电力系统的无功功率和电压调整
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电力系统的无功功率平衡和电压调整
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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。
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。
电力系统的无功功率和电压调整
二、电网中的无功电源
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。
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
无功功率为ΣQGCN时，系
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。
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：
电力系统的无功功率和电压调整
电力系统的无功功率和电压调整前言在今天的社会中，电力系统已经成为了我们日常生活中不可或缺的一部分，而电力系统中的无功功率和电压调整则是其最重要的组成部分之一。
无功功率和电压调整可以保证电力系统的正常运行和稳定性，从而保障了人们生活的安全和稳定。
本文将会针对电力系统的无功功率和电压调整进行介绍和分析。
无功功率定义无功功率是指在交流电中由于电容、电感电流的相位与电压不同而引起的电流，它不能转化为机械功或电能的功率。
虽然无功功率不能直接输出，但是在电力系统中同样是非常重要的，因为它能够影响到电力系统的正常稳定运行。
无功功率的作用在电力系统中，无功功率具有很重要的作用。
第一，无功功率能够平衡电力系统中的有功功率，从而保证电力系统的电压和频率的稳定性。
当有功功率的需求增加时，无功功率就会自动地增加以保持电力系统的稳态；而当有功功率的需求减少时，无功功率也会自动地减少。
第二，无功功率还可以改善电力系统的功率因数。
正常情况下，电力系统的功率因数应该在0.8至1之间，但有些设备如电容器和电感器等会使功率因数发生变化。
而通过对无功功率的调整，我们就可以将功率因数调整到正常范围内，从而保证电力系统的正常运行。
无功功率的调整方法一般来说，无功功率的调整主要有以下几种方法：•静态无功发生器。
静态无功发生器是通过静态电子管将直流电分解成交流电来产生无功功率的。
它具有无机械运动、静音、响应快等优点，因此得到了广泛应用。
•动态无功补偿设备。
动态无功补偿设备可以根据负载状况自动调整无功功率，从而保持电网的稳定性。
这种设备具有响应时间快、可控性强等优点，在大型电力系统中尤为重要。
•磁流控制器。
磁流控制器是利用变压器的饱和磁路特性，通过控制原边电流和二次电流的相位差，调节负载电流，从而达到调整无功功率的目的。
电压调整定义电压调整是指对电力系统电压的控制和调节。
在电力系统中，电压的稳定性对于保证电网正常运行是非常重要的。
如果电压过高或者过低，都会对电力系统的正常运行产生不利的影响。
电力系统的无功功率和电压调整
节第四小节中曾作过简单介绍的自然功率的概
念．可作一大致估计：当通过线路输送的有功功率 大于自然功率时，线路将消耗感性无功功率；当通
过线路输送的有功功率小于自然功率时，线路待消
耗容性无功功率。一般．通过110kv及以下线路输 送的功率往往大于自然功率，通过500kv线路输送 的功率大致等于自然功率。通过220kv线路输送的 功率则因线路长度而异，线路较长时，小于自然功
顺调压：负荷变动小，供电线路不长，在允许电压偏移范 围内某个值或较小的范围内，最大负荷时电压可以低一些， 但≥1.025UN，小负荷时电压可以高一些，但≤1.075UN。
二. 电压波动和电压管理
2.电压管理
（2）中枢点电压的调整方式 常调压（恒调压）：负荷变动小，供电线路电压损耗
也较小的网络，无论最大或最小负荷时，只要中枢点电 压维持在允许电压偏移范围内某个值或较小的范围内 （如1.025UN~1.05UN），就可保证各负荷点的电压质量。 这种在任何负荷情况下，中枢点电压保持基本不变的调 压方式。 （3）调整电压的基本原理
k2
三. 借改变发电机端电压调整 通过自动励磁调节装置→If→Eq→UG，不需另增设备，
简便可行且经济。
由发电机不经升压直接供电的地方负荷，实行逆调压。
三. 借改变发电机端电压调整
U max 10%
G
U min 4%
U max 4% U min 1.6%
U max 6%
I C C U
U IL j L
I I C I L (既可发无功， 又可吸收无功）
I njCU
I C jCU I I C I SC C SC
(既可发无功，又可吸收 无功）
第六章电力系统无功功率和电压调整
Q G N S G sN i N n P G tN g N
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。
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。
第5章-电力系统无功功率与电压调整
第五章电力系统无功功率与电压调整①电力系统电压调整概述②电力系统无功功率平衡③电力系统中枢节点电压管理④电力系统电压调整措施⑤电压调整与频率调整的关系一、电力系统电压调整概述1、电压调整的必要性电力系统运行中各种电气设备和用电设备都是按照其额定电压设置制造的只有在额定电压下运行才能取得最佳的运行效果，并保证其使用寿命。
因此，电压是电力系统正常运行的重要性能指标之一，通过电压调整，使得电力系统各节点电压保持在允许的范围是电力系统运行的基本任务。
电压偏移过大给电力系统本身以及用电设备带来不良的影响：（1）工作效率下降，寿命降低；（2）电压过低引起工业产品出现次品；（3）电压过低引起电机发热；（4）电压过低引起电压和功率损耗增加；（5）电压过高引起设备绝缘受损、缩短设备使用寿命（6）可能引起系统电压崩溃。
一、电力系统电压调整概述虽然我们期望电力系统中各节点的电压保持在额定值，但是在实际电力系统运行中是无法做到的。
2、电力系统允许的电压偏移为什么呢？（1）设备及线路压降（2）负荷随机波动（3）系统运行方式改变由此可见，严格保证所有电气设备和用电设备在任何时刻的电压都为额定值几乎是不可能的。
因此，大多数设备都允许有一定的电压偏移。
电力系统一般规定一个电压偏移的最大允许范围，例如:35kV 及以上供电电压正负偏移±5%;10kV及以下在±7%以内。
（不同的电压等级，不同的用户类型，允许的电压偏移范围也不一样）二、电力系统无功功率平衡1、无功功率负载和无功损耗电压是衡量电能质量的重要指标。
电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。
系统中各种无功电源的无功出力应能满足系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求，否则电压就会偏离额定值。
•异步电动机电压下降,转差增大,定子电流增大。
在额定电压附近，电动机的无功功率随电压升降而增减；而当电压明显低于额定值时，无功功率主要由漏抗无功损耗决定，随着电压下降反而上升。
第六章 电力系统无功功率和电压调整
Umax P1max R Q1max X /U1max 6.8945 (kV) Umin P1min R Q1min X /U1min 2.4561 (kV)
例题－降压变压器分接头的选择
3）计算分接头电压，取最大负荷时的 U2max=6.0 kV， 最小负荷时的 U2min=6.6 kV
U1t max U1maX Umax U2N U2max 110 6.8945 6.6 6 113.4161 (kV) U1t min (U1min Umin )U2N U2min 115 2.4561 6.6 6.6 112.5439 (kV)
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 • 目标函数
• 约束条件P (QG1,QG2, ,QGn ) P (QGi )
m
QGi
n
QLi Q 0
Qi 1Gi min
i 1
QGi
QGimax
Ui min Ui Ui max
符合低压母线的要求 6～6.6 kV
电压调整的措施－变压器变比
（2）升压变压器分接头的选择
U2 1: k
RT+jXT U1
P + jQ
升压变压器分接头计算
电压调整的措施－变压器变比
• 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： • 普通变压器最大、最小负荷下只能选用同一个分接头：
电压调整的措施－变压器变比
（3）三绕组变压器
• 分接头选定：
– 高压绕组分接头 – 中压绕组分接头
• 步骤：
– 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定中压绕组分接头
无功功率与电压调整
第二节 无功功率与电压调整一、 电压的作用电压是衡量电能质量的一个重要标准，电压过高或过低都会对用户造成不良的影响。
比如：电压低的危害：在电力系统中常见的用电设备为异步电动机，各种电热设备、照明以及家用电器。
这些设备与电压都保持着一定的关系，电动机的转矩是与其端电压的平方成正比，当电压下降时，转矩也下降，如果电动机所拖的机械负荷的阻力矩（负荷）不变，随着电压的降低，电动机的转差增大，定子电流也随之增大，发热增加，绕组温度增高，加速绝缘老化。
当电压再低时，电动机将停转。
电压低了，照明灯发光不足，电炉冶炼时间长，降低效率。
电压降低，会使网络中的功率损耗和能量损耗将加大，电压过低还可能危及电力系统运行稳定。
电压高的危害：电压偏高，用电设备的使用寿命将缩短，电压高，加在设备上的电场变的强，使介质中的局部产生放电，这是电老化。
绝缘的老化分为电老化、热老化、环境老化。
在超高压网络中还将增加电晕损耗等。
因此电力系统根据电压等级的不同，制定了各类用户的允许电压偏移。
1.35kV 及以上用户供电电压正负偏差绝对值之和不超过额定电压的10%。
2.10kV 用户的电压允许偏差值，为系统额定电压的±7%。
3.380V 用户的电压允许偏差值，为系统额定电压的±7%。
4.220V 用户的电压允许偏差值，为系统额定电压的+5%～-10%。
事故后，考虑时间较短，事故又不经常发生，电压偏移容许比正常值再多5%。
二、 系统中的无功功率的平衡电力系统中，各种无功电源发出的无功功率应能满足系统负荷和电网损耗的需求。
电力系统对无功功率的要求是：系统中的无功电源可能发出的无功功率应该大于或至少等于所需要的无功功率和网络的无功损耗，为了保证安全，应有一定的储备。
Q GC -Q LD -Q L =Q res Q GC 为系统的无功电源之和；Q LD 为系统无功负荷之和；Q L 为网络无功损耗之和，这个损耗包含线路电抗的无功损耗，为正，线路的充电功率，为负。
电力系统的无功功率与电压调整
最大负荷时：ΣΔUmax=34%，最大负荷时： ΣΔUmmainx=-Σ1Δ4U%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
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
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
技术发展
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。
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
符合要求
电压调整的措施－变压器变比
（3）三绕组变压器
❖ 分接头选定：
高压绕组分接头 中压绕组分接头
❖ 步骤：
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定中压
范围较大等场合。
中枢点的调压方式
ห้องสมุดไป่ตู้2. 顺调压
高峰负荷，中枢点电压不低于1.025UN或某 值；
低谷负荷，中枢点电压不高于1.075UN或某 值；
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。
中枢点的调压方式
3. 常调压
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UN，例如 1.025UN或1.02～1.05UN间的某一值。
❖ 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。
•超高压线路
无功功率与电压的关系
无功功率对节点电压有效值起决定性影响
•超高压线路
第三节 电力系统的电压调整
二、电压波动和电压管理
❖ 电压波动由冲击性或间歇性负荷引起； ❖ 习惯上所谓的电压调整仅针对周期长、波及面大，主要
由生产、生活和气象变化引起的负荷和电压变动。
电压调整
中枢点电压管理（电压控制的策略）
调压的目标
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。
电压调整的措施－变压器变比
（3）三绕组变压器
❖ 分接头选定：
高压绕组分接头 中压绕组分接头
❖ 步骤：
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定中压
范围较大等场合。
中枢点的调压方式
ห้องสมุดไป่ตู้2. 顺调压
高峰负荷，中枢点电压不低于1.025UN或某 值；
低谷负荷，中枢点电压不高于1.075UN或某 值；
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。
中枢点的调压方式
3. 常调压
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UN，例如 1.025UN或1.02～1.05UN间的某一值。
❖ 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。
•超高压线路
无功功率与电压的关系
无功功率对节点电压有效值起决定性影响
•超高压线路
第三节 电力系统的电压调整
二、电压波动和电压管理
❖ 电压波动由冲击性或间歇性负荷引起； ❖ 习惯上所谓的电压调整仅针对周期长、波及面大，主要
由生产、生活和气象变化引起的负荷和电压变动。
电压调整
中枢点电压管理（电压控制的策略）
调压的目标
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。
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）
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P
2 C
φN
D E O
φ
AC＝XdIN 1
乘以VN/xd
OC＝Eq
jXdIN
N
A
B C´
Q AC＝XdIN×（VN/xd）＝SGN OC＝Eq×（VN/xd）∝IfN
AB=ACsinφN＝SGNsinφN ＝QGN
AD=ACcosφN＝SGNcosφN ＝PGN
2013-9-17 第十二章 电力系统的无功功率和电压调整 11
P 2 C 1 jXdIN A B C´ AC＝SGN
D E
OC∝IfN
AB ＝QGN AD＝PGN Q
14
O
2013-9-17
第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
3、当发电机以超前功率因数运行
并列运行稳定性成为限制条件 系统低负荷运行，输电线路X损耗小，对地C产生大量 Q，使得系统V升高。进相运行可以吸收多余的Q，调 整电压。
EV V Q≈ － X X
①
2
I E
V
jX
P+jQ
②
E>V，无功功率将从电压高的一端流向电压低的一端。 压差越大，流过的Q越大；如果两端电压差为0，线路 流过的无功也为0。 电力网中节点电压的变化，会改变无功功率潮流的变 化。 远处的无功电源向负荷提供无功，会使沿线电压下降， 甚至不能满足电压偏移的要求。
A点至圆弧2上任意一点连接的长度（按照If励磁电流 不超过额定值IfN确定的视在功率）
A点至圆弧1上任意一点连接的长度（按照定子电流不 超过额定值确定的视在功率）
P
2 I fN
C 1 SGN jXdIN A B C´ AC＝SGN OC∝IfN AB ＝QGN AD＝PGN
D E O
Q
12
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18
4.静止无功补偿器
饱和电抗器型SR
SVC由静电电容器 与电抗器并联组成 ，SVC在我国电力 系统中将得到广泛 应用 晶闸管控制电抗 器型(TCR) 晶闸管开关电容 器型(TSC) TCR和TSC组合型
2013-9-17
第十二章 电力系统的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ功功率和电压调整
19
饱和电抗器型SR
2013-9-17
节点电压有效值的大小对无功功率 分布起决定性作用
0 0.7 0.8 0.8 1.0 V
2013-9-17 第十二章 电力系统的无功功率和电压调整 27
2013-9-17
第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
28
2013-9-17
第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
29
2013-9-17
第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
P 2 C 1 jXdIN A B C´
D E
O
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Q
15
第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
发电机可能发出的P、Q受到的限制：
1. 额定视在功率（定子额定电流）的限制；A为圆心，AC 为半径的圆弧。
2. 转子额定电流限制；O为圆心，OC为半径圆弧。
3. 原动机出力（额定有功功率）的限制。水平线DC。
负荷的无功需求，要就地由附近的电源供给。
第十二章 电力系统的无功功率和电压调整 34
2013-9-17
EV 2 V2 Q ( ) P2 X X
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
Q 1'
2'
c 2
1
a'
a
O
图12-12
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Va'
Va
V
35
按无功功率确定电压
QGN＝SGN sin N PGN tg N
E
G
jXd
VN
E
G
jXd
VN
IN 一台隐极机接在VN为常数的系统母线上
Eq Eq = VN + jIX d
I
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j IX d
VN
10
第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
A点为圆心，AC为半径做圆弧；O点为圆心，OC为半径
2013-9-17
第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
2
一、无功负荷与电力网无功损耗 1.无功功率负荷 主要出现在白天的工业用电 异步电动机是电力系统主要的无功负荷——80％
系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定
jXσ
V2 QM Qm Q I 2 X Xm
I V jXm I0
2013-9-17 第十二章 电力系统的无功功率和电压调整 36
一、允许电压偏移
用户 35kV 及以上用户供电电压正负偏差绝对值之和不超过额定电压的10%。 10kV 用户的电压允许偏差值，为系统额定电压的±7%。 380V 用户的电压允许偏差值，为系统额定电压的±7%。 220V 用户的电压允许偏差值，为系统额定电压的+5%～-10%。 特殊用户的电压允许偏差值，按供用电合同商定的数值确定。 发电厂和变电所的母线电压允许偏差值 500(330)kV 母线：正常运行方式时，最高运行电压不得超过系统额定电压的 +110%；最低运行电压不应影响电力系统同步稳定、电压稳定、厂用电的正常 使用及下一级电压的调节。向空载线路充电，在暂态过程衰减后线路末端电 压不应超过系统额定电压的1.15 倍，持续时间不应大于20min。 发电厂和500kV 变电所的220kV 母线：正常运行方式时，电压允许偏差为系 统额定电压的0～+10%；事故运行方式时为系统额定电压的-5%～+10%。 发电厂和220(330)kV 变电所的110～35kV 母线：正常运行方式时，电压允许 偏差为应系统额定电压的-3%～+7%；事故后为系统额定电压的±10%。
第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
12-1 电力系统的无功功率平衡
12-2 电压调整的基本概念
12-3 电压调整的措施
重要的一章
2013-9-17
1
第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
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率的需求
第十二章 电力系统的无功功率和电压调整 4
2.无功功率损耗
变压器的无功损耗
V1 S1 I 1
ΔS0 -jBT
S’ RT I
GT
jxT
S2 I V2
变压器的无功损耗QLT：
励磁损耗△Q0和漏抗中的损耗△QT
S 2 QLT Q0 QT V BT ( ) X T V I0 % Vs % S 2 VN 2 SN ( ) 100 100 S N V
过励磁运行
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欠励磁运行
第十二章 电力系统的无功功率和电压调整 17
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＝V2/Xc 式中，Xc＝1/ωc为静电电容器的容抗。 电容器的无功功率调节性能比较差。
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第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
网络的总无功损耗QL包括变压器的无功损耗QLT∑、线路
电抗的无功损耗ΔQL∑和线路电纳的无功功率ΔQB∑，即
QL＝ QLT∑＋ΔQL∑＋ΔQB∑
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第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
26
无功 功率 和电 压的
无功功率对电压有决定性的影响
关系
Q β＝0.8 β＝0.6 β＝0.3
第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
20
晶闸管控制电抗器型(TCR)
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第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
21
晶闸管开关电容器型(TSC)
2013-9-17
第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
22
5.静止无功发生器
更为先进的静止型无功补偿装置(SVG）
与SVC比较，SVG具有相应快、运行范围宽、谐波 电流含量少等优点。尤其是电压较低时仍可向系统 注入较大的无功电流
2
上册p27 公式
2013-9-17 第十二章 电力系统的无功功率和电压调整 5
S 2 QLT Q0 QT V BT ( ) X T V I0 % Vs % S 2 VN 2 SN ( ) 100 100 S N V 书上的一组数字：
2
I0％＝1.5，Vs％＝10.5，由上面公式得 额定满载运行中，Q损耗→SN的12％
φ I
V
QX PX E＝V V V V ＋j V V E＝E cos jE sin
当P为一定值时，有
很小，cos → 1
2
EV 2 V 2 Q ( ) P X X
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EV V 2 Q≈ － X X
33
第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
2 2 2
ΔQ
ΔQL IX ΔQB
2
轻载
I (U12+U22)B/2
重载
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第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
8
二、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
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第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
9
1.发电机 发电机是唯一的有功功率电源，又是最基本的无功功率电源
Qres>0——系统中无功功率可以平衡且有适量的备用； Qres<0——系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿
2 C
φN
D E O
φ
AC＝XdIN 1
乘以VN/xd
OC＝Eq
jXdIN
N
A
B C´
Q AC＝XdIN×（VN/xd）＝SGN OC＝Eq×（VN/xd）∝IfN
AB=ACsinφN＝SGNsinφN ＝QGN
AD=ACcosφN＝SGNcosφN ＝PGN
2013-9-17 第十二章 电力系统的无功功率和电压调整 11
P 2 C 1 jXdIN A B C´ AC＝SGN
D E
OC∝IfN
AB ＝QGN AD＝PGN Q
14
O
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第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
3、当发电机以超前功率因数运行
并列运行稳定性成为限制条件 系统低负荷运行，输电线路X损耗小，对地C产生大量 Q，使得系统V升高。进相运行可以吸收多余的Q，调 整电压。
EV V Q≈ － X X
①
2
I E
V
jX
P+jQ
②
E>V，无功功率将从电压高的一端流向电压低的一端。 压差越大，流过的Q越大；如果两端电压差为0，线路 流过的无功也为0。 电力网中节点电压的变化，会改变无功功率潮流的变 化。 远处的无功电源向负荷提供无功，会使沿线电压下降， 甚至不能满足电压偏移的要求。
A点至圆弧2上任意一点连接的长度（按照If励磁电流 不超过额定值IfN确定的视在功率）
A点至圆弧1上任意一点连接的长度（按照定子电流不 超过额定值确定的视在功率）
P
2 I fN
C 1 SGN jXdIN A B C´ AC＝SGN OC∝IfN AB ＝QGN AD＝PGN
D E O
Q
12
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18
4.静止无功补偿器
饱和电抗器型SR
SVC由静电电容器 与电抗器并联组成 ，SVC在我国电力 系统中将得到广泛 应用 晶闸管控制电抗 器型(TCR) 晶闸管开关电容 器型(TSC) TCR和TSC组合型
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第十二章 电力系统的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ功功率和电压调整
19
饱和电抗器型SR
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节点电压有效值的大小对无功功率 分布起决定性作用
0 0.7 0.8 0.8 1.0 V
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第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
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第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
P 2 C 1 jXdIN A B C´
D E
O
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Q
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第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
发电机可能发出的P、Q受到的限制：
1. 额定视在功率（定子额定电流）的限制；A为圆心，AC 为半径的圆弧。
2. 转子额定电流限制；O为圆心，OC为半径圆弧。
3. 原动机出力（额定有功功率）的限制。水平线DC。
负荷的无功需求，要就地由附近的电源供给。
第十二章 电力系统的无功功率和电压调整 34
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EV 2 V2 Q ( ) P2 X X
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
Q 1'
2'
c 2
1
a'
a
O
图12-12
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Va'
Va
V
35
按无功功率确定电压
QGN＝SGN sin N PGN tg N
E
G
jXd
VN
E
G
jXd
VN
IN 一台隐极机接在VN为常数的系统母线上
Eq Eq = VN + jIX d
I
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j IX d
VN
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第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
A点为圆心，AC为半径做圆弧；O点为圆心，OC为半径
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第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
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一、无功负荷与电力网无功损耗 1.无功功率负荷 主要出现在白天的工业用电 异步电动机是电力系统主要的无功负荷——80％
系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定
jXσ
V2 QM Qm Q I 2 X Xm
I V jXm I0
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一、允许电压偏移
用户 35kV 及以上用户供电电压正负偏差绝对值之和不超过额定电压的10%。 10kV 用户的电压允许偏差值，为系统额定电压的±7%。 380V 用户的电压允许偏差值，为系统额定电压的±7%。 220V 用户的电压允许偏差值，为系统额定电压的+5%～-10%。 特殊用户的电压允许偏差值，按供用电合同商定的数值确定。 发电厂和变电所的母线电压允许偏差值 500(330)kV 母线：正常运行方式时，最高运行电压不得超过系统额定电压的 +110%；最低运行电压不应影响电力系统同步稳定、电压稳定、厂用电的正常 使用及下一级电压的调节。向空载线路充电，在暂态过程衰减后线路末端电 压不应超过系统额定电压的1.15 倍，持续时间不应大于20min。 发电厂和500kV 变电所的220kV 母线：正常运行方式时，电压允许偏差为系 统额定电压的0～+10%；事故运行方式时为系统额定电压的-5%～+10%。 发电厂和220(330)kV 变电所的110～35kV 母线：正常运行方式时，电压允许 偏差为应系统额定电压的-3%～+7%；事故后为系统额定电压的±10%。
第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
12-1 电力系统的无功功率平衡
12-2 电压调整的基本概念
12-3 电压调整的措施
重要的一章
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第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
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率的需求
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2.无功功率损耗
变压器的无功损耗
V1 S1 I 1
ΔS0 -jBT
S’ RT I
GT
jxT
S2 I V2
变压器的无功损耗QLT：
励磁损耗△Q0和漏抗中的损耗△QT
S 2 QLT Q0 QT V BT ( ) X T V I0 % Vs % S 2 VN 2 SN ( ) 100 100 S N V
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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＝V2/Xc 式中，Xc＝1/ωc为静电电容器的容抗。 电容器的无功功率调节性能比较差。
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网络的总无功损耗QL包括变压器的无功损耗QLT∑、线路
电抗的无功损耗ΔQL∑和线路电纳的无功功率ΔQB∑，即
QL＝ QLT∑＋ΔQL∑＋ΔQB∑
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26
无功 功率 和电 压的
无功功率对电压有决定性的影响
关系
Q β＝0.8 β＝0.6 β＝0.3
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20
晶闸管控制电抗器型(TCR)
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21
晶闸管开关电容器型(TSC)
2013-9-17
第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
22
5.静止无功发生器
更为先进的静止型无功补偿装置(SVG）
与SVC比较，SVG具有相应快、运行范围宽、谐波 电流含量少等优点。尤其是电压较低时仍可向系统 注入较大的无功电流
2
上册p27 公式
2013-9-17 第十二章 电力系统的无功功率和电压调整 5
S 2 QLT Q0 QT V BT ( ) X T V I0 % Vs % S 2 VN 2 SN ( ) 100 100 S N V 书上的一组数字：
2
I0％＝1.5，Vs％＝10.5，由上面公式得 额定满载运行中，Q损耗→SN的12％
φ I
V
QX PX E＝V V V V ＋j V V E＝E cos jE sin
当P为一定值时，有
很小，cos → 1
2
EV 2 V 2 Q ( ) P X X
2013-9-17
EV V 2 Q≈ － X X
33
第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
2 2 2
ΔQ
ΔQL IX ΔQB
2
轻载
I (U12+U22)B/2
重载
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第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
8
二、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
2013-9-17
第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
9
1.发电机 发电机是唯一的有功功率电源，又是最基本的无功功率电源
Qres>0——系统中无功功率可以平衡且有适量的备用； Qres<0——系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿