电力系统分析第十二章 电力系统的无功功率平衡和电压调整n
电力系统的无功功率平衡和电压调整
任务一 电力系统无功功率平衡
5.1.3无功功率平衡 电力系统无功功率平衡的基本条件:系统无功功率电源可能发出的无功 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，同
时为了保证运行可靠性和适应无功负荷的增长，系统必须配置一定的无 功备用容量。 当系统中某些负荷节点电压低落的原因是系统中无功电源不足时，调压 问题就与无功功率的合理供应和合理使用紧密联系。如果不从解决无功 电力不足的问题着手，而是调节电源，使发电机多发无功，是很不合理 的。因为电源与负荷间距离较远，发电机多发的功率在网络中的无功损 耗也大，不易调高末端电压。
发电机在额定状态下运行时见图5一4所示。
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任务一 电力系统无功功率平衡
2.同步调相机 同步调相机实质上是只发无功功率的同步发电机，它在过励磁运行时向
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;在欠励磁 运行时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。 由于实际运行的需要和对稳定性的要求，同步调相机在欠励磁状态下运 行时，其容量为过励磁运行时额定容量的50%一60 % }, 装有自动励磁装置的同步调相机，可以平滑地改变输出(或吸取的)无功 功率，从而平滑地调节所在地区的电压。在有强行励磁装置时，在系统 故障情况下也能调节系统电压，有利于系统稳定运行。
由上式可见，调节用户端电压U，可以采用以下措施: (1)调节发电机的端电压，称为发电机调压。 (2)调节变压器的变比k，和左2，称为变压器调压。 (3)在输电线路中串联电容器以减小X，从而减小电压损耗，称为串联补
偿调压。 (4)在负荷端并联无功补偿装置，减小经线路传输的无功功率Q，从而减
小电压损耗，称为并联补偿调压。
电力系统无功功率和电压调整
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二、无功补偿与调压配置技术要求
• 500千伏电网应分散、优化配置高压、低压并联电抗器， 千伏电网应分散、优化配置高压、低压并联电抗器， 千伏电网应分散 原则上要求高、低压并联电抗器总容量与500千伏线路 原则上要求高、低压并联电抗器总容量与 千伏线路 充电功率基本补偿。接入500千伏系统电厂升压站可考 充电功率基本补偿。接入 千伏系统电厂升压站可考 虑装设一定容量、通过开关投退的高压电抗器。 虑装设一定容量、通过开关投退的高压电抗器。500 千伏降压变容性无功补偿容量应按主变容量10%— 千伏降压变容性无功补偿容量应按主变容量 25%配置或经计算分析确定。 配置或经计算分析确定。 配置或经计算分析确定 • 220 千伏变电站无功补偿容量一般按 220 千伏主变容 配置， 千伏主变最大负荷时， 量 10%—25%配置，并满足 配置 并满足220千伏主变最大负荷时， 千伏主变最大负荷时 其高压侧功率因素不低于0.95。当220千伏变电站 千伏变电站110 其高压侧功率因素不低于 。 千伏变电站 千伏及以下出线以电缆为主或较大容量地区电源接入 该变电站110千伏系统时，容性无功补偿容量可按下限 千伏系统时， 该变电站 千伏系统时 配置。一般情况下无功补偿装置的单组容量， 配置。一般情况下无功补偿装置的单组容量，接入 35 千伏电压等级不宜大于12Mvar，接于 千伏电压等级 千伏电压等级不宜大于 ，接于10千伏电压等级 不宜大于8Mvar。 不宜大于 。
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三、电压的监视与调整
• 各地区加强各地关口无功电压的调度管理及网 供力率的考核， 供力率的考核，协助用电管理部门对用户电容 器的运行管理，充分调用地区电源机组的无功 器的运行管理， 调节能力， 调节能力，加强对调度管辖内电厂的无功电压 运行管理及考核。 运行管理及考核。地区无功电压调整应遵循如 下原则： 下原则： 1、正常情况下地区网供力率应满足省调下达的 、 网供力率考核指标，同时按逆调压原则调节， 网供力率考核指标，同时按逆调压原则调节， 即地区网供力率高峰时段调高、低谷时段调低 即地区网供力率高峰时段调高、 运行。当地区电压考核点电压越限时， 运行。当地区电压考核点电压越限时，应就地 采取控制措施。 采取控制措施。 2、地区电网无功电压的调整应与220千伏电压协 、地区电网无功电压的调整应与 千伏电压协 8 调控制。 调控制。
电力系统分析习题集及参考答案 附部分章节内容重点解析
目录第一部分电力系统稳态分析第一章电力系统的基本概念第二章电力系统的元件参数及等值电路第三章简单电力系统的计算和分析第四章电力系统潮流的计算机算法第五章电力系统的有功功率和频率调整第六章电力系统的无功功率和电压调整第二部分电力系统暂态分析第七章电力系统故障分析的基本知识第八章同步发电机突然三相短路分析第九章电力系统三相短路的实用计算第十章对称分量法及元件的各序参数和等值电路第十一章不对称故障的分析、计算第十二章电力系统各元件的机电特性第十三章电力系统静态稳定第十四章电力系统暂态稳定第十五章研究生入学考试试题附录第一部分电力系统稳态分析电力系统稳态分析，研究的内容分为两类，一类是电力系统稳态运行状况下的分析与潮流分布计算，另一类是电力系统稳态运行状况的优化和调整。
第一章电力系统的基本概念1-1 什么叫电力系统、电力网及动力系统？电力系统为什么要采用高压输电？1-2 为什么要规定额定电压？电力线、发电机、变压器和用电设备的额定电压是如何确定的？1-3 我国电网的电压等级有哪些？1-4 标出图1-4电力系统中各元件的额定电压。
1-5 请回答如图1－5所示电力系统中的二个问题：⑴ 发电机G 、变压器1T 2T 3T 4T 、三相电动机D 、单相电灯L 等各元件的额定电压。
⑵ 当变压器1T 在+2.5%抽头处工作，2T 在主抽头处工作，3T 在-2.5%抽头处工作时，求这些变压器的实际变比。
1-6 图1-6中已标明各级电网的电压等级。
试标出图中发电机和电动机的额定电压及变压器的额定变比。
1-7 电力系统结线如图1-7所示，电网各级电压示于图中。
试求：⑴发电机G 和变压器1T 、2T 、3T 高低压侧的额定电压。
⑵设变压器1T工作于+2.5%抽头， 2T 工作于主抽头，3T 工作于-5%抽头，求这些变压器的实际变比。
1-8 比较两种接地方式的优缺点，分析其适用范围。
1-9 什么叫三相系统中性点位移？它在什么情况下发生？中性点不接地系统发生单相接地时，非故障相电压为什么增加3倍？1-10 若在变压器中性点经消弧线圈接地，消弧线圈的作用是什么？ 1-11 什么叫分裂导线、扩径导线？为什么要用这种导线？1-12 架空线为什么要换位？规程规定，架空线长于多少公里就应进行换位？1-13 架空线的电压在35kV 以上应该用悬式绝缘子，如采用X —4.5型绝缘子时，各种电压等级应使用多少片绝缘子？第二章 电力系统各元件的参数及等值网络2-1 一条110kV 、80km 的单回输电线路，导线型号为LGJ —150，水平排列，其线间距离为4m ，求此输电线路在40℃时的参数，并画出等值电路。
电力系统无功功率的平衡和电压的调整
（1）调节发电机励磁电流以改变发电机机端电压UG；
（2）适当选择变压器的变比K；
（3）改变网络参数R和X（主要是X），改变电压损耗 △U （4）改变功率分布P+jQ（主要是Q），使电压损耗△U 变化
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第三节
电力系统的几种主要调压措施
一．改变发电机端电压调压
• 根据运行情况调节励磁电流来改变机端电压。
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二、电压调整的基本原理
Ub
略去电力线路的电容功率，变压器的励磁功率和 网络的功率损耗
PR QX U b (U G k1 U ) / k2 U k k G 1 2 U G k1
21
电压调整的措施：
PR QX U b U k k2 G 1 U G k1
A
ห้องสมุดไป่ตู้DF
发电机的P-Q极限
10
2. 同期调相机
•同步调相机相当于只能发出无功功率的发电机。
•在过励磁运行时，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； •在欠励磁运行时（欠励磁最大容量只有过励磁容量的
（50% ～65%）)，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。 •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。因而调节性能较好。
以滞后功率因素运行的用电设备所吸收的无功功率。 • 照明、电热，消耗感性无功QL小。
• 同步电动机，有励磁绕组，通过励磁电流的调节， 可以调节其输出无功的大小。过激运行，发QL ； 欠激运行，吸收QL 。在综合负荷中比例小。 • 异步电动机，消耗QL ，在综合负荷中比例很大。 • 综合负荷功率因素，0.6～0.9，滞后（感性无功）
4电力系统频率调整和电压调整
4 电力系统的有功功率平衡与频率调整4.1 概述一、频率调整的必要性电力系统运行的根本目的是在保证电能质量符合标准的条件下，持续不断地供给用户所需要的功率，维持电力系统的有功功率和无功功率的平衡，保证系统运行的经济性。
衡量电能质量的主要指标是频率、电压和波形。
电力系统运行中频率和电压变动时，对用户，发电厂和电力系统本身都会产生不同程度的影响。
为保证良好的电能质量，电力系统运行时，必须将系统的频率和电压控制、调整在允许的范围内。
我国频率规定：f N ＝50Hz ，频率偏差范围为±0.2～0.5Hz二、频率调整的方法 第一种变化负荷引起的频率偏移由发电机组的调速器（governor ）进行，称为频率的一次调整。
第二种变化负荷引起的频率偏移由发电机组的调频器（frequency modulator ）j 进行，称为频率的二次调整。
第三种负荷的变化是可预测的，调度部门按经济调度的原则事先给各发电厂分配发电任务，各发电厂按给定的任务及时地满足系统负荷的需求，就可以维持频率的稳定。
4.2自动调速系统一、调速器的工作原理——实现频率的一次调整对应负荷的增大，发电机输出功率增加，频率略低于原来值；如果负荷降低，调速器调整作用将使输出功率减小，频率略高于原来值。
这就是频率的一次调整，频率的一次调整由调速器自动完成的。
调整的结果，频率不能回到原来值，因此一次调整为有差调节(droop control )。
二、调频器的工作原理——实现频率的二次调整由调频器来完成的调节，称为频率的二次调整。
由于调整的结果，频率能回到原来值，因此二次调整为无差调节(isochronous control )。
4.2 电力系统有功功率平衡和频率调整 一、频率的影响1、影响产品质量：异步电动机转速与输出功率有关2、影响精确性：电子技术设备3、影响汽轮发电机叶片 二、频率负荷机制三、、有功功率负荷的变动及其分类控制1、系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律的变动负荷组成： 1）变动周期小于10s ，变化幅度小 调速器频率的一次调整 2）变动周期在（10s ，180s ），变化幅度较大调频器频率的二次调整3）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律根据预测负荷，在各机组间进行最优负荷分配频率的三次调整 四、有功功率平衡与备用容量1、功功率平衡：2、备用容量：1）作用 为了保证供电可靠性及电能质量合格，系统电源容量应大于发电负荷2fωπ=T GP P ≡发电机输出电磁功率原动机输入功率T G T GP P P P ≥⎧⎨≤⎩,GiLi Loss PP P ∑=+∑∑2）定义 备用容量 ＝ 系统可用电源容量 － 发电负荷 3）分类按作用分：负荷备用：满足负荷波动、计划外的负荷增量事故备用：发电机因故退出运行能顶上的容量 检修备用：发电机计划检修国民经济备用：满足工农业超计划增长按其存在形式分： 热备用冷备用4．3 电力系统无功功率平衡和电压管理电力系统中无功功率电源不足，系统结点电压就要下降。
电分课后思考题
第二章4、架空线路的导线换位有什么作用？当三相导线排列不对称时，各相导线所交链的磁链及各相等值电感便不相同，这将引起三相参数不对称。
利用导线换位可使各相平均电感接近相等。
6、分裂导线对线路的电感电容参数各有什么影响？分裂导线的作用：1）减小输电线电感参数L0；2）增大导线的等值半径防止和减小电晕损耗；3）增大输电线电容参数C08、试列写变压器短路试验和开路试验的所得的4个参数，写出用这些参数计算变压器漏电阻、漏电抗；励磁电导和励磁电纳的计算公式并说明公式中变量的单位。
变压器铭牌上的四个数据：短路损耗△Ps，短路电压Vs%，空载损耗△P0，空载电流I0％。
利用这四个实验数据计算参数的公式如下：1）RT：2）XT：3）GT：4）BT：式中，RT：Ω；△Ps：kW；SN：kV A；VN：kV式中，XT：Ω；SN：kV A；VN：kV式中，GT：S；△P0：kW；VN：kV式中，BT：S；SN：kV A；VN：kV9、变压器的变比是如何定义的？它与原副方绕组匝数比有何不同？运行中变压器的实际变比是变压器空载两侧绕组实际抽头的线电压之比Y-y；D-d接法变压器变比k等于原副方绕组匝数比；Y-d接法变压器变比k等于Y接法绕组匝数先乘以3然后再除以d接法绕组匝数第四章1、节点导纳有那些特点矩阵特点?（1）节点导纳矩阵是n阶复系数方矩阵，由于接地支路的存在，所以它是非奇异矩阵。
（2）考虑实际电网母线平均只与3~5线路或变压器相连，实际电力网络的节点导纳矩阵是非常稀疏的。
2、节点导纳矩阵元素的物理意义是什么?节点导纳矩阵第k行j列元素Yik的物理意义为（包括自导纳和互导纳）当电力网络除k节：点其余节点皆接地情况下，节点i注入电流相量同节点k的电压相量的比值。
3、节点阻抗矩阵是如何定义的？节点阻抗矩阵有那些特点?节点阻抗矩阵的定义：节点导纳矩阵的逆矩阵称作节点阻抗矩阵当节点k注人电流不为零时，所有节点的电压都不为零，因此节点阻抗矩阵中所有元素都是非零的，即节点阻抗矩阵是非奇异的满矩阵。
电力系统电压调整与无功控制
电力系统电压调整与无功控制发布时间：2022-09-01T08:00:41.600Z 来源：《科学与技术》2022年4月8期（下）作者：宋文[导读] 电力系统无功优化与电压控制对于实现整个电网的安全稳定经济运行宋文国网晋中供电公司，山西晋中，030600摘要：电力系统无功优化与电压控制对于实现整个电网的安全稳定经济运行、降低电网损耗以及保证电压质量都具有十分重要的意义。
其中，无功优化控制的核心是实现无功优化的方式方法，它对无功优化的质量和速度起着决定性的作用。
本论文主要结合无功电压优化的意义，来讨论和分析电力系统无功优化与电压控制的方法，希望能够给广大相关工作者有所帮助。
关键词：电力系统；无功优化；电压控制1 引言在生产过程中，如何实现电力系统的无功优化与电压控制，是本论文主要的研究课题。
首先，要明确无功优化与电压控制的关系。
衡量电能质量的指标中，频率和电压是最基本，同时也是最重要的。
电压与无功功率平衡密切相关，而频率则和系统中的有功功率平衡相关。
只有满足额定电压和额定频率下的功率平衡，才能更好地保障电能的稳定和质量。
此外，还需要有适当的电源配置，根据实际情况对设备进行设置和调整，才能保证电能的高效性。
2 电力系统无功电压管理与控制的意义电力系统无功电压管理与控制是提升电力系统稳定性、提高电压合格率以及降低线损的重要途径。
电压质量的好坏与系统无功分布的合理性，直接关系到整个电力系统的经济运行与安全稳定。
如果无功不足，会使得整个电力系统的电压下降，无法充分利用各个用电设施，严重的甚至会导致整个系统电压水平下降，而电力系统受到的影响过大，则会导致电压低于临界的电压，导致电压崩溃的情况，最终会因为电力系统失去同步并瓦解，最终引发灾难性的事故。
反之，无功过剩也会引发电压过高的情况，导致设施与系统的安全受到影响，使得电压情况进一步恶化，造成巨大的经济损失。
所以，科学合理地进行无功电压管理，进一步提升优化管理控制水平，不但可以有效保障电压质量，提升电压合格率，同时可以进一步降低线损，提升整个电力系统运行的经济性、安全性以及稳定性。
电力系统无功功率平衡与电压调整
电力系统无功功率平衡与电压调整由于电力系统中节点很多，网络结构复杂，负荷分布不均匀，各节点的负荷变动时，会引起各节点电压的波动。
要使各节点电压维持在额定值是不可能的。
所以，电力系统调压的任务，就是在满足各负荷正常需求的条件下，使各节点的电压偏移在允许范围之内。
由综合负荷的无功功率一电压静态特性分析可知，负荷的无功功率是随电压的降低而减少的，要想保持负荷端电压水平，就得向负荷供应所需要的无功功率。
所以，电力系统的无功功率必须保持平衡，即无功功率电源发出的无功功率要与无功功率负荷和无功功率损耗平衡。
这是维持电力系统电压水平的必要条件。
一、无功功率负荷和无功功率损耗1.无功功率负荷无功功率负荷是以滞后功率因数运行的用电设备(主要是异步电动机)所吸收的无功功率。
一般综合负荷的功率因数为0.6 ~0.9，其中，较大的数值对应于采用大容量同步电动机的场合。
2.电力系统中的无功损耗(1)变压器的无功损耗。
变压器的无功损耗包括两部分。
一部分为励磁损耗，这种无功损耗占额定容量的百分数，基本上等于空载电流百分数I。
％，约为1 %〜2 %。
因此励磁损耗为VQ Ty I O S TN /100 (Mvar)(5-1-1)另一部分为绕组中的无功损耗。
在变压器满载时，基本上等于短路电压U k的百分值，约为10 %这损耗可用式（6-2）求得VQ Tz Uk(%)STN(鱼)2(Mvar)(5-1-2) 100 S TN式中，S TN为变压器的额定容量（MVA）; S TL为变压器的负荷功率（MVA）。
由发电厂到用户，中间要经过多级变压，虽然每台变压器的无功损耗只占每台变压器容量的百分之十几，但多级变压器无功损耗的总和可达用户无功负荷的75%〜100 %左右。
⑵电力线路的无功损耗。
电力线路上的无功功率损耗也分为两部分，即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。
并联电纳中的无功损耗又称充电功率，与电力线路电压的平方成正比，呈容性。
串联电抗中的无功损耗与负荷电流的平方成正比，呈感性。
电力系统无功功率平衡
定义
电力系统无功功率平衡就是根据电源发展规划和电力发展规划进行无功功率平衡计算，使电力系统的无功电 源所发出的无功功率与系统的无功负荷相平衡，其主要目的就在于维持各种运行方式下电力各点的电压水平，确 定无功补偿装置的配置。并且由综合负荷的无功功率一电压静态特性分析可知，负荷的无功功率是随电压的降低 而减少的，因此如果要想保持负荷端电压水平，就必须要向负荷供应所需要的无功功率，也就是电力系统必须保 持无功功率电源发出的无功功率要与无功功率负荷和无功功率损耗平衡，只有这样才能维持电力系统电压水平的 稳定 。
影响
在正常的情况下，运行的电力系统，要求电源的无功出力应时刻都同负荷的无功功率和络无功损耗之和相等， 也就是说系统中的无功电源对系统中的电压的影响为当无功电源比较充足时，就能很大程度上满足较高电压水平 下的无功平衡需要，系统就有比较高的运行电压水平，但是当无功电源不足时就会造成运行电压水平偏低，因此， 应该在保证额定电压的基础பைடு நூலகம்上保持电力系统无功功率平衡，然后根据要求选择必要的无功补偿装置 。
必要性
电力系统的电压需要经常调整，如果电压偏移超过极限值时对电力系统本身及其用电设备都会带来不良影响， 这会在一定程度上使电力系统效率下降，经济性变差，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，进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，同时同时电压过高， 照明设备寿命就会大大的下降，影响绝缘，因此电力系统中无功功率的平衡与电压调整就显得十分重要了。而电 力系统中无功功率平衡原则就是按地区并按电压等级对无功电源和无功负荷进行平衡，避免经长距离线路或多级 变压器传送大量无功功率，以降低电力损耗，实现经济运行。
调整
在电力系统中无功功率平衡是电管理的首要条件，电压调整只是对变压器传输不同功率时引起电压变化的平 衡，但是当电力系统中的无功补偿和调节能力暂时还达不到理想程度的时候，就应该采取别的措施进行电压的调 整，只有这样才能保证系统中所有的设备电压保持在容许极限内，因此电压调整就成为电力系统有效与可靠运行 的最重要的条件之一。在电力系统中经常采用的就是利用变压器分接头调压，因为变压器低压绕组的额定电压是 一定的，因此只要改变高压绕组的分接头，即可改变变压器的变比，从而使变压器二次侧的电压得到调整，但是 这种电压调整方式一般仅用于具有停电条件的供给季节性用户的变电所，或者具有多台变压器并列运行容许经常 进行切投操作的变电所。除此之外还可以采用并联静止补偿器的方式进行电压的调整，它反应比较快、谐波量比 较小、准确度也比较高，同时重量比较轻，安装简便，运行与维护费用比较低，既可以户外布置，也可置于变电 所内，还有它可以进行平滑无级调压，因而调节性能好。
第二节 电力系统无功功率与电压的调整
图9-7 综合负荷的电压静态特性图9-8 发电机有功与无功功率的出力图第二节 电力系统无功功率与电压的调整电压是衡量电能质量的重要指标，各种电气设备都是设计在额定电压下运行的，这样既安全又有最高的效率。
电力系统在正常运行时，由于网络中电压损耗的存在，当用电负荷变化或系统运行方式变化时，网络中的电压损耗也将发生变化，从而网络中的电压分布将不可避免地随之而发生变化。
随着电力工业的发展，供电范围不断扩大，网络的电压损耗也增大，要使系统中各处的电压都在允许的偏移范围内，需要采取多种调压措施。
电力系统的负荷由各种类型的用电设备组成，一般以异步电动机为主体。
综合负荷的电压静态特性，即电压与负荷取用的有功功率和无功功率的关系如图9-7所示。
分析负荷的电压静态特性可见，在额定电压附近，电压与无功功率的关系比电压与有功功率的关系密切得多，表现为无功功率对电压具有较大的变化率，所以分析系统运行的电压水平应从系统的无功功率分析入手。
一、电力系统的无功功率平衡1．无功电源 电力系统的无功电源有发电机、同步调相机、静电电容器及静止补偿器等。
同步发电机不仅是电力系统唯一的有功电源，也是电力系统的主要无功电源。
当发电机处于额定状态下运行时，发出的无功功率为 Q GN =S GN sin φN =P GN tg φN （9-6）式中，S GN ——发电机的额定视在功率；P GN ——发电机的额定有功功率；Q GN ——发电机的额定无功功率；φN ——发电机的额定功率因数角。
现在以图9-8所示的汽轮发电机有功与无功功率出力图为例来分析发电机在非额定功率因数下运行时，可能发出的无功功率。
图中OA 代表发电机额定电压GN U ，GN I 为发电机额定定子电流，它滞后于GN U 一个额定功率因数角φN 。
AC 代表GNI 在发电机电抗X d 上引起的电压降，正比于定子额定电流，所以AC 亦正比于发电机的额定视在功率S GN 。
这样，C 点表示了发电机的额定运行点。
第12章_电力系统的无功功率平衡和电压调整
c
2
Va′
Va
V
12.1
电力系统无功功率平衡
2. 无功功率平衡
① 无功功率平衡计算 系统无功功率平衡关系式： 系统无功功率平衡关系式： QGC－QLD－QL＝Qres QGC：电源供应的无功功率之和 QLD：无功负荷之和 QL： 网络无功功率损耗之和 Qres：无功功率备用 Qres>0 表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用 Qres<0 表示系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装置 表示系统中无功功率不足，
△QL：线路电抗的无功功率 △QB：充电无功功率
35kV及以下输电线的充电功率小，线路消耗无功功率 及以下输电线的充电功率小， 及以下输电线的充电功率小 110kV及以上输电线，重载时是无功负载，轻载时能成为无功源 及以上输电线，重载时是无功负载， 及以上输电线
12.1
电力系统无功功率平衡
4电力系统的无功功率平衡 1212-2: 电压调整的基本概念 1212-3: 电压调整的措施 1212-4: 调压措施的应用
12.1
电力系统无功功率平衡
无功负荷与无功电源失去平衡时， 无功负荷与无功电源失去平衡时，会引起
无功 功率 平衡
系统电压的升高或下降。 系统电压的升高或下降。 实现无功功率在额定电压下的平衡是保证 电压质量的基本条件。 电压质量的基本条件。
12.0
概述
日本东京电力系统1987年7月23日发生电压崩溃造成大 日本东京电力系统1987年 23日发生电压崩溃造成大 1987 停电事故。起因是由于负荷增加过快，电压开始下降， 停电事故。起因是由于负荷增加过快，电压开始下降，最后 发展到继电保护动作跳闸，导致三个变电所全停。 发展到继电保护动作跳闸，导致三个变电所全停。 1982年8月7日，华中电网因220KV联络线A相对支路放 1982年 华中电网因220KV联络线A 220KV联络线 电，继电保护动作跳闸，导致系统稳定破坏，各电厂和变电 继电保护动作跳闸，导致系统稳定破坏， 站电压大幅度下降，系统解环，电网失去大量无功电源， 站电压大幅度下降，系统解环，电网失去大量无功电源，结 果使湖北地区大面积停电，武汉钢铁公司等重要用户受到很 果使湖北地区大面积停电， 大的损害，部分设备损坏。 大的损害，部分设备损坏。
电力系统的无功功率与电压调整
2. 改变变压器分接头进行调压
双绕组变压器高压侧 三绕组变压器高、中压侧
装有3-5个分接头
6300KVA以下三个分接头 UN ± 5% 8000KVA以上五个分接头 UN ± 2.5%
解：接头
选分接头 1校1验0K：V
2) 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8-3
3) 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
调整范围大15%以 上
➢ QC的确定应满足调压要求，设低压母线调压要求电压 为 U’ic，则Uic=kU’ic。存在QC与k的选择配合问题
最小负荷时：将电容器全部切除，选变压器分接头 UtI=UiminUNi/U’imin，从而k= UtI /UNi
最大负荷时：全部投入电容
➢ 同步调相机
最大负荷时：发额定容量的无功
最小负荷时：吸收（50%-60%） QNC
规程规定不低于0.9,可按此取QL
3) 损耗： ΔQΣ = ΔQT + ΔQX + ΔQb 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 注意：
无功不足时应就地补偿
第二节电力系统无功功率的经济分布
无功电源的最优分布—等网损微增率 无功经济分布 无功负荷的最优补偿—无功经济当量
适应：线路不长，负荷变化不大
电力系统无功功率以及电压调整
随着科技的进步，电力系统无功功率与电压调整技术也在不断发展。未来技术发展的趋势包括：采用先进的传感 技术和智能算法实现无功功率和电压的快速、准确检测与控制；发展基于电力电子技术的动态无功补偿装置和有 源滤波器；利用大数据和云计算技术实现电网无功功率与电压的优化调度等。
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通过投切无功补偿设备， 如并联电容器、静止无功 补偿器等，来调整系统无 功功率，进而稳定电压。
有载调压
通过调整变压器分接头档 位来改变电压，以满足系 统电压要求。
串联电容器补偿
通过在输电线路中串联电 容器来补偿线路的感抗， 提高线路的电压水平。
电压调整的优化目标与原则
经济性
电压调整应尽量降低系统运行 成本，提高经济效益。
实施效果
无功补偿装置的应用显著减少了该工业园区在生产高峰期的无功功率 消耗，稳定了电压，降低了电能损耗，提高了生产效率。
05 结论与展望
电力系统无功功率与电压调整的重要性和挑战
重要性
电力系统无功功率与电压调整是保障电力系统的稳定运行和电能质量的关键环节。通过合理的无功功 率补偿和电压调整，可以有效降低线路损耗、提高设备利用率、增强系统稳定性，满足用户对电能质 量的需求。
挑战
随着电力系统的规模不断扩大和运行方式的复杂化，无功功率与电压调整面临诸多挑战。例如，无功 功率的合理分布和补偿、电压波动与闪变的抑制、动态无功补偿装置的性能优化等，需要不断研究和 改进。
未来研究方向与技术发展
研究方向
未来电力系统无功功率与电压调整的研究方向将主要集中在以下几个方面：一是无功功率补偿与电压调节的协调 优化；二是智能电网下的无功功率与电压控制策略；三是新能源并网对电力系统无功功率与电压的影响及其应对 措施。
第十二章 电力系统的无功功率平衡和电压调整
• 有强行励磁装置时，系统故障情况下，还能调整系统的电压， 有利于提高系统的稳定性。
缺点：
• 同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂。 • 有功功率损耗较大，在满负荷时约为额定容量的1.5%~5％，
容量越小，百分值越大。
晶闸管投切电容器。 实际上应用的静止补偿器大多是由上述部件组成的混合型静 止补偿器，以下将简单介绍较常见的几种。
（i）饱和电抗器与固定电容器并联组成（带有斜率校正）的静止补偿器： 饱和电抗器SR的特性：当电压大于某值后，随电压的升高，铁芯急剧饱和。 从补偿器的伏安特性可见，在补偿器的工作范围内，电压的少许变化就会引 起电流的大幅度变化。 与SR串联的电容C是用于斜率校正的，改变CS的大小可以调节补偿器外特性 的斜率（见图12-5（b）中的虚线）。
对于具体的发电机一般要通过现场试验来确定其进相运行的 容许范围。
2．同步调相机：相当于空载运行的同步电动机。 过励磁运行时，向系统供给感性无功功率起无功电源的作用；
欠励磁运行时，从系统吸取感性无功功率起无功负荷作用。
由于实际运行的需要和对稳定性的要求，欠励最大容量只有
过励容量的50%~65％。 同步调相机装有自动励磁调节装置时的优点：
• 小容量的调相机每kvA容量的投资费用也较大。 • 同步调相机的响应速度较慢，难以适应动态无功控制的要求。
同步调相机宜于大容量集中使用。20世纪70年代以来已逐渐被 静止无功补偿装置所取代。
3．静电电容器 静电电容器供给的无功功率QC与所在节点的电压V的平方成 正比，即 QC = V 2 / X C
晶闸管投切电容器单独使用：只能作为无功功率电源，发出感性无功， 且不能平滑地调节输出的功率，由于晶闸管对控制信号的响应极为迅速，通 断次数又不受限制，其运行性能可明显优于机械开关投切的电容器。
电力系统无功功率平衡和电压调整
加强电压管理和调
节
通过电压管理和调节措施，如变 压器分接头调节、无功自动投切 等，确保电力系统的电压稳定。
02
电压调整的原理和重要性
电压变化的危害
设备损坏
电压波动可能导致电气设备过 载或欠载，从而损坏设备。
电力损耗
电压不稳定的系统会产生更多 的电力损耗，增加能源成本。
照明质量下降
电压不稳定会影响照明设备的 正常工作，降低照明质量。
功补偿。
电压调整的方法和策略
集中调压
通过调整中枢点的电压 来控制整个系统的电压
水平。
分散调压
针对各负荷点的具体情 况进行电压调整。
自动调压
利用自动装置实现电压 的自动调节和控制。
人工调压
在特殊情况下，通过人 工操作来调整电压。
03
电力系统无功补偿装置
并联电容器
并联电容器是电力系统中最常用的无功补偿装 置之一，通过并联在系统母线上，能够提供或 吸收无功功率，以维持系统的无功平衡。
并联电容器的优点是结构简单、运行维护方便 、可靠性高，且成本较低。
然而，并联电容器只能提供固定的无功功率， 无法根据系统负荷的变化进行动态调整，因此 适用于负荷较为稳定的系统。
静止无功补偿器（SVC）
01
02
03
04
静止无功补偿器是一种基于晶 闸管控制的电抗器和电容器组
合的无功补偿装置。
SVC可以通过改变晶闸管的触 发角来调节电抗器的大小，从 而动态地提供或吸收无功功率
。
SVC的优点是响应速度快、调 节范围广，且能够减小电压波
动和闪变。
然而，SVC的成本较高，且运 行过程中会产生一定的谐波和
损耗。
静止无功发生器（SVG）
电力系统分析(下)考试复习资料(完整版)
电力系统分析(下)复习题9-1负荷的组成1。
综合负荷的定义答：系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和就是电力系统的负荷，亦称电力系统的综合用电负荷。
它是把不同地区、不同性质的所有的用户的负荷总加起来而得到的。
2。
综合负荷、供电负荷和发电负荷的区别及关系答：综合用电负荷加上电力网的功率损耗就是各发电厂应该供给的功率，称为电力系统的供电负荷.供电负荷再加上发电厂厂用电消耗的功率就是各发电厂应该发出的功率,称为电力系统的发电负荷.9—2负荷曲线1.负荷曲线的定义答：反映一段时间内负荷随时间而变化的规律用负荷曲线来描述✓2。
日负荷曲线和年负荷曲线的慨念答：负荷曲线按时间长短分,分为日负荷曲线和年负荷曲线.日负荷曲线描述了一天24小时负荷的变化情况；年负荷曲线描述了一年内负荷变化的情况。
✓ 3.日负荷曲线中最大负荷、最小负荷、平均负荷、负荷率、最小负荷系数的慨念答:负荷曲线中的最大值称为日最大负荷（又称峰荷），最小值称为日最小负荷（又称谷荷）；平均负荷是指某一时期（日，月，年)内的负荷功率的平均值,；负荷率是日平均负荷与日最大负荷之比，即;最小负荷系数是日最小负荷跟日最大负荷之比，即。
✓ 4.日负荷曲线的作用答：日负荷曲线对电力系统的运行非常重要,它是调度部门安排日发电计划和确定系统运行方式的重要依据。
✓ 5.年最大负荷曲线的定义和作用答：年最大负荷曲线描述一年内每月(或每日）最大有功功率负荷变化的情况，它主要用来安排发电设备的检修计划，同时也为制订发电机组或发电厂的扩建或新建计划提供依据.✓ 6.年持续负荷曲线的定义、最大负荷利用时数的慨念、年持续负荷曲线的用途答：年持续负荷曲线是按一年中系统负荷的数值大小及其持续小时数顺序排列而绘制成,作用是安排发电计划和进行可靠性估算。
最大负荷利用小时数是全年实际耗量跟负荷最大值之比，即9—3负荷特性与负荷模型1。
负荷电压静态特性、ZIP模型答：当频率维持额定值不变时，负荷功率与电压的关系称为负荷的电压静态特性；负荷模型ZIP是指在电力系统分析计算中对负荷特性所作的物理模拟或数学描述，负荷模型分为静态模型和动态模型。
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1．发电机 1．发电机
• 发电机既是唯一的有功功率电源，又是最基本 的无功功率电源。发电机在额定状态下运行时， 可发出无功功率:
QGN SGN sin N PGN tg N
(12-4)
式中，SGN 、 PGN 、 N 分别为发电机的额定视在功 率，额定有功功率和额定功率因数角。
1．发电机
率的需求
1．无功功率负荷 1．无功功率负荷
• 异步电动机是电力系统主要的无功负荷. • 系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定 . • 异步电动机的简化等值电路示于图12-1:
1．无功功率负荷 1．无功功率负荷
• 异步电动机消耗的无功功率为:
V QM Qm Q I 2 X Xm
AB 的长度则代表 QGN 。
1．发电机
• 相量 OC的长度代表空载电 势 E ，它正比于发电机的额 定励磁电流。 • 当改变功率因数时，发电机
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
发出的有功功率P和无功功率
Q要受定子电流额定值(额定 视在功率)、转子电流额定值 (空载电势)、原动机出力(额 定有功功率)的限制。
1．发电机
• 在图12-4(b)中，以A为圆心， 以AC为半径的圆弧表示额定 视在功率的限制； • 以O为圆心，以OC为半径的圆 弧表示额定转子电流的限制； • 水平线DC表示原动机出力的 限制。 • 这些限制条件在图中用粗线 画出，这就是发电机的P-Q极 限曲线。
(12-2)
• 励磁功率大致与电压平方成正比。当通过变压器的视在功率 不变时，漏抗中损耗的无功功率与电压平方成反比。因此， 变压器的无功损耗电压特性也与异步电动机的相似。 • 变压器的无功功率损耗在系统的无功需求中占有相当的比重。
2．变压器的无功损耗
• 假定一台变压器的空载电流
I 0 % 1.5
成为无功负载；当传输的功率较小(小于自然功率)时，
电纳中产生的无功功率，除了抵偿电抗中的损耗以外， 还有多余，这时线路就成为无功电源。 • 为吸收超高压输电线路充电功率而装设的并联电抗器 也属于系统的无功负荷。
二、无功功率电源
二、无功功率电源 • 1) 2) 3) 4) 5) • • 电力系统的无功功率电源: 发电机; 同步调相机; 静电电容器; 静止无功补偿器 静止无功发生器. 后四种装置又称无功补偿装置。 静电电容器只能吸收容性无功功率(即发出感性无 功功率)，其余几类补偿装置既能吸收容性无功， 亦能吸收感性无功。
第十二章 电力系统的无功功 率平衡和电压调整
• • 1) 2) 3) 4) • • 电压是衡量电能质量的一个重要指标。 质量合格的电压包括四个指标: 电压偏移 电压波动和闪变; 电网谐波 三相不对称程度 这四个方面都能满足有关国家标准规定的要求。 影响电压指标的主要因素是电力系统各元件的无功 功率电压特性、无功功率平衡和各种调压手段等。
1．无功功率负荷
• 当电压降低时，转差将要增大，定子电流随之增大， 相应地，在漏抗中的无功损耗也要增大。 • 综合这两部分无功功率的变化特点，可得图 12-2所示 的曲线，其中β为电动机的实际负荷同它的额定负荷
之比，称为电动机的受载系数。
• 在额定电压附近，电动机的无功功率随电压的升降而
增减。当电压明显地低于额定值时，无功功率主要由
漏抗中的无功损耗决定，因此，随电压下降反而具有
上升的性质。
2．变压器的无功损耗
2．变压器的无功损耗 • 变压器的无功损耗 QLT 包括励磁损耗 Q0 和漏抗中的损 耗 QT 。
QLT
2 I % V % S V S Q0 QT V 2 BT X T 0 S N S ( N )2 100 100S N V N 2
2
(12-1)
Qm 为励磁功率，它同电压平方成正比 :当电压较 • 其中， 高时，由于饱和影响，励磁电抗 X m的数值还有所下降， 因此，励磁功率 Qm 随电压变化的曲线稍高于二次曲 线； • Q 为漏抗 X 中的无功损耗，如果负载功率不变，则 PM I 2 R(1 s) s 常数.
耗为:
P12 Q12 V22 V22 QL QB X B 2 2 V1
(12-3)
• 35kV及以下的架空线路的充电功率甚小，一般说，这 种线路都是消耗无功功率的。
3．输电线路的无功损耗
• 110kV及以上的架空线路当传输功率较大时，电抗中
消耗的无功功率将大于电纳中产生的无功功率，线路
，短路电压VS % 10.5 ，由
式(12-2)可知，在额定满载下运行时，无功功率的消耗将达额
定容量的12％。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。
3．输电线路的无功损耗
3．输电线路的无功损耗 • 输电线路用
形等值电路表示(见图12-3).
• 线路串联电抗中的无功功率损耗 QL 与所通过电流的 平方成正比:
2 2 2 2 P Q P Q QL 1 2 1 X 2 2 2 X V1 V2
3．输电线路的无功损耗
• 线路电容的充电功率 功损耗时应取负号。
QB 与电压平方成正比，当作无
B 2 2 QB (V1 V2 ) 2
•
B 2 为 型电路中的等值电纳。线路的无功总损
• 下面讨论发电机在非额定功率因数下可能发出的无功功率。 • 假定隐极发电机联接在恒压母
线上，母线电压为 VN 。发电机
的等值电路和相量图示于图12-4。 • C点是额定运行点。电压降相量
AC 的长度代表 X d I N ，正比于定 子额定全电流，
• 也可以说，AC 以一定的比例代 表发电机的额定视在功率 SGN . • SGN 在纵轴上的投影的长度 AD 代表 PGN ，在横轴上的投影
12-1
电力系统的无功功率平衡
本节主要内容
一、无功功率负荷和无功功率损耗
二、无功功率电源
三、无功功率平衡
四、无功功率平衡和电压水平的关系
一、无功功率负荷和无功功率损耗
无功负荷与无功电源失去平衡时，会 引起系统电压的升高或下降
无功 功率 平衡
无功功率的平衡应本着分层、分区、 就地平衡的原则 无功电源的无功输出应能满足系统负 荷和网络损耗在额定电压下对无功功