第六章 电力系统的无功功率和电压调整

1、第六章 电力系统的无功功率和电压调整2主要内容调压必要性和目标电压与无功功率的关系电力系统无功功率的平衡电压调整的措施3调压必要性和目标调压必要性和目标必要性所有的用电设备都是按运行在额定电压时效率为最高设计的，偏离额定电压必然导致效率下降，经济性变差；电压降低将使发电机定子电流增大，引起定子绕组过热损坏；由于系统无功短缺，电压水平低下，某些枢纽变电所母线电压在微小扰动下顷刻间大幅下降，引起电压崩溃，这是严重导致系统瓦解的灾难性事故。4调压必要性和目标调压必要性和目标 电压偏移：指线路始端或末端电压与线电压偏移：指线路始端或末端电压与线路额定电压的数值差。路额定电压的数值差。35kV35kV及

2、以上：及以上：-10%10%10kV10kV及以下：及以下：-7%7%电力系统调压的目的是保证系统中各负荷电力系统调压的目的是保证系统中各负荷点的电压在允许的偏移范围内。点的电压在允许的偏移范围内。？用什么来调压，怎么调压用什么来调压，怎么调压5无功功率和电压的关系无功功率和电压的关系一个是控制变量，一个是状态变量一个是控制变量，一个是状态变量节点电压有效值的大小对无功功率分布起决定作用1) 无功功率对电压水平有决定性影响6节点电压有效值的大小对无功功率分布起决定作用jjjiUQRPXjUQXPRUUcossinijiijjQXPXUUjUjUUUcossin ijijjUUUUPQUXX R

3、+jX Ui Uj P+jQ 超高压线路ijjUUQUX7无功功率对节点电压有效值起决定性影响jjjiUQRPXjUQXPRUU R+jX Ui Uj P+jQ 超高压线路ijjPRQXUUUijjQXUUU8无功功率对电压水平有决定性影响无功功率对电压水平有决定性影响 电力系统当中，各种用电设备吸收的无功功率与所加电压有关。 当系统出现无功功率缺额，系统所接的各负荷的电压将下降，减少其向系统吸收的无功功率，才能获得无功功率的平衡。 电压的控制也就是无功控制9电力系统无功功率的平衡无功功率负荷未经补偿的综合负荷的自然功率因数为0.60.9，以滞后功率因数运行，低值对应与异步电动机比例较高的负荷

4、，高值对应于采用大容量同步电动机的场合。负荷的无功功率的峰值与有功功率的不一定同时出现，其峰值出现在工业负荷最大的时刻，一般在白天。10无功功率负荷无功功率负荷 异步电动机在无功负荷中占的比重很大。异步电动机在无功负荷中占的比重很大。系统无功负荷的电压特性主要由异步电系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定。动机决定。 静态无功功率电压特性静态无功功率电压特性0.98Q1.0具有正的调具有正的调节效应节效应11无功功率损耗无功功率损耗 变压器的无功功率变压器的无功功率励磁支路的功率损耗：其百分值基本上等励磁支路的功率损耗：其百分值基本上等于空载电流于空载电流I I0 0的百分值，约为的百分值

5、，约为1%-2%。绕组漏抗中的功率损耗：在变压器满载时，绕组漏抗中的功率损耗：在变压器满载时，基本上等于短路电压基本上等于短路电压U Uk k的百分值，约为的百分值，约为10%10%。 20%100100kTNNIUSQSS12无功功率损耗无功功率损耗 线路上的无功功率损耗线路上的无功功率损耗并联电纳的无功功率损耗（充电功率），并联电纳的无功功率损耗（充电功率），与线路电压的平方成正比，为容性；与线路电压的平方成正比，为容性；串联电抗的无功功率，与负荷电流的平方串联电抗的无功功率，与负荷电流的平方成正比，为感性；成正比，为感性；输送的有功功率（输送的有功功率（ ）自然功率。）自然功率。 222

6、21112212LBPQUUQQXBU13无功功率电源无功功率电源 发电机发电机：基本的无功功率电源，可以通过调节发电机的励磁电流来改变发电机发出的无功功率，增加励磁电流，可以增加无功功率的输出；反之，减少无功功率输出。 调相机调相机：相当于空载运行的同步电动机励磁运行，提供感性无功；欠磁运行，吸取感性无功。14无功功率电源无功功率电源 并联电容器并联电容器：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。 静止补偿器和静止调相机静止补偿器和静止调相机：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。

7、15无功功率电源无功功率电源 并联电抗器并联电抗器 ：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。 16无功功率电源无功功率电源 电源的无功特性电源的无功特性DQDQDQGQUQGQ17无功功率的平衡无功功率的平衡v 无功功率的平衡无功功率的平衡 ：电源提供的无功功率：电源提供的无功功率= =发电机发电机+ +补偿设备补偿设备 补偿设备补偿设备= =调相机调相机C1+C1+并联电容器并联电容器C2+C2+静止补偿器静止补偿器C3C3 ：负荷消耗

8、的无功功率：负荷消耗的无功功率 ： 无功功率的损耗无功功率的损耗= =变压器变压器+ +线路电抗线路电抗+ +线线路电纳路电纳0GCLQQQGCQ123GCGCGCCCQQQQQQQLQQTXbQQQQ 18无功功率的平衡无功功率的平衡 为了控制电压在允许的范围内，必须保为了控制电压在允许的范围内，必须保证有充足的无功电源，在全网平衡的基证有充足的无功电源，在全网平衡的基础上，留有备用的容量。电力系统的无础上，留有备用的容量。电力系统的无功容量是有功容量的功容量是有功容量的1.51.7倍。倍。 无功功率平衡的原则无功功率平衡的原则 就地平衡就地平衡 分层平衡分层平衡19要求要求 无功电源要充足

9、无功电源要充足 无功电源的配置要合理无功电源的配置要合理 采用一定的调节措施便可实现电压调整采用一定的调节措施便可实现电压调整的目标的目标204. 4. 电压调整的措施电压调整的措施中枢点电压管理（电压控制的策略）中枢点电压管理（电压控制的策略）电压中枢点电压中枢点：指某些可反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电所的母线。 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。 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。 21中枢点电压管理中枢点电压管理中枢点电压调整：中枢点电压调整：寻求满足中枢点周围各点负荷电压质量的公共部分。

10、中枢点电压调整的确定：中枢点电压调整的确定：根据各负荷的日负荷曲线和对电压质量的要求，进行一系列潮流计算及电压控制方式等分析研究，才能最后确定这些中枢点的允许电压偏移上下限曲线。22中枢点电压管理中枢点电压管理中枢点的调压方式：中枢点的调压方式：逆调压逆调压 高峰负荷，升高中枢点电压高峰负荷，升高中枢点电压5%5%，为，为1.05U1.05UN N 低谷负荷，中枢点电压为额定值，为低谷负荷，中枢点电压为额定值，为U UN N 1)1) 适用于由该中枢点供电线路较长、负荷变适用于由该中枢点供电线路较长、负荷变化范围较大等场合。化范围较大等场合。23中枢点电压管理中枢点电压管理中枢点的调压方式：中

11、枢点的调压方式：顺调压顺调压 高峰负荷，中枢点电压不低于高峰负荷，中枢点电压不低于1.025U1.025UN N或或某值；某值； 低谷负荷，中枢点电压不高于低谷负荷，中枢点电压不高于1.075U1.075UN N或或某值；某值；2)2) 适用于用户对电压要求不高或线路较短、适用于用户对电压要求不高或线路较短、负荷变化不大等场合。负荷变化不大等场合。24中枢点电压管理中枢点电压管理中枢点的调压方式：中枢点的调压方式：常调压常调压 3)3) 高峰、低谷负荷，要求在任何负荷时中高峰、低谷负荷，要求在任何负荷时中枢点电压基本保持不变且略大于枢点电压基本保持不变且略大于U UN N，例，例如如1.025

12、UN或或1.021.05 UN间的某一值。间的某一值。25电压调整的基本原理1122GGbbPRQXU kU kUUUkk26电压调整的基本原理电压调整的基本原理调节励磁电流以改变发电机端电压调节励磁电流以改变发电机端电压适当选择变压器的变比适当选择变压器的变比改变线路参数改变线路参数无功功率补偿无功功率补偿 27电压调整的措施电压调整的措施应用发电机调节电压应用发电机调节电压发电机端电压有由自动励磁调节装置控制，可根据运行情况调节励磁电流来改变端电压；发电机端电压的调节受发电机无功功率极限的限制，当发电机输出的无功功率达到其上限或下限时，发电机就不能继续进行调压；由发电机直接供电的小系统，有

13、可能只依靠发电机调压满足各用户的电压要求。对于大系统，尤其是线路很长且多级电压的电力网，单靠发电机调压就无法满足系统中各点的电压要求，必须与其他调压方法相配合辅助性辅助性28改变变压器变比调压改变变压器变比调压 变压器分为两种：变压器分为两种： 普通变压器：普通变压器：分接头开关无消弧能力，只能分接头开关无消弧能力，只能在停电时切换，必须事先选择一个合适的分在停电时切换，必须事先选择一个合适的分接头；接头； 有载调压变压器：有载调压变压器： 具有调压绕组的有载调压变压器：能够带负载调具有调压绕组的有载调压变压器：能够带负载调节分接头，可随时根据需要调节变压器分接头以节分接头，可随时根据需要调节

14、变压器分接头以满足调压要求；满足调压要求； 带附加调压器的加压调压变压器。带附加调压器的加压调压变压器。29改变变压器变比调压改变变压器变比调压 普通变压器 宜选22.5% 10kV配变为5%； 有载调压变压器 63kV及以上宜选81.251.5% 35kV宜选32.5%30降压变压器（分接头的选择）2P+jQRT+jXT1()/TTTUPRQXU1122TtNUUUUU21 / () TUUUk12/ tNkUU31降压变压器（分接头的选择）降压变压器（分接头的选择） 最大负荷时高压绕组分接头电压为：最大负荷时高压绕组分接头电压为： 最小负荷时高压绕组分接头电压为：最小负荷时高压绕组分接头电

15、压为： 普通变压器最大、最小负荷下只能选用同一个普通变压器最大、最小负荷下只能选用同一个分接头：分接头：1 max1maxmax22max/ttNUUUUU1 min1minmin22min/ttNUUUUU11 max1 min/2tavttUUU32例例1.1.降压变压器如图所示，最大负荷时高降压变压器如图所示，最大负荷时高压侧电压为压侧电压为 110kV110kV，最小负荷时为，最小负荷时为 115kV115kV。要求低压母线上电压不超过要求低压母线上电压不超过 6 66.6kV 6.6kV 的的范围，试选择分接头。范围，试选择分接头。 ZT=2.44+j40U131.5MVA11022

16、.5%/6.6kVU2MVA6 j10MVA14j28minmaxSS33解解：由分接头范围由分接头范围2 22.5%2.5%可知为一普通可知为一普通变压器变压器1 1）首先求一次侧的功率）首先求一次侧的功率 2 2）根据一次侧的电压和功率求电压损耗）根据一次侧的电压和功率求电压损耗(MVA)44966j02741040j4421106106j10(MVA)239717j19762840j442110142814j28222minmin2min1222maxmax2max1.SSS.SSS)kV(4561. 2/)kV(8945. 6/min1min1min1minmax1max1max1ma

17、xUXQRPUUXQRPU343）计算分接头电压计算分接头电压，取最大负荷时的取最大负荷时的 U U2max2max=6.0 kV=6.0 kV，最小负荷时的，最小负荷时的 U U2min2min=6.6 kV=6.6 kV则则选最选最接近接近的分接头为的分接头为 110+2.5%110+2.5%110=112.75110=112.75（kVkV）)kV(5439.1126 . 66 . 64561. 2115)()kV(4161.11366 . 68945. 6110min22minmin1min1max22max1max1UUUUUUUUUUNtNmaXt)kV(98.1122/min1m

18、ax11tttUUU354 4）校验实际电压）校验实际电压 符合低压母线的要求符合低压母线的要求 6 66.66.6 kVkV )kV(5879. 675. 2116 . 64561. 2115)kV(0354. 675.1126 . 68945. 6110min2max2UU36升压变压器（分接头的选择）P+jQRT+jXT21()/TTTUPRQXU1122TtNUUUUU21 / () TUUUk12/ tNkUU37升压变压器（分接头的选择）升压变压器（分接头的选择） 最大负荷时高压绕组分接头电压为：最大负荷时高压绕组分接头电压为： 最小负荷时高压绕组分接头电压为：最小负荷时高压绕组分

19、接头电压为： 普通变压器最大、最小负荷下只能选用同一个普通变压器最大、最小负荷下只能选用同一个分接头：分接头：1 max1maxmax22max/ttNUUUUU1 min1minmin22min/ttNUUUUU11 max1 min/2tavttUUU38三绕组变压器三绕组变压器 分接头选定：分接头选定： 高压绕组分接头高压绕组分接头 中压绕组分接头中压绕组分接头 步骤：步骤： 根据电压母线的要求选定高压绕组分接头根据电压母线的要求选定高压绕组分接头 由选定高压绕组分接头和中压母线的要求选由选定高压绕组分接头和中压母线的要求选定中压绕组分接头定中压绕组分接头39例例2.2.三绕组变压器的额

20、定电压为三绕组变压器的额定电压为110/38.5/6.6kV110/38.5/6.6kV，高压绕组和中压绕组设，高压绕组和中压绕组设有分接头有分接头2 22.5%2.5%。中压母线和低压母线。中压母线和低压母线的最大负荷示于下图等值电路中，最小负的最大负荷示于下图等值电路中，最小负荷为最大负荷的一半。已知高压母线最大荷为最大负荷的一半。已知高压母线最大和最小负荷时的电压分别为和最小负荷时的电压分别为112kV112kV和和115kV115kV。要求最大和最小负荷时中压、低压母线的要求最大和最小负荷时中压、低压母线的允许电压偏差为允许电压偏差为0 07.5%7.5%。402.94+j654.42

21、j1.514.42+j37.70ISIISIIISMVA8 . 4j4 . 6maxIIISMVA8 . 4j4 . 6maxIIS41解：1）计算功率分布，有 (MVA)87494j41166(MVA)79149j846812(MVA)44992j20583(MVA)99944j2346(MVA)39802j20583(MVA)79204j42346minminminmaxmaxmaxminminminmaxmaxmaxminminminmaxmaxmax.SSS.SSS.SSS.SSS.SSS.SSS422）计算电压分布)MVA(1950. 5j4273. 6)MVA(1930.11j91

22、02.1265j94. 21107914. 98468.127914. 9j8468.12minminmin222maxmaxmaxSSSSSS)kV(8994.111)kV(1652.105112/651930.1194. 29102.12112minminmin0maxmaxmax0UUUUUU433）首先确定高压绕组的分接头，取最大负荷和最小负荷时低压母线要求的电压分别为 6kV 和 61.075=6.45（kV），则)kV(9474.110)kV(1030.103)kV(8051.111)kV(9640.104minmin0minmaxmax0maxminmin0minmaxmax0m

23、axUUUUUUUUUUUU)kV(5276.11345. 6/6 . 69474.110)kV(4133.1136/6 . 61030.103min1max1ttUUkVUUUttt4704.1132/min1max1144规格化后取 110+2.5%分接头，即 U1t=1101.025=112.7（kV） 校验高压侧电压： U1max=103.10306.6/112.75=6.0353（kV） U1min=110.94746.6/112.75=6.4945（kV） 符合要求 454）根据中压母线的要求确定中压绕组分接头根据中压母线的要求确定中压绕组分接头 中压母线要求的电压为最大负荷时中压

24、母线要求的电压为最大负荷时35 kV35 kV，最，最小负荷时小负荷时 351.075=37.625（kV） U2t=（U2t max+ U2t min）/2 = 37.7696（kV）因此，因此，规格化后取规格化后取38.5 2.5 %分接头，即分接头，即 U2t = 38.5（1 2.5%）= 37.5375（kV）。）。)kV(9430.378051.111/625.3775.112)kV(5962.379640.104/3575.112mint2maxt2UU46校验中压侧的电压校验中压侧的电压 U2max = 104.964037.5375/112.75 = 34.9453（kV）

25、U2min = 111.805137.5375/112.75 = 37.2229（kV） 可见最大负荷时略低于要求的可见最大负荷时略低于要求的35kV。如需完全。如需完全满足要求，需采用有载调压变压器根据不同负荷情满足要求，需采用有载调压变压器根据不同负荷情况选择不同的分接头。况选择不同的分接头。 47加压调压变压器加压调压变压器 组成：由电源变压器和串联变压器组成组成：由电源变压器和串联变压器组成 改变电压幅值称为纵向调压变压器改变电压幅值称为纵向调压变压器 改变电压相角称为横向调压变压器改变电压相角称为横向调压变压器1248作业1 试选择电压为11022.5%/11kV、容量为20MVA的

26、降压变压器的分接头，使变压器低压母线电压偏移不超过额定电压的2.5%7.5%。已知变电所电压母线的最大负荷为18MW、cos=0.8，最小负荷时为7MW、cos=0.7，已知变电所高压母线维持107.5kV恒定，变压器的短路电压为10.5%，短路损耗为163kW。49并联补偿调压并联补偿调压 合理配置无功功率补偿设备的目的：合理配置无功功率补偿设备的目的： 改变电力网的无功潮流分布改变电力网的无功潮流分布 减少网络中有功功率损耗和电压损耗减少网络中有功功率损耗和电压损耗 改善用户处的电压质量改善用户处的电压质量 应用无功功率补偿设备调节电压的主要方式：应用无功功率补偿设备调节电压的主要方式：

27、静电电容器静电电容器 同步调相机同步调相机 静止补偿器静止补偿器50补偿设备容量的计算122PRQXUUU122cccPRQQXUUU2222cccPRQQXPRQXUUUU设置补偿设备Ui保持不变51补偿设备容量的计算简化22222ccccUPRQXPRQXQUUXUU222cccUQUUX2222222ccccckUk UUQkUUkUXXk22/cckUU52（1 1）选用电容器）选用电容器 变压器的分接头应按最小负荷时电容器全部退变压器的分接头应按最小负荷时电容器全部退出运行的条件考虑。出运行的条件考虑。 选定选定 后，将其代入，再按最大负荷时的后，将其代入，再按最大负荷时的调压要求确

28、定应设置的电容器容量。调压要求确定应设置的电容器容量。 可充分利用电容器的容量，使在满足调压要求可充分利用电容器的容量，使在满足调压要求前提下，使用的电容器最少。前提下，使用的电容器最少。mintJU53（1）选用电容器22 max2max2 maxcCcUUQUkXk22min2minNtUUUU12tNUkU54（2 2）选用调相机）选用调相机 设调相机欠激运行时的容量为过激运行时的容量的二分之一； 在最大负荷时按过激容量运行； 在最小负荷时按欠激容量运行； 求出变比后选择分接头，按最大负荷时的调压要求就可确定应选用的调相机容量。55（2 2）选用调相机）选用调相机22 max2max2

29、maxcccUUQUkXk22 min2min2 min12cccUUQUkXk2 max2 min2min2 min2 max2max2ccccUkUUUkUU k56例例3.3.发电机维持端电压发电机维持端电压 U UG G=10.5kV =10.5kV 不变，不变，T1T1变比变比 k k1 1已选定，现用户要求实现恒调压，已选定，现用户要求实现恒调压，使使U U2 2 = 10.5kV = 10.5kV。L- jQCGU2S.5MVA7 j10MVA15j20min2max2SST1T2GD10.5/121kVk2 : 1GU2S2U10+j120- jQC57解：（1）求功率分布)M

30、VA(0499. 9j1291.10)MVA(1983.21j5165.20)MVA(5499. 1 j1291. 0)MVA(1983. 6j5165. 0minmin2minmaxmax2max22min2min22max2maxSSSSSSUZSSUZSSGGNN58（2）求电压分布kV1878.111kV2813.981211201983.21105165.201211215 .10/1215 .10minminmin2maxmaxmax2GGGGGGGGGUXQRPUUUXQRPUUkVU59（3 3）确定）确定T2T2的变比（采用电容器进行补偿）的变比（采用电容器进行补偿）选选最最

31、接近接近的分接头为的分接头为110+2110+22.5%2.5%，其对应的变，其对应的变比为比为110110（1+21+22.5%2.5%）/11=10.5/11=10.5 （4 4）求电容器的）求电容器的补偿容量补偿容量 取取Q QC C=11Mvar=11Mvar 5893.105 .10/1878.111/min2min22UUkMvar9962.101202813.985 .105 .105 .105 .10max2max22max22XUUkUkQCCC60（5）电压校验 最大负荷时，有 最小负荷时，有kV5962.105 .10/2603.111/k2603.11112112012

32、56. 8103483.20121MVA1256. 8j3483.20MVA1256. 4j3438. 0110111520120j102max2max2max2max2max222maxkUUVUSSSSGkV5983.105 .10/1878.111/2min2min2kUU基本符合要求基本符合要求61（6）确定T2的变比（采用同步调相机进行补偿）设 = 0.65， 有规格化，取最近的分接头为110+2.5%，其变比为1101.025/11=10.25。1051.102max22min2max2max2min2min22CCCCUUUUUUk62（7）求同步调相机的）求同步调相机的补偿容量

33、补偿容量 查手册选查手册选TT-66-11型同步调相机，容量为型同步调相机，容量为QN = 6Mvar。Mvar3747. 81202813.985 .1025.105 .1025.10max2max22min22XUUkUkQCCC63（8）校验电压 最大负荷时 最小负荷时kV308.1025.10/6578.105/kV6578.1051211207702.13103975.20121MVA7702.13j3975.20MVA7702. 4j3975. 011061520120j102max2max2max2max222maxkUUUSSCCCGkV7764.105 .10/4581.110/kV4581.1101211207806. 9101900.10121MVA7806. 9j1900.10MVA2806j1900. 0110665. 05 . 710120j102min2min2min2min222minkUUUSSCCCG64（9）若选择同步调相机的容量为15MVar 最大负荷时 最小负荷时kV257.1125.10/3857.115/kV3857.1151211209669. 310