华北电力大学 电力系统分析基础 第06章 电力系统的无功功率与电压调整

DepartmentofElectricalEngineeringPowerSystemAnalysisBasis1、无功负荷和无功电源及无功功率平衡2、电压降落（损耗、偏移）、功率损耗的计算3、无功功率的经济分布；无功电源的最优分布频率调整和电压调整的相同和不同之处频率唯一频率唯一调整分散手段多样（有多种无功电源）只能调原动机功率调整分散手段多样（有多种无功电源）分析无功功率和电压分布之间的关系分析无功功率和电压分布之间的关系无功损耗有功损耗;无功功率的流动从Uh→UL由上可以看出：维持电压稳定，应该尽量减少无功的传输，采取就地平衡。第一节电力系统无功功率的平衡一、概念性问题:无功功率无功电源QG无功负荷QL无功规划中的平衡：无功容量=无功电源功率+备用无功电源功率（7〜8%）二、无功功率负荷和无功功率损耗1)负荷在端电压变化时，出力、效率影响较大%光通量发光效率光通量发光效率寿命U↓5%→光通量↓15%效率↓10%100寿命U↑5%→光通量↑10%寿命↓50%异步电机的电压特性效率功率因素功率因素U(%)2)I1Qx2I1.ZUXQQQQXUQQQPQUQXUUU综合无功负荷的静态特性异步电机的无功功率特性综合无功负荷的静态特性2、变压器的无功功率损耗励磁支路—空载电流I0的百分比值，约1-2%绕组漏抗—满载时基本上等于短路电压UK的百分对多级电压网—相当可观，可达负荷的57%3、电力线路上的无功功率损耗并联电纳—充电功率∝U2，容性35KV及以下—感性无功传输功率较大时—感性无功传输功率较小时传输功率较大时—感性无功传输功率较小时—容性无功三、无功功率电源{三、无功功率电源{静止电容器、静止补偿器发电机只有在额定电压、电流、功率因数下运行时，视在功率才能达到额定值，其容量才能最充分地利用系统中有功功率备用容量充裕时，可使靠近负荷中心的发电机在降低有功负荷的条件下运行，这时发电机的视在功率虽较额定值小，但可利用的无功功率却较在额定有功负荷下大。2、同步调相机不带有功负荷的同步发电机不带机械负荷的同步电动机实质上是只发无不带有功负荷的同步发电机不带机械负荷的同步电动机过激运行—向系统发出无功欠激运行—向系统吸收无功（容量为过激的50%）欠激运行—向系统吸收无功（容量为过激的50%）平滑调节—既发无功，又可吸收无功装有强磁时，故障情况下，调整电压，维持稳定消耗一定的有功，容量越小，比重越大(1.5-5%)损耗大小容量单位投资费用大，宜集中使用损耗大3、静电电容器QC=U2/XC，只能向系统提供无功，不能吸收无功可集中使用，可分散使用功耗小，0.3%--0.5%（额定容量）调节不是连续的，不平滑，调节范围小电压下降时，QC下降，导致U进一步下降单位容量投资比调相机便宜4、静止补偿器电容与电抗并联，配以调接装置，可平滑地改变输出70年代开始使用，有前途的三种类型为：类型直流助磁饱和电抗器型可控硅控制电抗器型类型同步频率下感性无功功率电源共同点：电C和Lf构成谐振，兼作高次谐波滤波器同步频率下感性无功功率电源抗器支路—抗器支路}饱和电抗器优点：极好的调节性能可用于冲击性负荷的无功补偿损耗小，不超过1%应用越来越多原理：发电机调相机电容器静止补偿器未改善COSΦ=0.6-0.9规程规定不低于0.9,可按此取QLb变压器线路电抗线路电纳4)无功备用:为最大无功负荷的7%--8%系统中无功率平衡的前提是系统的电压水平正常无功不足时应就地补偿无功经济分布无功电源的最优分布—等网损微增率无功负荷的最优补偿—无功经济当量一、无功功率电源的最优分布等约束条件：无功平衡不等约束条件：Uimin≤Ui≤Uimax拉格朗日函数最优分布——求拉格朗日函数的极值：∂ΔPΣ1∂ΔPΣ1∂QGi1-∂ΔQΣ=∂QGj1-∂ΔQΣ∂QGi∂QGj有功网损微增率无功网损微增率二、如何进行无功功率最优分布的计算因为涉及到和所以计算相当复杂一般的原则是：1)计算按有功最优分布结果给出各节点（除平衡节分布给出P、U节点的U2)计算由潮流计算得各无功电源点的λ值微增λ>0时，减少该电源的Q，可降低网损3)重设电源节点的无功QGi和PU节点的电压，进行潮流计算，求总网损、网损微增率，判断平衡节点的P，直为受不等条件限制例题：如图，有功功率两电厂均分，求最优无功分配2+jQ1P2+jQ2U2=1.0L=PL+jQL=1.2+j0.7解：ΔPΣ=R1+R2P+Q)×0.10+(P+Q)×0.042222ΔQΣ=X12222P+Q)×0.40+(P+Q)×0.08∂ΔPΣ∂Q1∂ΔQΣ∂Q1=0.20Q1=0.80Q1∂ΔP∂Q2Σ=0.08Q2∂ΔQ∂Q2Σ=0.16Q2按网损等微增率准则确定无功功率分配：Q1+Q2-QL-ΔQΣ=0ΔQΣ=(0.62+Q)×0.40+(0.62+Q)×0.08不计无功网损修正时三、无功功率负荷的最优补偿限制电动机的空载运行同步电机代替异同步电机（收、发）限制电动机的空载运行同步电机代替异同步电机（收、发）补偿容量的确定最优补偿}规划阶段补偿容量的确定装设补偿设备的投资费用:CCCi)CQCiCQCi为最小最优网损微增率准则只有在网损微增率具有负值且小于req先后顺序：以网损微增率的大小为序，首先从最小的开始无功充足—电压水平较好的必要条件，不是充分条件调压———合理分布无功，维持电压质量一、电力系统电压偏移的原因及影响1.原因（随运行方式的改变而改变）负荷大小的变化电力网阻抗参数的变化（设备故障或检修退出）2.偏移的影响起动过程长→烧电机电灯：亮度和发光效率大幅下降设备绝缘受损UU03)严重时，无功不足，电压崩溃发电机失步t低压照明负荷+5%—-10%农村电网+5%—-10%事故状态下，允许在上述基础上再增加5%，但正偏移不超过+10%二、中枢点的电压管理集中负荷的母线作为电压中枢点大型发电厂的高压母线III枢纽变电所的二次母线有大量负荷的发电厂母线有时中枢点电压不能满足要求，见书上P226-227的例子适应：线路长，负荷变化大逆调压逆调压难易程度：实现较难适应：线路不长，负荷变化不大最小负荷时允许中枢点电压高一些1.075UN难易程度：最易实现最大负荷时允许中枢点电压低一些1.025U最小负荷时允许中枢点电压高一些1.075UN难易程度：最易实现适应：中型网络，负荷变化缴小方式：保持在较线路额定高2%-5%难易程度：较易实现调压措施调压措施三、电力系统的电压调整UGk1k2UiP+jQR+jX忽略：线路对地电容、变压器励磁支路参数、横向压降Gk1-ΔU)/k2=(UGk1-)/k2UN调压比调频复杂，频率系统为一，电压不为一利用发电机调压UG—改变励磁电流改变变压器分接头k1，k2改变功率分布（主要是Q）—使ΔU减少ΔUΔUmax=10%ΔU=8%转子电压负反馈的作用是提高调节系统的稳定性，它的输出正比于转子电压的变化率例：发电机经多级电压向负荷供电，不能保证电压质量要求ΔUmax=4%ΔUmin=1.8%ΔUm=6%ΔΔUmax=4%ΔUmin=1.8%ΔUm=6%ΔUm=6%maxΔUmin=2.6%ΔUmin=2.6%min=20%，发电机逆调5%故最终相差15%，超出10%的范围内2.改变变压器分接头进行调压}}装有3-5个分接头三绕组变压器高、中压侧6300KVA以下三个分接头8000KVA以上五个分接头1)双绕组变压器分接头选择'U'IP+jQkiUi=kUi=tIUiNiUINiUIUi(Ui)ΔU→UtI=UiUN'iUtI分接头电压UiUNi'最小负荷时：UNi'最小负荷时：UtImin=Uimin'=(UImin-ΔUImin)'UiminUiminiminkIikI对于升压变压器：ΔUUIUi(Ui'ΔUUIUNi'UNi'UtImin=Uimin'=(UIminUtImin=Uimin'UiminUiminimin因正常运行时，变压器分接头不能调整，故取平均值选一接近值作分接头UtImax，UtImin，UtI计算电压偏移%返回校验求低压母线电压计算电压偏移%110±2×2.5%/10.5Smax=28Smax=28+j14MVASmin=10+j6MVA'UIZT=2.44+j40Ui(Ui)UI在113-115KV时，允许U’i在10-11KV，求变压器分接头解：Uimax=(UImax一Δ解：Uimax=(UImax一ΔUImax)=113=107.5KV113UtImaxUtImin =UimaxU'Ni=107.5×10.5UtImaxUtImin =UiminU'Ni=112.7×10.5=107.57KVUimin11UUtImax+UtImin112.875+107.57UtI==110.22KVtI22选分接头110KV2)普通三绕组变压器分接头的选择高、中压侧有分接头，低压侧没有高、低压侧——确定高压绕组的分接头（低压侧要求）高、中压侧——确定中压绕组的分接头例题：P233，例8-33)有载调压变压器调整分接头带电调整，允许最大、最小负荷时分设不同抽头220KV，UN4×2.5%（九级）调整范围大15%以上110KV220KV，UN4×2.5%（九级）计算方法同双绕组，可分设三绕组高压侧装有载调压分接头三绕组低压侧装有普通分接头长线供电联络线两端有载调压原理长线供电联络线两端无功功率某些发电厂的变压器无功功率充足时，无功功率某些发电厂的变压器3.利用并联补偿设备调压截面积小R>X，不可用截面积大R<X，明显PR+QX截面积小R>X，不可用截面积大R<