电力系统稳态分析第六章new

35kV及以下系统，②可以忽略不计,线路消耗无功功率；
110kV及以上系统，轻(空)载时，① ②都不能忽略，此 时②大于①，输电线路成为无功电源；
传输功率较大时，①大于②，线路要消耗无功功率。 8
二、无功功率电源
1、发电机 ➢发电机是电力系统基本的有功电源，也是重要的无功电源。
定子温升、 并列运行稳
TSC--TCR
基本少要等求于：负系荷电无统所源功中需提功和的的供率的之无无功功电功无荷功之源率负和可和以网发络网损出络耗中无之的的功和无无功功功损无备功用率耗应。该大于或至
Q GC Q LD Q LQ res
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。
无功功率平衡计算的前提是系统的电压水平正常。
无功备用容量一般为无功负荷的 7%~15%。
当系统无功电源充足时 ，可以维持系统在较高 的电压水平下运行。
发电机无功
无功电源不足时，应增设无功补偿 装置，并尽可能装在负荷中心，做 到无功功率的就地平衡，以减少无 功功率在网络中的传输引起的网络 功率损耗和电压损耗。
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缺点： 旋转机械，运行维护比较复杂； 有功功率损耗较大，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。故同步调 相机宜大容量集中使用，容量小于5MVA的一般不装设。 同步调相机常安装在枢纽变电所 。
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3. 电容器
• 按三角形和星形接法连接在变电所母线上。它供给的
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高次谐波调 谐电感，与 C串联 滤波
自饱和电抗器静止补偿器SR
固定连接电容器加可控硅控制电抗器 FC--TCR
可控硅控制电抗器和可控硅控制电容器 TSC--TCR
1）自饱和电抗器型（Saturated Reactors）
不需要外加控制设备，自饱和电抗器的特性：
2c）ab..在.固电电额定压压连定低达接电于到电压额或容，定超器电电过（抗压F额i器x时定ed吸，电C收a铁压p的a心时ci无t不o，r功）饱铁加功和心可率，急控随呈剧硅电现饱控压大和制变感，电化抗抗感从值器抗而，接达基近 到本（零稳T上，h压y不从ri目s消外to的r耗界C。无o大n功t量ro功l吸led率收R，无eac整功to个r功s）装率置，由使并母联线电电容压器降组低发；出无功， 通使过母控线制电晶压闸回管升的；导通来改变L吸收的无功功率，调节供电 系统进线无功功率的大小，以达到调压目的。
（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。 （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。
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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，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。 •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。
jB/2
jB/2
提供QB（充电功率）
QP 2 2 U 22 Q 2 2XB 2U 1 2U 2 2 0 0
消耗 发出
7
Q LP12V 12Q 12XP22V 22Q 2 2X
QBB 2(V12V22)
线路的无功总损耗为
①
②
一般情况下： Q LQ BP 1 2 V 1 2 Q 1 2XV 1 2 2V 2 2B
➢若无功功率有缺额，则应变更上述假设条件，重新进行潮流计算，甚至需考 虑增设无功电源，以达到无功平衡的要求。
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无功不足应采取的措施
(1)要求各类用户将负荷的功率因数提高到现行规程规定的数值。
(2)挖掘系统的无功潜力。例如将系统中暂时闲置的发电机改作 调相机运行；同步电动机过励磁运行等。
(3)增添必要的无功补偿容量，并按无功功率就地平衡的原则进 行补偿容量的分配。 小容量、分散的无功补偿可采用静电容电器； 大容量、配置在系统中枢点的无功补偿则宜采用同步调相机或静 止补偿器。
定性限制
Ｐ
F D C
PGN
有功出力限制
B
定子电流限制
EsinXcIos
PUcI osEUsin
X
E q
jX d IGN
转子电流限制 E co U s X sIin
O
O N UGN
QGN A E
Ｑ
QUsIinEU cosU2
X
X
IGN
Q (EU)2P2 U2
X
X
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二、无功功率电源
1、发电机 ➢发电机是电力系统基本的有功电源，也是重要的无功电源。
❖ （1）周期长、波及面大，主要由生产、生活、气象变化等引起 的负荷和电压变动。——电压调整的负荷变动特点
❖ （2）冲击性或者间歇性负荷引起的电压波动。这类负荷主要有 往复式泵（压缩机）、电弧炉（电焊机）、卷扬机（起重机）、 通风设备。——电压波动限制的负荷变动特点
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1 、电压波动
——设置电容器、调相机和电抗器、静止补偿器
异步电机无功
应该力求实现在额定电压下的系统无功功率平衡。
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第二节 电力系统中无功功率的最优分布 怎么办
一、无功功率电源的最优分布
？
优化无功电源分布的目标：降低网络中的有功功率损耗。
运用拉格朗日乘数法按等网损微增率准则计算求解
n
n
minP(QG)i
QGi QLiQ0
n i1 n i1
L P (Q G) i ( Q G i Q L i Q )
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3）可控硅投切电容器（Thyristor Switched Capacitor）加可控硅控制
电抗器(TCR)
TCR
TSC
TSC的缺点是不能吸收无功，且是阶梯性 调节，若分组较少，在投入时会对系统有 较大的干扰。
因此在超高压线路上通常与TCR组合运行。
三.无功功率平衡
可控硅控制电抗器和可控硅控制电容器
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第三节 电力系统的电压调整 ——借发电机、变压器调压
一、调整电压的必要性
❖ 电压偏移过大，影响生活、生产、产品质量和产量，损坏设备， 甚至大面积停电。
❖ 电压过高，设备绝缘受损，同时变压器、电动机等的铁芯损耗增 大，稳升增加，寿命缩短。
❖ 电压过低，功率一定时，发电机、电动机和变压器的绕组电流增 大，也会损坏设备，影响寿命。
单位容量补偿设备投资价格
C c(Q c)i （ ） K cQ ci
折旧维修率
投资回收率
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二、无功功率负荷的最优补偿
最优网损微增率准则
mC a C x e(Q c)i C c(Q c)i
C e(Q c)i（ P 0 P ） maxC c(Q c)i （ ） K cQ ci
网损微
增率
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四、无功功率平衡和电压水平的关系
问题：在什么样的电压水平下实现无功功率平衡？
QGC=QLD+QL
例:隐极机经过一段线路向负荷供电
XcIosEsin VXsIin Ecos
PVcIosEV sin
X
QVsIinEc Vo sV2
X
X
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当P为一定值时，得
Q
EV2
X
P2
V2 X
Q G C Q L Q 0
QM
增加，随电压的降低而减少
当电压低于临界电压时，漏
磁电抗中的无功损耗其主导
作用，随着电压的下降，QM 反而增大
U U cr
异步电动机无功功率——电压 静态特性如图
5
2．变压器的无功损耗
包括励磁支路损耗和绕组漏抗中的损耗。
QLTQ0QTU2BTU S2XT
2
1I00% 0SNUK 1% 00SNSSN
P ()Kc
Qci
max
最优网损微增率（无
功功率经济当量），
表示每增加单位容量
P()Kc
Qci
m ax
eq
无功补于γeq的节点设置无功功率补偿设备。设置的容 量以补偿后该点的网损微增率仍为负值，且仍不大于γeq为限，设置补偿设备节点 的顺序是从小到大，即首先从网损微增率最小的节点开始。
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系统无功电源的总输出功率包括发电机发出的无功功率和各种无
功补偿设备的无功功率 Q G CQ GQ C
总无功功率损耗包括变压器无功损耗、线路电抗无功损耗和线路
电纳的无功损耗
Q Q T Q x Q b
进行无功功率平衡计算的内容：
➢确定预想的有功功率日负荷曲线； ➢确定出现无功功率日最大负荷时的系统有功负荷的分配； ➢假设各无功电源的容量和配置情况及某些枢纽点的电压水平； ➢计算系统的潮流分布； ➢判断系统中无功功率是否可以平衡；
3
一、无功功率负荷和无功功率损耗
➢ １.无功功率负荷：
以滞后功率因数运行的用电设备所吸收的无功功率。
QDSDsinD
异步电动机所消耗的无功功率
QMQmQ U Xm 2 I2X
励磁功率，与施加的 电压成正比
漏抗的无功损耗，与 负荷电流平方成正比
电压下降,转差增大, 定子电流增大.
4
在额定电压附近，电动机消耗 QLD 的无功功率随着电压的升高而
Ｐ
F
有功出力限制
定子温升、 并列运行稳
D C
定性限制
PGN
B
定子电流限制 Q
电动机 曲线
E q
jX d IGN
转子电流限制
发电机
O
O N UGN
QGN A E
Ｑ
曲线
U
IGN
Q (EU)2P2 U2
X
X
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发电机在非额定功率因数下运行时结论：
（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。
二、无功功率负荷的最优补偿
优化无功负荷补偿的目标：提高无功补偿设备的投资效率。
mC a C x e(Q c)i C c(Q c)i
由于设置了补偿装 置而节约的费用。
为设置补偿设备 而需耗费的费用
全网最大负荷损耗小时数
C e(Q c)i（ P 0 P ） max
单位电能损耗价格
补偿前后全网最大负荷下的有功功率损耗
（1）串联电容器：抵消线路电抗，限制电压波动幅度 电源
无功功率QC值与所在节点电压的平方成正比，即
QC=V 2/XC
• 缺点：无功功率调节性能比较差。
• 优点：容量可大可小，既可集中使用，又可分散安装。 且单位容量投资费用较小，运行时功率损耗亦较小，
维护也较方便。
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4. 静止补偿器
•静止补偿器由电容器与电抗器并联组成 •电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率， •两者结合起来，再配以适当的调节装置， •就能够平滑地改变输出（或吸收）的无功功率。
•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
•一般规定电压偏移的最大允许范围，例如:35kV及以上供电电压正 负偏移的绝对值之和不超过10%;10kV及以下在±7%以内。
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第一节 电力系统的无功功率平衡
•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。
❖ 电压波动，影响照明设备的效率，冶炼产品的的质量和产量，而 对枢纽变电站，严重时可能引起“电压崩溃”，造成大面积停电。
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二、电压波动和电压管理 1 、电压波动
——负荷变动及其引起电压的偏移分类
❖ 频率调整时将有功负荷的变动及其引起的频率偏移分成三种，而 电压调整时，将有功和无功负荷的变动及其引起的电压偏移分成 两类。
第六章 电力系统无功功率和电压调整
本章主要介绍： 电力系统各元件的无功功率--电压特性， 无功功率平衡， 各种调压措施的原理及应用。
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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）效率下降，经济性变差。 （2）电压过高，照明设备寿命下降，影响绝缘。 （3）电压过低，电机发热。 （4）系统电压崩溃
变压器的无功功率损耗较 有功功率损耗大得多。
固定损耗 变动损耗
假定一台变压器的空载电流I0%=2.5，短路电压UK%=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。
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3.电力线路无功损耗
消耗QL（感性）
dF 1 = dPGi (1 P )
PGi
等网损微增率准则
i 1
i 1
L P （1 Q ） 0
QGi QGi
QGi
P 1
QGi 1 Q QGi
(i 1,2,n)
实际计算时，需要考虑无功功率 和电压的上下限不等式约束条件
QGiminQGi QGimax UiminUi Uimax
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