电力系统无功功率和电压调整76页PPT
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
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
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 = （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 = （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。
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
电力系统电压和无功的自动控制ppt课件
P
P2 1
Q2 1
U2
r1
P2 2
Q2 2
U2
r2
(
P2 1
Q2 1
)0.10
( P2 2
Q22 )0.04
Q
P2 1
Q12
U2
x1
P2 2
Q22
U2
x2
(P12
Q2 1
)0.40
( P2 2
Q22 )0.08
计算各网损微增率
P Q1
0.20Q1
二 电力系统的无功功率控制
电力系统电压控制的首要任务是控制电力系统 中各种无功电源发出的无功功率总和等于负荷在额 定电压时消耗的无功功率总和，维持电力系统电压 的总体水平在额定值附近；其次是无功功率的优化 控制，优化的内容有两个：
负荷所需的无功功率让哪些无功功率电源提供 最好，即无功电源的最优分布问题；
P Q2
0.08Q2
Q Q1
0.80Q1
Q Q2
0.16Q2
由网损微增率公式得：
P 1 P 1
Q1 1 Q Q2 1 Q
代入数据得： Q1
QG2
1
Q QG2
QGn
1
Q QGn
n
m
QGi QLj Q 0
i1
j 1
其中， P 是(有功)网损微增率， Q 是
QG1
QG1
无功损耗微增。第一式是等网损微增率准则，第
二式是无功功率平衡关系式。
调相机的容量可以做的很大，而且调节灵活方 便，是很好的无功电源。但投资很大，只有在十分 必要的场合才安装。
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）