第四章电力系统电压调整和无功功率控制技术
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第四章电力系统电压调整和无功功率控制技术
无 发电机
功
电
调相机
分散在变电所
源
电容器、静止补偿器
无需消耗能源
无功电源：是指
无需消耗能源的电 源设备
系统无功损耗>>有功损耗
大部分设备是感性元件
全系统各点电压水平不同，电压分散控制，手段多样
有功控制在电厂
全系统有统一的f
2019/12/23
电力系统自动化
1
第四章电力系统电压调整和无功功率控制技术
+5% -10%
农村电网
（正常） +7.5%
（事故） +10%
-10% -15%
2019/12/23
电力系统自动化
4
第二节 电力系统无功功率平衡与电压的关系
QG QD QL
（从整个系统看问题）
QG：电源无功 QL：无功损耗
发电机供应QGi 无功补偿设配供应QCi
调相机QC1 并联电容器QC2 静止补偿器QC3
jX
U
PD jQD YD
无功负荷 QG增加： U增大
若发电机增励磁 UG 增加 UG 补充 U Q'G Q'D Q'L
新 UG U
（维持U
，无功平衡）
N
的 平 衡
UG U(增加QG多) UG U(增加QG少)
U=UH UN QGH QDH QLH U=UL < UN QGL QDL QLL
2019/12/23
电力系统自动化
7
电力系统的无功功率电源
⑴ 同步发电机 （唯一的有功电源，也是基本的无功电源）
发电机的P-Q曲线：输出P与Q的关系 P(MW)
低cos( cosN )运行：
励磁限制
受励磁电源限制，不能到达S（N Q大） PN
SN
高cos( cosN )运行：
cos =0.85
P+jQ
用户电压：
UB
( U G K1
U)
/
K2
(UGK1
PR QX )
UN
/
K2
可采用的电压控制方式： 与UB有关的因素
⑴ 控制和调节发电机励磁，改变UB
⑵ 控制变比 K1, K2
⑶ 改变输送功率 P+jQ(主要是Q),减小U PR<<QX(R<<X)
⑷ 改变网络参数 R+jX(主要是X),减小U
变压器无功损耗QGT 线路电抗无功损耗Qx
线路电阻无功损耗QB (定性)实际是电源
QD：负荷消耗
2019/12/23
电力系统自动化
5
分析讨论： 无功平衡与电压水平
UG
U PD jQD
正常额定状态（电压额定）
发电机 UG
线路（网络）ΔU= QDX
UN
负荷 U UN
UG
QG QD QL Xd （平衡的） Eq
2019/12/23
电力系统自动化
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一、发电机控制电压
适用：发电机直接供电的小系统，供电线路不长，U 不大
（不需要设备，经济，优先用）
问题：
长线，多电压等级，不能满足 UB要求 与无功经济分配可能有矛盾
是一种辅助性控制措施
2019/12/23
电力系统自动化
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二、控制变压器变比调压
调整分接头
2019/12/23
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电力系统无功-电压静态特性
Q 2'
2
运行点 A：U=UA
QL 增励磁 运行点C：U=UA
0
不增励磁 运行点A'：U=U'A UA
1'
C
1 QL QD
A'
A
U'AUA
QG
U
可采用其他的补偿控制措施（增加电源无功电源）
在负荷中心地区设置：防止无功远距离传输增加 QD
⑵ 电压降低对负荷产生影响
电动机（电流增加，n↓…)
电热设备（降低发热量，照度变化）…
⑶ 电压降低对系统产生影响
降低影响稳定性
升高威胁设备绝缘
网损、电晕等
2019/12/23
电力系统自动化
3
我国对电压偏差的规定：
10kV及以下电压供电的负荷 7% 35kV及以上电压供电的负荷 5%
低压照明负荷
不带有功负荷的同步发电机 不带机械负荷的同步发电机
过激运行：向系统提供感性无功功率 欠激运行：从系统吸收感性无功功率
大小 改变励磁 →平滑改变无功 方向
实现调压
输出无功功率随端压的下降而增加
同步电动机：过激运行时向系统提供感性无功
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⑶ 并联电容器 （吸收容性无功，即发出感性无功）
则Qi 0，U不变化
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⑸ 高压输电线路的充电功率（线路电纳作用）
QL U2BL
固定的无功电源
电压调节 下面的问题：怎样应用这些无功电源实现 无功控制
2019/12/23
电力系统自动化
12
第三节 电力系统电压控制的措施
UG 1:K1
U
R+jX
K2:1 U B
第一节 电力系统电压控制的意义 第二节 电力系统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 第四节 电力系统电压综合控制
2019/12/23
电力系统自动化
2
第一节 电力系统电压控制的意义
电压降低的影响：
电压-电能质量指标
⑴ 电压降低对发电机运行产生影响
定子电流增加（保证输出功率） 限制发出有功（定子电流受限）
双绕组：在高压侧 三绕组：在中、高压侧
实质：改变无功功率的分布（变压器不是无功电源）
应用基本条件：全系统无功电源充足（否则有负调压）
ex.双绕组变压器
器
器
用无功说明：
U
QD
UN
IL IC
U I LC
UN
容性 0
I
感性
I
容性 0 感性
正常 UN IL IC 0
无功负荷突增→U↓：ILC容性(超前U ) 抑制电压下降
系统送 Qi QD QL QC
负荷变化QD，引起各无功变化： Qi QD QL QC
如果SVC能补偿QD： QD QL QC
Qc
U2
Xc
U 2C
集中使用，分散使用; 分相补偿; 随时投入（切除）;
不足: U 时,补偿Qc （不足）
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⑷ 静止无功功率补偿器（SVC: Static VAR Compensator）工作原理
Qi U
QLC
QL
QC
饱
C
并
和L
联
电
电
抗
容
40
0.8
受原动力功率限制，PN是限制条件
0.5 0.4wenku.baidu.com
超前cos运行： （Ⅱ象限）
40 QN 80 Q(Mvar)
I
很小，无限制
EF
并联稳定性、发热是限制条件
只有UGN、IGN、cosN下才可SN。
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⑵ 同步调相机及同步电动机
同步调相机：特殊运行状态下的同步电动机
无 发电机
功
电
调相机
分散在变电所
源
电容器、静止补偿器
无需消耗能源
无功电源：是指
无需消耗能源的电 源设备
系统无功损耗>>有功损耗
大部分设备是感性元件
全系统各点电压水平不同，电压分散控制，手段多样
有功控制在电厂
全系统有统一的f
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第四章电力系统电压调整和无功功率控制技术
+5% -10%
农村电网
（正常） +7.5%
（事故） +10%
-10% -15%
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第二节 电力系统无功功率平衡与电压的关系
QG QD QL
（从整个系统看问题）
QG：电源无功 QL：无功损耗
发电机供应QGi 无功补偿设配供应QCi
调相机QC1 并联电容器QC2 静止补偿器QC3
jX
U
PD jQD YD
无功负荷 QG增加： U增大
若发电机增励磁 UG 增加 UG 补充 U Q'G Q'D Q'L
新 UG U
（维持U
，无功平衡）
N
的 平 衡
UG U(增加QG多) UG U(增加QG少)
U=UH UN QGH QDH QLH U=UL < UN QGL QDL QLL
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电力系统的无功功率电源
⑴ 同步发电机 （唯一的有功电源，也是基本的无功电源）
发电机的P-Q曲线：输出P与Q的关系 P(MW)
低cos( cosN )运行：
励磁限制
受励磁电源限制，不能到达S（N Q大） PN
SN
高cos( cosN )运行：
cos =0.85
P+jQ
用户电压：
UB
( U G K1
U)
/
K2
(UGK1
PR QX )
UN
/
K2
可采用的电压控制方式： 与UB有关的因素
⑴ 控制和调节发电机励磁，改变UB
⑵ 控制变比 K1, K2
⑶ 改变输送功率 P+jQ(主要是Q),减小U PR<<QX(R<<X)
⑷ 改变网络参数 R+jX(主要是X),减小U
变压器无功损耗QGT 线路电抗无功损耗Qx
线路电阻无功损耗QB (定性)实际是电源
QD：负荷消耗
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分析讨论： 无功平衡与电压水平
UG
U PD jQD
正常额定状态（电压额定）
发电机 UG
线路（网络）ΔU= QDX
UN
负荷 U UN
UG
QG QD QL Xd （平衡的） Eq
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一、发电机控制电压
适用：发电机直接供电的小系统，供电线路不长，U 不大
（不需要设备，经济，优先用）
问题：
长线，多电压等级，不能满足 UB要求 与无功经济分配可能有矛盾
是一种辅助性控制措施
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二、控制变压器变比调压
调整分接头
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电力系统无功-电压静态特性
Q 2'
2
运行点 A：U=UA
QL 增励磁 运行点C：U=UA
0
不增励磁 运行点A'：U=U'A UA
1'
C
1 QL QD
A'
A
U'AUA
QG
U
可采用其他的补偿控制措施（增加电源无功电源）
在负荷中心地区设置：防止无功远距离传输增加 QD
⑵ 电压降低对负荷产生影响
电动机（电流增加，n↓…)
电热设备（降低发热量，照度变化）…
⑶ 电压降低对系统产生影响
降低影响稳定性
升高威胁设备绝缘
网损、电晕等
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我国对电压偏差的规定：
10kV及以下电压供电的负荷 7% 35kV及以上电压供电的负荷 5%
低压照明负荷
不带有功负荷的同步发电机 不带机械负荷的同步发电机
过激运行：向系统提供感性无功功率 欠激运行：从系统吸收感性无功功率
大小 改变励磁 →平滑改变无功 方向
实现调压
输出无功功率随端压的下降而增加
同步电动机：过激运行时向系统提供感性无功
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9
⑶ 并联电容器 （吸收容性无功，即发出感性无功）
则Qi 0，U不变化
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⑸ 高压输电线路的充电功率（线路电纳作用）
QL U2BL
固定的无功电源
电压调节 下面的问题：怎样应用这些无功电源实现 无功控制
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第三节 电力系统电压控制的措施
UG 1:K1
U
R+jX
K2:1 U B
第一节 电力系统电压控制的意义 第二节 电力系统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 第四节 电力系统电压综合控制
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第一节 电力系统电压控制的意义
电压降低的影响：
电压-电能质量指标
⑴ 电压降低对发电机运行产生影响
定子电流增加（保证输出功率） 限制发出有功（定子电流受限）
双绕组：在高压侧 三绕组：在中、高压侧
实质：改变无功功率的分布（变压器不是无功电源）
应用基本条件：全系统无功电源充足（否则有负调压）
ex.双绕组变压器
器
器
用无功说明：
U
QD
UN
IL IC
U I LC
UN
容性 0
I
感性
I
容性 0 感性
正常 UN IL IC 0
无功负荷突增→U↓：ILC容性(超前U ) 抑制电压下降
系统送 Qi QD QL QC
负荷变化QD，引起各无功变化： Qi QD QL QC
如果SVC能补偿QD： QD QL QC
Qc
U2
Xc
U 2C
集中使用，分散使用; 分相补偿; 随时投入（切除）;
不足: U 时,补偿Qc （不足）
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10
⑷ 静止无功功率补偿器（SVC: Static VAR Compensator）工作原理
Qi U
QLC
QL
QC
饱
C
并
和L
联
电
电
抗
容
40
0.8
受原动力功率限制，PN是限制条件
0.5 0.4wenku.baidu.com
超前cos运行： （Ⅱ象限）
40 QN 80 Q(Mvar)
I
很小，无限制
EF
并联稳定性、发热是限制条件
只有UGN、IGN、cosN下才可SN。
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⑵ 同步调相机及同步电动机
同步调相机：特殊运行状态下的同步电动机