chapter4.ppt [自动保存的]

电力系统无功功率平衡与电压水平有着密切的关系
U G U U
如果无功功率平衡：
UG

U

PD j QD
UG

QG QD QL
且 U UN
jX
U

Xd
PD j QD
YD
Eq
图 4-1 电力系统接线图
第二节 电力系统的无功功率平衡与电压的关系
Q
2
2
'
1
C
'
1
Eq


A
'
jI X
1
T 1
T 2 2

26 j130(归算到高压侧 )
S max 20 j15MVA S min 10 j 7.5MVA
图 4-10 输电线路系统
第三节 电力系统电压控制的措施
解
由于发电机首端电压已知，因此可按末端功率来计算输电线路的
假定变压器在最大负荷和最小负荷运行时低压侧的电压分别为
U 2 max 6kV 和 U 2 min 6.6kV ，则
6.3 109.4kV U 1 max 110 5.7 6 .0 6 .3 113 2 . 34 105.6kV U 1 min 6.6

IC 0
U


U
I


U

Q
Q
C
D
1
U
N
2
I LC
Q
L
I
L
U
N
C
L
工作段
I
C
容性 o
(a)
I

感性
(b )
容性 o 感性
(c )
I

图4-5 静止无功功率补偿器工作原理
第二节 电力系统的无功功率平衡与电压的关系
（5）高压输电线路的充电功率 高压输电线的充电功率可以由下式求出：
QL U 2 B L
+10%~-15%；
第二节 电力系统的无功功率平衡与电压的关系
无功功率平衡，即 QG QD QL 电源无功功率：
QG QGi QC1 QC 2 QC 3
Q Gi ：发电机供应的无功功率
Q C1 ：调相机供应的无功功率
QC 2 ： 并联电容器供应的无功功率
由于 较小，可以近似认为 cos 1 ，这样电力系统送 至负荷的无功功率的无功电压特性也近似为二次曲线， 如图 4-2 曲线 2 所示。如果增加 E q ，则将使曲线向上移 动（曲线 2 ' ） 。 曲线 1 与 2 交点 A 就确定了负荷节点的电压值 U U A ， 电力系统在此电压水平下可以达到无功功率的平衡。
第一节 电力系统电压控制的意义
电压偏移
实际运行电压偏离额定电压，即称为电压偏移。 表示方式： U U N
U (%) UN 100
我国对电压偏移的规定： 10kV及以下电压供电负荷：±7%； 35kV及以上电压供电负荷：±5%； 低压照明负荷：+5%~-10%；
农村电网：（正常）
（事故）
+7.5%~-10%；
第四章 电力系统电压调整和无功功率控制技术
有功功率与无功功率
电源 有功功率 发电机 分布 发电厂
无功功率
发电机、调相机、电容器、静止无功补偿器 变电所
频率调整与电压调整
调整手段 频率调整 电压调整 有功功率控制 无功功率控制 调整方式 集中 分散 调整目标 全网额定值 各点额定值
第一节 电力系统电压控制的意义
（4-9）
式中 B —输电线路的对地总的电纳；
L
U
—输电线路的实际运行电压。
第三节 电力系统电压控制的措施
UG
1 : K1
K2 :1 U B P jQ

R jX
图 4-6 电力系统电压控制原理图
用户端的电压为：
U B U G K1 U K 2 U G K 1


PR QX K2 UN
式中， K 1 和 K 2 分别为升压和降压变压器的变比；R 和 X 分别 为变压器和输电线路的总电阻和总电抗。
第三节 电力系统电压控制的措施
要想控制和调整负荷点的电压，可以采取以下的控制方式： ①控制和调节发电机励磁电流，以改变发电机端电压 U G ； ②控制变压器变比 K 1 及 K 2 调压； ③改变输送功率的分布 P jQ （主要是 Q ） ，以使电压损耗 减小； ④改变电力系统网络中的参数 R jX （主要是 X） ，以减小 输电线路电压的损耗。
第三节 电力系统电压控制的措施
例 输电系统如图 4-10 所示，降压变压器变比为110 2 2.5% / 11kV ，变压器 励磁支路和输电线路对地电容均被忽略，节点 1 归算到高压侧的电压为 118kV，且维持不变，负荷端低压母线电压要求保持为 10.5KV，试确定受端 装设如下的无功功率补偿设备容量：①电容器；②同步调相机。

U
A
o
U A U A
U


I

U
图4-3 电力系统向量图

图4-2 电力系统和无功功率电压的静态特性
第二节 电力系统的无功功率平衡与电压的关系
由电力系统送至负荷无功功率的无功电压特性曲线可以由如下方法获得。 由 图 4-l 画出其相应的向量图，如图 4-3 所示。由图可知
P UI cos U
S1min S min S min 10 j 7.5 0.34 j1.68 10.3 j9.18MVA
第三节 电力系统电压控制的措施
利用首端功率求出最大负荷时降压变压器归算到高压侧的低压母线电压：
U
' 2 max
U1
21.34 26 9.18 130 P1 max R Q1 max X 118 89.37kV 118 U1
C
U U 2 C QC XC
2
（4-6）
式中 X C —电容器的容抗；
—交流电的角频率；
C—电容器的电容量。
第二节 电力系统的无功功率平衡与电压的关系
（4）静止无功功率补偿器（Static VAR Compensator，简称 SVC） 在正常额定电压 U N 情况下 I L
Q
i
QC 3 ： 静止补偿器供应的无功功率
第二节 电力系统的无功功率平衡与电压的关系
无功功率损耗：
QL
QT Q X QB
QT ：变压器中的无功功率损耗（属感性） Q X ：线路电抗中的无功功率损耗（属感性）
Q B ：线路电纳中的无功功率损耗（属容性）
第二节 电力系统的无功功率平衡与电压的关系
第三节 电力系统电压控制的措施
例 图 4-8 所示为降压变压器，变压器参数及负荷、分抽头已标明，高 压侧最大负荷时的电压为 110V，最小负荷时的电压为 113V，相应的负 荷低压母线允许电压上下限为 6 ～6.6kV，试选择变压器分接抽头。
31.5MVA 110 ~ 113KV 110 2 2.5% / 6.3KV
电压和频率一样，都是电能质量的重要指标。 电压降低的不良影响：
1.
2. 3. 4. 5.
减少发电机所发有功功率。 异步电动机的转差率将增大，电流也将增大，温升将增加。 当转差增大、转速下降时，其输出功率将迅速减少。 电动机的启动过程将大为增加，启动过程温度过高。 电炉等电热设备的发热量降低。 危及电力系统运行的稳定性。
110 10 规格化后，取 110+0％分接抽头，即 K 11
第三节 电力系统电压控制的措施
按最大负荷求电容器补偿容量 Q C ：
' U 2C max U 2C max 2 QC U 2C max K X X
②由公式（4-28）可得到
K 10.5 89.37 2 10.5 105.61 9.54 2 2 2 10.5 10.5
S max 28 j14MVA S min 10 j6MVA
2.44 j 40(归算到高压侧)
RT j X T
图 4-8 降压变压器及其等值电路
第三节 电力系统电压控制的措施
解 首先计算最大负荷和最小负荷时变压器的电压损耗：
28 2.44 14 40 U T max 5.7 kV 110 10 2.44 6 40 U T min 2.34kV 113
第三节 电力系统电压控制的措施
一、 发电机控制调压
控制同步发电机的励磁电流，可以改变发电机的端电压
二、 控制变压器变比调压
调整分接抽头的位置可以控制变压器的变比 三绕组变压器分接抽头的选择可以按如下方法来考虑：三绕组 变压器一般在高压、中压绕组有分接抽头可供选择，而低压侧是没 有分接抽头的。一般可先按高压、低压侧的电压要求来确定高压侧 的分接抽头；再由所选定的高压侧分接抽头，来考虑中压侧的电压 要求，最后选择中压侧的分接抽头。
所以
IX cos E q sin U X X
U Eq P sin X q Q UI sin U U X X
第二节 电力系统的无功功率平衡与电压的关系
即
Q U ( E q cos U ) X
（4-5）

（1）同步发电机 同步发电机目前是电力系统中惟一的有功功率电源，它 又是基本的无功功率电源。 （2）同步调相机及同步电动机 同步调相机是特殊运行状态下的同步电动机，可视为不带 有功负荷的同步发电机或是不带机械负荷的同步电动机。
第二节 电力系统的无功功率平衡与电压的关系