電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整課件

第十二章

電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整112-1:電力系統(tǒng)的無功功率平衡12-2:電壓調(diào)整的基本概念12-3:電壓調(diào)整的措施12-4:調(diào)壓措施的應(yīng)用12.0目錄電力系統(tǒng)無功功率平衡無功功率平衡無功負荷與無功電源失去平衡時，會引起系統(tǒng)電壓的升高或下降。實現(xiàn)無功功率在額定電壓下的平衡是保證電壓質(zhì)量的基本條件。12.1電力系統(tǒng)無功功率平衡12.11.無功功率負荷和無功功率損耗2）變壓器的無功損耗△Q0：勵磁損耗，與V2成正比△QT：漏抗損耗，當S不變時，與V2成反比變壓器的無功損耗電壓特性與異步電動機類似電力系統(tǒng)無功功率平衡12.11.無功功率負荷和無功功率損耗3）線路的無功損耗△QL：線路電抗的無功功率△QB：充電無功功率35kV及以下輸電線的充電功率小，線路消耗無功功率110kV及以上輸電線，重載時是無功負載，輕載時能成為無功源電力系統(tǒng)無功功率平衡12.12.無功功率電源發(fā)電機同步調(diào)相機靜電電容器靜止無功補償器靜止無功發(fā)生器電力系統(tǒng)無功功率平衡12.12.無功功率電源1)發(fā)電機隱極機聯(lián)接在恒壓母線上可見，發(fā)電機只在額定電壓、電流和功率因數(shù)下運行（C點）才能達到額定視在功率，使容量得到最充分利用。降低功率因數(shù)運行時，無功受轉(zhuǎn)子電流限制。發(fā)電機一般以滯后功率因數(shù)運行，必要時可以減少勵磁電流在超前功率因數(shù)下運行，即進相運行，以吸收系統(tǒng)多余的無功功率。（系統(tǒng)低負荷運行時，線路電抗無功損耗明顯減少，線路充電功率大量剩余，引起系統(tǒng)電壓升高，發(fā)電機進相運行有利于調(diào)壓）旋轉(zhuǎn)元件，運行維護復雜；有功損耗較大，滿負荷時約為額定容量的1.5%~5%，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70年代后，逐漸為靜止無功補償器取代；2)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4)靜止無功補償器—飽和電抗器型靜止補償器4)靜止無功補償器—晶閘管控制電抗器型靜止補償器TCR支路正負半周內(nèi)部分導通等值電感可連續(xù)調(diào)節(jié)有諧波4)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)無功功率平衡12.13.無功功率平衡①無功功率平衡計算系統(tǒng)無功功率平衡關(guān)系式：QGC－QLD－QL＝Qres

QGC：電源供應(yīng)的無功功率之和QLD：無功負荷之和QL：網(wǎng)絡(luò)無功功率損耗之和Qres：無功功率備用Qres>0表示系統(tǒng)中無功功率可以平衡且有適量的備用Qres<0表示系統(tǒng)中無功功率不足，應(yīng)考慮加設(shè)無功補償裝置電力系統(tǒng)無功功率平衡12.13.無功功率平衡①無功功率平衡計算系統(tǒng)無功功率平衡關(guān)系式：QGC－QLD－QL＝Qres

系統(tǒng)電源的總無功出力QGC包括發(fā)電機的無功功率QG∑和各種無功補償設(shè)備的無功功率QC∑，即：QGC＝QG∑＋QG∑總無功負荷QLD按負荷的有功功率和功率因數(shù)計算。為減少網(wǎng)損，一般規(guī)定35kV及以上電壓等級直接供電的負荷的cosφ≥0.9，其它負荷的cosφ≥0.85總無功損耗QL包括變壓器的無功損耗QLT∑、線路電抗的無功損耗ΔQL∑和線路電納的無功功率ΔQB∑，即：QL＝QLT∑＋ΔQL∑＋ΔQB∑電力系統(tǒng)無功功率平衡12.13.無功功率平衡②無功功率平衡的基本要求無功電源的無功輸出應(yīng)能滿足系統(tǒng)負荷和網(wǎng)絡(luò)損耗在額定電壓下對無功功率的需求系統(tǒng)還必須配置一定的無功備用容量盡量避免通過電網(wǎng)元件大量的傳送無功功率，應(yīng)該分地區(qū)、分電壓級、就地進行無功功率平衡一般情況下按照正常最大和最小負荷的運行方式計算無功平衡，必要時還應(yīng)校驗?zāi)承┰O(shè)備檢修時或故障后運行方式下的無功功率平衡電力系統(tǒng)無功功率平衡12.14.無功功率與電壓的關(guān)系①無功功率對電壓水平有決定性的影響，是引起電壓損耗的重要因素在高壓網(wǎng)絡(luò)中，X>>R，當Q與P可比時，電壓降落的絕大部分為QX項，如果減少Q(mào)，則可以大大減少電壓損耗。無功功率的遠距離傳輸和就地平衡電力系統(tǒng)無功功率平衡12.14.無功功率與電壓的關(guān)系②節(jié)點電壓有效值的大小對無功功率分布起決定作用忽略R電力系統(tǒng)無功功率平衡12.14.無功功率與電壓的關(guān)系②節(jié)點電壓有效值的大小對無功功率分布起決定作用當P和E為定值時，Q與V的關(guān)系如右圖：由此可見，系統(tǒng)無功電源充足，可以滿足較高電壓水平下的無功功率平衡，無功不足，則運行電壓水平較低。節(jié)點電壓有效值的大小對于無功功率分布起決定作用。

電壓調(diào)整的基本概念電壓是電能質(zhì)量的重要指標之一。電壓質(zhì)量對電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟運行，對保證用戶安全生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量以及電氣設(shè)備的安全與壽命有重要的影響。因此電壓調(diào)整具有一定的重要性。12.2電壓調(diào)整的基本概念12.21.允許電壓偏移指標嚴格保證電壓經(jīng)濟上不可行，也沒有必要，允許的電壓偏移：35kV及以上：正負偏移的絕對值之和不超過額定電壓的10%10kV以下三相供電電壓：±7%低壓照明（220V單相供電）：+7%，-10%農(nóng)村電網(wǎng)：+15%，-10%（+10%，-15%）電壓調(diào)整的基本概念12.22.中樞點電壓管理2)中樞點電壓允許變化范圍確定

中樞點向兩個負荷點供電

SBmaxt/h

SSBminSAmax

SAmint/h

△Vt/h

VSABASBO電壓調(diào)整的基本概念12.22.中樞點電壓管理2)中樞點電壓允許變化范圍確定

中樞點向兩個負荷點供電

由圖可見，盡管A、B兩負荷點的電壓有10％的變化范圍，但是由于兩處負荷大小和變化規(guī)律不同，兩段線路的電壓損耗值及變化規(guī)律亦不相同。為同時滿足兩負荷點的電壓質(zhì)量要求，中樞點電壓的允許變化范圍就大大縮小，最大時為7％，最小時僅有1％電壓調(diào)整的基本概念12.22.中樞點電壓管理2)中樞點電壓允許變化范圍確定

中樞點向多個負荷點供電

一般選擇最高點和最低點來確定中樞點電壓即可。即地區(qū)負荷最大時，電壓最低的負荷點的允許電壓下限＋電壓損耗作為中樞點的最低電壓；地區(qū)負荷最小時，電壓最高的負荷點的允許電壓上限＋電壓損耗作為中樞點的最高電壓。電壓調(diào)整的基本概念12.22.中樞點電壓管理2)中樞點電壓允許變化范圍確定

中樞點為發(fā)電機母線

除了上述要求外，還應(yīng)受廠用電設(shè)備和發(fā)電機的最高允許電壓、保持系統(tǒng)穩(wěn)定的最低允許電壓的限制。電壓調(diào)整的基本概念12.22.中樞點電壓管理2)中樞點電壓允許變化范圍確定在任何時候，各個負荷點所要求的中樞點允許變化范圍應(yīng)有公共部分調(diào)整中樞點電壓，使其在公共部分的允許范圍內(nèi)變動，就可以滿足各負荷點的調(diào)壓要求，而不必在各負荷點再裝設(shè)調(diào)壓設(shè)備。并不是所有情況下都可以調(diào)壓中樞點電壓來滿足所有負荷節(jié)點的電壓要求，有時要采取附加措施，如在負荷點裝設(shè)調(diào)壓設(shè)備。電壓調(diào)整的基本概念12.22.中樞點電壓管理2)中樞點電壓允許變化范圍確定①弄清由中樞點調(diào)壓的各負荷節(jié)點的負荷的變化規(guī)律和電壓允許的范圍；②根據(jù)①，計算各負荷節(jié)點對中樞點電壓的要求；③各負荷對中樞點電壓要求的公共區(qū)域，即為中樞點電壓容許變化范圍，反過來說，只要中樞點電壓在這一范圍內(nèi)，即可以滿足各點的調(diào)壓要求

逆調(diào)壓模式

順調(diào)壓模式

恒調(diào)壓模式在高峰負荷時升高中樞點電壓（1.05VN），在低谷負荷時降低中樞點電壓（1.0VN，保持額定電壓）適用于：線路長，負荷變動大的場合若發(fā)電機電壓一定，則大負荷時，中樞點電壓下降，小負荷時，中樞點電壓稍高，與逆調(diào)壓相反，所以逆調(diào)壓往往難實現(xiàn)

逆調(diào)壓模式電壓調(diào)整的基本概念12.23.中樞點電壓調(diào)整方式

逆調(diào)壓模式

順調(diào)壓模式

恒調(diào)壓模式高峰負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％；低谷負荷時允許其電壓高一些，但不超過線路額定電壓的107.5％的調(diào)壓模式。適用于：某些供電距離較近，或者負荷變動不大的變電所

順調(diào)壓模式電壓調(diào)整的基本概念12.23.中樞點電壓調(diào)整方式

逆調(diào)壓模式

順調(diào)壓模式

恒調(diào)壓模式介于前面兩種調(diào)壓方式之間的調(diào)壓方式是恒調(diào)壓。任何負荷下中樞點電壓基本保持不變且略大于VN，一般較線路電壓高2%-5%。

恒調(diào)壓模式電壓調(diào)整的基本概念12.23.中樞點電壓調(diào)整方式式中k1和k2分別為升壓和降壓變壓器的變比，R和X分別為變壓器和線路的總電阻和總電抗電壓調(diào)整的基本概念12.23.電壓調(diào)整的基本原理R+jXP+jQ1:K1VbK2:1VG電壓調(diào)整的基本概念12.23.電壓調(diào)整的基本原理由公式可見，為了調(diào)整用戶端電壓Vb可以采取以下措施：（1）調(diào)節(jié)勵磁電流以改變發(fā)電機機端電壓VG（2）適當選擇變壓器的變比（3）改變線路的參數(shù)（4）改變無功功率的分布電壓調(diào)整的措施電壓調(diào)整措施

發(fā)電機調(diào)壓

改變變壓器變比調(diào)壓利用無功功率補償調(diào)壓線路串聯(lián)電容補償調(diào)壓12.3依靠自動勵磁裝置調(diào)節(jié)勵磁電流來改變端電壓對于不同類型的供電網(wǎng)絡(luò)，發(fā)電機調(diào)壓所起作用不同（1）由孤立的發(fā)電廠不經(jīng)升壓直接供電的小型電力網(wǎng)，改變發(fā)電機端電壓就可以滿足負荷點的電壓質(zhì)量要求（逆調(diào)壓），不必另外再增加調(diào)壓設(shè)備。（2）對于線路較長、供電范圍交大、有多級變壓的供電系統(tǒng)，發(fā)電機調(diào)壓主要是為了滿足近處地方負荷的電壓質(zhì)量要求（逆調(diào)壓）。電壓調(diào)整的措施12.31.發(fā)電機調(diào)壓對于不同類型的供電網(wǎng)絡(luò)，發(fā)電機調(diào)壓所起作用不同（3）對于由若干發(fā)電廠并列運行的電力系統(tǒng)，進行電壓調(diào)整的電廠需有相當充裕的無功容量儲備，一般不易滿足。另外調(diào)整個別發(fā)電廠的母線電壓，會引起無功功率重新分配，可能同無功功率的經(jīng)濟分配發(fā)生矛盾。所以在大型電力系統(tǒng)中發(fā)電機調(diào)壓一般只作為一種輔助性的調(diào)壓措施。電壓調(diào)整的措施12.31.發(fā)電機調(diào)壓改變變壓器變比可以升高或降低次級繞組的電壓。改變變壓器的變比調(diào)壓實際上就是根據(jù)調(diào)壓要求適當選擇分接頭12.3電壓調(diào)整的措施2.改變變壓器變比調(diào)壓（1）降壓變壓器分接頭的選擇（2）升壓變壓器分接頭的選擇調(diào)壓分接頭在高壓繞組，高壓/中壓繞組對應(yīng)額定電壓的分接頭為主接頭

6300kVA及以下3個分接頭±0.5%

8000kVA及以上5個分接頭±2×2.5%用于在系統(tǒng)無功充足時，解決各變電所的調(diào)壓問題△VT＝(PRT＋QXT)/V1V2＝(V1－△VT)/kk＝V1t/V2N

是變壓器的變比，即高壓繞組分接頭電壓V1t和低壓繞組額定電壓V2N之比，低壓側(cè)要求得到的電壓為V2。將k

代入上式，得高壓側(cè)分接頭電壓：

V1t＝(V1－△VT)*V2N/V2當變壓器通過不同的功率時，可以通過計算求出在不同負荷下為滿足低壓側(cè)調(diào)壓要求所應(yīng)選擇的高壓側(cè)分接頭電壓12.3電壓調(diào)整的措施2.改變變壓器變比調(diào)壓（1）降壓變壓器分接頭的選擇V2P+jQV1RT+jXTk:1普通的雙繞組變壓器的分接頭只能在停電的情況下改變，在正常的運行中無論負荷怎樣變化只能使用一個固定的分接頭。這樣可以計算最大負荷和最小負荷下所要求的分接頭電壓V1tmax＝(V1max－△Vtmax)V2N/V2maxV1tmin＝(V1min－△Vtmin)V2N/V2min然后求取它們的算術(shù)平均值，即V1t.av＝(V1tmax＋V1tmin)/2根據(jù)值可選擇一個與它最接近的分接頭。然后根據(jù)所選取的分接頭校驗最大負荷和最小負荷時低壓母線電壓上的實際電壓是否符合要求12.3電壓調(diào)整的措施2.改變變壓器變比調(diào)壓（1）降壓變壓器分接頭的選擇當考慮負荷變化時，分別求出最大和最小負荷時的抽頭選擇，然后取其算術(shù)平均值，再進行校驗是否滿足電壓要求，基本步驟如下：1)根據(jù)最大和最小負荷的運行情況，求出其一次側(cè)電壓V1max

和V1min，以及通過變壓器的負荷Pmax+jQmax和Pmin+jQmin，求取變壓器的電壓損耗△Vmax和△Vmin。12.3電壓調(diào)整的措施2.改變變壓器變比調(diào)壓（1）降壓變壓器分接頭的選擇4).選擇鄰近的接頭作為所選擇的接頭3).取其算術(shù)平均值12.3電壓調(diào)整的措施2.改變變壓器變比調(diào)壓（1）降壓變壓器分接頭的選擇2).套用公式計算最大負荷和最小負荷時的分接頭選擇5).套用低壓側(cè)電壓計算公式進行驗算與選擇降壓變壓器分接頭的方法基本相同12.3電壓調(diào)整的措施2.改變變壓器變比調(diào)壓（2）升壓變壓器分接頭的選擇由于升壓變壓器中功率方向是從低壓側(cè)送往高壓側(cè)的，故公式中△VT前的符號應(yīng)相反，即應(yīng)將電壓損耗和高壓側(cè)電壓相加。因而有：V1t＝(V1+△VT)*V2N/V2式中，V2為變壓器低壓側(cè)的實際電壓或給定電壓；V1為高壓側(cè)所要求的電壓注意：升壓變壓器和降壓變壓器繞組的額定電壓略有差別。V2P+jQV1RT+jXT1:k采用固定分接頭的變壓器進行調(diào)壓，不可能改變電壓損耗的數(shù)值，也不能改變負荷變化時次級電壓的變化幅度；通過對變比的適當選擇，只能把這一電壓變化幅度對于次級額定電壓的相對位置進行適當?shù)恼{(diào)整。如果計及變壓器電壓損耗在內(nèi)的總損耗，最大負荷和最小負荷時的電壓變化幅度超過了分接頭的可能調(diào)整范圍，或者調(diào)壓要求的變化趨勢與實際的相反，則此時要裝設(shè)帶負荷調(diào)壓的變壓器或采用其它調(diào)壓措施。12.3電壓調(diào)整的措施2.改變變壓器變比調(diào)壓（3）總結(jié)①將高低繞組看作雙繞組，確定高繞組分接頭②將高中繞組看作雙繞組，確定中繞組分接頭注意：功率分布12.3電壓調(diào)整的措施2.改變變壓器變比調(diào)壓（4）三繞組變壓器分接頭的選擇有載調(diào)壓變壓器：OLTC（On—LoadTap—Changer）變壓器無載調(diào)壓原理:無勵磁調(diào)壓是在變壓器一，二次側(cè)都脫離電源的情況下，變換高壓側(cè)分接頭來改變繞組匝數(shù)進行調(diào)壓的。變壓器有載調(diào)壓原理:有載調(diào)壓是有載分接開關(guān)，在保證不切斷負載電流的情況下，變換高壓繞組分接頭，來改變高壓匝數(shù)進行調(diào)壓的。12.3電壓調(diào)整的措施2.改變變壓器變比調(diào)壓（5）有載調(diào)壓變壓器（加壓調(diào)壓變壓器）系統(tǒng)無功不足時，不宜采用調(diào)整K的方法（某地區(qū)V上升后，所需Q上升，擴大無功缺額，全局效果不好），宜用補償法。無功功率的產(chǎn)生基本上不消耗能源，但是無功功率沿電力網(wǎng)傳送卻要引起有功功率損耗和電壓損耗。合理的配置無功功率補償容量，以改變電力網(wǎng)的無功潮流分布，可以減少網(wǎng)絡(luò)中的有功功率損耗和電壓損耗，從而改善用戶處的電壓質(zhì)量。12.3電壓調(diào)整的措施3.利用無功功率補償調(diào)壓并補：串補：減少Q(mào)減少X

第二項很小12.3電壓調(diào)整的措施3.利用無功功率補償調(diào)壓按調(diào)壓要求選擇補償量的基本原理V1和P+jQ給定12.3電壓調(diào)整的措施3.利用無功功率補償調(diào)壓按調(diào)壓要求選擇補償量的基本原理V1和P+jQ給定選擇補償容量的基本原則：在滿足各種運行方式下的調(diào)壓要求下，與其它調(diào)壓方式配合，使補償容量最小。有補償?shù)淖儔浩鬟x擇的基本原則：在滿足調(diào)壓的要求下，使補償容量最小補償容量與調(diào)壓要求和降壓變壓器的變比選擇均有關(guān)通常在大負荷時降壓變電所電壓偏低，小負荷時電壓偏高。電容器只能發(fā)出感性無功功率以提高電壓，但電壓過高時卻不能吸收感性無功功率來使電壓降低。為了充分利用補償容量，在最大負荷時電容器應(yīng)全部投入，在最小負荷時全部退出。12.3電壓調(diào)整的措施3.利用無功功率補償調(diào)壓(1)靜電電容器補償容量選擇①根據(jù)調(diào)壓要求，按最小負荷時沒有補償確定變壓器變比②按最大負荷時的調(diào)壓要求選擇補償容量③校驗實際電壓是否滿足要求12.3電壓調(diào)整的措施3.利用無功功率補償調(diào)壓(1)靜電電容器補償容量選擇調(diào)相機的特點是既能過勵磁運行，又能欠勵磁運行。如果調(diào)相機在最大負荷時按額定容量過勵磁運行，在最小負荷按（0.5～0.65）額定容量欠勵磁運行，那么，調(diào)相機的容量將得到最充分的利用。12.3電壓調(diào)整的措施3.利用無功功率補償調(diào)壓(2)同步調(diào)相機補償容量選擇12.3電壓調(diào)整的措施3.利用無功功率補償調(diào)壓(2)同步調(diào)相機補償容量選擇最大負荷時調(diào)相機發(fā)出全部感性無功，最小負荷時吸收感性無功()，有：注意：按計算的k選擇分接頭，再計算實際的k，然后計算實際的調(diào)相機容量QcN。（1）電壓損耗△V＝（PR＋QX）/V中包含兩個分量：一個是有功負荷及電阻產(chǎn)生的PR/V分量；另一個是無功負荷及電抗產(chǎn)生的QX/V分量。利用無功補償調(diào)壓的效果與網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)及負荷情況有關(guān)（2）在低壓電網(wǎng)中，△V中有功功率引起的PR/V分量所占的比重大。在高壓電網(wǎng)中，△V中無功功率引起