电力系统分析第五章无功平衡和调压

1、讨论如何讨论如何保护用户电压质量保护用户电压质量的问题：的问题：有功功率有功功率-频率频率无功功率无功功率-电压电压电电 源源特特 点点能能 源源调控手段调控手段一一. . 电压偏移对用电设备的电压偏移对用电设备的影响影响正常情况下正常情况下（一般：（一般： ）%5%5%10:220kV%7:10kV%100:35kV二二. . 允许电压允许电压偏移量偏移量“电压崩溃电压崩溃”现象现象 一一. . 无功功率电源无功功率电源同步发电机、同步发电机、同步调相机、静电（并联）电容同步调相机、静电（并联）电容器、静止补偿器器、静止补偿器1. 1. 同步发电机同步发电机唯一的唯一的有功电源，有功电源，主

2、要的主要的无功电源。无功电源。某些情况的输电线路某些情况的输电线路110kV及以上线路在空载或轻载状况下NGNNGNGNtgPSQ sin发电机在正常运行状态下发出无功：发电机在正常运行状态下发出无功：发电机的发电机的额定无功出力额定无功出力发电机的发电机的额定视在功率额定视在功率发电机的发电机的额定有功出力额定有功出力发电机的发电机的功率因数角功率因数角确定发电机的确定发电机的运行极限图运行极限图：取决于定子电流，既取取决于定子电流，既取决于发电机的视在功率决于发电机的视在功率-弧弧BEBE取决于发电机的空载电势取决于发电机的空载电势-弧弧BFBF取决于它所配套的发电机的额定有功取决于它所配

3、套的发电机的额定有功 -直线直线BCBC迟相迟相运行区运行区进相进相运行区运行区（1 1），发电机的，发电机的视在功率因取决于励磁电视在功率因取决于励磁电流不超过额定值的条件，流不超过额定值的条件，将低于其额定值。将低于其额定值。（2 2），励磁电流不，励磁电流不再是限制条件，原动机的机械功率又成了限制条件。再是限制条件，原动机的机械功率又成了限制条件。（3 3）发电机只有在额定电压、额定电流和额定功率）发电机只有在额定电压、额定电流和额定功率因数（即运行点因数（即运行点B B）下运行时视在功率才能达到额定）下运行时视在功率才能达到额定值，使其值，使其。 当系统无功不足时，可当系统无功不足时，

4、可让发电机低于额定功率因数让发电机低于额定功率因数运行，牺牲少量有功多发无运行，牺牲少量有功多发无功功率以满足系统要求。功功率以满足系统要求。2. 2. 同步调相机同步调相机 -空载的同步电动机空载的同步电动机可直接装设在用户附近，减少输送过程中的损耗；可直接装设在用户附近，减少输送过程中的损耗；改变其励磁，可以改变其励磁，可以平滑地调节平滑地调节无功功率输出；无功功率输出；是旋转电机，有功损耗大。是旋转电机，有功损耗大。过激运行过激运行，发出无功；，发出无功；欠激运行欠激运行，消耗无功。，消耗无功。2020世纪世纪7070年代以来已逐步被静止补偿器取代。年代以来已逐步被静止补偿器取代。3.

5、3. 并联电容器并联电容器ccXUQ/24. 4. 静止补偿器静止补偿器二二. . 电力系统的无功负荷和无功损耗电力系统的无功负荷和无功损耗2. 2. 无功损耗无功损耗1. 1. 无功负荷无功负荷三三. . 电力系统的无功平衡电力系统的无功平衡：系统中的无功电源可以发出的无：系统中的无功电源可以发出的无功功率应该大于或至少等于负荷所需的无功功功率应该大于或至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗。功率和网络中的无功损耗。QQQLDGCCGGCQQQ其中，其中，所有发电机发出所有发电机发出的无功功率的无功功率所有无功补偿装置发所有无功补偿装置发出的无功功率出的无功功率二二. . 中枢点电压范

6、围的确定中枢点电压范围的确定能反映电力系统电压水平的主要发电厂和能反映电力系统电压水平的主要发电厂和变电站母线。变电站母线。定义：定义：以点带面以点带面：系统通过调控中枢点电压来调控整：系统通过调控中枢点电压来调控整个系统用户电压。个系统用户电压。一一. . 电压中枢点电压中枢点-根据中枢点电压控制曲线确定根据中枢点电压控制曲线确定 中枢点至各负荷点在最中枢点至各负荷点在最大最小负荷时电压损耗之大最小负荷时电压损耗之差不能大于负荷点允许上差不能大于负荷点允许上下限电压之差，所以如能下限电压之差，所以如能控制住这些点的电压偏移控制住这些点的电压偏移就能控制系统中大部分负就能控制系统中大部分负荷的

7、电压偏移。荷的电压偏移。三三. . 中枢点的调压方式中枢点的调压方式1.1. 逆调压逆调压2.2. 顺调压顺调压3.3. 恒（常）调压恒（常）调压-线路长、负荷变动大线路长、负荷变动大-线路短、负荷变动小线路短、负荷变动小:maxS:minS中枢U至至1.05ULN至至ULN中枢U:maxS:minS中枢U至不小于至不小于1.025ULN至不大于至不大于1.075ULN中枢U:maxS:minSconstUULN ）（中中枢枢05. 102. 1通常取通常取1.025ULN四四. . 电压调整的基本原理电压调整的基本原理（归算至高压侧）（归算至高压侧）（用户侧要（用户侧要求电压）求电压）（用户

8、侧取（用户侧取用功率）用功率）有：有：2121/ )(kUQXPRkUkUkUULNGGD 则调整用户电压的则调整用户电压的措施措施包括：包括：调整发电机的励磁电流调整发电机的励磁电流-调机端电压调机端电压；改变变压器的变比改变变压器的变比-选分接头选分接头；改变系统无功分布改变系统无功分布-借助借助无功补偿装置无功补偿装置；改变系统参数改变系统参数。一一. . 发电机调压发电机调压二二. . 改变变压器变比改变变压器变比变压器分类：变压器分类： 普通变（无载调压变）、普通变（无载调压变）、有载变有载变: :根据低压侧调压要求，根据低压侧调压要求，选择高压侧分接头选择高压侧分接头。：只有当系统

9、无功功率电源容量充足时，用改变：只有当系统无功功率电源容量充足时，用改变变压器变比调压才能奏效。变压器变比调压才能奏效。: :归算至高压侧的电压用大写归算至高压侧的电压用大写U 表示，归表示，归 算至低压侧的电压用小写算至低压侧的电压用小写u 表示；高压表示；高压 侧用下标侧用下标1 1表示，低压侧用下标表示，低压侧用下标2 2表示。表示。1. 1. 降压变降压变NftuUk21 设变压器高压侧实设变压器高压侧实际分接头电压际分接头电压 ，则有，则有fU1tTkUUu 12fNTUuUU121)( : :根据低压侧调压要求，根据低压侧调压要求，选择高压侧分接头选择高压侧分接头。-实际变比实际变

10、比NTfuuUUU2211 :maxSNTfuuUUU2max2maxmax1max1 则系统在不同运行方式下：则系统在不同运行方式下：NTfuuUUU2min2minmin1min1 :minS讨论讨论不同类型的变压器：不同类型的变压器： 有载调压变：有载调压变： 时，将分接头打在与时，将分接头打在与 最接近的位置；最接近的位置； 时，将分接头打在与时，将分接头打在与 最接近的位置；最接近的位置；maxSminSmax1 fUmin1 fU 无载调无载调压变（普通变）：压变（普通变）：计算计算 ，)(21min1max11fffavUUU NftuUk21 选选 选择与选择与 最接近的最接近

11、的favU1分接头，则实际变比为：分接头，则实际变比为：注意：注意：一定要检验一定要检验所选分接头在两种运行所选分接头在两种运行状态下是否能使变压器低压侧满足电压要求。状态下是否能使变压器低压侧满足电压要求。选选fNTUuUUu12maxmax1max2)( :maxS:minS选选fNTUuUUu12minmin1min2)( 是否满足要求；是否满足要求；是否满足要求。是否满足要求。若不满足，考虑改为有载变或增加其他无若不满足，考虑改为有载变或增加其他无功补偿方式。功补偿方式。例题例题: :选择升压变压器分接头的方法与选择降压变压器的基本相同2. 2. 升压变升压变tTkUUu/ )(12

12、fNTUuUU121)( NTfuuUUU2211 :maxSNTfuuUUU2max2maxmax1max1 NTfuuUUU2min2minmin1min1 :minS后面同降压式，对普通变要记得校验。后面同降压式，对普通变要记得校验。: :按照用户侧调压要求，按照用户侧调压要求，选择选择无功补偿装无功补偿装 置的置的容量容量Qb（及变压器变比）。（及变压器变比）。三三. . 改变无功功率分布调压改变无功功率分布调压：（超）：（超）高压网络，效果显著高压网络，效果显著（归算至高压侧）（归算至高压侧）（用户所需功率）（用户所需功率）（无功补偿容量）（无功补偿容量）1:k)(2CU)(22Cu

13、u电源电压电源电压（恒定）（恒定） NfuUk21 其中，实际变比其中，实际变比约定：下标带约定：下标带c c的是无功的是无功补偿过后的参量。补偿过后的参量。问题：问题：将用户侧电压由将用户侧电压由 后，所需无功补偿装置后，所需无功补偿装置容量容量 补偿前：补偿前：补偿后：补偿后：（归算至高压侧）（归算至高压侧）1:k)(2CU)(22Cuu电源电压电源电压（恒定）（恒定） CUU22? bQ22221UXQRPUU CbCUXQQRPUU22221)( )()(222222222UXQRPUXQRPUUXUQCCCb =0 )(222UUXUQCCb )(222UUXUQCCb kuUcC

14、222222)(kkUuXuQCCb 计及计及得得分析：补偿容量取决于分析：补偿容量取决于用户侧的调压要求用户侧的调压要求Cu2变压器的变比变压器的变比变比变比k k的选取原则的选取原则：满足用户调压要求的：满足用户调压要求的同时，使同时，使QbQb尽可能的小（与无功补偿装置尽可能的小（与无功补偿装置类型有关）。类型有关）。l静电电容器（并补）静电电容器（并补）运行特点：运行特点： 时，全投；时，全投； 时，全切。时，全切。 时，根据变压器低压侧调压要求选择时，根据变压器低压侧调压要求选择k已知：已知： 为为 时用户侧电压；时用户侧电压； 为其归算至高压侧的值。为其归算至高压侧的值。选择与选择

15、与 最接近的分接头电压，并最接近的分接头电压，并确定变比确定变比maxSminSminSminSmin2Umin2uNfuUuUk21min2min2 NfuuUU2min2min21 fU1NfuUk21 选选 时，按照调压要求确定时，按照调压要求确定QbQb：查产品目录，选大于查产品目录，选大于QbQb且与其最接近电容器。且与其最接近电容器。根据所选根据所选 、 校验校验 和和 时低压侧时低压侧电压是否满足要求。电压是否满足要求。maxS2max2max2max2)(kkUuXuQCCb kbQmaxSminSl同步调相机同步调相机运行特点：运行特点： 时，以额定容量过激运行发出无功；时，

16、以额定容量过激运行发出无功； 时，以（时，以（0.5-0.65)0.5-0.65)倍额定容量欠激运倍额定容量欠激运 行吸收无功。行吸收无功。maxSminS2max2max2max2)(kkUuXuQCCb :maxS:minS2min2min2min2)()65. 05 . 0(kkUuXuQCCb NfCCCCuUuuUuUuk212min22max2min2min2max2max2 NCCCCfuuuUuUuU22min22max2min2min2max2max21 选与选与 最接近的分接头电压最接近的分接头电压 并确定并确定 ，代入（代入（* *）式求得）式求得 ，最后做校验。，最后做校验。令其等于令其等于 fU1选选fU1kbQ（* *）l串联电容器调压（串补）串联电容器调压（串补）-改变系统参数改变系统参数111UXQRPU 111)(UXXQRPUCC 串补前：串补前：串补后：串补后： 11/UXQUUCC 11)(QUUUXCC CCCXIQ2max3 用户电压升高用户电压升高 （容抗）（容抗） 电容器容量：电容器容量： 补偿度：补偿度： LCCXXK （1 1）减小相同的电压损耗，所需串补的容量只是并）减小相同的电压损耗，所需串补的容量只是并补容量