電力系統(tǒng)無功功率平衡和電壓調(diào)整課件

1、電力系統(tǒng)的無功功率平衡無功負(fù)荷和無功電源及其無功電壓特性無功功率平衡與電網(wǎng)電壓水平的關(guān)系電壓調(diào)整的基本概念允許電壓偏移中樞電壓管理電壓調(diào)整的措施調(diào)壓措施的應(yīng)用CH12 電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整無功功率負(fù)荷異步電動機等值電路因為異步電動機在電力系統(tǒng)負(fù)荷（特別是無功負(fù)荷）中占比重很大，系統(tǒng)無功負(fù)荷的電壓特性主要由異步電動機決定異步電動機的無功功率和有功功率異步電動機的無功電壓特性受載系數(shù)負(fù)載不變電壓降低無功損耗反而升高受飽和影響，勵磁功率稍高于二次曲線電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整無功功率負(fù)荷變壓器的無功損耗變壓器的無功損耗變壓器等值電路輸電線路的無功損耗

2、輸電線路的無功消耗輸電線路等值電路35kV線路充電功率很?。?10kV及以上線路輕載時為無功電源，重載時消耗無功功率。電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整無功功率電源發(fā)電機P-Q極限受額定勵磁電流限制，發(fā)電機電抗壓降限值，以O(shè)點為圓心，OC為半徑進相運行的穩(wěn)定約束和定子繞組端部溫升受定子額定電流限制，發(fā)電機電抗壓降限值，以A點為圓心，AC為半徑OC空載電勢OA機端電壓AC發(fā)電機電抗壓降，正比于視在功率；AD正比于機端有功功率AB正比于機端無功功率DC原動機輸入功率（額定有功功率）約束電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整無功功率電源旋轉(zhuǎn)元件，運行維護復(fù)雜；有功損耗較大，滿負(fù)荷時約為額定容量的1.5%5%

3、，容量越小，比例越大；小容量機組投資費用高（每kVA），僅利于集中大容量使用；響應(yīng)速度較慢，難以適應(yīng)動態(tài)無功控制的要求20世紀(jì)70年代后，逐漸為靜止無功補償器取代；同步調(diào)相機過勵磁運行，向電網(wǎng)輸出感性無功功率；欠勵磁運行，從電網(wǎng)吸收感性無功功率；欠勵磁最大容量為過勵磁容量的50%65%；可實現(xiàn)無功電壓連續(xù)調(diào)節(jié)；具有強勵功能，有利于提高穩(wěn)定性電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整無功功率電源靜電電容器輸出無功與節(jié)點電壓平方成正比，無功功率調(diào)節(jié)性能較差；裝設(shè)容量可達(dá)可小，既可集中安裝，亦可分散安裝；單位容量投資費用較小，與總?cè)萘繜o關(guān)；運行損耗約為額定容量的0.3%0.5%；無旋轉(zhuǎn)元件，運行維護方便；可根

4、據(jù)負(fù)荷變化，分組投切電容器，實現(xiàn)補償功率的分級調(diào)節(jié)（不連續(xù)）；目前廣泛低壓配網(wǎng)中廣泛采用的無功補償技術(shù)工程上遇到由于諧波引起的電容器損壞事故較為突出，值得關(guān)注電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整無功功率電源靜止無功補償器飽和電抗器型靜止補償器電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整無功功率電源靜止無功補償器晶閘管控制電抗器型靜止補償器TCR支路正負(fù)半周內(nèi)部分導(dǎo)通等值電感可連續(xù)調(diào)節(jié)有諧波電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整無功功率電源靜止無功補償器晶閘管投切電容器型靜止補償器TSC：整周波投切，不產(chǎn)生諧波分級調(diào)節(jié)快速響應(yīng)電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整無功功率電源靜止無功補償器靜止無功發(fā)生器（SVG：Stati

5、c Var Generator）與SVC相比，響應(yīng)速度更快，運行范圍更寬，諧波電流含量更少電壓較低時仍可向系統(tǒng)注入較大的無功電流儲能電容的容量遠(yuǎn)小于裝置無功容量電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整無功功率平衡風(fēng)電場無功功率平衡的基本概念風(fēng)電場無功電源容量等于風(fēng)電內(nèi)部無功損耗及傳輸線路無功損耗之和，并具有備用容量風(fēng)電場無功電源包括風(fēng)機無功功率和風(fēng)電場集中無功補償設(shè)備無功功率風(fēng)電場無功負(fù)荷總出力包括變壓器無功損耗、線路無功損耗及充電效應(yīng)無功功率就地平衡避免無功大容量遠(yuǎn)距離傳送電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整無功功率平衡無功功率平衡與電壓水平的關(guān)系P為一定值，Q(V)特性曲線為下開口拋物線；調(diào)節(jié)勵磁電流

6、，改變E可調(diào)整Q(V)特性系統(tǒng)無功電源輸出不足，運行電壓水平偏低；系統(tǒng)無功電源輸出過剩，運行電壓水平偏高；實現(xiàn)額定電壓水平下的無功功率平衡，據(jù)此配置無功電源設(shè)備電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整無功功率平衡無功功率平衡與電壓水平的關(guān)系-Ex12-2V2/kV103104105106107Q/Mvar28.1925.9123.5921.2118.79QLD-117.5417.8818.2218.5718.92QLD-226.3026.8227.3327.8628.39電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整電壓調(diào)整的基本概念電壓偏移過大的危害電壓偏低對系統(tǒng)和用戶的影響電動機輸出轉(zhuǎn)矩降低或定子電 流增大，失

7、速甚至停轉(zhuǎn)；電熱設(shè)備生產(chǎn)效率降低照明光線不足，影響人的視力網(wǎng)絡(luò)功率和能量損耗增加降低系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性電壓偏高對系統(tǒng)和用戶的影響電氣設(shè)備絕緣受損，壽命縮短超高壓網(wǎng)絡(luò)電暈損耗允許電壓偏移35kV及以上供電電壓：正、負(fù)偏移的絕對值之和不超過10%VN；上下偏移同號時，按較大偏移絕對值衡量10kV及以下三相供電電壓：7%VN220V單相供電電壓：+7% -10%VN中樞點的電壓管理中樞點的概念區(qū)域性水、火電廠高壓母線樞紐變電所的二次母線有大量地方負(fù)荷的發(fā)電機電壓母線電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整電壓調(diào)整的基本概念中樞點的電壓管理確定允許電壓運行范圍VA：(0.951.05)VN時間VOAVOA080

8、.040.991.098240.11.051.15VB：(0.951.05)VN時間VOBVOB0160.010.961.068240.030.981.08電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整電壓調(diào)整的基本概念中樞點的電壓管理調(diào)壓方式逆調(diào)壓大負(fù)荷時，線路電壓損耗大，提高中樞點電壓，使負(fù)荷點電壓不至太低；小負(fù)荷時，線路電壓損耗小，降低中樞點電壓，使負(fù)荷點電壓不至太高；考慮發(fā)電機電壓一定，大負(fù)荷時中樞點電壓會低一些，小負(fù)荷時則高一些，因此，逆調(diào)壓要求較高，較難實現(xiàn)；順調(diào)壓大負(fù)荷時，允許中樞點電壓低一些，但不低于線路額定電壓的102.5%；小負(fù)荷時，允許中樞點電壓高一些，但不高于線路額定電壓的107.5

9、%；恒調(diào)壓任何情況下，維持中樞點電壓大約恒定，一般較線路額定電壓高2%5%；電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整電壓調(diào)整的原理和措施電壓調(diào)整的基本原理調(diào)節(jié)勵磁電流改變VG適當(dāng)選擇變壓器變比k改變線路參數(shù)改變無功功率分布1:k1VGk2:1VbGR+jXP+jQ電壓調(diào)整的措施發(fā)電機調(diào)壓改變變壓器變比無功補償調(diào)壓采用靜電電容器采用同步調(diào)相機4%2%G4%2%3%1%10%5%8%3%6%2%110kV310kV380V多級變壓供電系統(tǒng)的電壓損耗分布與發(fā)電機調(diào)壓機端電壓允許偏移：5%VGN，可采用逆調(diào)壓；復(fù)雜電力系統(tǒng)中，發(fā)電機調(diào)壓一般作為輔助性調(diào)壓措施電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整電壓調(diào)整的原理和措施

10、改變變壓器變比調(diào)壓降壓變壓器分接頭選擇V1RT+jXTP+jQV2升壓變壓器分接頭選擇k:1V2RT+jXTP+jQV11:kG根據(jù)計算得到的分接頭電壓選擇最接近的變壓器分接頭額定電壓；電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整電壓調(diào)整的原理和措施改變變壓器變比調(diào)壓采用固定分接頭的變壓器調(diào)壓，電壓損耗不會改變，負(fù)荷變化時次級電壓變化幅度也不會改變；如果電壓損耗超過分接頭可調(diào)整范圍（5%），或者調(diào)壓要求與實際的相反（如逆調(diào)壓），采用普通變壓器的分接頭調(diào)整將無法滿足調(diào)壓要求；采用有載調(diào)壓方式，可根據(jù)負(fù)荷狀態(tài)確定合適分接頭，從而縮小次級電壓變化幅度，甚至改變電壓變化趨勢；可用于有載調(diào)壓的有：載調(diào)壓變壓器和加壓

11、調(diào)壓變壓器；有載調(diào)壓變壓器：可帶負(fù)載調(diào)節(jié)分接頭，分接頭調(diào)節(jié)范圍比較大；加壓調(diào)壓器：與主變壓器配合使用，相當(dāng)于有載調(diào)壓變壓器；電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整電壓調(diào)整的原理和措施利用無功補償調(diào)壓V1V2R+jXP+jQjQCV1k:1V2=V2cR+jXP+jQjQC補償容量與調(diào)壓要求和變壓器變比選擇均有關(guān)變比 k 選取原則：滿足調(diào)壓要求的前提下，使得無功補償容量最小低壓配電線路和電纜線路，RX，PR/V占電壓損耗較大，無功補償調(diào)壓效果一般；電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整電壓調(diào)整的原理和措施利用無功補償調(diào)壓靜電電容器最小負(fù)荷時，無電容器補償，確定變壓器分接頭位置；最大負(fù)荷時，全部電容器投入，按

12、調(diào)壓要求確定補償容量利用無功補償調(diào)壓同步調(diào)相機最小負(fù)荷時，調(diào)相機按(0.50.65)額定容量欠勵磁運行；最大負(fù)荷時，調(diào)相機按額定容量過勵磁運行V1k:1V2=V2cR+jXP+jQjQC電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整電壓調(diào)整的原理和措施線路串聯(lián)電容補償調(diào)壓V1V2R+jXP1+jQ1-jXC確定串聯(lián)電容器臺數(shù)及總?cè)萘縩mIC串聯(lián)電容器提升末端電壓：QX/V隨無功負(fù)荷增大而增大，與調(diào)壓要求一致；功率因數(shù)高或RX的線路，由于電壓損耗中QX/V分量小，調(diào)壓效果不明顯；電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整電壓調(diào)整的原理和措施各種調(diào)壓措施的簡要述評發(fā)電機調(diào)壓不需增加費用，是發(fā)電機直接供電的小系統(tǒng)的主要調(diào)壓

13、手段；多機系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)任一臺發(fā)電機勵磁電流，會引起發(fā)電機間無功功率重新分配，應(yīng)根據(jù)發(fā)電機與系統(tǒng)連接方式和承擔(dān)有功功率情況，合理確定調(diào)壓整定值；系統(tǒng)無功電源充足時，可通過改變變壓器變比進行調(diào)壓，電壓變化幅度較大或要求逆調(diào)壓時，宜采用變壓器有載調(diào)壓方式；系統(tǒng)無功不足時，不宜采用改變變壓器變比的方式調(diào)壓；并聯(lián)電容器和串聯(lián)電容器補償?shù)淖饔迷谟跍p少電壓損耗的QX/V分量；只有該分量占比重較大時，調(diào)壓效果才明顯；并聯(lián)電容補償和串聯(lián)電容補償需要增加設(shè)備費用，并聯(lián)補償可以減小網(wǎng)損；本章小結(jié)Huazhong University of Science and Technology電力系統(tǒng)各類無功負(fù)荷與無功電源，以及各自的無功電壓特性；系統(tǒng)無功功率平衡的基本原則：分層分區(qū)，就地平衡為什么無功功率不宜大量遠(yuǎn)距離傳送？無功功率平衡與電壓水平的關(guān)系系統(tǒng)電壓偏移的允許值與中樞點電壓的管理、以及電壓調(diào)整的