电力系统分析基础第06章PPT课件
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电力系统分析课件
为了减少电能传输过程中的损失 ，电力系统通常采用高压输电方 式，将电能从发电环节传输至配 电环节，然后再配送给电力用户 。
实时性
电力系统的运行状态需要实时监 控和管理，以确保电能的安全、 稳定和可靠供应。
电力系统的分类
按电压等级分类
电力系统按电压等级可分为高压电力 系统（330kV及以上）、超高压电力 系统（220kV-330kV）、高压电力 系统（110kV-220kV）和低压电力 系统（10kV及以下）。不同电压等 级的电力系统适用于不同的输电和配 电需求。
04
电力系统优化方法
线性规划方法
总结词
一种常用的数学优化方法，用于解决线性问题。
详细描述
通过定义目标函数和约束条件，寻找满足所有约束条件下目标函数最优的解。在电力系统中的应用包 括调度和负荷分配等问题。
非线性规划方法
总结词
一种优化算法，用于解决非线性问题。
详细描述
非线性规划方法考虑了变量的非线性关系， 通过迭代寻找最优解。在电力系统中的应用 包括电压控制、潮流优化等问题。
生物质能发电技术
生物质能是一种可再生的能源。生物质能发电技术利用 生物质能的化学能进行发电。它包括直接燃烧发电和气 化发电两种方式。直接燃烧发电将生物质直接燃烧，驱 动锅炉内的水产生高温高压的蒸汽，驱动汽轮机转动， 从而将化学能转化为机械能，再驱动发电机转动，最终 将机械能转化为电能。气化发电将生物质进行气化处理 ，生成燃气后驱动燃气轮机转动，从而将化学能转化为 机械能，再驱动发电机转动，最终将机械能转化为电能 。
时间序列模型，对未来的负荷进行预测。
案例二：电力系统的故障诊断与预防
要点一
总结词
要点二
详细描述
《电力系统分析》课件
频率调整的方法与策略
频率调整的方法
电力系统频率的调整可以通过改变发电机的出力、投切负荷、投切发电机组等方法实现。
频率调整的策略
频率调整的策略包括基于频率偏差的调整、基于负荷预测的调整、基于经济性的调整等。 这些策略各有优缺点，应根据电力系统的实际情况选择合适的策略。
频率调整的自动化
为了实现快速、准确的频率调整，需要建立自动化的频率调整系统。该系统可以根据实时 监测到的频率值，自动调整发电机的出力或投切负荷，以维持频率稳定。
电力系统的组成
电源
包括发电厂、小型发电装置等，负责将各种 一次能源转换为电能。
负荷
各种用电设备，消耗电能并转换为其他形式 的能量。
电网由各种电压等级的输电线路和电线路组成 的网络，负责传输和分配电能。
电力系统的运行和管理
通过调度中心等机构对电力系统的运行进行 管理和控制。
电力系统的基本参数
电压
事故状态
发生重大事故导致电力系 统严重受损，无法满足正 常需求。
电力系统的运行状态
01
02
03
正常运行状态
电力系统在正常条件下运 行，满足负荷需求，各项 参数在规定范围内。
异常运行状态
由于某些原因导致电力系 统部分设备异常运行，但 仍能满足基本需求。
事故状态
发生重大事故导致电力系 统严重受损，无法满足正 常需求。
04
电力系统无功功率平衡与 电压调整
04
电力系统无功功率平衡与 电压调整
电力系统无功功率平衡
无功功率平衡的概念
无功功率平衡是电力系统稳定运行的重要条件，它确保了系统中 的无功电源和无功负荷之间的平衡。
无功功率不平衡的影响
无功功率不平衡会导致电压波动、系统稳定性降低、设备过热等问 题，影响电力系统的正常运行。
电力系统分析(完整版)PPT课件
输电线路优化运行
总结词
输电线路是电力系统的重要组成部分，其优化运行对于提高电力系统的可靠性和经济性具有重要意义 。
详细描述
输电线路优化运行主要涉及对线路的路径选择、载荷分配、无功补偿等方面的优化，通过合理的规划 和管理，降低线路损耗，提高线路的输送效率和稳定性，确保电力系统的安全可靠运行。
分布式电源接入与控制
分布参数线路模型考虑线路的电感和 电容在空间上的分布，用于精确分析 长距离输电线路。
行波线路模型
行波线路模型用于描述行波在输电线 路中的传播特性，常用于雷电波分析 和继电保护。
负荷模型
负荷模型概述
静态负荷模型
负荷是电力系统中的重要组成部分，其模 型用于描述负荷的电气特性和运行特性。
静态负荷模型不考虑负荷随时间变化的情 况，只考虑负荷的恒定阻抗和电流。
电力系统分析(完整版)ppt 课件
• 电力系统概述 • 电力系统元件模型 • 电力系统稳态分析 • 电力系统暂态分析 • 电力系统优化与控制 • 电力系统保护与安全自动装置
01
电力系统概述
电力系统的定义与组成
总结词
电力系统的定义、组成和功能
详细描述
电力系统是由发电、输电、配电和用电等环节组成的，其功能是将一次能源转 换为电能，并通过输配电网络向用户提供安全、可靠、经济、优质的电能。
无功功率平衡的分析通常需要考虑系统的无功损耗、无功补偿装置的容 量和响应速度等因素。
有功功率平衡
有功功率平衡是电力系统稳态分析的 核心内容，用于确保系统中的有功电 源和有功负荷之间的平衡。
有功功率平衡的分析通常需要考虑系 统的有功损耗、有功电源的出力和负 荷的特性等因素。
有功功率不平衡会导致系统频率波动， 影响电力系统的稳定运行。因此，需 要合理配置有功电源和调节装置，以 维持系统的有功平衡。
电力系统分析第六章新 72页PPT文档
3、什么是冲击电流?什么是冲击系数？ 4、什么是无限大容量电源供电系统短路电流最大有效值？
如何计算？
6.2 同步发电机的基本方程和等值电路
一、同步发电机绕组等效电路
1、同步发电机的6个绕组： ♦ 有阻尼绕组的凸极式发电机
定子：有静止的三相绕组abc ， 通过该三相绕组与外电 路连接，向系统供电；
转子：有与转子一起旋转的一 个励磁绕组 f、d 轴等效阻尼绕组 D 和 q 轴等效阻 尼绕组Q 。
旋转的矢量 F
来表示；如果定子电
a
流用一个同步旋转的通用相量 I 表
示，那么，F a 与 I 在任何时刻都同
相位，而且在数值上成比例，如图所示：
6.2 同步发电机的基本方程和等值电路
ia = I cosθ
ib
=
I
cos(θ
－120 o
)
ic = I cos(θ + 120 o )
根据三相线路的对称性：
ib= Im s in (ω t+ α --1 2 0 o)+
-t
Im 0 s in (α -0-1 2 0 0)-Im s in (α --1 2 0 0) eT a
ic= Im s in (ω t+ α -+ 1 2 0 o)+
-t
Im 0 s in (α -0+ 1 2 0 0)-Im s in (α -+ 1 2 0 0) eT a
6.1 概述
二、无限大功率电源供电的三相短路电流分析
1、无限大功率电源（又称恒定电势源）：是指端电压幅值和 频率都保持恒定的电源，其内阻抗为零。 理解：1）电源功率为无限大时，外电路发生短路引起的 功率改变对于电源来说是微不足道的，因而电源的电压 和频率保持恒定（对应于同步电机的转速）； 2）无限大功率电源可以看作是由无限多个有限功 率电源并联而成，因而其内阻抗为零。
如何计算？
6.2 同步发电机的基本方程和等值电路
一、同步发电机绕组等效电路
1、同步发电机的6个绕组： ♦ 有阻尼绕组的凸极式发电机
定子：有静止的三相绕组abc ， 通过该三相绕组与外电 路连接，向系统供电；
转子：有与转子一起旋转的一 个励磁绕组 f、d 轴等效阻尼绕组 D 和 q 轴等效阻 尼绕组Q 。
旋转的矢量 F
来表示；如果定子电
a
流用一个同步旋转的通用相量 I 表
示，那么，F a 与 I 在任何时刻都同
相位，而且在数值上成比例，如图所示：
6.2 同步发电机的基本方程和等值电路
ia = I cosθ
ib
=
I
cos(θ
－120 o
)
ic = I cos(θ + 120 o )
根据三相线路的对称性：
ib= Im s in (ω t+ α --1 2 0 o)+
-t
Im 0 s in (α -0-1 2 0 0)-Im s in (α --1 2 0 0) eT a
ic= Im s in (ω t+ α -+ 1 2 0 o)+
-t
Im 0 s in (α -0+ 1 2 0 0)-Im s in (α -+ 1 2 0 0) eT a
6.1 概述
二、无限大功率电源供电的三相短路电流分析
1、无限大功率电源（又称恒定电势源）：是指端电压幅值和 频率都保持恒定的电源，其内阻抗为零。 理解：1）电源功率为无限大时，外电路发生短路引起的 功率改变对于电源来说是微不足道的，因而电源的电压 和频率保持恒定（对应于同步电机的转速）； 2）无限大功率电源可以看作是由无限多个有限功 率电源并联而成，因而其内阻抗为零。
电力系统分析：第06章 电力系统无功功率平衡与电压调整
jB T
励磁支路损耗的百分值基本上等于空载电流I0的百分值，约为1％ ~ 2％不随负荷大小的改变而变化，称之为不变损耗；绕组漏抗中损耗
与所带负荷的大小有关，称为可变损耗。在变压器满载时，基本上等于
短路电压Uk的百分值，约为10％。 但对多电压级网络。变压器中的无 功功率损耗就相当可观。变压器的无功损耗是感性的
（三）无功储备
无功平衡的前提是系统的电压水平正常。和有功一样，系统中也应该保 持一定的无功储备。一般取最大负荷的7~8%。
12
例6-1
T-1 110kV
T-2
S% =
G
2 ×100kM
40LD+ j30MVA
某输电系统各元件参数如下：
发电机： 变压器T-1
P每N =台50SMN=W31,.5McVoAs，△= P0.=80358.5kWU，N =
= 42.27 + j37.618(MVA)
若发电机在满足有功需求时按额定功率因数运行，其输出功率
SG = 42.27 + j42.27×tg =42.27+j26.196 (MVA )
此时无功缺额达到
37.618 26.196=11.422(Mvar)
根据以上对无功功率缺额的初步估算，拟在变压器T-2的低压 侧设置10Mvar补偿容量，补偿前负荷功率因数为0.8，补偿后 可提高到0.895.计及补偿后线路和变压器绕组损耗还会减少， 发电机将能在额定功率因数附近运行
(c)饱和电抗器型SR
电容和电感组成滤波电路，滤去高次谐波，以免产生电流和电压的畸变 运行维护简单，损耗较小，对冲击负荷有较强的适应性，可装于枢纽变 电所进行电压控制，也可装于大的冲击负荷侧，如轧钢厂做无功补偿
电力系统分析完整PPT课件
330、500、750:超高压
>750:特高压
➢ 提高输电电压的利弊：减小载流截面和线路
电抗，利于提高线路功率极限和稳定性，增
加绝缘成本
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19
1.2我国的电力系统（3）
电力系统的电压与输电容量和输电距离
线路电压(kv) 输送容量(MV) 输送距离(km)
6
0.1~0.2
4~15
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1.2我国的电力系统（1）
• 4个发展阶段
195x：城市电网 196x：省网 1970~1990：区域电网 1990~：区域电网互联
• 电力系统的规模
2004 400GW
2010 535GW
2020 790GW
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1.2我国的电力系统（2）
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6
教学进度
• 总学时数：56~64
➢ 课堂教学：48~52 ➢ 实践环节：8~12
• 学时分配
➢ 电力系统的基本概念：2~3 ➢ 电网等值：8~10 ➢ 电力系统潮流计算：10~12 ➢ 电力系统运行方式的调整和控制：10 ➢ 电力系统故障分析：10~12 ➢ 电力系统稳定性分析：8~10
• 电磁感应定律 法拉第，1831
• 世界上第一个完整的电力系统 1882，法国
• 三相变压器和三相异步电动机 1891
• 直流电力系统和交流电力系统 爱迪生和西屋
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13
1.1.2电力系统的组成
• 电力系统 发电厂、输电和配电网络、用户
• 电网、电力系统和动力系统 • 一次设备和二次设备
电力系统分析6章课件
•
3 WR 1 0
最大功率损耗时间
的意义
0
2 P 3 3 a x 2m R 1 0 P 1 0 (k w h ) m a x 2 Uc o s
6.3.2电力网中电能损耗的计算方法 表6.2最大负荷利用小时 T max与最大负荷损耗时间
的关系
1200 1500 1800 2150 2600 3000 3500 4000 4600 5200 5900 6000 7350
1000 1250 1600 2000 2400 2900 3400 3950 4300 5100 5800 6550 7350
800 1100 1400 1800 2200 2700 3200 3750 4350 5000 5700 6500 7300
• • • 式中，S的单位为KVA，U的单位为KV。 h , 则 W 为一天的电能损耗； 若时间 t 24 h ,则 若 t 8760 W 为全年的电能损耗。
6.3.2电力网中电能损耗的计算方法
最大负荷损耗时间法
线路向一个集中负荷供电. • 设如果面积 S 0 abc 与一矩形 面积相等，并令矩形的高 2 等于 S max ，则矩形的底用 表示，电能损耗可表示 为
它是安排日发电计 划，确定各发电厂 任务以及确定系统 运行方式等的重要 依据。
图6.1有功日负荷曲线
图6.2阶梯形有功日负荷曲线
6.1.2 负荷曲线
有功日负荷曲线
日负荷曲线的最大值称为日最大负荷（峰荷） 最小值称为日最小负荷（谷荷）
日负荷曲线下的面积就是负荷一天所消耗的电能。即：
w Pdt
700 950 1250 1000 2000 2500 3000 3600 4200 4850 5600 6400 7250
华电《电力系统分析基础》 PPT
电网监视与控制
SCADA－数据采集与监视控制系统 （Supervisory Control And Data Acquisition ）
电气设备在线监测与故障诊断（计划检修→状态检修） 负荷分级（一级、二级、三级），故障时，按负荷等级
限电。
➢负荷（一级 二级 三级）
一级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成人 身事故，经济严重损失，人民生活发生混乱。
一、电力系统的形成与发展 二、电力系统的基本概念 三、电力系统的基本参量和接线图
电的产生
1831年 法拉第发现 电磁感应定律
交流发电机 直流发电机 直流电动机
= 直流发电机
100~400V
电弧灯
M 直流电动机
特点：输电电压低，输送距离短，输送功率小。
高压输电
1882年，法国人M ·德波列茨将位于弥斯巴赫煤矿的蒸汽 机发出的电能输送到 57km外的慕巴黑，并用以驱动水泵。
二级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成大 量减产，人民生活受影响。
三级负荷：所有不属于一、二级的负荷。
2.保证良好的电能质量
衡量电能质量的基本指标：
电压质量 35kV及以上：±5% 10kV及以上：±7% 频率质量 ±0.2 ~ 0.5Hz
主要指标：
电压偏差、频率偏差、谐波畸变率、三相不平衡度、 电压波动和闪变。
电气接线图：主要显示系统中某发电厂（变电所） 内的发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等主 微观
要电机、电器、线路之间的电气接线。
1.2 电力系统运行的特点和要求
1. 可以很方便地转换成其他形式的能，如光能、热 能、机械能、化学能等。
2. 便于生产、输送、分配、使用，易于控制。
3. 可以方便地将自然界的一次能源转化为电能，如 煤、石油、天然气、水能、核能、风能和太阳能 等。
SCADA－数据采集与监视控制系统 （Supervisory Control And Data Acquisition ）
电气设备在线监测与故障诊断（计划检修→状态检修） 负荷分级（一级、二级、三级），故障时，按负荷等级
限电。
➢负荷（一级 二级 三级）
一级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成人 身事故，经济严重损失，人民生活发生混乱。
一、电力系统的形成与发展 二、电力系统的基本概念 三、电力系统的基本参量和接线图
电的产生
1831年 法拉第发现 电磁感应定律
交流发电机 直流发电机 直流电动机
= 直流发电机
100~400V
电弧灯
M 直流电动机
特点：输电电压低，输送距离短，输送功率小。
高压输电
1882年，法国人M ·德波列茨将位于弥斯巴赫煤矿的蒸汽 机发出的电能输送到 57km外的慕巴黑，并用以驱动水泵。
二级负荷：对这一级负荷中断供电，将造成大 量减产，人民生活受影响。
三级负荷：所有不属于一、二级的负荷。
2.保证良好的电能质量
衡量电能质量的基本指标：
电压质量 35kV及以上：±5% 10kV及以上：±7% 频率质量 ±0.2 ~ 0.5Hz
主要指标：
电压偏差、频率偏差、谐波畸变率、三相不平衡度、 电压波动和闪变。
电气接线图：主要显示系统中某发电厂（变电所） 内的发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等主 微观
要电机、电器、线路之间的电气接线。
1.2 电力系统运行的特点和要求
1. 可以很方便地转换成其他形式的能，如光能、热 能、机械能、化学能等。
2. 便于生产、输送、分配、使用，易于控制。
3. 可以方便地将自然界的一次能源转化为电能，如 煤、石油、天然气、水能、核能、风能和太阳能 等。
电力系统分析基础培训课件.pptx
(2)电压大幅度下降，对用户影响很大。 (3)当短路发生地点离电源不远而持续时间又较长时，并
列运行的发电机可能失去同步，破坏系统运行的稳定 性，造成大面积停电，这是短路最严重的后果。 (4)发生不对称短路时,三相不平衡电流会在相邻的通讯 线路感应出电动势,影响通讯.
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6
四、减少短路危害的措施
于中性点接地的系统）发生通路的情况。
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3
一、短路的类型
表1-1
短路种类
各种短路的示意图和代表符号
示意图
代表符号
三相短路 两相短路接地 两相短路 单相短路
f(3) 5％ f(1,1) 20％ f(2) 10％ f(1) 65％
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4
二、短路的主要原因
①绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良所带 来的设备缺陷发展成短路。
4 3
B 2
x5
B 2
4
3
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11
第三节 无限大功率电源供电的三相短路过渡过程分析
• 无限大功率电源：是指端电压幅值和频率都保持恒定的 电源，其内阻抗为零。
一、三相短路的暂态过程
图1-2 简单三相电路短路
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12
•短路前电路处于稳态：
e Em sin(t ) i Im 0 sin(t )
一般电力系统中，短路回路的感抗比电阻大得多，
即 L R ，故可近似认为 90。因此，非周期电 流有最大值的条件为：短路前电路空载（Im0=0),并 且短路发生时，电源电势过零（α＝0）。
②恶劣天气：雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架 空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。
③人为误操作，如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设 备检修后未拆除地线就加上电压引起短路。
列运行的发电机可能失去同步，破坏系统运行的稳定 性，造成大面积停电，这是短路最严重的后果。 (4)发生不对称短路时,三相不平衡电流会在相邻的通讯 线路感应出电动势,影响通讯.
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四、减少短路危害的措施
于中性点接地的系统）发生通路的情况。
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一、短路的类型
表1-1
短路种类
各种短路的示意图和代表符号
示意图
代表符号
三相短路 两相短路接地 两相短路 单相短路
f(3) 5％ f(1,1) 20％ f(2) 10％ f(1) 65％
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二、短路的主要原因
①绝缘材料的自然老化，设计、安装及维护不良所带 来的设备缺陷发展成短路。
4 3
B 2
x5
B 2
4
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第三节 无限大功率电源供电的三相短路过渡过程分析
• 无限大功率电源：是指端电压幅值和频率都保持恒定的 电源，其内阻抗为零。
一、三相短路的暂态过程
图1-2 简单三相电路短路
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•短路前电路处于稳态：
e Em sin(t ) i Im 0 sin(t )
一般电力系统中，短路回路的感抗比电阻大得多，
即 L R ，故可近似认为 90。因此，非周期电 流有最大值的条件为：短路前电路空载（Im0=0),并 且短路发生时，电源电势过零（α＝0）。
②恶劣天气：雷击造成的闪络放电或避雷器动作，架 空线路由于大风或导线覆冰引起电杆倒塌等。
③人为误操作，如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设 备检修后未拆除地线就加上电压引起短路。
电力系统分析课件
电力系统分析的案例分析
通过案例分析，我们可以深入了解电力系统分析在实际应用中的具体作用和效果。这些案例将涵盖不同 类型的电力系统和不同的分析场景。
结论和总结
通过电力系统分析，我们可以发现潜在问题，并采取相应点和要点。
电力系统分析ppt课件
这份电力系统分析ppt课件将为您介绍电力系统的基本概念和原理，包括电力 系统的组成和拓扑结构，以及电力系统分析的目的和方法。
电力系统的基本概念和原理
了解电力系统的基本概念如电压、电流、功率以及电力传输的原理对于分析和优化电力系统至关重要。
电力系统的组成和拓扑结构
电力系统由多种组件组成，包括发电厂、变电站、输电线路和配电系统。了解电力系统的拓扑结构有助 于优化电力传输和分配。
电力系统分析的目的和方法
电力系统分析的目的是识别和解决潜在问题，并确保电力系统的稳定运行。 了解电力系统分析的常用方法和技术可以帮助我们做出准确的决策。
电力系统分析的常用工具和技术
电力系统分析常使用各种工具和技术，例如潮流计算、短路分析和负荷流动分析。这些工具和技术可以 帮助我们评估电力系统的性能和安全性。
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备用无功电源功率（7〜8%）
二、无功功率负荷和无功功率损耗
1、无功功率负荷
1) 负荷在端电压变化时，出力、效率影响较大
➢ 白炽灯的电压特性
%
光通量
发光效率
U 5% 光通量 15% 效率 10% 100
寿命
U 5% 光通量 10% 寿命 50%
➢ 异步电机的电压特性
%
带不动
转矩∝U2,U↓ 启动不了
➢ 系统中有功功率备用容量充裕时，可使靠近负荷中心 的发电机在降低有功负荷的条件下运行，这时发电机 的视在功率虽较额定值小，但可利用的无功功率却较 在额定有功负荷下大。
2、同步调相机
➢ 实质上是只发无 功功率的发电机
不带有功负荷的同步发电机 不带机械负荷的同步电动机
➢ 运行 ➢ 优点
过激运行—向系统发出无功
2) 潮流
3) 分布
2) 计算
网损
微增
率
按有功最优分布结果给出各节点（除平衡节 点外）的P
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
一、无功功率电源的最优分布
目标函数：ΔPΣ=ΔPΣ(QGi) 目的：降低网络中的有功损耗
2、电压降落（损耗、偏移）、功率损耗的计算 3、无功功率的经济分布；无功电源的最优分布
；无功负荷的最优补偿
➢ 频率调整和电压调整的相同和不同之处
调频
频率唯一
集中调整
调压
只能调原动机功率
电压水平各点不同 调整分散 手段多样（有多种无功电源）
➢ 分析无功功率和电压分布之间的关系
无功损耗 ﹥﹥有功损耗;
➢类型
直流助磁饱和电抗器型
可控硅控制电抗器型 自饱和电抗器型
➢共同点：电 容支路
➢不同点： 电 抗器支路
同步频率下感性无功功率电源 C和Lf构成谐振，兼作高次谐波滤波器 不可控 可控硅———可—控—的—不饱和 直流助磁————— 自饱和———不可控 饱和电抗器
➢优点：
极好的调节性能 可用于冲击性负荷的无功补偿 维护简单 损耗小，不超过1% 应用越来越多
100
烧电机
100 110 120
U(%)
效率
功率因素
电流 U(%)
100
2) 吸收无功（异步电机）
Qx 3I2
X X '
1
2
QU
U2 XU
U 1
Z1
Z' 2
I1 I'2
ZU
r' 2
1
s
s
对于QX，当U↑转动力矩增大，S↓→r’2（1-s）/s↑→I↓→ QX↓ 对于QU，由于XU的饱和， XU ↓→ QU↑↑
电力工程系
Department of Electrical Engineering
电力系统分析基础 Power System Analysis Basis
（六）
任建文
North China Electric Power University
第六章 电力系统的无功功率与电压调整
本章主要内容：
1、无功负荷和无功电源及无功功率平衡
增大系统中短路时的短路电流
内部膨胀
3、静电电容器 QC=U2/XC，只能向系统提供无功，不能吸收无 可集功中使用，可分散使用 功耗小，0.3%--0.5%（额定容量） 调节不是连续的，不平滑，调节范围小 电压下降时， QC下降，导致U进一步下降 单位容量投资比调相机便宜
4、静止补偿器
电容与电抗并联，配以调接装置，可平滑地改变输出 70年代开始使用，有前途的三种类型为：
欠激运行—向系统吸收无功（容量为过激的 50%）
平滑调节—既发无功，又可吸收无功 装有励磁调节装置时，维持系统电压不变
装有强磁时，故障情况下，调整电压，维持稳定
➢ 缺点
消耗一定的有功，容量越小，比重越大(1.5-5%)
小容量单位投资费用大，宜集中使用
损耗大 水轮机有时作调相运行，汽轮机较难 内部发热
Gi
Q Gi
Q Q Q L n
i1
m
Gi j1
Lj
0
可改写为：
i 1,2n
P
1
P
1
Q Gi
1
Q
Q Gj
1
Q
Q Gi
Q Gj
有功网损微增率
无功网损微增率
二、如何进行无功功率最优分布的计算
因为涉及到 P 和 Q 所以计算相当复杂
Q Gi
Q Gi
一般的原则是：
Hale Waihona Puke 1) 计算QQQX QU
Q
P
QU
QX
U
异步电机的无功功率特性
U
综合无功负荷的静态特性
2、变压器的无功功率损耗
✓ 励磁支路—空载电流I0的百分比值，约1-2% ✓ 绕组漏抗—满载时基本上等于短路电压UK的百分
比值，约10% ✓ 对多级电压网—相当可观，可达负荷的57%
3、电力线路上的无功功率损耗 ✓ 并联电纳—充电功率∝U2，容性 ✓ 并联电抗—感性∝I2
n
m
等约束条件： QGi QLj Q 0 无功平衡
i1
j1
QU UQ UQ 不等约束条件：
Gi min i min
Gi
Gi max
i
i max
n
m
拉格朗日函数：
L
P
Q ( Gi
)
(
QGi
QLi
Q)
i1
j1
最优分布——求拉格朗日函数的极值：
L P (1 Q ) 0
Q Q Gi
✓ 35KV及以下—感性无功 ✓ 110KV及以上 传输功率较大时—感性无功
传输功率较小时—容性无功
三、无功功率电源
1、发电机
发电机、调相器 静止电容器、静止补偿器
进相运行时受定 子端部发热限制
受原动机出力限制
定子绕组不超 过额定电流
励磁绕组不超 过额定电流 留稳定储备
➢ 发电机只有在额定电压、电流、功率因数下运行时， 视在功率才能达到额定值，其容量才能最充分地利用
➢原理： 自饱和型
四、无功功率的平衡
系统中功率平衡：ΣQGC- ΣQL- ΔQΣ=0
1) 电源：ΣQGC=ΣQG+ΣQC=ΣQG+ ΣQC1 + ΣQC2 +
ΣQC3
发电机 调相机 电容器 静止补偿器
未改善 COSΦ=0.6-0.9 2) 负荷：
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
U PR QX U
电压降受无功功率的影响较大;
无功功率的流动从Uh→UL
由上可以看出：维持电压稳定，应该尽量减少无 功的传输，采取就地平衡。
第一节电力系统无功功率的平衡
一、概念性问题:
➢无功功率
无功电源QG 无功负荷QL
无功损耗ΔQΣ
➢无功 功率 平衡
运行中的平衡：ΣQG=ΣQL+ΔQΣ
规划中的平衡：无功容量=无功电源功率+
二、无功功率负荷和无功功率损耗
1、无功功率负荷
1) 负荷在端电压变化时，出力、效率影响较大
➢ 白炽灯的电压特性
%
光通量
发光效率
U 5% 光通量 15% 效率 10% 100
寿命
U 5% 光通量 10% 寿命 50%
➢ 异步电机的电压特性
%
带不动
转矩∝U2,U↓ 启动不了
➢ 系统中有功功率备用容量充裕时，可使靠近负荷中心 的发电机在降低有功负荷的条件下运行，这时发电机 的视在功率虽较额定值小，但可利用的无功功率却较 在额定有功负荷下大。
2、同步调相机
➢ 实质上是只发无 功功率的发电机
不带有功负荷的同步发电机 不带机械负荷的同步电动机
➢ 运行 ➢ 优点
过激运行—向系统发出无功
2) 潮流
3) 分布
2) 计算
网损
微增
率
按有功最优分布结果给出各节点（除平衡节 点外）的P
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
一、无功功率电源的最优分布
目标函数：ΔPΣ=ΔPΣ(QGi) 目的：降低网络中的有功损耗
2、电压降落（损耗、偏移）、功率损耗的计算 3、无功功率的经济分布；无功电源的最优分布
；无功负荷的最优补偿
➢ 频率调整和电压调整的相同和不同之处
调频
频率唯一
集中调整
调压
只能调原动机功率
电压水平各点不同 调整分散 手段多样（有多种无功电源）
➢ 分析无功功率和电压分布之间的关系
无功损耗 ﹥﹥有功损耗;
➢类型
直流助磁饱和电抗器型
可控硅控制电抗器型 自饱和电抗器型
➢共同点：电 容支路
➢不同点： 电 抗器支路
同步频率下感性无功功率电源 C和Lf构成谐振，兼作高次谐波滤波器 不可控 可控硅———可—控—的—不饱和 直流助磁————— 自饱和———不可控 饱和电抗器
➢优点：
极好的调节性能 可用于冲击性负荷的无功补偿 维护简单 损耗小，不超过1% 应用越来越多
100
烧电机
100 110 120
U(%)
效率
功率因素
电流 U(%)
100
2) 吸收无功（异步电机）
Qx 3I2
X X '
1
2
QU
U2 XU
U 1
Z1
Z' 2
I1 I'2
ZU
r' 2
1
s
s
对于QX，当U↑转动力矩增大，S↓→r’2（1-s）/s↑→I↓→ QX↓ 对于QU，由于XU的饱和， XU ↓→ QU↑↑
电力工程系
Department of Electrical Engineering
电力系统分析基础 Power System Analysis Basis
（六）
任建文
North China Electric Power University
第六章 电力系统的无功功率与电压调整
本章主要内容：
1、无功负荷和无功电源及无功功率平衡
增大系统中短路时的短路电流
内部膨胀
3、静电电容器 QC=U2/XC，只能向系统提供无功，不能吸收无 可集功中使用，可分散使用 功耗小，0.3%--0.5%（额定容量） 调节不是连续的，不平滑，调节范围小 电压下降时， QC下降，导致U进一步下降 单位容量投资比调相机便宜
4、静止补偿器
电容与电抗并联，配以调接装置，可平滑地改变输出 70年代开始使用，有前途的三种类型为：
欠激运行—向系统吸收无功（容量为过激的 50%）
平滑调节—既发无功，又可吸收无功 装有励磁调节装置时，维持系统电压不变
装有强磁时，故障情况下，调整电压，维持稳定
➢ 缺点
消耗一定的有功，容量越小，比重越大(1.5-5%)
小容量单位投资费用大，宜集中使用
损耗大 水轮机有时作调相运行，汽轮机较难 内部发热
Gi
Q Gi
Q Q Q L n
i1
m
Gi j1
Lj
0
可改写为：
i 1,2n
P
1
P
1
Q Gi
1
Q
Q Gj
1
Q
Q Gi
Q Gj
有功网损微增率
无功网损微增率
二、如何进行无功功率最优分布的计算
因为涉及到 P 和 Q 所以计算相当复杂
Q Gi
Q Gi
一般的原则是：
Hale Waihona Puke 1) 计算QQQX QU
Q
P
QU
QX
U
异步电机的无功功率特性
U
综合无功负荷的静态特性
2、变压器的无功功率损耗
✓ 励磁支路—空载电流I0的百分比值，约1-2% ✓ 绕组漏抗—满载时基本上等于短路电压UK的百分
比值，约10% ✓ 对多级电压网—相当可观，可达负荷的57%
3、电力线路上的无功功率损耗 ✓ 并联电纳—充电功率∝U2，容性 ✓ 并联电抗—感性∝I2
n
m
等约束条件： QGi QLj Q 0 无功平衡
i1
j1
QU UQ UQ 不等约束条件：
Gi min i min
Gi
Gi max
i
i max
n
m
拉格朗日函数：
L
P
Q ( Gi
)
(
QGi
QLi
Q)
i1
j1
最优分布——求拉格朗日函数的极值：
L P (1 Q ) 0
Q Q Gi
✓ 35KV及以下—感性无功 ✓ 110KV及以上 传输功率较大时—感性无功
传输功率较小时—容性无功
三、无功功率电源
1、发电机
发电机、调相器 静止电容器、静止补偿器
进相运行时受定 子端部发热限制
受原动机出力限制
定子绕组不超 过额定电流
励磁绕组不超 过额定电流 留稳定储备
➢ 发电机只有在额定电压、电流、功率因数下运行时， 视在功率才能达到额定值，其容量才能最充分地利用
➢原理： 自饱和型
四、无功功率的平衡
系统中功率平衡：ΣQGC- ΣQL- ΔQΣ=0
1) 电源：ΣQGC=ΣQG+ΣQC=ΣQG+ ΣQC1 + ΣQC2 +
ΣQC3
发电机 调相机 电容器 静止补偿器
未改善 COSΦ=0.6-0.9 2) 负荷：
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
U PR QX U
电压降受无功功率的影响较大;
无功功率的流动从Uh→UL
由上可以看出：维持电压稳定，应该尽量减少无 功的传输，采取就地平衡。
第一节电力系统无功功率的平衡
一、概念性问题:
➢无功功率
无功电源QG 无功负荷QL
无功损耗ΔQΣ
➢无功 功率 平衡
运行中的平衡：ΣQG=ΣQL+ΔQΣ
规划中的平衡：无功容量=无功电源功率+