第六章 電力系統(tǒng)無功與電壓調(diào)整

第六章電力系統(tǒng)的無功功率和電壓調(diào)整6.1

概述6.2

無功功率的平衡6.3

無功平衡與電壓水平6.4

電壓的調(diào)整控制1第六章電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整控制6.1概述（U、Q調(diào)控的必要性）26.1概述（U、Q調(diào)控的必要性）電壓是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一質(zhì)量合格的電壓應(yīng)該在四個(gè)方面都能滿足國標(biāo)供電電壓偏移電壓波動和閃變電網(wǎng)諧波三相對稱度3對用電設(shè)備：（1）效率下降，經(jīng)濟(jì)性變差。（2）電壓過高，照明設(shè)備壽命下降，影響絕緣。（3）電壓過低，異步電動機(jī)定子電流增大，溫升增加，電機(jī)發(fā)熱。（4）降低生產(chǎn)率，出廢品、次品電壓偏移過大的不利影響對電力系統(tǒng)本身：（1）電壓過低，危及系統(tǒng)穩(wěn)定性，系統(tǒng)電壓崩潰（2）電壓過高，破壞絕緣，高壓線路電暈現(xiàn)象圖

“電壓崩潰”現(xiàn)象

不可能使所有節(jié)點(diǎn)電壓都保持為額定值。（1）設(shè)備及線路壓降（2）負(fù)荷波動----P、Q（3）運(yùn)行方式改變----R、X電壓偏移可以避免嗎？

圖沿線路各點(diǎn)電壓的變化

電壓偏移的允許范圍8如何保證電壓偏移在允許范圍內(nèi)？？首先研究電力系統(tǒng)的電壓水平取決于什么？合理的無功功率平衡（配置）是保證電壓水平的關(guān)鍵9第六章電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整控制6.2無功功率的平衡10無功功率平衡

無功負(fù)荷與無功電源失去平衡時(shí)，

會引起系統(tǒng)電壓的升高或下降無功功率的平衡應(yīng)本著

分層、分區(qū)、就地平衡的原則

無功電源的無功輸出應(yīng)能滿足

系統(tǒng)負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)損耗在額定電壓下

對無功功率的需求1．無功功率負(fù)荷

一、需求側(cè)---無功功率負(fù)荷和無功功率損耗異步電動機(jī)是電力系統(tǒng)的主要無功負(fù)荷圖5-2異步電動機(jī)的簡化等值電路

jX

圖

異步電動機(jī)的無功功率與端電壓的關(guān)系

受載系數(shù):實(shí)際負(fù)載和額定負(fù)載之比.在額定電壓附近，電動機(jī)的無功功率隨電壓的升降而增減系統(tǒng)無功負(fù)荷的電壓特性主要由異步電動機(jī)決定

2．變壓器的無功損耗假定一臺變壓器的空載電流I0%=2.5，短路電壓VS%=10.5，在額定滿載下運(yùn)行時(shí)，無功功率的消耗將達(dá)額定容量的13%。如果從電源到用戶需要經(jīng)過好幾級變壓，則變壓器中無功功率損耗的數(shù)值是相當(dāng)可觀的。3．輸電線路的無功損耗圖5-4輸電線路的π型等值電路

線路的無功總損耗為一般情況下，35kV及以下系統(tǒng)消耗無功功率；110kV及以上系統(tǒng)，輕載或空載時(shí)，成為無功電源，傳輸功率較大時(shí)，消耗無功功率。二、無功功率電源側(cè)

發(fā)電機(jī)

同步調(diào)相機(jī)

靜電電容器

靜止無功補(bǔ)償器

靜止無功發(fā)生器

無功功率電源圖

發(fā)電機(jī)的P-Q極限

1.發(fā)電機(jī)唯一的有功功率電源，又是最基本的無功功率電源在欠勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)（欠勵(lì)磁最大容量只有過勵(lì)磁容量的（50%～65%）)，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。同步調(diào)相機(jī)相當(dāng)于只發(fā)無功的同步發(fā)電機(jī)。在過勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，它向系統(tǒng)供給感性無功功率而起無功電源的作用，能提高系統(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）的無功功率，進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。因而調(diào)節(jié)性能較好。2.同步調(diào)相機(jī)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；有功功率損耗較大，在滿負(fù)荷時(shí)約為額定容量的(1.5~5)%，容量越小，百分值越大；小容量的調(diào)相機(jī)每kVA容量的投資費(fèi)用也較大。故同步調(diào)相機(jī)宜大容量集中使用，容量小于5MVA的一般不裝設(shè)。同步調(diào)相機(jī)常安裝在樞紐變電所。靜電電容器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QC值與所在節(jié)點(diǎn)電壓的平方成正比，即

缺點(diǎn)：電容器的無功功率調(diào)節(jié)性能比較差。優(yōu)點(diǎn)：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投資費(fèi)用較小，運(yùn)行時(shí)功率損耗亦較小，維護(hù)也較方便。QC=U2/XC3.靜電電容器靜止補(bǔ)償器由靜電電容器與電抗器并聯(lián)組成

電容器可發(fā)出無功功率，電抗器可吸收無功功率，兩者結(jié)合起來，再配以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)裝置，就能夠平滑地改變輸出（或吸收）的無功功率。4.靜止補(bǔ)償器圖

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5.靜止無功發(fā)生器一種更為先進(jìn)的靜止型無功補(bǔ)償裝置SVG

主體是電壓源型逆變器適當(dāng)控制逆變器的輸出電壓，

就可以靈活地改變SVG地運(yùn)行工況，

使其處于容性、感性或零負(fù)荷狀態(tài)與SVC比較，SVG具有相應(yīng)快、運(yùn)行范圍寬、諧波電流含量少等優(yōu)點(diǎn)。尤其是電壓較低時(shí)仍可向系統(tǒng)注入較大的無功電流24三、無功功率平衡電力系統(tǒng)無功功率平衡的基本要求：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(fù)荷所需的無功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗。

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(bǔ)償裝置。

無功功率平衡

(1)系統(tǒng)電源的總無功出力QGC包括

發(fā)電機(jī)的無功功率QG∑

各種無功補(bǔ)償設(shè)備的無功功率QC∑，

QGC＝QG∑＋QG∑(2)總無功負(fù)荷QLD按其有功和功率因數(shù)計(jì)算

(3)網(wǎng)絡(luò)的總無功損耗QL包括

變壓器的無功損耗QLT∑

線路電抗的無功損耗ΔQL∑

線路電納的無功功率ΔQB∑

QL＝QLT∑＋ΔQL∑＋ΔQB∑

無功不足應(yīng)采取的措施

(1)要求各類用戶將負(fù)荷的功率因數(shù)提高到現(xiàn)行規(guī)程規(guī)定的數(shù)值。

(2)挖掘系統(tǒng)的無功潛力。例如將系統(tǒng)中暫時(shí)閑置的發(fā)電機(jī)改作調(diào)相機(jī)運(yùn)行；動員用戶的同步電動機(jī)過勵(lì)磁運(yùn)行等。

(3)根據(jù)無功平衡的需要，增添必要的無功補(bǔ)償容量，并按無功功率就地平衡的原則進(jìn)行補(bǔ)償容量的分配。小容量的、分散的無功補(bǔ)償可采用靜電容電器；大容量的、配置在系統(tǒng)中樞點(diǎn)的無功補(bǔ)償則宜采用同步調(diào)相機(jī)或靜止補(bǔ)償器。電力系統(tǒng)的無功功率平衡應(yīng)分別按正常運(yùn)行時(shí)的最大和最小負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)過無功功率平衡計(jì)算發(fā)現(xiàn)無功功率不足時(shí)，可以采取的措施有：27無功平衡是一個(gè)比有功平衡更復(fù)雜的問題

(1)要考慮總的、分區(qū)的無功平衡

(2)要計(jì)及超高壓線路充電功率、網(wǎng)損、

線路改造、投運(yùn)、新變壓器投運(yùn)

及各種大用戶對無功平衡的影響

一般無功按就地平衡的原則進(jìn)行補(bǔ)償容量的分配

(1)小容量、分散的無功補(bǔ)償可用靜電電容器

(2)大容量的配置在系統(tǒng)中樞點(diǎn)的無功補(bǔ)償則宜采用同步調(diào)相機(jī)或SVC無功功率平衡第六章電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整控制6.3無功平衡與電壓水平圖

隱極機(jī)等值電路和相量圖

QGC=QLD+QL無功功率平衡和電壓水平的關(guān)系

例:隱極機(jī)經(jīng)過一段線路向負(fù)荷供電

當(dāng)P為一定值時(shí)，得

應(yīng)該力求維持電壓在額定電壓實(shí)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；要求無功電壓充足異步電機(jī)無功電壓特性曲線發(fā)電機(jī)無功電壓特性曲線初始運(yùn)行點(diǎn)a（發(fā)電機(jī)特性曲線1，負(fù)荷特性曲線2）負(fù)荷增加時(shí)，運(yùn)行點(diǎn)到a’電壓降低第六章電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整控制6.4電壓的調(diào)整控制33一、電壓調(diào)整概念（中樞點(diǎn)的電壓管理）1.電壓中樞點(diǎn)

指那些能夠反映和控制整個(gè)系統(tǒng)電壓水平的節(jié)點(diǎn)（母線）。

2.電壓中樞點(diǎn)的選擇①區(qū)域性發(fā)電廠的高壓母線；②樞紐變電所的高壓母線和二次母線；③有大量地方負(fù)荷的發(fā)電機(jī)電壓母線；④城市直降變電所的二次母線。

34圖

電力系統(tǒng)的電壓中樞點(diǎn)

例：中樞點(diǎn)中樞點(diǎn)3.中樞點(diǎn)電壓的調(diào)整方式中樞點(diǎn)電壓調(diào)整方式一般分為三類：

逆調(diào)壓、順調(diào)壓和常調(diào)壓。①逆調(diào)壓最大負(fù)荷運(yùn)行方式時(shí)升高電壓，但中樞點(diǎn)的電壓不能超過線路額定電壓高5%；(U損耗大)

最小負(fù)荷運(yùn)行方式時(shí)降低電壓，但中樞點(diǎn)的電壓要不低于線路額定電壓UN。(U損耗小)

36③恒調(diào)壓

最大和最小負(fù)荷方式時(shí)保持中樞點(diǎn)電壓為線路額定電壓的1.02～1.05倍②順調(diào)壓最大負(fù)荷運(yùn)行方式時(shí)降低電壓，但中樞點(diǎn)的電壓不應(yīng)低于線路額定電壓的102.5%最小負(fù)荷運(yùn)行方式時(shí)升高電壓，但中樞點(diǎn)的電壓不應(yīng)高于線路額定電壓的107.5%37

圖

電壓調(diào)整原理圖

4.電壓調(diào)整的基本原理（1）調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流以改變發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓VG；（2）改變變壓器的變比k1、k2；（3）改變功率分布P+jQ（主要是Q），使電壓損耗△U變化；（4）改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)R+jX（主要是X），改變電壓損耗△U。電壓調(diào)整的措施：二、電壓調(diào)整的措施1.發(fā)電機(jī)調(diào)壓在直接用發(fā)電機(jī)母線供電的小型系統(tǒng)中，

改變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流可實(shí)現(xiàn)逆調(diào)壓，是一種最經(jīng)濟(jì)、最直接的調(diào)壓手段。在多級電壓供電系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)調(diào)壓只能作為一種輔助調(diào)壓措施。402.改變變壓器分接頭的調(diào)壓方法41⑴降壓變壓器分接頭的選擇

降壓變壓器而高壓繞組分接頭電壓低壓繞組額定電壓42①最大負(fù)荷時(shí)分接頭電壓的計(jì)算②最小負(fù)荷時(shí)分接頭電壓的計(jì)算應(yīng)用步驟：43③分接頭電壓的平均值計(jì)算

④標(biāo)準(zhǔn)分接頭電壓的選擇44⑤最大、最小負(fù)荷時(shí)變壓器低壓側(cè)實(shí)際運(yùn)行電壓的校驗(yàn)45⑵升壓變壓器分接頭的選擇兩點(diǎn)差異：①U2N取值(低壓側(cè))；②“－”號變“＋”號。P+jQ46（3）普通三繞組變壓器分接頭的選擇

以高壓側(cè)有電源的三繞組降壓變壓器討論

其分接頭電壓的選擇：①先選擇高壓側(cè)分接頭電壓；②再選擇低壓側(cè)分接頭電壓。47(4)有載調(diào)壓變壓器分接頭的選擇有載調(diào)壓變壓器可以在帶負(fù)荷的條件下切換分接頭而且調(diào)節(jié)范圍也比較大，一般在15%以上。目前我國暫定，110kV級的調(diào)壓變壓器有7個(gè)分接頭，即VN±3×2.5%；220kV級的有9個(gè)分接頭即VN±4×2.0%。采用有載調(diào)壓變壓器時(shí)，可以根據(jù)最大負(fù)荷算得的V1tmax值和最小負(fù)荷算得的V1tmin，分別選擇各自合適的分接頭。這樣就能縮小次級電壓的變化幅度，甚至改變電壓變化的趨勢。483.利用無功補(bǔ)償調(diào)壓49求出無功補(bǔ)償容量QC為:降壓變壓器的變比

50①無功補(bǔ)償裝置都可連接于需要進(jìn)行無功補(bǔ)償?shù)淖冸娝蛑绷鬏旊姄Q流站的母線上；②負(fù)荷密集的供電中心集中安裝大、中型無功補(bǔ)償設(shè)備；③配電網(wǎng)中，根據(jù)無功功率就地平衡的原則，安裝中、小型電容器組進(jìn)行就地補(bǔ)償。無功補(bǔ)償裝置與電力網(wǎng)的連接

51我國的電力技術(shù)導(dǎo)則規(guī)定：①330～550kV電網(wǎng)應(yīng)按無功分層就地平衡的基本要求配置高、低壓并聯(lián)電抗器。一般情況下，并聯(lián)電抗器的總?cè)萘繎?yīng)達(dá)到超高壓線路充電功率的90％以上。②較低電壓等級的配電網(wǎng)絡(luò)要配置必要的并聯(lián)電容補(bǔ)償。52電壓損耗計(jì)算公式

4.改變電力網(wǎng)參數(shù)調(diào)壓改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的常用方法①按允許電壓損耗選擇合適的地方網(wǎng)導(dǎo)線截面；②在不降低供電可靠性的前提下

改變電力系統(tǒng)的運(yùn)行方式；③在高壓電力網(wǎng)中串聯(lián)電容器補(bǔ)償。53（1）串聯(lián)電容器補(bǔ)償串聯(lián)電容