电力系统的无功功率和电压调整.pdf

1 第六章 电力系统的无功功率和电压调整 本章重点： 1. 电力系统无功电源、无功负荷和无功损耗；无功功率平衡方程式。 2. 电力系统无功电源分布的目标函数、约束条件和等网损微增率准则。 3. 电力系统无功负荷最优补偿的目标函数和最优网损微增率准则。 4. 电力系统中枢点电压调整的目的、原理、调压方式和中枢点的选择。 5. 电力系统常用的调压措施。 6. 通过调整变压器变比及并联补偿调压的原理、计算方法及特点。 6-1 电力系统总无功功率的平衡 一、 无功功率负荷和无功功率损耗 无功负荷：绝大部分是异步电动机 无功损耗：1. 变压器 ；2. 输电线路。 变压器中的无功功率损耗分为两部分，即励磁支路损耗和绕组漏抗中损耗。 其中，励磁支路损耗的百分值基本上等于空载电流 0 I 的百分值，约为%2%1； 绕组漏抗中损耗， 在变压器满载时， 基本上等于短路电压 k U 的百分值， 约为%10。 因此， 对一台变压器或一级变压器的网络而言， 变压器中的无功功率损耗并不大， 满载时约为它额定容量的百分之十几。 但对多级电压网络，变压器中的无功功率 损耗就相当可观。 电力线路上的无功功率损耗也分为两部分， 即并联导纳和串联电抗中的无功 功率损耗。并联电纳中的这种损耗又称充电功率，与线路电压的平方成正比，呈 容性。串联电抗中的损耗与负荷电流的平方成正比，呈感性。因此，线路作为电 力系统中的一个元件究竟消耗容性或感性无功功率就不能肯定。 但可作一大致估 计： 当通过线路输送的有功功率大于自然功率（所谓自然功率是指负荷阻抗为波 阻抗时该负荷所消耗的功率）时，线路将消耗感性无功功率；当通过线路输送的 有功功率小于自然功率时，线路将消耗容性无功功率。 二、电网中的无功电源 1. 发电机 同步发电机既是有功功率电源，又是最基本的无功功率电源。 2电容器和调相机 并联电容器只能向系统供应感性无功功率。特点有：电容器所供应的感性无 功与其端电压的平方成正比，电容器分组投切，非连续可调。 调相机实质上是只能发出无功功率的发电机。 3静止补偿器和静止调相机 静止补偿器和静止调相机是分别与电容器和调相机相对应而又同属 “灵活交 流输电系统” 范畴的两种无功功率电源。 4并联电抗器 就感性无功功率而言， 并联电抗器显然不是电源而是负荷，但在某些电力系 统中的确装有这种设备， 用以吸取轻载或空载线路过剩的感性无功功率。而对高 2 压远距离输电线路而言，它还有提高输送能力，降低过电压等作用。 无功调度原则，无功就地平衡，分层平衡。 63 电力系统的电压调整 一、调整电压的必要性 电力系统的电压和频率一样也需要经常调整。 由于电压偏移过大时，会影响 工农业生产产品的质量和产量，损坏设备，甚至引起系统性的“电压崩溃” ，造 成大面积停电。 系统电压降低时， 发电机的定子电流将因其功率角的增大而增大。如这时电 流原已达额定值，则电压降低后，将使其超过额定值。当系统电压降低时，各类 负荷中占比重最大的异步电动机的转差率增大， 从而，电动机各绕组中的电流将 增大，温升将增加，效率将降低，寿命将缩短。照明负荷，尤其是白炽灯，对电 压变化的反应最灵敏。电压过高，白炽灯的寿命将大为缩短；电压过低，亮度和 发光效率又要大幅下降。 二、中枢点电压管理 由于电力系统结构复杂，负荷很多，如对每个用电设备电压都进行监视和调 整，不仅没可能，而且也没必要。系统电压的监视和调整可以通过监视、调整电 压中枢点的电压而实现。 所谓电压中枢点系指某些可反映系统电压水平的主要发 电厂或枢纽变电所母线。 因很多负荷都由这些中枢点供电，如能控制住这些点的 电压偏移，也就控制住了系统中大部分负荷的电压偏移。于是，电力系统的电压 调整问题也就转化为保证各电压中枢点的电压偏移不越出给定范围的问题。 方式： 1）逆调压 高峰负荷下，升高中枢点电压%5； 低谷负荷下，中枢点电压为额定值。 2）顺调压 高峰负荷下，中枢点电压不低于%5 .102或某值； 低谷负荷下，中枢点电压为不高于某值。 3）常调压 高峰、低谷负荷下，中枢点电压保持在一个基本不变的值。 三、电压调整的基本原理 G V 1 :1 k1: 2 k jQP b V 如上图 2 1 2 1 k V QXPR kV k UkV V b G G b 3 所以调压措施有： 1）改变发电机电压； 2）无功功率补偿； 3）改变变压器变比； 4）改变线路参数。 四、借改变发电机端电压调压 如上图，设各部分网络最大、最小负荷时的电压损耗分别如图所示。则最大 负荷时，由发电机至最远负荷处的总电压损耗为%20，最小负荷时为%8，即变 动范围为%12。如果采用逆调压，最大负荷时升高至 N U%105,最小负荷下降为 N U ；如果变压器的变比1 . 11 1 NN UUUUk，即一次侧电压为线路额定电 压时，二次侧的空载电压较线路额定电压高%10，则全网的电压分布如图)(b所 示。由图可见，这种情况下，最远负荷处的电压偏移最大负荷时为%5，最小 负荷时为%2，即都在一般负荷要求的%5范围内。 但当发电机经多级电压向负荷供电时， 仅借发电机调压往往不能满足负荷对 电压质量的要求。 五、借改变变压器变比调压 双绕组变压器的高压绕组和三绕组变压器的高、 中压绕组往往有若干分接头 可供选择，例如，可有%5 N U或%5 . 22 N U，即可有三个或五个分接头供选 择，所以合理地选择变压器地分接头也可调压。如下图： 4 T Z i U i U j U j U j U 1 :k 如上图，为一降压变压器 k U k UU U j ii j jN t U U k jN j ii t U U UU U )( 上式中 i U 高压侧母线电压； i U变压器中的电压损耗； jN U低压侧的额定电压； j U低压侧要求的实际电压； t U 应选择的高压侧分接头电压； 最大负荷下： jN j ii t U U UU U max maxmax max )( 如果变压器为无载调压变压器， （分接头不能