电力系统的电压与无功功率
电力系统的无功功率和电压调整
1. 发电机
同步发电机既是有功功率电源，又是最基本的无功功率电源。
2．电容器和调相机
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。
调相机实质上是只能发出无功功率的发电机。
3．静止补偿器和静止调相机
作业9：
变比分别为 和 两台变压器并联运行，每台变压器归算到低压侧的电抗均为 ，其电阻和电导忽略不计。已知低压母线电压为 。负荷功率为 ,求变压器功率分布和高压侧电压。
但当电机经多级电压向负荷供电时，仅借发电机调压往往不能满足负荷对电压质量的要求。
五、借改变变压器变比调压
双绕组变压器的高压绕组和三绕组变压器的高、中压绕组往往有若干分接头可供选择，例如，可有 或 ，即可有三个或五个分接头供选择，所以合理地选择变压器地分接头也可调压。如下图：
如上图，为一降压变压器
静止补偿器和静止调相机是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。
4．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。
电力系统的无功功率和电压调整
一、 无功功率负荷和无功功率损耗
无功负荷：绝大部分是异步电动机
无功损耗：1. 变压器 ；2. 输电线路。
变压器中的无功功率损耗分为两部分，即励磁支路损耗和绕组漏抗中损耗。其中，励磁支路损耗的百分值基本上等于空载电流 的百分值，约为 ；绕组漏抗中损耗，在变压器满载时，基本上等于短路电压 的百分值，约为 。因此，对一台变压器或一级变压器的网络而言，变压器中的无功功率损耗并不大，满载时约为它额定容量的百分之十几。但对多级电压网络，变压器中的无功功率损耗就相当可观。
第六章电力系统的无功功率和电压调整
统电压为UN，但电源提供
的无功功率下降为ΣQGC
时 . 无功也能平衡，但电 压要下降。 ■ 调节变压器分接头可以改 善局部电压，但电源提供 的无功不足时，电压不能 全面改善，而且有可能发 生电压崩溃的危险。
第二节电力系统中无功功率的 最优分布
一、负荷功率因数的提高
■ 异步电动机的无功功率：
二、无功功率的平衡
■ 负荷无功功率的静态电压特性
jXΣ
Q
无
功
负
1’
荷
1
U
二、无功功率的平衡
■ 发电机的静态电压特性
■ 近似二次曲线，E ↑ , 曲 线 ↑
Ф
δ
Ф
U
Q 2’
2 E
U
二、无功功率的平衡
Q
2’ 2
1’ 1
U
二、无功功率的平衡
■ 图中所示的无功电源静态 电压特性和无功负荷静态 电压特性，当电源提供的
■ 静止补偿器和静止调相机是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。前者出现在70年代初，是 这一“家族”的最早成员，日前已为人们所 熟 知；后者则尚待扩大试运行的规模。静止补 偿 器的全称为静止无功功率补偿器(svc)。
■ 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 种设施，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。
■ 最优网损微增率准则
■ 无疑，系统的无功资源越丰富，就可能节约越多 的网损，但也可能会使电网的建设投资增大。
■ 在进行电网规划时，希望以较小的投资，节约 较多的网损，所以无功规划的目标函数不能只 考虑网损，也不能只考虑投资，需要考虑将来 一个时间段内电网的综合效益最好。
电力系统电压和无功功率控制
以负荷侧电压Ub表示，线路的电压降落（折 算到高压侧） ：
S P jQ Ub * I* Ub * (IY jIW )
U I *Z
(IY jI W ) * (R jX )
P jQ * (R jX ) Ub
PR QX j PX QR
Ub
Ub
Ub jUb
其中，Ub
PR QX Ub
/
K2
• 从上述分析可得，影响负荷端电压的因素有： ➢ 发电机端电压UG 或 Eq ➢ 变压器变比K1，K2 ➢ 负荷节点的有功、无功负荷P＋jQ
➢ 电力系统网络中的参数R＋jX
因此，为了有效控制电力系统中的电压，就可以针对 上述因素进行。其中，根据前面推导过程得出的结论，无 功功率的分布起着决定性的作用。
异步电动机的转矩 Md U 2 电炉的功率 P U 2
照明设备发光和亮度大幅度下降。 电压过高时：
电气设备绝缘受损、铁心饱和、铁损增加、 温度升高、寿命缩短。
电压闪变对用户产生不良影响。
1、电压控制的必要性
（2）电压偏移对电力系统的影响 电厂，特别是火电厂，很多辅机由电动机
驱动，电压降低会使它们的出力下降，从而影 响发电厂出力，严重时可能造成“电压崩溃”。
异步电动机负荷在电力系统无功负荷中占很大的比重， 故电力系统的无功负荷与电压的静态特性主要由异步电 动机决定。异步电动机的无功消耗为：
ห้องสมุดไป่ตู้
QL
Qm
Q
U2 Xm
I 2 X
Qm— 异步电动机激磁功率，与异步电动机的电压平方成 正比。
Qσ—异步电动机漏抗Xσ的无功损耗，与负荷电流平方成 正比。
曲线1、2的交点确定了 节 点 的 电 压 值 UA ， 电 力 系统在此电压水平下达 到无功功率平衡。
电力系统的无功功率和电压控制
若大于，则任何分接头都无法满足要求，需其他调压措施配合
双绕组升压变压器一般按高压侧的电压要求选择分接头
Ut1max
U1max U1max U 2max
Ut2
Ut1
U 2 U2
Ut2
U1 U1 Ut2 U2
Ut1min
U1min U1min Ut 2 U 2min
Ut1
Ut1max
发电机的端电压与发电机的无功功率输出密切相关，增加端电 压的同时也增加无功输出，反之，降低端电压也就减小无功输 出，因此发电机端电压的调节受发电机无功功率极限的限制。 发电机有功出力较小时，无功调节范围会大些，调压能力会强 些。发电机端电压的允许调节范围为0.95~1.05UN，如果端电压 低于0.95UN，输出的最大视在功率要相应减小（小于SN）
仅当系统无功功率电源容量充足时，改变变压器变比调压才有
效。当系统无功不足、电压水平偏低时，应先装设无功功率补偿
设备，使系统无功功率容量有一定的裕度。
例5.1，p191
5.2.5 应用无功功率补偿装置调节电压
常用并联电容器、同步调相机、静止补偿器等并联无功补偿装置
减小线路和变压器输送的无功，从而减小电压损耗、提高电网电
对故障后的非正常运行方式，一般允许电压偏移较正常时大5%
5.2.3 应用发电机调节电压
应用发电机调压不需要另外增加投资。根据励磁电源的不同， 同步发电机励磁系统可分为直流机励磁系统、自励半导体励磁 系统、它励半导体励磁系统 3大类。现代发电机励磁系统都有 自动调节功能，即自动励磁调节器（AER）或自动电压调节器 （AVR），通过改变励磁调节器的电压整定值，自动控制励磁 电流，即发电机空载电势，实现发电机端电压的闭环控制。
电力系统的无功功率和电压调整
P
取决于发电机的视在
功率。以O点为圆心
B
， 以 OB 为 半 径 的 圆
弧S。
T
E qN
(U N xd
)
S
IN
xd
(U N xd
)
F
O'
U
N
U (
N
xd
)
O
Q
I N
图 2-4 隐 极 式 发 电 机 组 运 行 极 限 图
电力系统的无功功率和电压调整
2. 励磁绕组温升约束。取决 于发电机的空载电势。以 O’点为圆心，以O’B为半 径的圆弧F。
❖ 解决问题：无功补偿，无功电源的最优分布
电力系统的无功功率和电压调整
第一节 电力系统中无功功率的平衡
❖ 一、无功功率负荷和无功功率损耗
1.无功功率负荷 2.变压器中的无功功率损耗 3.电力线路上的无功功率损耗
❖ 二、无功功率电源
1.发电机 2.电容器和调相机 3.静止补偿器和静止调相机 4.并联电抗器
将异步电动机同步化运；
电力系统的无功功率和电压调整
第二节 电力系统中无功功率的最优分布
❖ 一、无功功率电源的最优分布 ❖ 二、无功功率负荷的最优补偿
电力系统的无功功率和电压调整
无功功率电源的最优分布
❖ 研究的是：在无功电源总量是定值时，每个 节点安装多少无功电源，使全网的有功损耗 最少？
❖ 等网损微增率准则
电力系统的无功功率和电压调整
无功功率负荷的最优补偿
❖ 如何确定无功补偿容量、补偿设备的分布使 无功补偿获得的收益最大？
❖ 最优网损微增率准则
电力系统的无功功率和电压调整
一、无功功率电源的最优分布
❖ 目标：
电力系统电压及无功补偿
电力系统电压及无功补偿电力系统电压与无功补偿交流电力系统需要电源供给两部分能量，一部分将用于作功而被消耗掉，这部分电能将转换为机械能、光能、热能或化学能，我们称为“有功功率”。
另一部分能量是用来建立磁场，用于交换能量使用的，对于外部电路它并没有作功，由电能转换为磁能，再由磁能转换为电能，周而复始，并没有消耗，这部分能量我们称为“无功功率”，无功是相对于有功而言，不能说无功是无用之功，没有这部分功率，就不能建立感应磁场，电动机、变压器等设备就不能运转。
2、无功功率按电路的性质有正有负，Q为正值（感性）时表示吸收无功功率，Q为负值(容性)时表示发出无功功率，在感性电路中，电流滞后于电压，f ＞0，Q为正值。
而在容性电路中，电流超前于电压，f < 0，Q为负值。
这就是人们通常称电动机等设备“吸收”无功而电容器发出“无功”的道理。
3、输电线路电压损耗由两部分组成，即有功功率在电阻上的压降和无功功率在电抗上的压降。
一般说来，在超高压电网的线路、变压器的等值电路中，电抗的数值比电阻大得多。
所以无功功率对电压损耗的影响很大，而有功功率对电压损耗的影响则要小得多。
因此，可以得出结论，在电力系统中，无功功率是造成电压损耗的主要因素。
由电压损耗表达式DU = (PR + QX)/U可知，要改变电压损耗有两种办法。
（1）改变元件的电阻；（2）改变元件的电抗，都能起到改变电压损耗的作用。
可采取的一种办法是增大导线截面减小电阻以减小电压损耗，这种办法在负荷功率因数较高、原有导线截面偏小的配电线路中比较有效。
适宜负荷不断增加的农村地区采用。
而电网中用的最多的办法是减少线路中的电抗，在超高压输电线路中广泛采用的分裂导线就可以明显降低线路的电抗。
在我国，220kV线路一般采用二分裂、500kV线路采用四分裂导线。
采用分裂导线，降低线路电抗，不仅仅减少了电压损耗，而且有利于电力系统的稳定性，能提高线路的输电能力。
减小线路电抗的另一种办法是采用串联电容补偿，就是在线路中串联一定数值的电容器，大家知道，同一电流流过串联的电感、电容时，电感电压与电容电压在相位上正好差180串联电容器补偿，现在主要应用于超高压、大容量的输电线路上4、除了用改变电力网参数来减少电压损耗以外，改变电压损耗的另一个重要方面是改变电网元件中传输的功率。
第六章电力系统无功功率和电压调整
2. 同步调相机
•同步调相机相当于空载运行的同步电动机。 •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。
• 中枢点电压调整方式一般分为三类： 逆调压、顺调压和常调压。
(1)逆调压：指在电压允许偏移范围内，供电电压的调整使
在电网高峰负荷时的电压值高于电网低谷负荷时的电压 值。
• 最大负荷时升高电压，但不超过线路额定电压的105%，
即1.05VN；
• 最小负荷时降低电压，但不低于线路的额定电压，即
1.0VN。
在任何情况下都保持中枢点电压为一基本不变的数值叫常 调压方式。
以10kV母线为例
逆调压：最大负荷时要求母线电压为10.5kV（1.05Un)，最小负 荷时要求母线电压为10kV（1.0Un)
恒调压：最大负荷及最小负荷要求母线电压＝常数（常数为 10.5kV（1.05Un)左右）
顺调压：最大负荷时要求母线电压不低于10.25kV（1.025Un)， 最小负荷时要求母线电压不高于10.75kV（1.075Un)。
考虑到高峰负荷时供电线路上电压损耗大，将中枢点电压 适当升高以抵消部分甚至全部损耗的电压损耗的增大；低谷 负荷时供电线路上电压损耗小，将中枢点电压适当降低以补 偿部分甚至全部电压损耗的减少，有可能满足负荷对电压质 量的要求，这种调压方式叫逆调压。
对于供电线路长，负荷变动大的中枢点往往采用这种调压 方式。顺调压就是高峰负荷时允许中枢点电压略低；低谷负 荷时，允许中枢点电压略高。对供电线路不长，负荷变动不 大的中枢点，常采用这种调压方式。
电力系统电压和无功电力技术导则
电力系统电压和无功电力技术导则电力系统是人类生产和生活中不可或缺的基础设施之一，而电压和无功电力技术是电力系统运行的关键。
本文将讨论电力系统电压和无功电力技术的导则。
一、电力系统电压导则电力系统中的电压是电力系统运行的关键参数之一。
电力系统电压导则是指电力系统中电压的基本规则和安排，旨在确保电力系统稳定、可靠、高效地运行。
首先，电力系统中的电压应该始终保持稳定。
这意味着，在电力系统中需要设立电压控制设备和自动调节装置，以在负荷变化或故障出现时自动调节电压。
其次，电力系统运行时，各个电压等级的电力设备需要按照相应的电压等级进行设计和安装。
例如，在输电线路中，需要选择合适的电线材料和绝缘材料，以承受特定的电压和电场强度。
此外，电力系统中电压的稳定和控制还需要考虑到电力系统的负荷特性和无功需求。
在高负荷运行状态下，电压容易下降，因此需要根据负荷特性合理设置电压控制装置。
同时，电力系统中的无功功率是电力系统稳定运行的关键因素，因此需要合理调节电力系统中的无功功率，以确保电力系统的稳定和可靠运行。
二、无功电力技术导则无功电力是指与有功电力相对应的电力类型。
有功电力是用于提供功率的电力，而无功电力则是用于提供电压和电流相位等参数的电力。
电力系统中的无功电力技术导则是指电力系统中无功功率的基本规则和安排，旨在提高电力系统的稳定性和可靠性。
首先，无功功率的稳定控制是电力系统的关键问题之一。
无功功率控制的主要手段是通过电容器和电感器等改变电路中的电感和电容性质，以改变电路的无功功率。
因此，在电力系统的设计和运行中，需要合理设置电容器和电感器等无功补偿设备，以实现电力系统中无功功率的稳定控制。
其次，电力系统中的无功电力还需要考虑到电力系统中的负荷特性和无功需求。
在高负荷运行状态下，电力系统中的无功功率会增加，因此需要根据负荷特性合理调节无功补偿设备。
同时，在电力系统中，还需要考虑到电力系统中不同类型的负荷对无功功率的需求差异，以确定无功补偿设备的设置方案。
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。
THANKS FOR WATCHING
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。
电力系统的无功功率和电压调整
电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率电源1）同步发电机2）并联无功补偿设备（装置）一一同步调相机、并联电容器、静止无功补偿器等。
电压中枢点的调压方式1）逆调压一一高峰负荷时增大中枢点的电压、低谷负荷时减少中枢点的电压的调压方式。
适用于当电压中枢点供电的各负荷变化规律大致一样,且负荷的变动较大、供电线路较长时。
2）恒（常）调压一一中枢点的电压在任何负荷下基本保持不变的调压方式。
适用于当电压中枢点供电的各负荷变动较小、供电线路电压损耗也较小时。
3）顺调压一一高峰负荷时允许中枢点的电压略低，低谷负荷时允许中枢点的电压略高的调压方式。
适用于负荷变动和供电线路都较小时、或用户的电压要求较低时。
电压调整的基本原理和措施4节点的实际电压为：为调整4节点电压，可以采取的措施：调UG调变压器分接头改变网络无功分布(装并联无功补偿设备)改变线路参数(装串联电容器、更换导线)双绕组降(/升)压变压器分接头的选择设高压侧实际电压为Ul,变压器阻抗RT、XT已归算到高压侧，变压器低压绕组的额定电压为UTL,变压器高压绕组的分接头电压为UTH o如果低压侧要求得到的电压为U2,则U2=(Ul-∆UT)∕k=(U1-∆UT)UTL/UTHUTH=(U1-ΔUT)UTL∕U2其中：4UT=(PRT+QXT)∕U1负荷变化时，AUT及U2都要变化，而分接头只能用一个，可以同时考虑最大、最小负荷情况：UTHmax=(Ulmax-ΔUTmax)UTL/U2maxUThmin=(Ulmin-∆UTmin)UTL/U2min然后取平均值：UTHav=(UTHmax+UTHmin)/2根据计算的UTHaV选择一个与它最接近的分接头，最后校验最大、最小负荷时低压母线的实际电压是否符合要求。
合理使用调压措施开展调压1）优先考虑调发电机端电压UG2）调变压器分接头的手段应充分利用。
普通变压器需停电调分接头；使用有载调压变压器，调压灵活而且有效，但价格较贵，而且一般要求系统无功功率供给较充裕。
电力系统稳态分析-第六章 电力系统的无功功率与电压调整
（事故情况） +10％～－15％
事故情况下，电压偏移允许值比正常值多5%， 但电压的正偏移不大于10％。
一、无功功率负荷和无功功率损耗
1．无功功率负荷
•异步电动机
U2 QM Qm Q I 2 X Xm
jX
电压下降,转差 增大,定子电流 增大.
图6-1
异步电动机的简化等值电路
发电机定子电压的控制，是靠调节转子励磁电流的大小来实现的。当 定子运行电压高于额定电压，称为过励磁，反之，定子运行电压低于额定 电压，则称为欠励磁。
同步调相机缺点：
•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；
•小容量的调相机每kVA容量的投资费用也较大。
二、无功功率电源
• 电力系统的无功功率电源有发电机、同步调相机、 静电电容器及静止补偿器，后三种装置又称为无功 补偿装置。
1. 发电机
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
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6-4
发电机的P-Q极限
Voltage deviation’s influence on devices
对用电设备的影响
a. 异步电动机 b. 白炽灯 c. 电热器具 d. 精密仪器加工业
对电力系统本身而言
电压降低，使网络中功率损耗和电能损耗加大，可能 危及电力系统稳定性；电压过高，电气设备绝缘易受损。
电压偏移对异步电动机的影响
2. （同步）调相机
•（同步）调相机相当于空载运行的同步电动机。 •在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率而起无功
电力系统的无功功率和电压调整
UL
U L k2
(UGk1
PR QX UN
)
/
k2
要改变负荷点电压： ➢改变 UG－借改变发电机机端电压调压 ➢改变k1， k2 －借改变变压器变比调压 ➢改变Q－借无功补偿设备调压 ➢改变X－借串联电容调压 ➢组合调压
29
第三节 电力系统的电压调整
调压手段之一：借改变发电机端电压调压
实施：调节发电机的励磁 方式：机端无负荷时，调节范围95％～105％；
电力系统的电压调整 保证中枢点电压偏移不越 限
22
第三节 电力系统的电压调整
中枢点电压曲线的编制
目的：确定中枢点的电压允许变动范围 编制方法：根据各负荷点的负荷曲线和电压要求，
计及中枢点到负荷点的电压损耗，从而确定对中 枢点电压的要求。
举例说明
中枢点 i
U ij U ik
负荷点
j
k 负荷点
静止调相机（Statcom）
11
第一节 电力系统中无功功率的平衡
静止补偿器
可吸可发感性无功； 只能发感性无功；
连续调节
不能连续调节
可吸可发无功； 连续调节
12
第一节 电力系统中无功功率的平衡
静止调相机
A
.
R<<X
I k:1
a
. . UA
I
jX L
逆变器
理想变 k:1
.
C
Ua
.
I
.
kUa
.
U A
电压调整的必要性 电压波动和电压管理 电压调整的手段
18
第三节 电力系统的电压调整
3.1电压调整的必要性
电压调整的含义：在正常运行状态下，随着负 荷变动及运行方式的变化，使各节点电压在允 许的偏移范围内而采取的各种技术措施
电力系统电压和无功功率控制要点
③系统无功平衡原则：就地平衡。
④无功远距离传输导致：有功损耗、电压损耗。
2、维持电网运行的经济性：
通过合理的电源配置以及运行方式等方面减少无功流动，降低网损。
3、维持电力系统稳定性
通过快速励磁、强磁等措施维持机端电压，缩短电气距离，对静态稳定和暂态稳定都有积极的作用。电力系统稳定器（PSS）抑制电网低频振荡。
其中：
曲线1：负荷的电压无功特性；
曲线1’：无功负荷增大时的电压无功特性;曲线2：电网的电压无功特性；
曲线2’：增大后的电网电压无功特性
q E
A点为平衡点。当无功负荷增加→曲线1变为曲线1’。如果q E；如增大则曲线2变为曲线2’q E
结论：
①电网电压水平，靠无功功率平衡维持。
②无功功率平衡：系统无功出力应等于额定电压下
上面第三式中的U ∆其大小取决于无功功率以及网络参数（分母U可近似认为是额定电压不变）。
Q X当无功负荷增加，则电压损耗Q U ∆增大，电压U下降，如此时增大发电机励磁，使增大，则可抵消的增加，使U保持不变；反之亦然。
q E U ∆上面第二式可近似认为cos 1δ≈，与U为近似的Q。
电力系统的无功功率负荷：异步电动机。其无功电压特性也可用二次特性表示。如下图：
②电压过高：直接影响到高压输电设备的绝缘寿命；增大变压器的铁芯损耗，温度增高，寿命减短。
三、电力系统无功功率控制的重要性
1、维持电网电压水平
对于上图简单电力系统，可得出其向量图：
由向量图得：
sin cos cos sin cos sin sin (cos cos q q q q q E UE IX P UI U U X X X E U IX U Q UI U U E U X X X QX U E U U δϕϕδδϕϕδδ⎫==⋅=⋅=⎪⎪−⎪==⋅=⋅=−⎬⎪⎪∆=−=⎪⎭
电气考研《电力系统稳态课程》第6章 电力系统的无功功率和电压
功率补偿改善的是包括
电容器在内的整个线路
的功率因数。
4.4.3 静电电容器补偿
2．补偿方式 采用静电电容器作无功补偿装置时，可以采 用就地补偿和集中补偿的补偿方式。
就地补偿是低压部分的无功负荷由低压电容 器补偿，高压部分由高压电容器补偿。容量较 大、负荷集中且经常使用的用电设备的无功负 荷宜单独就地补偿。
集中补偿的电容器组宜在变电所内集中补偿。 居住区的无功负荷宜在小区变电所低压侧集中 补偿。
• 4．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。
r1
1 UN2
20(QL1
QL2
QC1
QC2)2
30(QL2
QC2)2
• 2、无功功率电源的最优分布
• 首先要给定除平衡节点外其它各节点的有功功率 和PQ节点的无功功率、PV节点的电压大小。
• 而在计算高峰负荷下的无功电源分布时，第一次 给定Qi(0)和Ui(0)应尽可能多投入无功功率补偿设 备和尽可能提高系统的电压水平考虑。
• 然后作潮流分布和网损微增率的 P / QGi、
Q
/ QGi、QPG2
1 (1 Q
/ QG2 )
计算。
• 根据求得的、各节点修正后的有功网损微增率调 整。
• 调整的原则是：网损微增率大的节点应减少该节 点的无功功率或降低电压，即令这些节点的无功 功率电源少发无功功率，网损微增率小的节点应 增大该节点的无功功率或提高电压，即令这些节 点的无功功率电源多发无功功率。
QGC QG QC QG QC1 QC2 QC3
系统电压升高,无功功率降低的原因
系统电压升高,无功功率降低的原因随着电力系统的发展和运行，系统电压的稳定性一直是电力工程领域关注的重点问题之一。
在电力系统中，系统电压的升高可能导致无功功率的降低，这对电力系统的稳定运行产生了不利影响。
那么，究竟是什么原因导致了系统电压升高和无功功率降低呢？下面将从几个方面进行分析。
1. 电力系统负载变化电力系统中，负载的变化是导致系统电压升高的主要原因之一。
当系统负载减少或者发生突然变化时，系统的电压可能会出现升高的情况。
这是因为在负载减少的情况下，电网中的供电能力超过了负载需求，导致电压升高。
而系统电压升高则会引起无功功率的降低，对电力系统的稳定性产生负面影响。
2. 电网故障另外，电网故障也是导致系统电压升高和无功功率降低的常见原因之一。
短路故障、线路跳闸等故障事件可能会导致系统电压升高。
在发生电网故障的情况下，电网中的电压和电流会发生剧烈波动，导致系统电压升高以及无功功率的降低。
这种情况下，为了保证电网的稳定运行，需要及时采取措施对故障进行隔离和处理。
3. 变压器调压不当变压器的调压不当也可能导致系统电压升高和无功功率降低。
变压器的绕组接线错误或者调节装置故障等因素都可能导致变压器的输出电压超出正常范围，进而引起系统电压升高。
对于这种情况，需要对变压器进行及时的检修和调整，以保证电网的正常运行。
4. 电网容量过剩电网容量过剩也是导致系统电压升高和无功功率降低的原因之一。
在电力系统中，当电网的供电能力超过了实际负载需求时，会导致系统电压升高以及无功功率的降低。
这种情况可能是由于电网规划不合理、负荷预测不准确等因素所导致的。
需要对电网容量进行合理规划和调整，以避免出现电网容量过剩的情况。
电力系统中系统电压升高和无功功率降低的原因可能包括负载变化、电网故障、变压器调压不当和电网容量过剩等多种因素。
针对这些问题，需要采取相应的措施和技术手段来保证电力系统的稳定运行。
只有在全面分析和处理这些问题的基础上，才能有效提高电网的稳定性和可靠性，确保电力系统的安全运行。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
沿线路各点电压的变化
我国规定的电压偏移范围
35kV及以上电压供电的负荷： ±5%
10kV及以下电压供电的负荷： ±7%
低压照明负荷：
+5%～-10%
农村电网
正常运行情况：
+7.5%～-10%
事故运行情况：
+10%～-15%
电压调整的基点-无功功率
①电压损耗近似等于电压降落的纵分量 △U； ②△U可以分解成电阻电压损耗分量PR/U和电抗 电压损耗分量QX/U ③减小无功功率的输送可降低电压损耗。
输电线路的无功损耗
输电线路的π型等值电路
2 P +2Q Q L = 2 X =
U1
P2 +Q 2 2X U2
QB =
B 2
2 (U1 +U 2 )
线路的无功总损耗为
2 P +2Q
U2 1 +U2
Q L+Q B = 2 X
B
U1
2
一般情况下，220kV系统，线路长度100km以内，呈 感性，消耗无功功率；300km左右，呈电阻性，不 消耗无功功率；大于300km时，呈容性，提供无功 功率。
在额定电压附近，电动 机的无功功率随电压的 升降而增减。
当电压明显低于额定值 时，无功功率主要由漏 抗中的无功损耗决定， 随电压下降反而具有上 升的性质。
图5-24 异步电动机的无功功率与端电压的关系
㈡发电机的无功功率―电压静态特性
定义：发电机输出的无功功率与电压变 化关系的曲线。 对于一个简单电力系统，原理图与等值 电路图如下图所示
三、电力系统的无功功率
（一）无功负荷和无功损耗功率 （二）无功电源 （三）无功功率的平衡方程
(一)无功负荷和无功损耗功率
有功功率确定后，负荷的无功功率由功率因素决定 ⑴我国关于负荷功率因数的规定
①高压供电的工业企业及装有带负荷调整电压设 备的用户，其功率因数应不低于0 于0.95； ②其它用户的功率因数不低于0.9； ③趸售和农业用户功率因数为0.8以上。
G~
.
.
l
U
E
jXd
jXL
.
I
jX
P+jQ
（a) 原理图
(b) 等值电路
.
U
P+jQ
图 5—25 简单电力系统
电流为I，U和I间的相角为φ，则发电机
电势和系统电压间的关系将为
E =U + jIX
向量图如下:
.
I
.
E
.
jIX
.
U
(c) 相量图
发电机经输电线向系统传送的有功功率PG 和无功功率QG为
P G =UI cos
G
sin Q UI
=
发电机电势和系统电压间的夹角为δ时
Esin= IX cos
cos
sin E
UI
于是可得
P G = sin
X
EU
2
QG = EU cos
X
U X
当有功功率不变时，发电机送至负荷点
的无功功率为
2
XXBiblioteka 若励磁电流不变，则发电机电势E为常数 ，无功功率就是电压U的二次函数，其特性 曲线如下
电力系统的电压与无功功率
一、电压调整的必要性 二、电力系统的电压特性 三、电力系统的无功功率 四、电力系统的电压管理 五、改变变压器分接头的调压方法 六、改变无功功率分布调压 七、改变网络参数调压
一、 电压调整的必要性
•电压偏移过大对电力系统本身以及用电设备会带来不良 的影响。 （1）电压过高，照明设备寿命下降，影响绝缘。 （2）电压过低，转矩下降，电机发热。 （3）系统电压崩溃 •不可能使所有节点电压都保持为额定值。 （1）设备及线路压降 （2）负荷波动 （3）运行方式改变 （4）无功不足
（二）无功功率电源
•电力系统的无功功率电源有发电机、同步调相机、电 力电容器及静止补偿器，后三种装置又称为无功补偿 装置。
1 1. 发电机
发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率：
QGN = SGN sinN = P GNtgN
发电机在非额定功率因数下运行时可能发出的无功
功率。
发电机的运行限制条件
定子绕组 温升约束
①SG≤SGN；
原动机功
②if ≤ ifN ；
率约束
③PG ≤ PGN ；
图5-28 发电机的P-Q极限
励磁绕组 温升约束
（1）当发电机低于额定功率因数运行时，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的条件，将低于其额定值。 定子容量得不到充分利用；
二、 电力系统的电压特性
㈠负荷无功功率―电压静态特性
定义：各种用电设备所消耗的无功功率随 电压变化的关系。 负荷的电压特性主要取决于异步电动机的 电压静态特性
异步电动机
Q M=Q m+Q U=2 +2I X Xm
电压下降,转差 增大,定子电流 增大.
图5-22 异步电动机的简化等值电路
受载系数:实际负载和额定负载之比.
(三) )无功功率平衡对电力系统电压的影响
电力系统的电压运行水平取决于发电机的
无功出力QG和综合负荷无功功率QLD （含网
络无功功率损耗）的平衡，如下图所示
结论
①造成电力系统运行电压下降的主要原因是 系统的电源无功功率不足； ②为提高电力系统的运行质量，减小电压的 偏移，必须使电力系统的无功功率在额定电 压或其允许电压偏移范围内保持平衡。
⑵无功功率损耗的主要组成
变压器无功功率损耗； 线路无功功率损耗。
变压器的无功损耗
2 2
U
I0% SN + US%S2
100
100SN
假定一台变压器的空载电流I0%=2.5，短路电压US%=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 功率损耗的数值是相当可观的。
（2）当发电机高于额定功率因数运行时，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。定子和转子容量都得不到充分利用。
（3）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C）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。
说明
①在有功备用较充裕时，可利用靠近负荷中 心的发电机降低功率因数运行，多发无功功 率以提高电力网的运行电压水平；
②远离负荷中心的发电厂不宜降低功率因数 运行。因为无功功率大量的、远距离传输， 会引起网络较大的有功和无功功率以及电压 损耗。
2. 同步调相机
•同步调相机相当于空载运行的同步电动机。
QG = （ EU ）2 X
P
2 G
U2 PG = 0 X
QCS = QG＝EU X
U2 X
•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。