无功功率平衡和电压调整
合集下载
电力系统无功平衡与电压调整
不仅要考虑总的无功功率平衡，还要考虑 分地区的无功平衡，还要计及超高压线路 充电功率、网损、线路改造、投运、新变 压器投运及大用户各种对无功平衡的影响。
系统一般需按无功功率就地平衡的原则进 行无功补偿。
电力系统的无功功率---小结
无功 功率 和电 压的 关系
无功功率对电压有决定性的影响
无功功率是引起电压损耗的主要 内容
➢只能成组投入或切除运行，不能平滑调压（为
阶跃式调压）。
无功电源
▪3、静止（无功）补偿器（SVC）－－FACTS的一
员，由特种电抗器和电容器组成，是一种并联联接的动态 无功补偿装置。
基本工作原理：
电容器发出可调（TSC型）或固定的无功功率（TCR 型）； 电抗器则根据负荷变化调节其吸收的无功功率； 两者配合响应负荷变化，相应改变无功输出大小及方 向，从而稳定或调节系统电压。
无功功率平衡
▪电力线路的无功损耗 ，包括：
➢串联电抗中的无功功率损耗（感性） ➢并联电纳中的充电功率（容性，看作无功损耗时
应取负号）。
V1 P1+jQ1 R+jX
P2+jQ2 V2
jB/2
jB/2
无功功率平衡
V1 P1+jQ1 R+jX
P2+jQ2 V2
jB/2
jB/2
QLX
3I 2 X
P2 Q2 U2
二、无功损耗
✓主要为线路和变压器的无功损耗 ； ✓小部分并联电抗器的无功损耗
✓用以吸取轻载线路过剩的感性无功，对高压远距离输电有益— 降低过电压。
无功功率平衡
▪变压器的无功损耗，包括：
➢励磁损耗----近似等于空载电流百分数，约1~2（其
对额定容量的百分数 ）。
系统一般需按无功功率就地平衡的原则进 行无功补偿。
电力系统的无功功率---小结
无功 功率 和电 压的 关系
无功功率对电压有决定性的影响
无功功率是引起电压损耗的主要 内容
➢只能成组投入或切除运行，不能平滑调压（为
阶跃式调压）。
无功电源
▪3、静止（无功）补偿器（SVC）－－FACTS的一
员，由特种电抗器和电容器组成，是一种并联联接的动态 无功补偿装置。
基本工作原理：
电容器发出可调（TSC型）或固定的无功功率（TCR 型）； 电抗器则根据负荷变化调节其吸收的无功功率； 两者配合响应负荷变化，相应改变无功输出大小及方 向，从而稳定或调节系统电压。
无功功率平衡
▪电力线路的无功损耗 ，包括：
➢串联电抗中的无功功率损耗（感性） ➢并联电纳中的充电功率（容性，看作无功损耗时
应取负号）。
V1 P1+jQ1 R+jX
P2+jQ2 V2
jB/2
jB/2
无功功率平衡
V1 P1+jQ1 R+jX
P2+jQ2 V2
jB/2
jB/2
QLX
3I 2 X
P2 Q2 U2
二、无功损耗
✓主要为线路和变压器的无功损耗 ； ✓小部分并联电抗器的无功损耗
✓用以吸取轻载线路过剩的感性无功，对高压远距离输电有益— 降低过电压。
无功功率平衡
▪变压器的无功损耗，包括：
➢励磁损耗----近似等于空载电流百分数，约1~2（其
对额定容量的百分数 ）。
电力系统的无功功率平衡和电压调整
上一页 下一页 返回
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。
上一页 下一页 返回
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。
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。
上一页 下一页 返回
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～O.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0I ％，约为1％～2％。
因此励磁损耗为0/100Ty TN Q I S V (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k U 的百分值，约为10％这损耗可用式(6-2)求得2(%)()100k TN TL Tz TNU S S Q S V (Mvar)(5-1-2) 式中，TN S 为变压器的额定容量(MVA)；TL S 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。
(2)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。
第五章 电力系统的无功功率平衡与电压调整
u2
u2 N
U U T max S max : U 1max u2 N 1 f max
U1min U T min S min : U1 f min u2 N u2 min
u2 max
后面同降压式，对普通变要记得校验。
三. 改变无功功率分布调压 使用前提：（超）高压网络效果显著 要求:按照用户侧调压要求，选择无功补偿装 置的容量Qb（及变压器变比）。
正常情况下
10 kV : 7%
35kV : 0 ~ 10%
第5章 电力系统的无功功率平衡 与电压调整
§5-2 电力系统的无功电源和 无功平衡
一. 无功功率电源 无功电源 同步发电机、 某些情况的输电线路 ： 无功补偿装置： 同步调相机、静电（并联）电容 器、静止补偿器 1. 同步发电机 唯一的有功电源，主要的无功电源。 发电机在正常运行状态下发出无功：
静电（并联）电容器 运行特点： 时，全投； 时，全切。 ① 时，根据变压器低压侧调压要求选择k 已知： 为 时用户侧电压， 为其归算 至高压侧的值
选择与 最接近的分接头电压，确定
②
时，按照调压要求确定Qb
查产品目录，选大于Qb且与其最接近电容器 。 ③ 根据所选 、 校验 和 时低压侧电 压是否满足要求。
u2 (u2C )
k :1
电源电压（恒定 ）
（用户所需功率 (U 2C ) ）
（无功补偿容量 （归算至高压侧 ） ） 说明：高压侧电压用大写符 k ：实际变比 号,低压侧电压用小写符号, u ：U 归算到高压侧的值 U u k 补偿后的参数在下标加字母 u ：U 归算到高压侧的值 U u k ”c”.
2 2 2 2
2C
2C
第6章 电力系统无功功率的平衡和电压调整
Q2 (U பைடு நூலகம் U 2 )U 2 X
若U1>U2时，Q2>0；U1＜U2时，Q2 ＜ 0。 电力网中的感性无功功率总是从电压高的一端流向电压 低的一端，而容性无功功率则总是从电压低的一端流向电压 高的一端。 注意：上述关于电力网中功率的流动方向的结论只适用 于高压电网---要注意使用条件！。
第一节 电力系统中无功功率平衡与电压的关系 二、容性无功与感性无功
U
( < 0 容性）
I ( >0 感性)
(a)
(b)
I
U
(a):
(b):
Q = UIsin ＞ 0 , 感性无功
Q = UIsin ＜ 0 , 容性无功
注意: 消耗容性无功相当于提供感性无功。
第一节 电力系统中无功功率平衡与电压的关系
P jQ1 1
P2 jQ2
Z R jX
呈感性
呈容性，相当 于提供感性无 功
第二节 电力系统中无功功率的平衡
Z R jX P2 jQ2 P jQ1 1
U1
2 P 2 Q12 U12 U 2 QX QB 1 2 X B U1 2
△QX：线路电抗的无功功率 △QB：充电无功功率
φ δ φ
jIX
I
(c) 简单系统
U
正常运行 时，工作 在ab段
（a）系统图；（b）等值电路；（c）相量图
第一节 电力系统中无功功率平衡与电压的关系
(2) 发电机的无功—电压静态特性
所谓发电机的无功—电压静态 特性，是指发电机向系统输送的无 功功率与电压的变化关系曲线。
G T-1 L T-2
若U1>U2时，Q2>0；U1＜U2时，Q2 ＜ 0。 电力网中的感性无功功率总是从电压高的一端流向电压 低的一端，而容性无功功率则总是从电压低的一端流向电压 高的一端。 注意：上述关于电力网中功率的流动方向的结论只适用 于高压电网---要注意使用条件！。
第一节 电力系统中无功功率平衡与电压的关系 二、容性无功与感性无功
U
( < 0 容性）
I ( >0 感性)
(a)
(b)
I
U
(a):
(b):
Q = UIsin ＞ 0 , 感性无功
Q = UIsin ＜ 0 , 容性无功
注意: 消耗容性无功相当于提供感性无功。
第一节 电力系统中无功功率平衡与电压的关系
P jQ1 1
P2 jQ2
Z R jX
呈感性
呈容性，相当 于提供感性无 功
第二节 电力系统中无功功率的平衡
Z R jX P2 jQ2 P jQ1 1
U1
2 P 2 Q12 U12 U 2 QX QB 1 2 X B U1 2
△QX：线路电抗的无功功率 △QB：充电无功功率
φ δ φ
jIX
I
(c) 简单系统
U
正常运行 时，工作 在ab段
（a）系统图；（b）等值电路；（c）相量图
第一节 电力系统中无功功率平衡与电压的关系
(2) 发电机的无功—电压静态特性
所谓发电机的无功—电压静态 特性，是指发电机向系统输送的无 功功率与电压的变化关系曲线。
G T-1 L T-2
无功功率平衡和电压调整
路漫漫其悠远
无功功率平衡和电压调整
4.4.3 静电电容器补偿
1．补偿调压原理
采用静电电容器补偿，当将电容器 与感性负 载（用电设备）并联后，电感性负载的功率因数
仍然不变，但
和 的相位差减小
（
），补偿后的功率因数比补偿前的功率因
数提高（即
）。
静电电容器进行无功
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。
路漫漫其悠远
无功功率平衡和电压调整
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。
220kV电压级的有载调压变压器的调压范围 为±4×2.5％，有九个分接头。
对于特殊要求的有载调压变压器还可有更多 的分接头。
路漫漫其悠w
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
路漫漫其悠远
2020/11/16
无功功率平衡和电压调整
路漫漫其悠远
无功功率平衡和电压调整
4.4.4 变压器分接头调压
3.升压变压器分接头的选择计算
路漫漫其悠远
无功功率平衡和电压调整
4.4.4 变压器分接头调压
4．有载调压变压器
有载调压变压器的高压侧有可以调节分接头 的调压绕组，能在带有负荷的情况下改变分接 头，调压范围也比较大，一般在15％以上。
目前我国110kV电压级的有载调压变压器的 调压范围为±3×2.5％，有七个分接头。
3.无功负荷
电力系统的无功负荷指的是用电设备所吸收的无功功 率，以异步电动机需用的无功功率占的比重最大，一般 综合负荷的功率因数为0.6～0.9。
浅谈电力系统无功功率的平衡与电压调整
浅谈电力系统无功功率的平衡与电压调整电力系统的电压是否能够保持稳定是保证供电质量的有效保证之一，如果电力系统内部的电压的波动性能过高的话，将会给电力系统带来不利的影响，对用户的正常用电也会带来一定的干扰。
针对这样的情况，就需要电力系统在保证给电力用户所提供的电压的过程之中不能偏离实际设定的电压的额定值太远。
与此同时，由于整个电力系统是一个庞大的系统，这个系统内部存在有很多的电力节点，这就导致整个电力系统之中的电压负荷分布的很不均匀，这些问题的产生原因就是电力系统无功功率的不平衡状态。
针对这样的问题，本文将重点分析电力系统无功功率的平衡与电压调整问题。
标签：电力系统；无功功率；平衡；电压调整；所谓电力系统无功功率平衡，顾名思义指的就是地区电力系统根据系统所制定的电源发展规划，以及电力系统的电力网发展规划进行无功功率平衡计算，使整个电力系统的无功电源所发出的无功功率可以和系统的无功负荷相平衡。
进行电力系统无功功率平衡的主要目的就在于维持各种运行方式下电力系统的电力平衡，保证整个电力系统的正常使用和运行。
在本文中，将具体的结合介绍电力系统无功功率的平衡与电压调整的重要性，介绍无功功率和电压之间的关系，并具体的被分析保证电力系统正常运行的两种手段：首先，保证电力系统的无功功率平衡；其次，进行必要的电压调整操作。
通过本文的论述，笔者一方面希望能起到抛砖引玉的作用，另一方面，希望能给相关的工作人员提供一点参考借鉴的材料。
一、进行电力系统无功功率的平衡与电压调整的重要性为了保证电力系统内部的电压的稳定性，要时常对电力系统内部的电压进行调整，以便于保证电力系统内部的电压出现偏移数值超出偏移极限的情况下，电力系统内部的各种设备和电力系统网络不会出现问题，也就可以有效的保证电力系统的供电效率，有效的保证电力系统的经济效益。
与此同时，在电力系统的电压发生改变的过程之中，各种的电力负荷的改变会产生电力系统地电机的转动速度的差异，导致电力系统内部的电流数值加大，最终导致电力系统内部的设备出现电压过高的问题。
电力系统分析第5章 电力系统的无功功率(reactive power)平衡与电压调整(voltage regulation ).
U S％S 2 U N 2 I o % U S %S NT S 2 I o % QT ( ) SN T ( ) S NT 100S NT U 100 100 S NT 100
电力系统分析
5.2.3 无功功率平衡
电力系统的无功平衡表示式为 其中：
QD＋ Q Q GC Q G＋ Q C
例5.1 求图5.6所示简单系统的无功功率平衡。图中所 示负荷为最大负荷值。 线路参数： r0 0.17 km, x0 0.41 km， b0 2.82 106 S km 变压器试验数据： PS 200KW , U s % 10.5, P0 47 KW , I 0 % 2.7
异步电动机在电力系统无功负 荷中占的比重很大，因此，电 力系统综合负荷的无功电压静 态特性主要取决于异步电动机 的特性。
图5.5 异步电动机的Q—U关系
电力系统分析
5.2.2 无功负荷及无功损耗
无功损耗(active loss) 输电线路的无功损耗
P12 Q12 B 2 2 Ql QlX QB X ( U U ) L 1 2 2 U1 2 P22 Q22 B 2 2 X ( U U ) L 1 2 变压器的无功损耗 2 U2 2
这种方法简单、经济，且不需增加额外设备。
电力系统分析
5.4.2改变变压器变比调压
改变变压器的变比就是通过改变绕组间匝数比（ratio of winding ）来实现的，因此，这种调压措施也常叫利 用变压器分接头（tap）调压。
分接头设置在双绕组变压器的高压绕组，三绕组变压 器的高压绕组和中压绕组。 一般与绕组额定电压值对应的分接头为主分接头，其 它分接头为附加分接头。
无功功率平衡和的电压调整
静电电容器运行时的功率损耗较小，约为额定容量的0.3〜0.5%。静电电容器 的无功功率与所在节点的电压平方成正比，即
U2
X
式中X=A—电容器的容抗；U—电容器所在节点电压。C①C
故当节点电压下降时，它供应给系统的无功功率也将减少。在系统发生故障 或其他原因而使电压下降时，其输出的无功功率反而减少，结果将导致电力网电 压的继续下降。这是静电电容器的缺点。但是它可以分散装设，就地供应无功功 率，减少线路上的功率损耗和电压损耗；在负荷降低时，还可以部分切除电容器 组；它本身的功率损耗小，单位容量的投资费用也较小。特别是近年来采用可控 硅控制及和可调电抗器并联使用组成静止补偿器，改进了它的调节无功功率的性 能。这种静止补偿器可以按负荷变动需要调节无功功率大小及方向，既调整电压 又改善系统稳定。
输电线路上还有电纳，电纳中的无功功率为容性，称为线路的充电功率，可 视为无功电源。这种充电功率，一般按等值冗电路用以下公式计算
B .
AQ=U2—l兆之
LGi i2
式中Bl――线路L段上的电纳（西门）；Ui――线路L段所联接的节点i的线 电压（千伏）；A。』为线路对某一端点i的充电功率。
线路充电功率是向线路输送的无功功率，如作为无功损耗则原为负值。
3
3.1
无功负荷是以滞后功率因数运行的用电设备所吸取的无功功率。
Q=Ssin^
其中主要是异步电动机的无功功率。在综合负荷中如果同步电动机的比重较 大，则功率因数将有所改进，无功负荷较小。一般综合负荷的功率因数为0.6〜0.9。
3.2
（1）输电线路的无功损耗 输电线路中电抗的无功损耗与线路电流的平方成 正比，这种无功损耗比线路上的有功损耗要大，特别是导线截面大的线路，无功 损耗比有功损耗大得多。
U2
X
式中X=A—电容器的容抗；U—电容器所在节点电压。C①C
故当节点电压下降时，它供应给系统的无功功率也将减少。在系统发生故障 或其他原因而使电压下降时，其输出的无功功率反而减少，结果将导致电力网电 压的继续下降。这是静电电容器的缺点。但是它可以分散装设，就地供应无功功 率，减少线路上的功率损耗和电压损耗；在负荷降低时，还可以部分切除电容器 组；它本身的功率损耗小，单位容量的投资费用也较小。特别是近年来采用可控 硅控制及和可调电抗器并联使用组成静止补偿器，改进了它的调节无功功率的性 能。这种静止补偿器可以按负荷变动需要调节无功功率大小及方向，既调整电压 又改善系统稳定。
输电线路上还有电纳，电纳中的无功功率为容性，称为线路的充电功率，可 视为无功电源。这种充电功率，一般按等值冗电路用以下公式计算
B .
AQ=U2—l兆之
LGi i2
式中Bl――线路L段上的电纳（西门）；Ui――线路L段所联接的节点i的线 电压（千伏）；A。』为线路对某一端点i的充电功率。
线路充电功率是向线路输送的无功功率，如作为无功损耗则原为负值。
3
3.1
无功负荷是以滞后功率因数运行的用电设备所吸取的无功功率。
Q=Ssin^
其中主要是异步电动机的无功功率。在综合负荷中如果同步电动机的比重较 大，则功率因数将有所改进，无功负荷较小。一般综合负荷的功率因数为0.6〜0.9。
3.2
（1）输电线路的无功损耗 输电线路中电抗的无功损耗与线路电流的平方成 正比，这种无功损耗比线路上的有功损耗要大，特别是导线截面大的线路，无功 损耗比有功损耗大得多。
第四章 电力系统无功平衡与电压调整
另外，发电机还有一些特殊运行方式。 发电机作调相机运行，是指发电机不发有功功率，专 门发无功功率的状态。该方式，水电机组在枯水期时可以 采用。 发电机进相运行，是指发电机欠励磁运行，即从电 网中吸收无功功率。进相运行时，要受到系统稳定性、发 电机定子端部发热等因素的限制，故发电机如要进相运行， 必须符合以下条件：具备进相运行能力的发电机在进行了 进相运行试验后方可进相运行。
二、城网无功补偿 在城市电网建设中，无功补偿应遵循以下原则： ①无功补偿应根据就地平衡和便于调整电压的原则进行配置， 可采用分散和集中补偿相结合的方式，接近用电端的分散 补偿可取得较好的经济效益，集中安装在变电所内有利于 控制电压水平。 ②无功补偿设施应便于投切，装设在变电所和大用户处的电 容器应能自动投切。
据此可作发电机运行极限图：
P ③ C φ δ O' φ O
B ① ② D A Q
④
①定子绕组温升约束； 定子绕组温升取决于发电机定子电流，即取决于发电机 视在功率，当以发电机额定视在功率为限时，图中表现为 不能超出以O为圆心OB为半径的圆弧①。 ②励磁绕组温升约束； 励磁绕组温升取决于发电机励磁电流，而励磁电流正比 与发电机空载电势Eq，当以发电机额定空载电势为限时， 图中表现为不能超出以O’为圆心O’B为半径的圆弧②。 ③原动机功率约束； 发电机能够发出的有功功率受制于原动机的功率，如以 额定有功功率为限，图中表示为直线BC（直线③）之下。 ④发电机进相运行约束； 约束条件需通过计算和试验得到，图中以曲线④示意。
无功补偿设施的安装地点及其容量，可按下列原则考虑： ①220kV变电所应有较多的无功调节能力，使高峰负荷时功 率因数达到0.95以上，电容器容量应经计算，一般取主变 容量的1/6～1/4； ②当变电所带有的容量的无功设施时，如长距离架空线或电 缆，应考虑装设并联电抗器以补偿由线路电容产生的无功 功率；
电力系统分析：第06章 电力系统无功功率平衡与电压调整
jB T
励磁支路损耗的百分值基本上等于空载电流I0的百分值，约为1％ ~ 2％不随负荷大小的改变而变化，称之为不变损耗；绕组漏抗中损耗
与所带负荷的大小有关，称为可变损耗。在变压器满载时，基本上等于
短路电压Uk的百分值，约为10％。 但对多电压级网络。变压器中的无 功功率损耗就相当可观。变压器的无功损耗是感性的
（三）无功储备
无功平衡的前提是系统的电压水平正常。和有功一样，系统中也应该保 持一定的无功储备。一般取最大负荷的7~8%。
12
例6-1
T-1 110kV
T-2
S% =
G
2 ×100kM
40LD+ j30MVA
某输电系统各元件参数如下：
发电机： 变压器T-1
P每N =台50SMN=W31,.5McVoAs，△= P0.=80358.5kWU，N =
= 42.27 + j37.618(MVA)
若发电机在满足有功需求时按额定功率因数运行，其输出功率
SG = 42.27 + j42.27×tg =42.27+j26.196 (MVA )
此时无功缺额达到
37.618 26.196=11.422(Mvar)
根据以上对无功功率缺额的初步估算，拟在变压器T-2的低压 侧设置10Mvar补偿容量，补偿前负荷功率因数为0.8，补偿后 可提高到0.895.计及补偿后线路和变压器绕组损耗还会减少， 发电机将能在额定功率因数附近运行
(c)饱和电抗器型SR
电容和电感组成滤波电路，滤去高次谐波，以免产生电流和电压的畸变 运行维护简单，损耗较小，对冲击负荷有较强的适应性，可装于枢纽变 电所进行电压控制，也可装于大的冲击负荷侧，如轧钢厂做无功补偿
电力系统的无功功率平衡和电压调整
V 1 ： 高 压 侧 实 际 运 行 电 压 ； V 1 t： 分 接 头 电 压
V 2 ： 低 压 侧 要 求 电 压 ； V 2 N ： T 低 压 侧 额 定 电 压
k=V1t/V2N
Δ V T = P R T V + 1 Q X T V 2 = V 1 - k Δ V T V 1 t = V 1 - V Δ 2 V T V 2 N
② 最 大 、 最 小 负 荷 时 调 压 要 求 V 2.m ax、 V 2.m in→ 计 算 V 1t.m ax、 V 1t.m in ③ 求 V 1t.m ax、 V 1t.m in的 平 均 分 接 头 电 压 ： V 1t.av=(V 1t.m ax+V 1t.m ax)/2 ④ 选 择 1个 最 接 近 V 1t.av的 分 接 头 V 1t ⑤ 用 所 选 择 的 V 1t， 校 验 Sm ax、 Sm in条 件 下 的 V 2.m ax、 V 2.m in是 否 满 足 调 压 要 求
E X V 2P2
V2 X
结 论 ： 必 须 保 证 较 高 电 压 水 平 的 Q 平 衡 ， 否 则 ， 无 功 负 荷 增 加 将 致 运 行 电 压 水 平 降 低
7.1 电力系统的无功功率特性与无功功率平衡
(3) 无功平衡要注意的根本问题： a) 满足额定电压水平下运行时的平衡关系 ——正常负荷水平下，有适当的无功备用 最大负荷水平下有要求的电压水平 b) 尽可能通过分散补偿，使末端功率因素到达较 高水平(专用负荷0.9) c) 分区、分层就地平衡，防止无功远距离传输和 跨电压等级流动 ——最大负荷时，合理利用负荷中心的机组
要 求 在 V G 允 许 范 围 内
V 1.m ax： Sm ax时 高 压 侧 要 求 电 压 ；V 1.m in： Sm in时 高 压 侧 要 求 电 压 V 2.m ax： Sm ax时 低 压 侧 允 许 电 压 ；V 2.m in： Sm in时 低 压 侧 允 许 电 压
第十二章 电力系统的无功功率平衡和电压调整
• 可以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。
• 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。
• 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）
相关主题
- 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)。
4.4.1
无功功率平衡
1.无功功率平衡 电力系统中无功电源所发出的无功功率应与系统中的 无功负荷及无功损耗相平衡，同时还应有一定的无功功 率备用电源。 2.无功电源 电力系统的无功电源包括同步发电机、调相机、电容 器、静止无功补偿器等。 3.无功负荷 电力系统的无功负荷指的是用电设备所吸收的无功功 率，以异步电动机需用的无功功率占的比重最大，一般 综合负荷的功率因数为0.6～0.9。
4.4.1
无功功率平衡
5.对负荷功率因数的要求 一般高压供电的负荷功率因数应在0.9 以上； 低压供电负荷的功率因数应在0.85以 上。 无功的备用容量一般取最大无功功率 负荷的7％～8％。
4.4.2
1．发电机 同步发电机 不仅是电力系 统的有功电源， 而且是电力系 统的主要的无 功电源。它发 出的功率是可 以调节的。
4.4.1
无功功率平衡
4.无功功率损耗 电力系统的无功功率损耗由两部分组 成：电力系统中的线路无功损耗和变压 器中的无功损耗。 线路电抗中的无功损耗与线路电流的 平方成正比，线路电纳中的无功功率是 容性的，又称为充电功率，也可把它看 成是无功电源。 变压器的无功损耗包括励磁无功损耗 和电抗中的无功损耗两部分。
4.4.4
Байду номын сангаас
变压器分接头调压
U jN （U j1 max U j max） U j 2 max
2.降压变压器分接头的选择计算 （1）最大负荷时，变压器分接头电压
U jt max
（4-4-3）
式中 U j max——最大负荷时，变压器电压损耗 ； U jN ——变压器低压侧的额定电压； U jt max ——变压器在最大负荷时，应选择的高压 侧分接头电压； U j1max 、 U j 2 max ——变压器在最大负荷时，高、低压侧 的电压。
4.4.4
变压器分接头调压
有载调压变压器通常有两种形式，一 种是本身有调压绕组，一种是带有附加 调压器的加压变压器。 有载调压变压器多采用分级调压的方 式，接线方式有线性调压、正反调压、 粗细调压三种。
4.4.4
U jt min
变压器分接头调压
U jN （U j1 min U j min） U j 2 min
（2）最小负荷时，变压器分接头电压
上式中各符号分别与最小负荷相对应。 （3）正常运行时变压器分接头，取两者的平均值：
U jt U jt max U jt min 2
根据计算出的选择一个接近的分接头，然后校验 所选的分接头是否能使低压母线电压的要求得到满 足。
4.4.4
变压器分接头调压
1．变压器的分接头的确定 双绕组变压器的高压侧绕组和三绕组变压 器的高、中压侧绕组都设有几个分接头供选择 使用。 容量在6300kVA以下的变压器一般设有三个 U N 、0.95 U N ，调节范围 分接头，即1.05 U N 、 为±5％。 容量在8000kVA以上的变压器有五个分接头， U N 、0.975 U N 、 分别在1.05U N 、1.025 U N 、 0.95U N 几处引出。调压范围为±2×2.5％。
2 1
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。
4.4.4
变压器分接头调压
3.升压变压器分接头的选择计算
U it max U iN （U i1max U i max） U i 2 max
U it min
U iN （U i1min U i min） U i 2 min
U it max U it min U it 2
4.4.4
4.4.2
无功电源
3．静止无功补偿器 静止无功补偿器是由可控硅控制的可 调电抗器与电容器并联组成的新型无功 补偿装置，具有极好的调节性能，能快 速跟踪负荷的变动，改变无功功率的大 小，能根据需要改变无功功率的方向， 响应速度快，不仅可以作为一般的无功 补偿装置，而且是唯一能用于冲击性负 荷的无功补偿装置。
无功电源
4.4.2
无功电源
2．同步调相机 同步调相机是专门设计的无功功率发电机。可以 过励磁运行，也可以欠励磁运行，运行状态根据系 统的要求来调节。 过励磁运行时，向系统输送无功功率；欠励磁运 行时，从系统吸取无功功率。所以改变调相机的励 磁可以平滑地改变无功功率的大小和方向。 调相机在欠励磁运行时的容量是过励磁运行时容 量的50％～65％。它一般装在接近负荷中心处，以 减少传输无功功率引起的电能损耗和电压损耗。
变压器分接头调压
4．有载调压变压器 有载调压变压器的高压侧有可以调节分接头 的调压绕组，能在带有负荷的情况下改变分接 头，调压范围也比较大，一般在15％以上。 目前我国110kV电压级的有载调压变压器的 调压范围为±3×2.5％，有七个分接头。 220kV电压级的有载调压变压器的调压范围 为±4×2.5％，有九个分接头。 对于特殊要求的有载调压变压器还可有更多 的分接头。
4.4.3
静电电容器补偿
1．补偿调压原理 采用静电电容器补偿，当将电容器 C 与感性负 载（用电设备）并联后，电感性负载的功率因数 。 。 。 。 cos 仍然不变，但 I I RL I C 和 U 的相位差减小 （ 2 1 ），补偿后的功率因数比补偿前的功率因 数提高（即 cos cos ）。 静电电容器进行无功 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。
无功功率平衡
1.无功功率平衡 电力系统中无功电源所发出的无功功率应与系统中的 无功负荷及无功损耗相平衡，同时还应有一定的无功功 率备用电源。 2.无功电源 电力系统的无功电源包括同步发电机、调相机、电容 器、静止无功补偿器等。 3.无功负荷 电力系统的无功负荷指的是用电设备所吸收的无功功 率，以异步电动机需用的无功功率占的比重最大，一般 综合负荷的功率因数为0.6～0.9。
4.4.1
无功功率平衡
5.对负荷功率因数的要求 一般高压供电的负荷功率因数应在0.9 以上； 低压供电负荷的功率因数应在0.85以 上。 无功的备用容量一般取最大无功功率 负荷的7％～8％。
4.4.2
1．发电机 同步发电机 不仅是电力系 统的有功电源， 而且是电力系 统的主要的无 功电源。它发 出的功率是可 以调节的。
4.4.1
无功功率平衡
4.无功功率损耗 电力系统的无功功率损耗由两部分组 成：电力系统中的线路无功损耗和变压 器中的无功损耗。 线路电抗中的无功损耗与线路电流的 平方成正比，线路电纳中的无功功率是 容性的，又称为充电功率，也可把它看 成是无功电源。 变压器的无功损耗包括励磁无功损耗 和电抗中的无功损耗两部分。
4.4.4
Байду номын сангаас
变压器分接头调压
U jN （U j1 max U j max） U j 2 max
2.降压变压器分接头的选择计算 （1）最大负荷时，变压器分接头电压
U jt max
（4-4-3）
式中 U j max——最大负荷时，变压器电压损耗 ； U jN ——变压器低压侧的额定电压； U jt max ——变压器在最大负荷时，应选择的高压 侧分接头电压； U j1max 、 U j 2 max ——变压器在最大负荷时，高、低压侧 的电压。
4.4.4
变压器分接头调压
有载调压变压器通常有两种形式，一 种是本身有调压绕组，一种是带有附加 调压器的加压变压器。 有载调压变压器多采用分级调压的方 式，接线方式有线性调压、正反调压、 粗细调压三种。
4.4.4
U jt min
变压器分接头调压
U jN （U j1 min U j min） U j 2 min
（2）最小负荷时，变压器分接头电压
上式中各符号分别与最小负荷相对应。 （3）正常运行时变压器分接头，取两者的平均值：
U jt U jt max U jt min 2
根据计算出的选择一个接近的分接头，然后校验 所选的分接头是否能使低压母线电压的要求得到满 足。
4.4.4
变压器分接头调压
1．变压器的分接头的确定 双绕组变压器的高压侧绕组和三绕组变压 器的高、中压侧绕组都设有几个分接头供选择 使用。 容量在6300kVA以下的变压器一般设有三个 U N 、0.95 U N ，调节范围 分接头，即1.05 U N 、 为±5％。 容量在8000kVA以上的变压器有五个分接头， U N 、0.975 U N 、 分别在1.05U N 、1.025 U N 、 0.95U N 几处引出。调压范围为±2×2.5％。
2 1
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。
4.4.4
变压器分接头调压
3.升压变压器分接头的选择计算
U it max U iN （U i1max U i max） U i 2 max
U it min
U iN （U i1min U i min） U i 2 min
U it max U it min U it 2
4.4.4
4.4.2
无功电源
3．静止无功补偿器 静止无功补偿器是由可控硅控制的可 调电抗器与电容器并联组成的新型无功 补偿装置，具有极好的调节性能，能快 速跟踪负荷的变动，改变无功功率的大 小，能根据需要改变无功功率的方向， 响应速度快，不仅可以作为一般的无功 补偿装置，而且是唯一能用于冲击性负 荷的无功补偿装置。
无功电源
4.4.2
无功电源
2．同步调相机 同步调相机是专门设计的无功功率发电机。可以 过励磁运行，也可以欠励磁运行，运行状态根据系 统的要求来调节。 过励磁运行时，向系统输送无功功率；欠励磁运 行时，从系统吸取无功功率。所以改变调相机的励 磁可以平滑地改变无功功率的大小和方向。 调相机在欠励磁运行时的容量是过励磁运行时容 量的50％～65％。它一般装在接近负荷中心处，以 减少传输无功功率引起的电能损耗和电压损耗。
变压器分接头调压
4．有载调压变压器 有载调压变压器的高压侧有可以调节分接头 的调压绕组，能在带有负荷的情况下改变分接 头，调压范围也比较大，一般在15％以上。 目前我国110kV电压级的有载调压变压器的 调压范围为±3×2.5％，有七个分接头。 220kV电压级的有载调压变压器的调压范围 为±4×2.5％，有九个分接头。 对于特殊要求的有载调压变压器还可有更多 的分接头。
4.4.3
静电电容器补偿
1．补偿调压原理 采用静电电容器补偿，当将电容器 C 与感性负 载（用电设备）并联后，电感性负载的功率因数 。 。 。 。 cos 仍然不变，但 I I RL I C 和 U 的相位差减小 （ 2 1 ），补偿后的功率因数比补偿前的功率因 数提高（即 cos cos ）。 静电电容器进行无功 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。