡 2. 無功電源 包括同步發(fā)電機(jī)、

2、調(diào)相機(jī)、電容器、靜止無功補(bǔ)償、線路充電功率。同步發(fā)電機(jī)同步發(fā)電機(jī)既是電力系統(tǒng)基本的有功功率電源，同既是電力系統(tǒng)基本的有功功率電源，同時也是重要的無功功率電源。時也是重要的無功功率電源。調(diào)相機(jī)調(diào)相機(jī)實質(zhì)上是空載運行的同步電動機(jī)實質(zhì)上是空載運行的同步電動機(jī)過激運行時向系統(tǒng)提供感性無功；過激運行時向系統(tǒng)提供感性無功；欠激運行時則從系統(tǒng)吸取感性無功功率欠激運行時則從系統(tǒng)吸取感性無功功率改變調(diào)相機(jī)的勵磁可以平滑地改變它的無功功改變調(diào)相機(jī)的勵磁可以平滑地改變它的無功功率的大小及方向。但在欠激運行其容量約為過激率的大小及方向。但在欠激運行其容量約為過激運行時容量的運行時容量的50%50%時。時。2.無功電源

3、并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器向系統(tǒng)供給感性無功功率，它可以向系統(tǒng)供給感性無功功率，它可以根據(jù)需要由許多電容器連接成組。根據(jù)需要由許多電容器連接成組。 CCXUQ2 X XC C: : 電容器的容抗；電容器的容抗； U : U : 電容器電容器端點電壓。端點電壓。當(dāng)電壓下降時，當(dāng)電壓下降時，QcQc減少，不利調(diào)減少，不利調(diào)壓壓電力系統(tǒng)的無功平衡2.無功電源n靜止補(bǔ)償器由電容器和可調(diào)電抗器組成，電容發(fā)出無功，電抗消耗無功，利用大功率晶閘管的控制可平滑地調(diào)節(jié)它的無功功率的大小。運行維護(hù)簡單，損耗較小，還能分相補(bǔ)償，因而已開始大量采用，有替代同步調(diào)相機(jī)的趨勢。 電力系統(tǒng)的無功平衡2.無功電源n靜止補(bǔ)償器（a）

4、自飽和電抗器）自飽和電抗器 （b）可控硅相控電抗器）可控硅相控電抗器 （c）可控硅投切電容器）可控硅投切電容器 （d）可控硅控制電抗和電容）可控硅控制電抗和電容電力系統(tǒng)的無功平衡 3. 3. 無功平衡無功平衡 TlLGCQQQQ321CCCGGCQQQQQQG發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功 QC1調(diào)相機(jī)發(fā)出的無功調(diào)相機(jī)發(fā)出的無功QC2電容器供給的無功電容器供給的無功 QC3靜止補(bǔ)償器供給的無功靜止補(bǔ)償器供給的無功電力系統(tǒng)的無功平衡電力系統(tǒng)無功功率對電壓的影響 忽略電壓角度對節(jié)點注入無功功率的影響，以及電忽略電壓角度對節(jié)點注入無功功率的影響，以及電壓幅值對節(jié)點注入有功的影響。壓幅值對節(jié)點注入有

5、功的影響。線路電壓降為：線路電壓降為：22212UXQRPU22212URQXPU電力系統(tǒng)無功功率對電壓的影響n以末端電壓為參考相量：12122121221)(UjUUUjUUU121121sincosjUU考慮到高壓線路考慮到高壓線路RX，可簡化為：，可簡化為：2222222121121sincosURQXPjUXQRPUjUU22222UXPjUXQU電力系統(tǒng)無功功率對電壓的影響222121cosUXQUU2122UUXUQ212122cosUUXUQ一般線路的始端和末端電壓相角差很小，則：一般線路的始端和末端電壓相角差很小，則：1cos12電力系統(tǒng)無功功率對電壓的影響負(fù)荷的負(fù)荷的靜態(tài)電壓

6、特性靜態(tài)電壓特性：僅考慮電壓變化對：僅考慮電壓變化對負(fù)荷吸取無功功率的影響特性，即負(fù)荷的無功負(fù)荷吸取無功功率的影響特性，即負(fù)荷的無功功率與端電壓的關(guān)系。功率與端電壓的關(guān)系。 結(jié)論：結(jié)論： 系統(tǒng)無功系統(tǒng)無功不足將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)電壓不足將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)電壓水平降低。水平降低。 電壓監(jiān)視點與電壓管理n 1. 電壓監(jiān)視中樞點 在系統(tǒng)中選擇少數(shù)有代表性的發(fā)電廠、變電在系統(tǒng)中選擇少數(shù)有代表性的發(fā)電廠、變電所作為電壓監(jiān)視點，稱為電壓監(jiān)視中樞點。所作為電壓監(jiān)視點，稱為電壓監(jiān)視中樞點。 一般選擇區(qū)域性發(fā)電廠的高壓母線，樞紐變一般選擇區(qū)域性發(fā)電廠的高壓母線，樞紐變電所的二次母線以及有大量地方性負(fù)荷的發(fā)電電所的二次母線以及有大

7、量地方性負(fù)荷的發(fā)電廠母線及少量負(fù)荷端母線作為電壓監(jiān)視中樞點。廠母線及少量負(fù)荷端母線作為電壓監(jiān)視中樞點。2. 2. 中樞點電壓允許變化范圍中樞點電壓允許變化范圍電壓監(jiān)視點與電壓管理2.中樞點電壓允許變化范圍負(fù)荷A、B的允許電壓偏移均為 ，A、B在最大負(fù)荷和最小負(fù)荷時的電壓損耗分別為：UAmax、UBmax、UAmin、 UBmin。 016時時 ：minmax05. 1ANOUUUminmin95. 0ANOUUU1624時時 ：maxmax05. 1ANOUUUmaxmin95. 0ANOUUU2.中樞點電壓允許變化范圍 2）為滿足B點電壓要求，O點電壓變化范圍為： 08小時小時 ：minma

8、x05. 1BNOUUUminmin95. 0BNOUUU824小時小時 ：maxmax05. 1BNOUUUmaxmax95. 0BNOUUUNBAUUU04. 0maxmaxNBAUUU01. 0minmin設(shè)：設(shè)：2.中樞點電壓允許變化范圍3 3） O O點電壓變化范圍：點電壓變化范圍：08 時 ：0.96 UN 1.06 UN 816時： 為滿足A點負(fù)荷，O點電壓： 0.96UN1.06UN 為滿足B點負(fù)荷，O點電壓： 0.99UN1.09UN 同時滿足A、B兩點負(fù)荷要求，O點電壓：0.99UN 1.06UN1624時: 0.99 UN 1.09 UN2.中樞點電壓允許變化范圍 圖中樞

9、點圖中樞點O O點電壓變化范圍點電壓變化范圍）滿足）滿足A A點負(fù)荷時點負(fù)荷時O O點電壓變化范圍點電壓變化范圍）滿足）滿足B B點負(fù)荷點負(fù)荷時時O O點電壓變化范點電壓變化范圍圍）同時滿足）同時滿足A A、B B兩點負(fù)荷時兩點負(fù)荷時O O點點電壓變化范圍電壓變化范圍3.中樞點電壓控制n1）逆調(diào)壓方式： 在最大負(fù)荷時電壓為105UN；在最小負(fù)荷時電壓為UN。n2）順調(diào)壓方式： 在最大負(fù)荷時電壓不低于102.5UN；在最小負(fù)荷時電壓不高于107.5%UN。n3）恒調(diào)壓方式： 中樞點電壓保持在102 105 UN。適合線路較長，負(fù)荷變動大適合負(fù)荷變動小，用戶允許電壓偏移適合負(fù)荷變動小，電壓損失小電

10、壓調(diào)整的方法n1. 發(fā)電機(jī)調(diào)壓： 通過調(diào)節(jié)勵磁電流改變發(fā)電機(jī)電壓，允許調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)勵磁電流改變發(fā)電機(jī)電壓，允許調(diào)節(jié)范圍（）范圍（）UN。 變壓器分接頭的選擇變壓器分接頭的選擇: :圖降壓變壓器圖降壓變壓器n2.調(diào)節(jié)變壓器分接頭調(diào)壓調(diào)節(jié)變壓器分接頭調(diào)壓： 變壓器分接頭選擇計算 1）根據(jù)U1max、U1min以及通過變壓器的最大、最小負(fù)荷，求變壓器的電壓損耗Umax、Umin 。 2 2）求取最大負(fù)荷和最小負(fù)荷時變壓器分接頭的電）求取最大負(fù)荷和最小負(fù)荷時變壓器分接頭的電壓值，并取其平均值。壓值，并取其平均值。max1maxmaxmaxUXQRPUTTmin1minminminUXQRPUTTmax

11、max1max2UUUminmin1min2UUU變壓器分接頭選擇計算min22min2min1UUUUNtmax22max2max1UUUUNt2min1max11tttUUU3) 3) 選擇一個最接近選擇一個最接近U U1t1t的變壓器分接頭。的變壓器分接頭。4 4）用選定的分接頭驗算低壓側(cè)電壓在最大和）用選定的分接頭驗算低壓側(cè)電壓在最大和最小負(fù)荷期間是否滿足要求。最小負(fù)荷期間是否滿足要求。先計算變壓器中的電壓損耗 。因已知的是原方電壓 ，解： 由分接頭范圍 可知其為一普通變壓器。%5 . 22U1U1S一降壓變壓器，其歸算到高壓側(cè)的參數(shù)、負(fù)荷及分接頭范圍已標(biāo)注于圖中，經(jīng)潮流計算得到最大負(fù)

12、荷時高壓側(cè)電壓為110kV，最小負(fù)荷時為115 kV。要求低壓母線上電壓不超出66.6kV的范圍。試選擇分接頭。故需先求出原方功率MVAjjjSSS2397.171976.28)4044. 2(11014281428222maxmax2max1MVAjSSS4496. 60274.10minmin2min1kVUXQRPU8945. 6/ )(max1max1max1maxkVUXQRPU4561. 2/ )(min1min1min1min 從而再計算分接頭電壓。取最大負(fù)荷時kVU0 . 6max2kVU6 . 6min2max22maxmax1max1/)(UUUUUNtmin22minmi

13、n1min1/)(UUUUUNtkVUUUttt98.1122/ )(min1max11最小負(fù)荷時，得到： （1106.8945）6.6/6=113.4161kV (1152.4561) 6.6/6.6112.5439kV選最近的分接頭為1102.5110112.75kV。max2Umin2U檢驗最大負(fù)荷和最小負(fù)荷時低壓側(cè)的實際電壓 （1106.8945）6.6/112.75=6.0354kV（1152.4561）6.6/112.756.5879kV可見符合低壓母線的要求（66.6kV）。 3.改變電力網(wǎng)無功功率分布調(diào)壓考慮調(diào)壓要求時，無功補(bǔ)償容量的計算如下：考慮調(diào)壓要求時，無功補(bǔ)償容量的計算

14、如下：設(shè)補(bǔ)償前后，線路始端電壓設(shè)補(bǔ)償前后，線路始端電壓U1保持不變。保持不變。電壓調(diào)整的方法 無功補(bǔ)償容量計算n補(bǔ)償前： 221UQXPRUU 補(bǔ)償無功補(bǔ)償無功jQjQC C后：后：CCCUXQQPRUU221 因為補(bǔ)償前后線路始端電壓因為補(bǔ)償前后線路始端電壓U U1 1不變，則：不變，則：CCCUXQQPRUUQXPRU2222無功補(bǔ)償容量計算222UUXUQCCC222UkUXkUCC)(22222UQXPRUQXPRUUXUQCCCC忽略式中第二項，得：忽略式中第二項，得：并聯(lián)電容器補(bǔ)償容量選擇n對并聯(lián)電容器，按最大負(fù)荷時補(bǔ)償裝置全部投入，最小負(fù)荷時全部退出來選擇變壓器變比和補(bǔ)償容量。

15、)(max2max2max2UkUXkUQCCC)(0min2min2min2UkUXkUmin2min2UkUmin2min221UUUUkNt同步調(diào)相機(jī)補(bǔ)償容量選擇n對同步調(diào)相機(jī)，按最大負(fù)荷時過激滿額運行，最小負(fù)荷時欠激滿額運行來選擇變壓器變比和補(bǔ)償容量。 )(max2max2max2UkUXkUQCCC)(21min2min2min2UkUXkUQCCC)21(21max22min22max2max2min2min22CCCCNtUUUUUUUUkn4. 改變輸電線路參數(shù)調(diào)壓低壓電網(wǎng)中，常采用增大導(dǎo)線截面，改變線低壓電網(wǎng)中，常采用增大導(dǎo)線截面，改變線路電阻，減小電壓損耗。路電阻，減小電壓

16、損耗。高壓電網(wǎng)中，通常用串聯(lián)電容改變線路電抗，高壓電網(wǎng)中，通常用串聯(lián)電容改變線路電抗，以減小線路電壓損耗。以減小線路電壓損耗。電壓調(diào)整的方法改變輸電線路參數(shù)調(diào)壓未串電容時電壓損耗：未串電容時電壓損耗： 111UXQRPU線路串入電容后電壓損耗：線路串入電容后電壓損耗： 111UXXQRPUC改變輸電線路參數(shù)調(diào)壓11UXQUUC11QUUUXCCCCXUQPXIQ21212123電容器的容量：電容器的容量： 電力系統(tǒng)綜合調(diào)壓LLCGQPQKUFU,LLCGQPQRUQ負(fù)荷點電壓與調(diào)壓方式、負(fù)荷之間的關(guān)系：負(fù)荷點電壓與調(diào)壓方式、負(fù)荷之間的關(guān)系：U各中樞點電壓；各中樞點電壓；Q網(wǎng)絡(luò)中主干線上的無功功率；網(wǎng)絡(luò)中主干線上的無功功率；UG