5-3 电力系统的无功功率和电压调整(2018)

①同步调相机：特殊的同步电机，相当于不发 PG的同步发电机，不带PLD（空载）的同步电动 机；
②输出的无功功率Qcs与电压V之间的关系和同步 发电机类似。
QG
（ EU X
）2
PG2
U2 X
PG=0
EU U 2
QG
X
X
33
③同步调相机的特点
QG
EU X
U2 X
E U E U
优点：
可平滑无级地改变无功功率的大小和方向；
（4）必要时还应校验某些设备检修时或故障 后运行方式下的无功功率平衡。
（5）在系统运行规划中应设置无功负荷备用 容量，一般取最大无功负荷的7%~8%。
43
（6）根据无功平衡的需要，增添必要的无功电源。
1）在低压变电站及配电线路上分散安装自动投切的电容器， 就地供应无功功率。
2）在一次及二次变电所的低压母线上宜集中安装电容器； 3）枢纽变电所经论证后安装调相机； 4）在有无功冲击负荷的变电所以及超高压送电线路末端宜 安装静止无功补偿器。
发出Q的能力：与同时发出的有功功率有关，由 发电机的PQ运行极限曲线决定！
发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率：
QGN＝SGN sinN＝PGNtgN
26
发电机的PQ运行极限曲线
假定隐极发电机连接在恒 压母线上：
①IG≤IGN ②if ≤ ifN ③PG ≤ PGN
PGN VN I N cosN
44
U PR QX U
7)无功补偿容量的配置应按分区平衡、分级 补偿原则。仅从全系统的角度进行无功功率 平衡是不够的，更重要的是还应该分地区、 分电压级地进行无功功率平衡。
从改善电压质量和降低网络功率损耗考虑，应尽量避免通 过电网元件大量地传送无功功率。
45
当某一地区无功功率电源有富余，另一地区则 存在缺额，调余补缺往往是不适宜的，这时就 应该分别进行处理。
第3篇 网络分析与运行控制
第五章 电力系统稳态分析 --稳态运行与控制
2
§3.电力系统的无功功率和电 压调整
3
课程纲要
（1）电力系统的电压为什么变化？ 电力系统无功平衡原则
（2）电力系统的电压变化如何分析？ 2个静态电压特性
（3）电压调整措施原理及计算方法 中枢点定义及3种调压方式 变压器分接头选择 静电电容器容量选择
29
说明：
②远离负荷中心的发电 厂不宜降低功率因数运 行。因为无功功率大量 的、远距离传输，会引 起网络较大的有功、无 功功率及电压损耗。
30
2）静电电容器
重要的无功补偿设备，只能作为无功电源。 发出的感性无功功率与其安装处的电压平方
成正比，即
QC
V2 XC
V 2C
31
静电电容器的特点
结论：实现无功功率在额定电压下的平衡是保证 电压质量的基本条件。要求：无功电源充平衡？
全系统的无功平衡方程式：
QG QLD Qp Q Qre
单凭发电机作为无功电源行吗？
发电机的无功出力不能平衡负
荷所需的无功功率
17
1.无功功率损耗
1）变压器的无功功率损耗
什么原因导致了电压偏移？系统节点电压水平
取决于什么？ V QX
V
8
二、 电压水平取决于什么？
电力系统的无功平衡水平决定了运行 电压水平。
电力系统运行中，电源的无功出力在任何时刻都
同负荷的无功功率和网络的无功损耗之和相等，
即
QG QLD QL
QL 0
QG QLD
电力系统的无功功率平衡是在一定节点电压水平
①励磁损耗
Q0
I0 %STN 100
V 2BT
②阻抗支路的无功功率损耗
Q
VS % 100
STN
(
S STN
)2
S2 V2
XT
因为多级变压，变压器的无功损耗在系统无功损耗中占相当大的比重。
18
2）输电线路的无功功率损耗
①电抗中的无功功率损耗； ②线路的电容功率（充电功率，无功电源）。
Q
P2 1
20
P2 Q2
V2 V2
Q Q 1 1 X 1 2 B
L
B
V2
2
1
35kV及以下的架空线路的充电功率甚小、一般都 是消耗无功功率，是无功负荷。
110kV及以上的架空线路当传输功率较大时，电抗 中消耗的无功功率将大于电纳中产生的无功功率， 线路成为无功负荷；
110kV及以上架空线路当传输的功率较小(小于自然 功率)时，电纳中产生的无功功率，除了抵偿电抗 中的损耗以外，还有多余，这时线路就成为无功电 源。
36
静止补偿器的工作原理分析
系统供给节点i的无功功率：
Q QD QL QC
负荷变化所引起的节点i的无功功率变化为：
Q QD QL QC
如要保持Q为常数， 则Δ Q =0：
QD
QL
QC
37
静止无功补偿器的特点
优点 调节能力强，特性平滑 响应速度快，运行范围宽； 可分相补偿； 损耗小，维护简单 静止补偿器多数情况安装在变电所低压侧。
41
（2）总无功负荷QLD按负荷的有功功率和功率 因数计算。
我国关于负荷功率因数的规定 ①高压供电的工业企业、装有带负荷调整电压设备
的用户，其功率因数应不低于0.95； ②其它用户的功率因数不低于0.9； ③趸（dun）售和农业用户功率因数为0.8以上。
42
（3）电力系统的无功功率平衡应分别按正常 最大和最小负荷的运行方式进行计算。
QG
（ EU X
）2
PG2
U2
X
正常运行时，发电机无功特性应工作 在U>Ucr的区域。
若励磁电流不变，则发电机电势E为常数，无 功功率就是电压U的二次函数。
14
负荷Q
15
系统电压水平的决定因素
①造成电力系统运行电压下降的主要原因是系统无 功电源的功率不足；
②为提高电力系统的运行质量，减小电压的偏移， 必须使电力系统的无功功率在额定电压或其允许电 压偏移范围内保持平衡。
23
三、怎样实现电力系统的无功功 率平衡？
24
2.无功功率电源有哪些？
发电机 静电电容器 同步调相机
无功补偿装置 静止无功补偿器 静止无功发生器 静电电容器只能吸收容性无功功率(即发出感性无 功功率)，其余几类补偿装置既能发出感性无功功 率，亦能吸收感性无功。
25
1）发电机
发电机既是唯一的有功功率电源，又是最基本 的无功功率电源。
49
⑵电压中枢点的选择
①区域性发电厂和枢纽变电所高压母线；
②枢纽变电所的二次母线；
③有一定地方负荷的发电机电压母线；
④城市直降变电所的二次母线。
50
⑶中枢点电压的调节方式
①顺调压（易）
V [1.025V ,1.075V ]
N
N
最大负荷运行方式：低电压（中枢点的电压不 应低于线路额定电压的102.5%）；
Q2 1
X
P2 2
Q2 2
X
L
V2
V2
1
2
QB
B 2
(V12
V22 )
19
Q
Q
P2 1
Q2 1
X
V2 1
V2 2
B
L
B
V2
2
1
这两部分功率互为补偿，线路究竟是呈容性以无功 电源状态运行，还是呈感性以无功负载状态运行， 取决于线路输送功率的大小。
P=线路自然功率，线路无损； P<线路自然功率，线路为无功电源； P>线路自然功率，线路为无功负荷。
下的平衡。
9
1）综合负荷的无功功率-电压静态特性 系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定。
Q M
Q m
Q
U2 X
I 2X
m
10
QM
Qm
Q
U2 Xm
I 2X
正常运行时，负荷特性应工作在 U>Ucr的区域。
异步电动机静态特性曲线簇
实际负荷
额定负荷
（电动机的受载系数）
11
2）发电机的无功功率―电压静态特性 研究：发电机输出的Q与U变化关系的曲线。
发电机送至负荷点功率：QPGG
P Q
UI UI
cos sin
12
PG UI cos QG UI sin
E sin IX cos E cos U IX sin
QG
PG
EU sin
X
EU cos
X
U2 X
假定：PG=C
QG
（ EU X
）2
PG2
U2 X
13
当PG不变时，发电机送 至负荷点的QG为
响应速度更快，运行范围更宽，谐波电流含量更 少；
电压较低时仍可向系统注入较大的无功电流，它 的储能元件(如电容器)的容量远比它所提供的无 功容量要小。
40
3. 电力系统无功平衡与补偿
QG QLD Qp Q Qre
（1）一般要求发电机接近于额定功率因数运 行，故可按额定功率因数计算它所发出的无功 功率。
35
4）静止无功补偿器
静止无功补偿器(SVC)，简称静止补偿器，
由静电电容器与电抗器并联组成。
电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率， 两者结合起来，再配以适当的调节装置，就成为 能够平滑地改变输出(或吸收)无功功率的静止补偿 器。
可以迅速地改变无功功率输出的大小和方向，尤 其适用于作冲击性负荷的无功补偿装置。
4
一、 电力系统的电压偏移
我国规定的电压偏移范围
5
一、 电力系统的电压偏移
1.电压偏移对电能用户的影响？