孙莹编)第四章电力系统电压调整和无功功率控制技术
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3
调整： 电力系统正常稳定运行时，全系统频率相同。频率调 整集中在发电厂，调频控制手段只有调整原动机功率 一种。 电压水平在全系统各点不同，并且电压控制可分散进 行，调节控制电压手段也多种多样。
4
电力系统的电压和频率一样，都是电能质量的重要 指标。
用电设备只有在额定电压下运行才能取得最佳的工作 效率。
U
•
I LC
•
I o 感性
(c)
16
静止无功补偿器不仅用于传输网络，而且广泛用于配 电系统中。 如在大型电动机的启动中应用SVC可以降低电压跌落 值；SVC亦可应用于单相负荷入电焊机和电气化铁路 供电系统中。
17
SVC能快速、平滑的调节无功功率的大小和方向， 以满足动态无功功率补偿要求，尤其是对冲击性负荷 适应性较好。
7
C、对电热设备的影响 电炉等电热设备的发热量与电压平方成正比，电压降 低将大大降低发热量，使效率降低。 照明负荷，对电压变化反应灵敏。电压过高，白炽 灯的寿命将大为缩短；电压过低，亮度和发光效率要大 幅度下降。
D、损耗和绝缘 电压降低时，会使电网中的有功功率损耗和无功损耗 增加，过低还会危及电力系统运行的稳定性； 而电压过高，各种电气设备的绝缘会受到损坏，在超 高压输电线路中还将增加电晕损耗。
基本工作原理
QC
U2 XC
U 2C
（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。
• 人工投入，自动切除
优点：
• 提供无功功率和电压支持最廉价的方法 • 设在负荷区附近，通过提高受端负荷功率因数可以 有效地扩大其电压稳定极限
13
• 容量可大可小，既可集中使用，又可分散使用，并 且可以分相补偿，随时投入、切除部分或全部电容器 组，运行灵活。
当过激运行时，它向电力系统提供感性无功功率；欠 激运行时，从电力系统中吸收感性无功功率。
因此，改变同步调相机的励磁，可以平滑地改变它的 无功功率的大小及方向，从而平滑地调节所在地区的 电压。
19
但在欠激状态下运行时，其输出功率为过激运行时 输出功率的50％～60％。
运行时产生有功损耗，满负荷时，有功损耗为额定 容量1.5％～5％，容量越小，有功损耗所占的比重越 大。
8
我国规定在正常运行情况下各类用户允许电压偏 移为：
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
5% 10%
农村电网（正常） 7.5% 10%
Байду номын сангаас
（事故） 10% 15%
在事故后运行状态下，由于电力系统部分设备退出运行， 电压损耗比正常时大。考虑故障时间较短，电压偏移允许比正常 值再多5％，但电压的正偏移不应超过10％。
与同步调相机比较，运行维护简单，功率损耗较小 ，能够作到分相补偿以适应不平衡的负荷变化。其缺 点是最大无功补偿量正比于端电压的平方，在电压很 低时，无功补偿量将大大降低。
18
（4）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。
11
发电机以超前功率因数运行时，定子电流和励磁电 流大小都不再是限制条件，而此时并联运行的稳定性 或定子端部铁芯发热成了限制条件。
当电力系统中有一定备用有功电源时，可以将离负 荷中心近的发电机低于额定功率因数运行，适当降低 有功功率输出而多发一些无功功率，这样有利于提高 电力系统电压水平。
12
（2）并联电容器
20
（5）高压输电线路
高压输电线即产生无功，又消耗无功
产生无功：
QC U 2B
变化不大
消耗无功：
QL I 2 X
随潮流而变
高压输电线路，特别是分裂导线，其充电功率相当可 观，是电力系统所固有的无功功率电源。
第四章 电力系统电压调整和无功 功率控制技术
1
电力系统电压控制的意义； 无功功率的产生、消耗与平衡
2
产生：
有功功率电源是集中在各类发电厂中的发电机； 无功功率电源除发电机外，还有调相机、电容器和静止补偿器 等，它们分散安装在各个变电所。
运行：
有功功率电源需要消耗能源;无功功率电源工作时基本不消耗能 源； 由于电网中的线路以及变压器等设备均以感性元件为主，因此 系统中无功功率损耗远远大于有功功率损耗。
当电压偏离额定值较大时，会对负荷的运行带来不良 影响。影响产品的质量和产量，损坏设备，甚至引起 电力系统电压崩溃，造成大面积停电。
5
A、对发电机和变压器的影响 电力系统电压降低时，为了维持恒定功率，发电机的 定子电流增大。
为了使发电机定子绕组不致过热，不得不减少发电机 所发有功功率。
类似的，电力系统电压降低后，也不得不减少变压器 所带的有功负荷。
• 电容器的有功损耗小（约占额定容量的0.3％一0.5 ％），投资也节省。
• 允许附近的发电机在功率因数为1.0附近运行，增 加了系统快速响应的无功储备，对电压稳定有利。
14
缺点： • 其产生的无功功率正比于电压的平方，在系统低电 压期间无功输出反而下降，这是一个恶性循环问题。 • 一个大量应用并联电容器补偿无功的系统，电压调 节能力反而变差；
15
（3）静止无功功率补偿器（SVC）
静止无功功率补偿器（Static VAR Compensator，简称SVC）是 一种发展很快的无功功率补偿装置，其工作原理下图所示。
•
Qi U
•
U
Q LC
QD
1
UN
2
QL
QC
IL
C L
IC 容性 o 感性
•
I
容性
(a)
(b)
图4-5 静止无功补偿器工作原理
•
9
（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。 它所提供给电力系统的无功功率与同时输出的有功
功率有一定的关系，由同步发电机的P-Q曲线决定。
10
P(MW )
SN PN
cos 0.85 40
0.8
0.5 0.4
40
QN 80
Q(MVAR)
图4-4 同步发电机的P-Q 曲线
6
B、对电动机的影响 电压降低，异步电动机的转差率将增大。因而，电动机 各绕组中的电流也将增大，温升将增加，效率将降低， 寿命会缩短。
转差增大转速下降输出功率减少影响锅炉、汽轮 机的工作最终影响发电厂所发出的功率。
电压降低电动机启动过程增加，可能在启动过程中 因温度过高而烧毁。
电压偏高将加速设备绝缘老化，影响电动机寿命。
调整： 电力系统正常稳定运行时，全系统频率相同。频率调 整集中在发电厂，调频控制手段只有调整原动机功率 一种。 电压水平在全系统各点不同，并且电压控制可分散进 行，调节控制电压手段也多种多样。
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电力系统的电压和频率一样，都是电能质量的重要 指标。
用电设备只有在额定电压下运行才能取得最佳的工作 效率。
U
•
I LC
•
I o 感性
(c)
16
静止无功补偿器不仅用于传输网络，而且广泛用于配 电系统中。 如在大型电动机的启动中应用SVC可以降低电压跌落 值；SVC亦可应用于单相负荷入电焊机和电气化铁路 供电系统中。
17
SVC能快速、平滑的调节无功功率的大小和方向， 以满足动态无功功率补偿要求，尤其是对冲击性负荷 适应性较好。
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C、对电热设备的影响 电炉等电热设备的发热量与电压平方成正比，电压降 低将大大降低发热量，使效率降低。 照明负荷，对电压变化反应灵敏。电压过高，白炽 灯的寿命将大为缩短；电压过低，亮度和发光效率要大 幅度下降。
D、损耗和绝缘 电压降低时，会使电网中的有功功率损耗和无功损耗 增加，过低还会危及电力系统运行的稳定性； 而电压过高，各种电气设备的绝缘会受到损坏，在超 高压输电线路中还将增加电晕损耗。
基本工作原理
QC
U2 XC
U 2C
（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。
• 人工投入，自动切除
优点：
• 提供无功功率和电压支持最廉价的方法 • 设在负荷区附近，通过提高受端负荷功率因数可以 有效地扩大其电压稳定极限
13
• 容量可大可小，既可集中使用，又可分散使用，并 且可以分相补偿，随时投入、切除部分或全部电容器 组，运行灵活。
当过激运行时，它向电力系统提供感性无功功率；欠 激运行时，从电力系统中吸收感性无功功率。
因此，改变同步调相机的励磁，可以平滑地改变它的 无功功率的大小及方向，从而平滑地调节所在地区的 电压。
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但在欠激状态下运行时，其输出功率为过激运行时 输出功率的50％～60％。
运行时产生有功损耗，满负荷时，有功损耗为额定 容量1.5％～5％，容量越小，有功损耗所占的比重越 大。
8
我国规定在正常运行情况下各类用户允许电压偏 移为：
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
5% 10%
农村电网（正常） 7.5% 10%
Байду номын сангаас
（事故） 10% 15%
在事故后运行状态下，由于电力系统部分设备退出运行， 电压损耗比正常时大。考虑故障时间较短，电压偏移允许比正常 值再多5％，但电压的正偏移不应超过10％。
与同步调相机比较，运行维护简单，功率损耗较小 ，能够作到分相补偿以适应不平衡的负荷变化。其缺 点是最大无功补偿量正比于端电压的平方，在电压很 低时，无功补偿量将大大降低。
18
（4）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。
11
发电机以超前功率因数运行时，定子电流和励磁电 流大小都不再是限制条件，而此时并联运行的稳定性 或定子端部铁芯发热成了限制条件。
当电力系统中有一定备用有功电源时，可以将离负 荷中心近的发电机低于额定功率因数运行，适当降低 有功功率输出而多发一些无功功率，这样有利于提高 电力系统电压水平。
12
（2）并联电容器
20
（5）高压输电线路
高压输电线即产生无功，又消耗无功
产生无功：
QC U 2B
变化不大
消耗无功：
QL I 2 X
随潮流而变
高压输电线路，特别是分裂导线，其充电功率相当可 观，是电力系统所固有的无功功率电源。
第四章 电力系统电压调整和无功 功率控制技术
1
电力系统电压控制的意义； 无功功率的产生、消耗与平衡
2
产生：
有功功率电源是集中在各类发电厂中的发电机； 无功功率电源除发电机外，还有调相机、电容器和静止补偿器 等，它们分散安装在各个变电所。
运行：
有功功率电源需要消耗能源;无功功率电源工作时基本不消耗能 源； 由于电网中的线路以及变压器等设备均以感性元件为主，因此 系统中无功功率损耗远远大于有功功率损耗。
当电压偏离额定值较大时，会对负荷的运行带来不良 影响。影响产品的质量和产量，损坏设备，甚至引起 电力系统电压崩溃，造成大面积停电。
5
A、对发电机和变压器的影响 电力系统电压降低时，为了维持恒定功率，发电机的 定子电流增大。
为了使发电机定子绕组不致过热，不得不减少发电机 所发有功功率。
类似的，电力系统电压降低后，也不得不减少变压器 所带的有功负荷。
• 电容器的有功损耗小（约占额定容量的0.3％一0.5 ％），投资也节省。
• 允许附近的发电机在功率因数为1.0附近运行，增 加了系统快速响应的无功储备，对电压稳定有利。
14
缺点： • 其产生的无功功率正比于电压的平方，在系统低电 压期间无功输出反而下降，这是一个恶性循环问题。 • 一个大量应用并联电容器补偿无功的系统，电压调 节能力反而变差；
15
（3）静止无功功率补偿器（SVC）
静止无功功率补偿器（Static VAR Compensator，简称SVC）是 一种发展很快的无功功率补偿装置，其工作原理下图所示。
•
Qi U
•
U
Q LC
QD
1
UN
2
QL
QC
IL
C L
IC 容性 o 感性
•
I
容性
(a)
(b)
图4-5 静止无功补偿器工作原理
•
9
（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。 它所提供给电力系统的无功功率与同时输出的有功
功率有一定的关系，由同步发电机的P-Q曲线决定。
10
P(MW )
SN PN
cos 0.85 40
0.8
0.5 0.4
40
QN 80
Q(MVAR)
图4-4 同步发电机的P-Q 曲线
6
B、对电动机的影响 电压降低，异步电动机的转差率将增大。因而，电动机 各绕组中的电流也将增大，温升将增加，效率将降低， 寿命会缩短。
转差增大转速下降输出功率减少影响锅炉、汽轮 机的工作最终影响发电厂所发出的功率。
电压降低电动机启动过程增加，可能在启动过程中 因温度过高而烧毁。
电压偏高将加速设备绝缘老化，影响电动机寿命。