电力系统的无功功率和电压调整
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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）
电力系统无功功率平衡和电压调整
具有更高的动态响应性能，可实现无功功率 的连续调节，但成本较高。
无功补偿装置的应用场景和效果
高峰负荷时段
提高电压稳定性，减少电压波动和闪变现象。
电网故障时
快速响应无功功率变化，维持系统电压稳定。
风电、光伏等新能源接入
平滑新能源发电的功率输出波动，提高并网性能。
工业园区和大型建筑物
降低能耗，提高供电质量。
电力系统无功功率平衡和电 压调整
目 录
• 电力系统无功功率平衡 • 电压调整的原理和方法 • 电力系统无功补偿装置 • 电力系统无功管理和优化 • 电力系统电压稳定性和控制 • 电力系统无功功率平衡和电压调整的未来发展
01
电力系统无功功率平衡
无功功率的产生和影响
无功功率的产生
在电力系统中，电动机、变压器等感 性负载需要消耗无功功率来建立磁场 ，以实现能量的转换和传输。
Байду номын сангаас谢您的观看
THANKS
06
电力系统无功功率平衡和 电压调整的未来发展
新能源并网对无功功率平衡和电压调整的影响
01
新能源并网将增加电力系统的复杂性和不确定性，对无功功率 平衡和电压调整带来挑战。
02
新能源并网将促进无功功率平衡和电压调整技术的发展，推动
电力系统向更加智能化、高效化的方向发展。
新能源并网将促进电力系统的优化配置，提高电力系统的可靠
电压波动可能导致电力设备过载或欠载，影响 其正常运行和寿命。
对用户设备的影响
电压波动可能导致用户设备工作异常，影响生 产和生活。
对系统稳定性的影响
电压波动可能导致电力系统不稳定，甚至引发系统崩溃。
电压调整的原理
根据电力系统的无功功率平衡原理， 电压水平取决于无功功率的分布和平 衡情况。
无功补偿装置的应用场景和效果
高峰负荷时段
提高电压稳定性，减少电压波动和闪变现象。
电网故障时
快速响应无功功率变化，维持系统电压稳定。
风电、光伏等新能源接入
平滑新能源发电的功率输出波动，提高并网性能。
工业园区和大型建筑物
降低能耗，提高供电质量。
电力系统无功功率平衡和电 压调整
目 录
• 电力系统无功功率平衡 • 电压调整的原理和方法 • 电力系统无功补偿装置 • 电力系统无功管理和优化 • 电力系统电压稳定性和控制 • 电力系统无功功率平衡和电压调整的未来发展
01
电力系统无功功率平衡
无功功率的产生和影响
无功功率的产生
在电力系统中，电动机、变压器等感 性负载需要消耗无功功率来建立磁场 ，以实现能量的转换和传输。
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THANKS
06
电力系统无功功率平衡和 电压调整的未来发展
新能源并网对无功功率平衡和电压调整的影响
01
新能源并网将增加电力系统的复杂性和不确定性，对无功功率 平衡和电压调整带来挑战。
02
新能源并网将促进无功功率平衡和电压调整技术的发展，推动
电力系统向更加智能化、高效化的方向发展。
新能源并网将促进电力系统的优化配置，提高电力系统的可靠
电压波动可能导致电力设备过载或欠载，影响 其正常运行和寿命。
对用户设备的影响
电压波动可能导致用户设备工作异常，影响生 产和生活。
对系统稳定性的影响
电压波动可能导致电力系统不稳定，甚至引发系统崩溃。
电压调整的原理
根据电力系统的无功功率平衡原理， 电压水平取决于无功功率的分布和平 衡情况。
电力系统无功功率以及电压调整
电力系统分析
24
5.静止无功发生器（SVG）
➢ SVG的主体是一个电压源型逆变器，将电容上的直流电 压转变成为与系统电压同步的三相交流电压，逆变器的交 流侧通过变压器或电抗器并入系统。
➢控制逆变器的输出电压，可以灵活地改变SVG的运行工 况，使其处于容性负荷、感性负荷或零负荷。
第二十四页，编辑于星期三：一点 五十一分。
QC=V 2/XC
• 缺点：电容器的无功功率调节性能比较差。
• 优点：静电电容器的装设容量可大可小，既可集中使用，又可以分
散安装。且电容器每单位容量的投资费用较小，运行时功率损耗亦较 小，维护也较方便。
第二十一页，编辑于星期三：一点 五十一分。
电力系统分析
22
4. 静止无功补偿器（SVC）
•静止补偿器由静电电容器与电抗器并联组成。
第三十一页，编辑于星期三：一点 五十一分。
电力系统分析
32
5.3 电力系统中枢点的电压管理
例：
中枢点
中枢点
图5-16 电力系统的电压中枢点
第三十二页，编辑于星期三：一点 五十一分。
电力系统分析
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5.3.2 中枢点电压允许变化范围
中枢点i的电压满足Vimin≤Vi ≤ Vimax 图5-17 负荷电压与中枢点电压
•小容量的调相机每kVA容量的投资费用较大。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 五十一分。
电力系统分析
21
3. 静电电容器
• 静电电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上。它 供给的无功功率QC值与所在节点电压的平方成正比，即
✓结论：在额定电压附近， 电动机的无功功率随电压的 升降而增减。
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
第五章 电力系统的无功功率平衡与电压调整
第5章 电力系统的无功功率平衡 与电压调整
§5-2 电力系统的无功电源和 无功平衡
一. 无功功率电源 无功电源：同步发电机、 某些情况的输电线路 无功补偿装置： 同步调相机、静电（并联）电容 器、静止补偿器 1. 同步发电机 唯出无功：
发电机的 额定视在功率
Qc U / X c
2
当节点电压下降时，它向系统供给的无功功率也 将下降。---具有负的电压调节效应
4. 静止补偿器
由电容器组与可调电抗器组成，既可向系统供给 无功功率，也可以从系统吸取无功功率。
能快速地、平滑地调节无功功率。
二、无功负荷及无功损耗
1、无功负荷
各种用电设备中，除相对很小的白炽灯照明负 荷只消耗有功功率，少数的同步电动机可发出 一部分无功功率外，大多数都要消耗无功功率。 异步电动机在电力系统无功负荷中占的比重很大， 因此，电力系统综合负荷的无功电压静态特性主 要取决于异步电动机的特性。
普通变压器
35±5%/6.3kV变压器： 主分接头电压为 35kV 附加分接头电压为 35（1+5%）=36.5kV 35（1-5%）=33.25kV
121±2×2.5%/10.5kV变压器： 主分接头电压为 121kV 附加分接头电压为 121（1+2x2.5%）=127.05kV 121（1+2.5%=124.025kV 121（1-2.5%）=117.95kV 121（1-2x2.5%）=114.95kV
2、无功损耗
输电线路的无功损耗
变压器的无功损耗
（1）输电线路的无功损耗
Ql QlX Q B
2 P22 Q2 2 U2
P12 Q12 U 12
B 2 2 X L (U 1 U 2 ) 2
电力系统无功功率与电压调整
2、同步调相机 (只能发出无功功率的发电机) 既可以过励运行，也可以欠励运行，其运行状态取决于 系统电压调整的要求 过激运行时向系统输送其额定容量的无功功率，做无功 电源； 欠励运行时从系统吸取0.5~0.65倍额定容量的无功功 率，做无功负载 作无功电源时，调相机输出无功功率与电压之间的关系
EU U 2 − QCS = X X
1、同步发电机
发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率： 发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率：
QGN = S GN sin ϕ N = PGN tan ϕ N
讨论： 讨论：非额定功率因数下发电机可能发出的无功功率
假定隐极发电机连接在恒压母线，母线电压V 假定隐极发电机连接在恒压母线，母线电压VN，发电机等 值电路
U2 QC = = U 2ωC XC (6 − 4)
电力电容器是电力系统中广为使用的一种无功补偿装置 优点：维护方便，有功损耗小（占其额定容量的0.3%— 优点：维护方便，有功损耗小（占其额定容量的0.3%— 0.3% 0.5%），单位容量投资小，既可集中使用， ），单位容量投资小 0.5%），单位容量投资小，既可集中使用，又可以分散 安装
这是因为在A点时电源不能向负 荷提供所需的无功功率，系统被迫降 压运行，以取得较低电压下的无功平 衡
C B A QG QLD
若系统增发无功到2’， 则新交点C对应的电压接近 原电压
当系统有足够的无功电源时，就有较高的运行电压水 结论：平；当系统无功电源不足时，就只能维持较低的运行 电压水平。因此，电力系统的无功功率必须保持平衡
异步电动机等值电路
P11
在额定电压附近， 在额定电压附近，电动机消耗 的无功功率随着电压的升高而 增加， 增加，随电压的降低而减少 当电压低于临界电压时，漏 当电压低于临界电压时， 磁电抗中的无功损耗其主导 作用，随着电压的下降， 作用，随着电压的下降，QM 反而增大
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。
第六章电力系统无功功率和电压调整
QGC QLD QL Qres
• 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。
五、电力系统的电压调整
一、电力系统电压偏移的原因及影响 1．造成电压偏移的原因
（1）设备及线路压降
（2）负荷波动
（3）运行方式改变
（4）无功不足或过剩
七、电力系统的电压调整
1．电压调整的基本原理
:1 :1
图5-20
电压调整原理图
PR QX Vi (VG / k1 V ) / k2 VG / k1 k2 VN
V ( R jX ) I ( R jX )
S
~ *
V*
P jQ PR QX PX QR ( R jX ) j VN VN VN
发电机无功
2
负荷无功
图6-2 无功平衡与电压水平
应该力求实现在额定电压下的系统无功功率平衡。
三、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
2．电压偏移的影响
（1）电压偏移，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。
图6-6“电压崩溃”现象
六、中枢点的电压管理
电压中枢点：指那些能够反映和控制整个系统电 压水平的节点（母线）。 1．电压中枢点的选择 一般可选择下列母线作为电压中枢点： （1）大型发电厂的高压母线；
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
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•U
•负荷的无功特性
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
负荷功率因数的规定
高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调整 电压装置的电力用户功率因数≥0.9； 其他100kVA及以上电力用户和大、中型电力排 灌站，功率因数为0.85以上；
趸售和农业用电，功率因数为0.80以上。
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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
4. 静止补偿器和静止调相机
静止补偿器和静止调相机：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。
特点： 1）能快速平滑地调节无功，运行维护简单，损耗较小， 能分相补偿； 2）会产生高次谐波。
v 为了控制电压在允许的范围内，必须保证有充足 的无功电源，在全网平衡的基础上，留有备用的 容量。电力系统的无功容量是有功容量的1.5～ 1.7倍。
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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
无功功率的最优分布包括两方面的内容： 1. 无功功率电源的最优分布 2. 无功功率负荷的最优补偿
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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 v 目标函数
v 约束条件
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电力系统的无功功率和电压调整
无功功率电源最优分布的求解
v 拉格朗日函数 v 极值条件
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n 负荷无功功率的峰值与有功功率的不一定同时出现， 其峰值出现在工业负荷最大的时刻，一般在白天。
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电力系统的无功功率和电压调整
无功功率负荷
• 异步电动机在无功负荷中占的比重很大。系统 无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定。
• 异步电动机的无功功率：
• QD
• 具有正的调节效应:
dQ / dU > 0
•P •B •A
•Q • 0 • D• C •P – Q 极限图
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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
2. 电容器
并联于变电所运行，发出的无功为
具有正调节效应（dQ / dU > 0 ） 特点：1）特性不理想，不能连续调节；
2）运行维护简单，有功损耗小，成本低，装设灵活 方便。
并联电纳的无功功率损耗（充电功率），与线路 电压的平方成正比，为容性；
串联电抗的无功功率，与负荷电流的平方成正比， 为感性；
输送的有功功率（ < ，> ）自然功率。
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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
二、无功功率电源
1. 发电机
基本的无功功率电源，可以通 过调节发电机的励磁电流来改 变发电机发出的无功功率，增 加励磁电流，可以增加无功功 率的输出；反之，减少无功功 率输出。
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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
5. 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。
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不连续
连续
连续
不连续
连续
差
好
很好
好
差
中等
慢
很好
快
快
快
慢
快
快
快
差
好
很好
差
好
无
少
多
无
少
负
正
正（一定范围内）
负
正（一定范围内）
无
好
中等
无
好
0.3%～0.5%
1.5%～3.0%
<1%
0.3%～0.5%
<1%
低
高
中等
中等
中等
方便
不方便
过负荷能力较强； 增大系统短路电流
方便
方便
不常维修
过负荷能力强；噪 电力系统的无功功率和电压调整声大
2. 变压器中的无功功率损耗
励磁支路的功率损耗：其百分值基本上等于空载 电流 I0 的百分值，约为1%-2% 。
绕组漏抗中的功率损耗：在变压器满载时，基本 上等于短路电压Uk的百分值，约为10%。
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电力系统的无功功率和电压调整
Hale Waihona Puke 第一节 电力系统中无功功率的平衡
3. 线路上的无功功率损耗
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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
3. 调相机
实质上是只能发无功功率的发电机。 运行方式：
1）过励磁：发出无功 2）欠励磁：吸收无功 欠励磁容量 ≈ 50％过励磁容量
特点：1）能连续调节，调节范围宽； 2）运行维护较复杂，有功损耗较大，成本较高； 3）适用于大容量地装设于枢纽变电所。
电力系统的无功功率和电压调整
主要无功电源设备的比较
性能
调节范围 控制方式 调节灵活性 启动速度 反应速度 调节精度 产生高次谐波 电压调节效应 承受过电压能力 有功功率损耗 单位容量投资 维护检修
其他
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电容器
调相机
TCR型
静止补偿器 TSC型
SR型
超前
超前/滞后
超前/滞后
超前
超前/滞后
电力系统的无功功率和 电压调整
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2020/11/27
电力系统的无功功率和电压调整
本章的主要内容
•1. 无功功率的最优分 配
•2. 电力系统的最优调 整
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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、无功功率负荷与无功功率损耗
1. 无功功率负荷
n 未经补偿的综合负荷的自然功率因数为0.6~0.9，以滞 后功率因数运行，低值对应与异步电动机比例较高的 负荷，高值对应于采用大容量同步电动机的场合。
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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
电网功率因数的规定
500（330）kV线路的充电功率应基本予以补偿； 220kV变压器二次的功率因数≥0.95； 110kV～35kV变压器二次的功率因数≥0.9。
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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
第一节 电力系统中无功功率的平衡
三、无功功率的平衡
•Q
要求：
1. 无功电源要充足 2. 无功电源的配置要合理 3. 采用一定的调节措施便可实现
电压调整的目标
•U
•无功功率平衡和系统
•
电压水平的关系
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电力系统的无功功率和电压调整
无功配置原则
v 电力系统的无功电源与无功负荷，在高峰或低谷 时都应采用分（电压）层和分（供电）区基本平 衡的原则进行配置和运行，并应具有灵活的无功 调节能力与检修备用 。
•U
•负荷的无功特性
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
负荷功率因数的规定
高压供电的工业用户和高压供电装有带负荷调整 电压装置的电力用户功率因数≥0.9； 其他100kVA及以上电力用户和大、中型电力排 灌站，功率因数为0.85以上；
趸售和农业用电，功率因数为0.80以上。
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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
4. 静止补偿器和静止调相机
静止补偿器和静止调相机：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。
特点： 1）能快速平滑地调节无功，运行维护简单，损耗较小， 能分相补偿； 2）会产生高次谐波。
v 为了控制电压在允许的范围内，必须保证有充足 的无功电源，在全网平衡的基础上，留有备用的 容量。电力系统的无功容量是有功容量的1.5～ 1.7倍。
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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
无功功率的最优分布包括两方面的内容： 1. 无功功率电源的最优分布 2. 无功功率负荷的最优补偿
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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 v 目标函数
v 约束条件
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电力系统的无功功率和电压调整
无功功率电源最优分布的求解
v 拉格朗日函数 v 极值条件
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n 负荷无功功率的峰值与有功功率的不一定同时出现， 其峰值出现在工业负荷最大的时刻，一般在白天。
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无功功率负荷
• 异步电动机在无功负荷中占的比重很大。系统 无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定。
• 异步电动机的无功功率：
• QD
• 具有正的调节效应:
dQ / dU > 0
•P •B •A
•Q • 0 • D• C •P – Q 极限图
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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
2. 电容器
并联于变电所运行，发出的无功为
具有正调节效应（dQ / dU > 0 ） 特点：1）特性不理想，不能连续调节；
2）运行维护简单，有功损耗小，成本低，装设灵活 方便。
并联电纳的无功功率损耗（充电功率），与线路 电压的平方成正比，为容性；
串联电抗的无功功率，与负荷电流的平方成正比， 为感性；
输送的有功功率（ < ，> ）自然功率。
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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
二、无功功率电源
1. 发电机
基本的无功功率电源，可以通 过调节发电机的励磁电流来改 变发电机发出的无功功率，增 加励磁电流，可以增加无功功 率的输出；反之，减少无功功 率输出。
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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
5. 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。
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不连续
连续
连续
不连续
连续
差
好
很好
好
差
中等
慢
很好
快
快
快
慢
快
快
快
差
好
很好
差
好
无
少
多
无
少
负
正
正（一定范围内）
负
正（一定范围内）
无
好
中等
无
好
0.3%～0.5%
1.5%～3.0%
<1%
0.3%～0.5%
<1%
低
高
中等
中等
中等
方便
不方便
过负荷能力较强； 增大系统短路电流
方便
方便
不常维修
过负荷能力强；噪 电力系统的无功功率和电压调整声大
2. 变压器中的无功功率损耗
励磁支路的功率损耗：其百分值基本上等于空载 电流 I0 的百分值，约为1%-2% 。
绕组漏抗中的功率损耗：在变压器满载时，基本 上等于短路电压Uk的百分值，约为10%。
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电力系统的无功功率和电压调整
Hale Waihona Puke 第一节 电力系统中无功功率的平衡
3. 线路上的无功功率损耗
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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
3. 调相机
实质上是只能发无功功率的发电机。 运行方式：
1）过励磁：发出无功 2）欠励磁：吸收无功 欠励磁容量 ≈ 50％过励磁容量
特点：1）能连续调节，调节范围宽； 2）运行维护较复杂，有功损耗较大，成本较高； 3）适用于大容量地装设于枢纽变电所。
电力系统的无功功率和电压调整
主要无功电源设备的比较
性能
调节范围 控制方式 调节灵活性 启动速度 反应速度 调节精度 产生高次谐波 电压调节效应 承受过电压能力 有功功率损耗 单位容量投资 维护检修
其他
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电容器
调相机
TCR型
静止补偿器 TSC型
SR型
超前
超前/滞后
超前/滞后
超前
超前/滞后
电力系统的无功功率和 电压调整
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2020/11/27
电力系统的无功功率和电压调整
本章的主要内容
•1. 无功功率的最优分 配
•2. 电力系统的最优调 整
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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、无功功率负荷与无功功率损耗
1. 无功功率负荷
n 未经补偿的综合负荷的自然功率因数为0.6~0.9，以滞 后功率因数运行，低值对应与异步电动机比例较高的 负荷，高值对应于采用大容量同步电动机的场合。
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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
电网功率因数的规定
500（330）kV线路的充电功率应基本予以补偿； 220kV变压器二次的功率因数≥0.95； 110kV～35kV变压器二次的功率因数≥0.9。
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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
第一节 电力系统中无功功率的平衡
三、无功功率的平衡
•Q
要求：
1. 无功电源要充足 2. 无功电源的配置要合理 3. 采用一定的调节措施便可实现
电压调整的目标
•U
•无功功率平衡和系统
•
电压水平的关系
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电力系统的无功功率和电压调整
无功配置原则
v 电力系统的无功电源与无功负荷，在高峰或低谷 时都应采用分（电压）层和分（供电）区基本平 衡的原则进行配置和运行，并应具有灵活的无功 调节能力与检修备用 。