电力系统的无功功率和电压调整

6.1.1 无功负荷和无功损耗 ——无功负荷 ——无功负荷 ——无功损 ——无功损耗 无功损耗 6.1.2 无功功率电源 无功功率的平衡（满足电源功率因数的要求） 6.1.3 无功功率的平衡（满足电源功率因数的要求） Page-225） 6.1.4 例6-1（Page-225）-无功补偿的作用
6.1.1 无功负荷和无功损耗 ——无功负荷 无功负荷
A、B两平衡点， B点电源不足，频率（电压）小于额定值 两平衡点， 点电源不足，频率（电压） 两平衡点
6.1.4 例6-1（Page-225）-无功补偿的作用 Page-225）
已知线路末端负荷和首端电压， 已知线路末端负荷和首端电压，根据首端功率因数的要 也可以根据末端电压调整量的要求)， 求(也可以根据末端电压调整量的要求 ，确定末端无功 也可以根据末端电压调整量的要求 补偿的容量； 无功补偿的功率因数调节（ 补偿的容量；——无功补偿的功率因数调节（降损）和 无功补偿的功率因数调节 降损） 电压调节的双重作用 书上方法比较近似：为了满足电源功率因数要求， 书上方法比较近似：为了满足电源功率因数要求，则负 荷功率因数应该比电源功率因数大（ 荷功率因数应该比电源功率因数大（因为无功损耗比有 功损耗大），但具体补偿量的确定是采用经验的试探法。 ），但具体补偿量的确定是采用经验的试探法 功损耗大），但具体补偿量的确定是采用经验的试探法。 比如电源要求为0.85，则负荷功率因数为 ，其中没 比如电源要求为 ，则负荷功率因数为0.9， 有严格的定量关系。 有严格的定量关系。
U C Umin ICmax TCR 0 ILmax TCR n=3
U U n=1 n=2 C Umin 0 TSC IC 0 IL SR SR SR+CSC
I
IC
IL
I
6.1.2 无功功率电源* 无功功率电源* ——静止无功补偿器（SVC）特点 静止无功补偿器（SVC）特点
输出无功仍然与电压有关，但可连续快速调节， 输出无功仍然与电压有关，但可连续快速调节，可作 为动态无功电源。 为动态无功电源。 TCR：通过TCR 中晶闸管开关的控制，连续调节其吸 收的IL；结合电容器，可吸可发IL 。投资大，主要用 于500kV电网，以提供动态无功电源。 TSC：通过晶闸管开关的切换，调节其吸收的IC（即 输出IL ），可频繁投切；只能输出IL 。用得很少。 SR：根据SR的伏安特性，自动调节其吸收的IL。结合 电容器，可吸可发IL 。用得很少。
↑ ↓ U ↓ ⇒ 吸 收 I L↑ ⇒ U ↑ ↓
6.1.2 无功功率电源* 无功功率电源*
——静止调相机的等值电路 ——静止调相机的等值电路
静止调相机/静止无功发生器/ 静止调相机/静止无功发生器/静止无功同步补偿器 Statcon / SVG / Statcom 输出Q与 无关 可快速连续调节感性或容性无功； 无关， 输出 与U无关，可快速连续调节感性或容性无功；投 资大，技术不成熟。 资大，技术不成熟。 & UA A
线 路
单个
感 变 50% 10% 性 压 无 器 1~2% 7% 功 多电压级网络，变压器的无功损耗很大， 多电压级网络，变压器的无功损耗很大，远大于有功损耗
U %S 绕组：∆QZT ≈ k NT 100 激磁: ∆Q = I 0 % S YT 100 NT
五级变压
S 2 ( ) S NT
6.1.4 例6-1（Page-225）-无功补偿的作用 Page-225）
i R+j X j
Pj+j Qj
QC
Pi , Qi , cosϕ
Qi ≈ P≈ i
Pj2 + (Qj − QC )2 U U
2 N
X + Qj − QC R + Pj
无功调节
Pj2 + (Qj − QC )2
2 N
有功损耗调节 电压调节
6.1.2 无功功率电源* 无功功率电源*
——发电机与并联电容器 ——发电机与并联电容器
发电机： 发电机：
通过改变励磁电流， 通过改变励磁电流，可连续 PN 调节无功， 调节无功，且可吸可发感性 无功，不需额外投资。 无功，不需额外投资。 Q<0,吸QL
P
SN QN Q>0,发QL
并联电容器： 并联电容器：
无功和电压调节与有功和频率调整的区别 无功和电压调节与有功和频率调整的区别
有功电源：只有发电机组，单一性。 无功电源：发电机组，无功补偿装置（电容器组、电 抗器组、调相机、静止补偿器等）（变电站），多样 性。 有功电源供应有功功率和电能需要消耗一次能源。无 功电源不消耗一次能源。 全系统频率相同，频率调整集中在发电厂，调频手段 只有调整原动机功率一种。电压水平则全系统各点不 同，而且电压调整可分散进行，调压手段也多种多 样。 ——电压无功调整的基本原则 分层分区调整与 电压无功调整的基本原则：分层分区调整与 电压无功调整的基本原则 无功的就地平衡 电网中，无功损耗远大于有功损耗。 无功损耗远大于有功损耗。 无功损耗远大于有功损耗
6.1.1 无功负荷和无功损耗 ——无功损耗 无功损耗
P2 + Q2 j ∆QL = j X L 线路电抗消耗的感性无功 2 U − j ∆QL = − jb1lU N 2 线路对地电容消耗的容性无功 = 0 线路传输功率 S =自然功率 ∆Q = ∆QL − ∆QL >0 S >自然功率 额定负载 <0 S <自然功率
6.1.2 无功功率电源* 无功功率电源* ——静止无功补偿器（SVC）的类型 静止无功补偿器（SVC）
T C R ：晶闸管控制电抗器型 SVC TSC ：晶闸管开关电容器型 SR ： 饱和电抗器型
SVC：Static Var Compensator； ： ； TCR：Transistor Controlled Reactor ： TSC ：Transistor Switched Capacitor； ； SR ：Saturated Reactor
照明、电热，消耗感性无功Q 照明、电热，消耗感性无功 L小。 感性无功 同步电动机，有励磁绕组， 同步电动机，有励磁绕组，通过励磁电流的调 可以调节其输出无功的大小。过激运行， 节，可以调节其输出无功的大小。过激运行， 欠激运行，吸收Q 发QL ；欠激运行，吸收 L 。在综合负荷中比 例小。 例小。 异步电动机，消耗Q 异步电动机，消耗 L ，在综合负荷中比例很 大。 综合负荷功率因素， ～ ，滞后（ 综合负荷功率因素，0.6～0.9，滞后（感性无 功）
6.1.2 无功功率电源* 无功功率电源* ——静止无功补偿器（SVC）的等值电路 静止无功补偿器（SVC）的等值电路
C
C Lf
滤 波 器 （b）TSC型 晶闸管代替 机械开关
SR CSC
C Lf
C
（a）TCR型
（b）SR型 不可控，限制电 压波动
6.1.2 无功功率电源* 无功功率电源* ——静止无功补偿器（SVC）的伏安特性 静止无功补偿器（SVC）的
主要研究内容及其相互关系
无功和电压管理的目的：保证电压质量，降低有功损耗 无功和电压的管理方法
无功平衡与优化
电压调整 手 段 目 标 方 式 计 算 方 法
枢 电 压 调 压 调 压 调 压
电压波动限制 条 件 段 手
条 件
的电 压 动
电 机 压 无功
机 压 无功 的 电压 波动 电 调 机 和电
6.1.2 无功功率电源* 无功功率电源*
发电机与并联电容器 发电机与并联电容器 并联电抗器与调相机 静止无功补偿器（SVC）－Static Var Compensator 静止无功补偿器 ——静止补偿器 SVC） ——静止补偿器（SVC）的类型 静止补偿器（ ——静止补偿器 SVC） ——静止补偿器（SVC）的等值电路 静止补偿器（ ——静止补偿器 SVC） ——静止补偿器（SVC）的伏安特性 静止补偿器（ ——静止补偿器 SVC） ——静止补偿器（SVC）特点 静止补偿器（ 静止调相机（STATCON）—Static Condenser 静止调相机 ——静止调相机的等值电路 ——静止调相机的等值电路 ——静止调相机的无功调节原理 ——静止调相机的无功调节原理 电容器、调相机、 见书Page-223 电容器、调相机、静止补偿器的比较 见书
输出无功与电压有关，只发容性无功，用于超高压、 输出无功与电压有关，只发容性无功，用于超高压、 长距离、轻载线路。投资小，经济性好。 长距离、轻载线路。投资小，经济性好。不可连续调 不能作为动态无功电源。 节，不能作为动态无功电源。
• 调相机： 调相机：
过激运行， 感性无功；欠激运行，吸收感性无功。 过激运行，发感性无功；欠激运行，吸收感性无功。 感性无功 输出无功与U无关 可连续调节，但投资大， 无关， 输出无功与 无关，可连续调节，但投资大，运行维 护困难。 护困难。
无功损耗远大于有功损耗
P2 + Q2 ∆P = R U 2 P2 + Q2 ∆Q = X U2
X >> R ⇒ ∆Q >> ∆P
6.1 电力系统中的无功功率平衡
基本概念 常用的无功电源有哪几类？ 常用的无功电源有哪几类？各自有何主要特点 范围、控制方式、与电压的关系、单位投资、 （范围、控制方式、与电压的关系、单位投资、 维护费用、反应速度）？ 维护费用、反应速度）？
Vj ≈ Vi −
Pj R + (Qj − QC ) X U
2 N
6.2 电力系统中无功功率的最优分布(略） 电力系统中无功功率的最优分布(
无功功率电源的最优分布和无功功率负荷的最优补偿，即无功的 无功功率电源的最优分布和无功功率负荷的最优补偿， 运行优化问题和规划问题。无功优化：通过现有无功电源 无功电源和 运行优化问题和规划问题。无功优化：通过现有无功电源和调压 设备（变压器分接头）的控制，使无功的潮流分布合理， 设备（变压器分接头）的控制，使无功的潮流分布合理，以降低 有功网损，提高电压质量等。无功规划： 有功网损，提高电压质量等。无功规划：通过规划无功电源和调 压设备的位置、容量、调节能力，以满足无功平衡、电压质量、 压设备的位置、容量、调节能力，以满足无功平衡、电压质量、 电压稳定和投资成本的要求。 电压稳定和投资成本的要求。 负荷的自然功率因数大约为0.6～ 。负荷中比例最大的异步电 负荷的自然功率因数大约为 ～0.9。负荷中比例最大的异步电 动机，其负荷率愈低，功率因数愈低。当其轻载或空载运行时， 动机，其负荷率愈低，功率因数愈低。 轻载或空载运行时， 其功率因数甚至低于0.6。 其功率因数甚至低于 。 提高负荷功率因数的措施： 提高负荷功率因数的措施： (1)尽量使电动机的容量与其机械负载匹配 (2)限制电动机的空 尽量使电动机的容量与其机械负载匹配。 (1)尽量使电动机的容量与其机械负载匹配。(2)限制电动机的空 载运行。(3)同步电动机不需系统供应无功功率 同步电动机不需系统供应无功功率， 载运行。(3)同步电动机不需系统供应无功功率，甚至还可向系 统输出无功功率, 统输出无功功率,因此尽量以同步电动机代替异步电动机或将绕 线式异步电动机同步化。 线式异步电动机同步化。