电力系统无功功率和电压调整

1、 电力系统分析电力系统分析1 电力系统无功功率和电压调整电力系统无功功率和电压调整 5.1 电压调整的一般概念电压调整的一般概念5.2 电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡5.3 电力系统中枢点的电压管理电力系统中枢点的电压管理5.4 电力系统的电压调整电力系统的电压调整5.5 频率调整与电压调整的关系频率调整与电压调整的关系 电力系统分析电力系统分析25.1.1 5.1.1 电压调整的必要性电压调整的必要性 电压偏移过大对电压偏移过大对电力系统本身电力系统本身及及用电设备用电设备会带来不良影响。会带来不良影响。（1 1）工作效率和寿命下降。白炽灯对电压变化最为敏感。）工作效率和寿命下

2、降。白炽灯对电压变化最为敏感。5.1 电压调整的一般概念电压调整的一般概念 电力系统分析电力系统分析3（2）电压过高电压过高，电气设备绝缘受损，变压器、电动机铁芯饱，电气设备绝缘受损，变压器、电动机铁芯饱和，铁芯损耗增大，温度升高，寿命缩短。和，铁芯损耗增大，温度升高，寿命缩短。（3）电压过低电压过低，异步电机转速下降，影响产品质量；电机电，异步电机转速下降，影响产品质量；电机电流增加，电机发热，效率降低。流增加，电机发热，效率降低。（4）电炉的有功功率与电压平方成正比电炉的有功功率与电压平方成正比，电压过低，增加冶，电压过低，增加冶炼时间，影响产量。炼时间，影响产量。5.1.1 电压调整的必

3、要性电压调整的必要性5.1 电压调整的一般概念电压调整的一般概念 电力系统分析电力系统分析45.1 电压调整的一般概念电压调整的一般概念系统无功功率不足，电压系统无功功率不足，电压水平低下时，某些枢纽变水平低下时，某些枢纽变电所母线电压在微小扰动电所母线电压在微小扰动下会迅速大幅度下降，产下会迅速大幅度下降，产生电压崩溃，从而导致电生电压崩溃，从而导致电厂之间失步，系统瓦解，厂之间失步，系统瓦解，大面积停电的灾难性事故大面积停电的灾难性事故。（5 5）系统电压降低，）系统电压降低，发电机发电机定子电流将因其功率角的增大定子电流将因其功率角的增大而增大。增大到额定值后，使发电机过热，不得不降低出

4、力。而增大。增大到额定值后，使发电机过热，不得不降低出力。（6 6）系统电压过低会使电网的）系统电压过低会使电网的电压损耗和功率损耗电压损耗和功率损耗增加，增加，影响系统的经济运行；过低的电压甚至严重影响电力系统的影响系统的经济运行；过低的电压甚至严重影响电力系统的稳定性。稳定性。“电压崩溃电压崩溃”现象现象 电力系统分析电力系统分析55.1.2 5.1.2 电力系统允许的电压偏移电力系统允许的电压偏移电力系统运行中，不可能也没有必要使所有节点电压或某电力系统运行中，不可能也没有必要使所有节点电压或某一节点电压都保持为额定值。一节点电压都保持为额定值。（1 1）设备及线路压降设备及线路压降，不

5、可能所有节点电压都保持额定值。，不可能所有节点电压都保持额定值。（2 2）负荷不断波动，导致压降不断变化。）负荷不断波动，导致压降不断变化。（3 3）运行方式改变（负荷变化，设备检修、故障退出，接）运行方式改变（负荷变化，设备检修、故障退出，接线方式的改变等），功率分布改变，从而电压改变。线方式的改变等），功率分布改变，从而电压改变。5.1 电压调整的一般概念电压调整的一般概念 电力系统分析电力系统分析6 图图5-1 5-1 沿线路各点电压的变化沿线路各点电压的变化 电力系统分析电力系统分析75.1.2 电力系统允许的电压偏移电力系统允许的电压偏移 电力系统一般规定电压偏移的最大允许范围。电力

6、系统一般规定电压偏移的最大允许范围。 我国规定的各类用户的允许电压偏移在正常状况下为我国规定的各类用户的允许电压偏移在正常状况下为 35kv及以上电压供电负荷及以上电压供电负荷: 5% 10kv及以下电压供电负荷及以下电压供电负荷: 7% 低压照明负荷低压照明负荷: +5%-10% 农村电网农村电网: +7.5%-10% 在事故情况下在事故情况下，允许再增加，允许再增加5%，但正偏移最大不能超过，但正偏移最大不能超过10%。5.1 电压调整的一般概念电压调整的一般概念 电力系统分析电力系统分析8第二节第二节 电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡 电压是衡量电压是衡量电能质量电能质量的重

7、要指标。的重要指标。 电力系统的电力系统的运行电压水平运行电压水平取决于取决于无功功率的平衡无功功率的平衡。系统中各种无功电源的无功出力应能满足系统负系统中各种无功电源的无功出力应能满足系统负荷和网络损耗荷和网络损耗在额定电压下在额定电压下对无功功率的需求，否对无功功率的需求，否则电压就会偏离额定值。则电压就会偏离额定值。 电力系统分析电力系统分析91无功功率负荷无功功率负荷 xixvqqqmmm22 5.2.1 无功功率负荷和无功功率损耗无功功率负荷和无功功率损耗异步电动机异步电动机图图5-2 5-2 异步电动机的简化等值电路异步电动机的简化等值电路 jx电压下降电压下降, ,转转差增大差增

8、大, ,定子定子电流增大。电流增大。 电力系统分析电力系统分析10 图图5-3 5-3 异步电动机的无功功率与端电压的关系异步电动机的无功功率与端电压的关系 受载系数受载系数: :实际负载和额定负载之比实际负载和额定负载之比. .结论：结论：在额定电压附在额定电压附近，电动机的无功功率近，电动机的无功功率随电压的升降而增减。随电压的升降而增减。1无功功率负荷无功功率负荷 异步电动机异步电动机 电力系统分析电力系统分析112变压器的无功损耗变压器的无功损耗220220100%100% vvssvsixvsbvqqqnnsntttlt u假定一台变压器的空载电流假定一台变压器的空载电流i0%=2.

9、5，短路电压，短路电压vs%=10.5，在额定满载下运行时，无功功率的消耗将达额定容量的在额定满载下运行时，无功功率的消耗将达额定容量的13%。如果从电源到用户需要经过好几级变压，则变压器中无功功如果从电源到用户需要经过好几级变压，则变压器中无功功率损耗的数值是相当可观的。率损耗的数值是相当可观的。2%100sntnvvxs02%100ntnisbv 电力系统分析电力系统分析123输电线路的无功损输电线路的无功损耗耗图图5-4 输电线路的输电线路的型等值电路型等值电路 电力系统分析电力系统分析13xvqpxvqpql222222212121 )(22221vvbqb 线路的无功总损耗为线路的无

10、功总损耗为bvvxvqpqqbl22221212121 一般情况下，一般情况下，35kv及以下系统消耗无功功率；及以下系统消耗无功功率；110kv及以上系统，轻载或空载时，成为无功电源，及以上系统，轻载或空载时，成为无功电源，传输功率较大时，消耗无功功率。传输功率较大时，消耗无功功率。3输电线路的无功损输电线路的无功损耗耗 电力系统分析电力系统分析145.2.2 无功功率电源无功功率电源电力系统的无功功率电源有电力系统的无功功率电源有发电机发电机、同步调相机同步调相机、静电电容器静电电容器及及静止补偿器静止补偿器，后三种装置又称为，后三种装置又称为无功补无功补偿装置偿装置。1. 发电机发电机发

11、电机在发电机在额定状态下额定状态下运行时，可发出无功功率运行时，可发出无功功率： ngnngngntgpsq sin 电力系统分析电力系统分析15发电机在发电机在非额定功率因数下非额定功率因数下运行时可能发出的无功功率。运行时可能发出的无功功率。图图5-5 5-5 发电机的发电机的p-qp-q极限极限 代表额定视在功率代表额定视在功率ac为为半径半径的圆的圆周周以以oc为半为半径的圆周径的圆周1. 发电机发电机 电力系统分析电力系统分析16（1）当发电机低于额定功率因数运行时当发电机低于额定功率因数运行时，能增加输出的无功功，能增加输出的无功功率，但发电机的视在功率因取决于励磁电流不超过额定值

12、的条件，率，但发电机的视在功率因取决于励磁电流不超过额定值的条件，将低于其额定值。将低于其额定值。图图5-5 5-5 发电机的发电机的p-qp-q极限极限 代表额定视在功率代表额定视在功率ac为为半径半径的圆的圆周周以以oc为半为半径的圆周径的圆周 电力系统分析电力系统分析17（2 2）当发电机高于额定功率因数运行时当发电机高于额定功率因数运行时，励磁电流不再是，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。限制条件，原动机的机械功率又成了限制条件。图图5-5 5-5 发电机的发电机的p-qp-q极限极限 代表额定视在功率代表额定视在功率ac为为半径半径的圆的圆周周以以oc为半为半径

13、的圆周径的圆周 电力系统分析电力系统分析18（3）发电机只有在额定电压、额定电流和额定功率因数（即）发电机只有在额定电压、额定电流和额定功率因数（即运行点运行点c）下运行时视在功率才能达到额定值，使其容量得到）下运行时视在功率才能达到额定值，使其容量得到最充分的利用。最充分的利用。图图5-5 5-5 发电机的发电机的p-qp-q极限极限 代表额定视在功率代表额定视在功率ac为为半径半径的圆的圆周周以以oc为半为半径的圆周径的圆周 电力系统分析电力系统分析192. 2. 同步调相机同步调相机同步调相机同步调相机相当于空载运行的同步电动机相当于空载运行的同步电动机。(1)(1)优点：优点：在在过励

14、磁过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率而起无功运行时，它向系统供给感性无功功率而起无功电源的作用，能提高系统电压；电源的作用，能提高系统电压；在在欠励磁欠励磁运行时（欠励磁最大容量只有过励磁容量的运行时（欠励磁最大容量只有过励磁容量的（50% 50% 65%65%）) )，它从系统吸取感性无功功率而起无功负，它从系统吸取感性无功功率而起无功负荷作用，可降低系统电压。荷作用，可降低系统电压。因而，它能根据装设地点电压的数值平滑改变输出（或因而，它能根据装设地点电压的数值平滑改变输出（或吸取）的无功功率，进行电压调节，吸取）的无功功率，进行电压调节，调节性能较好。调节性能较好。 电力系统分析电力

15、系统分析20(2)(2)缺点：缺点：同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂；同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂；有功功率损耗有功功率损耗较大，在满负荷时约为额定容量的较大，在满负荷时约为额定容量的(1.5-(1.5-5)%5)%，容量越小，百分值越大；，容量越小，百分值越大；小容量的调相机每小容量的调相机每kvakva容量的容量的投资费用投资费用较大。故同步调相较大。故同步调相机宜大容量集中使用，容量小于机宜大容量集中使用，容量小于5mva 的一般不装设。的一般不装设。同步调相机常安装在枢纽变电所。同步调相机常安装在枢纽变电所。2. 同步调相机同步调相机 电力系统分析电力系统分析21 静电

16、电容器可按静电电容器可按三角形三角形和和星形接法星形接法连接在变电所母线上。连接在变电所母线上。它供给的无功功率它供给的无功功率qc值与所在节点电压的平方成正比，即值与所在节点电压的平方成正比，即 缺点：缺点：电容器的无功功率调节性能比较差。电容器的无功功率调节性能比较差。 优点：优点：静电电容器的装设容量可大可小，既可集中使用，静电电容器的装设容量可大可小，既可集中使用，又可以分散安装。且电容器每单位容量的投资费用较小，运又可以分散安装。且电容器每单位容量的投资费用较小，运行时功率损耗亦较小，维护也较方便。行时功率损耗亦较小，维护也较方便。qc=v 2/xc3. 静电电容器静电电容器 电力系

17、统分析电力系统分析22静止补偿器由静止补偿器由静电电容器静电电容器与与电抗器电抗器并联组成。并联组成。电容器电容器可发出无功功率，可发出无功功率，电抗器电抗器可吸收无功功率，可吸收无功功率，两者结合起来，再配以适当的两者结合起来，再配以适当的调节装置调节装置，就能够平，就能够平滑地改变输出（或吸收）的无功功率。滑地改变输出（或吸收）的无功功率。4. 静止无功补偿器（静止无功补偿器（svc）svc仍然和电容一样，存在当系统电压越低时反仍然和电容一样，存在当系统电压越低时反而提供感性无功功率越少的特点。而提供感性无功功率越少的特点。 电力系统分析电力系统分析234. 静止无功补偿器（静止无功补偿器

18、（svc） 电力系统分析电力系统分析245.静止无功发生器（静止无功发生器（svg） svg的主体是一个电压源型逆变器，将电容上的直的主体是一个电压源型逆变器，将电容上的直流电压转变成为与系统电压同步的三相交流电压，逆流电压转变成为与系统电压同步的三相交流电压，逆变器的交流侧通过变压器或电抗器并入系统。变器的交流侧通过变压器或电抗器并入系统。控制逆变器的输出电压，可以灵活地改变控制逆变器的输出电压，可以灵活地改变svg的运的运行工况，使其处于容性负荷、感性负荷或零负荷。行工况，使其处于容性负荷、感性负荷或零负荷。 电力系统分析电力系统分析255.静止无功发生器（静止无功发生器（svg）svg的

19、优点的优点：响应速度快，运行范围宽，谐波电：响应速度快，运行范围宽，谐波电流含量少，尤其重要的是，电压较低时仍可向系流含量少，尤其重要的是，电压较低时仍可向系统注入较大的无功。统注入较大的无功。 电力系统分析电力系统分析265.2.3 无功功率平衡无功功率平衡电力系统无功功率平衡的基本要求电力系统无功功率平衡的基本要求：系统中的无功：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率和网络中的无功损耗。所需的无功功率和网络中的无功损耗。 blltlreslldgcqqqqqqqq qres0表示系统中无功功率可以平衡且有适量的表示

20、系统中无功功率可以平衡且有适量的备用；备用；qres0.95)或导线截面小的或导线截面小的线路，由于线路，由于pr/v分量的比重大，串联补偿的调压效分量的比重大，串联补偿的调压效果就很小。果就很小。 5.4.7 改变输电线路参数调压改变输电线路参数调压 电力系统分析电力系统分析72补偿度：补偿度：补偿所需的容抗值补偿所需的容抗值x xc c和被补偿线路原来的感抗值和被补偿线路原来的感抗值xl之比。之比。在配电网络中以调压为目的的串联电容补偿，其补偿度常在配电网络中以调压为目的的串联电容补偿，其补偿度常接近于接近于1或大于或大于1。kc=xc/xl5.4.7 改变输电线路参数调压改变输电线路参数

21、调压 电力系统分析电力系统分析73采用串联电容补偿的特殊问题：串联电容的过电压，采用串联电容补偿的特殊问题：串联电容的过电压，继电保护的复杂化，次同步谐振以及引起电压崩溃等。继电保护的复杂化，次同步谐振以及引起电压崩溃等。因此作为改善电压质量的措施，因此作为改善电压质量的措施，串联电容器只用于串联电容器只用于110kv以下电压等级、长度特别大或有冲击负荷的架空以下电压等级、长度特别大或有冲击负荷的架空分支线路上分支线路上。10kv及以下电压的架空线路，由于及以下电压的架空线路，由于rl/xl很大，所以使用串联电容补偿是不经济和不合理的。很大，所以使用串联电容补偿是不经济和不合理的。220kv以

22、上电压等级的远距离输电线路中采用串联电以上电压等级的远距离输电线路中采用串联电容补偿，其作用在于提高运行稳定性和输电能力。容补偿，其作用在于提高运行稳定性和输电能力。 5.4.7 改变输电线路参数调压改变输电线路参数调压 电力系统分析电力系统分析745.4.8 5.4.8 各种调压措施的比较各种调压措施的比较（1）发电机调压发电机调压 多机系统中，励磁调节引起机组间无功功率的改变，因多机系统中，励磁调节引起机组间无功功率的改变，因受发电机出口电压和无功出力的限制，以及无功功率的受发电机出口电压和无功出力的限制，以及无功功率的传输增加电压损耗和电能损耗，其作为辅助调压手段。传输增加电压损耗和电能

23、损耗，其作为辅助调压手段。（2 2）变压器分接头调压）变压器分接头调压 无功充足时，可以应用普通变压器、有载调压变压无功充足时，可以应用普通变压器、有载调压变压器、加压调压器。器、加压调压器。 无功不足时，不宜使用。无功不足时，不宜使用。 电力系统分析电力系统分析75（3 3）并联补偿和串联电容补偿。）并联补偿和串联电容补偿。 在在qx/vqx/v比较大的情况下，使用效果好比较大的情况下，使用效果好（4 4）对于）对于10kv10kv以下系统，电阻比重大，通过按允许以下系统，电阻比重大，通过按允许电压损耗来选择导线截面积解决电压问题。电压损耗来选择导线截面积解决电压问题。（5 5）超高压系统并

24、联电抗器调压。）超高压系统并联电抗器调压。5.4.8 5.4.8 各种调压措施的比较各种调压措施的比较 电力系统分析电力系统分析765.5 5.5 频率调整与电压调整的关系频率调整与电压调整的关系5.5.1 频率调整与电压调整的比较频率调整与电压调整的比较（1）全系统频率相同，频率统一性，电压局部性。）全系统频率相同，频率统一性，电压局部性。（2）从允许偏差看，允许的频率偏差比电压偏差要求）从允许偏差看，允许的频率偏差比电压偏差要求严格。严格。（3）有功电源（发电机）；无功电源（多种）。）有功电源（发电机）；无功电源（多种）。 电力系统分析电力系统分析77（4）无功功率电源不消耗一次能源，投资低。在考）无功功率电源不消耗一次能源，投资低。在考虑有功功率电源的配置和负荷分配时，经济性的虑有功功率电源的配置和负荷分配时，