第二章 电力系统电压偏差

两边乘以U：
U ( E cos U ) Q X
当Q>0时，在系统母线上将得到来自发电机的无 功，反之发电机将从系统吸收无功，进相运行。 若E降低时，系统静态稳定极限降低，对电网不利， 因此限值发电机进相运行或高功率因数运行。
3.7 对电压稳定性的影响
我国2001年新发布的DL755－2001《电 力系统安全稳定导则》中将电压稳定定义 为：电力系统受到小的或大的扰动后，系 统电压能保持或恢复到容许的范围内，不 发生电压崩溃的能力。 IEEE电压稳定小组1990年的报告认为： 如果电力系统能够维持电压以确保负荷增 大时，负荷消耗的功率随着增大，就称系 统是稳定的；反之是电压不稳定的。
都属于交交变流电路范畴，交交变流 电路分为交流调压电路，交流调功电 路。TCR属于交流调压电路，而TSC属 于交流调功电路。
单相交流调压电路
纯感性负载时谐波分析
晶闸管相控式电抗器主要问题
• 功率因素低：若忽略电阻影响，其功率因 素变化范围是：[0.707, 0.904]； • 产生3、5、7等奇次谐波电流。
3.2 对交流电动机的影响
1、转矩
Tmax 1 m1 pU 2 2c1 2f [ R1 R12 ( X 1 c2 X 2 )2 ]
m1 pU 2 R2 Tst ) 2 ( X 1 c1 X 2 )2 ] 2f [(R c1R2
例如，异步电动机端电压从额定电压降至额定电压的90％， 则其最大转矩和启动转矩将分别降至额定转矩的81％，
1.1 定义
• 供电系统在正常运行方式下，某一节点的 实际电压与系统标称电压之差对系统标称 电压的百分数，称为该节点的电压偏差。
• 供电系统正常运行方式是指系统中所有电 气元件均按预定工矿运行。 • 电压的均方根值偏离额定值的现象称为电 压变动，电压偏差属于电压变动范围。
1.2 限值
• • • • 1、35kV及以上 正负偏差之和 10％ 2、10kV及以下 7% 3、220V单相 ＋7％～－10％ 4、对供电短路容量较小，供电距离较长以 及对供电电压有有特殊要求的用户，由供 用电双方共同确定。（2008版）
3.1对照明设备的影响
照明常用的白炽灯、荧光灯，其发光效率、 光通量和使用寿命均与电压有关。 当电压较额定电压降低5％时，白炽灯的光 通量减少18％；当电压降低10％时，光通 量减少30％，使照度显著降低； 当电压较额定电压升高5％时，白炽灯的寿 命减少30％；当电压升高10％时，寿命减 少一半。
EU P sin X
dP 0 d
EU PM X
当电力系统结构已经确定的情况下， 提高系统电压及发电机电动势就能 大大提高系统的静态稳定极限
例如，将E、U较额定值升高10 ％，则静态极限要比运行在额 定电压时提高20％
简单输电系统无功功率与电压的关系
E cos U X I sin
意大利 荷兰
瑞典
瑞士 奥地利 芬兰
无全国规定，一般为±5％，最大值为 ±10％
无全国规定，一般为±5％以下 无全国规定，一般为±10％， 无全国规定，通常城市为±5％，其他 为±10％
国别或组织 丹麦 挪威 前南斯拉夫 波兰 捷克
电压允许偏差 无全国规定，实际白天±10％，夜间 为±5％ 无全国规定，通常城市为±5％，其他 为±10％ 规定±10％，争取达到±5％ 城市为±5％，其他为±10％ 无全国规定，通常为±5％
罗马尼亚
匈牙利 希腊
通常为±5％，偏僻地区大于±5％
＋5％；-10％ 无全国规定，通常为±7.5％
二、产生原因
• 系统无功功率不平衡是系统电压偏离标称 值的根本原因。 • 概念：无功功率不平衡、无功功率过剩 （不足） • 特点：就地补偿
• 不是就变电站补偿，也不是就变压器 补偿 • 讨论：为何无功功率要就地补偿？
在传输同样功率的条件下，变压器电压降低，会使变压器 绕组电流增大，绕组的损耗增大，损耗大小与通过变压器 的电流的平方成正比。其损耗是空载损耗的几～几十倍， 不能忽视。
3.3 对电力变压器的影响
对空载损耗的影响 对绕组损耗的影响 对绝缘的影响
变压器内绝缘主要有变压器油和绝缘纸。 变压器油分为热老化和电老化。变压器温度升高会产生热 老化，电压升高会加快电老化。 绝缘的环境温度越高、绕组中的电流越大，温升越大，会 使绝缘纸干燥发脆，机械强度产生破坏。
第二章
电力系统电压偏差
主要内容
电压偏差的国家标准 电压偏差超标的危害 电力系统电压调整 电力系统无功补偿 无功和电压管理
一、电压偏差的国家标准
• • • • GB12325-1990 GB12325-2003 GB12325-2008 适用范围：交流50Hz电力系统在正常运行 条件下，供电电压对额定电压的偏差。 • 不适用于瞬态和非正常运行情况。
同步调相机 同步电动机
电容器 电抗器
SVC
1.6～1.8％
可发、可吸
4.1.1 同步发电机电压调节
同步发电机的外特性
同步发电机与无穷大系统并联
发电机励磁电流调整的结果只是改变了发电机送 入系统的无功功率，而完全没有了“调压”作用。
同步发电机之间无功负荷分配
• 并联运行发电机间的无功负荷分配，取决于机组 的外特性曲线。曲线越平坦的机组，无功电流的 增量就越大。
1.3 国外电压偏差的标准
国别 照明用电 电压允许偏差范围（％） 动力用电 农村用电 事故后运 行方式
美国
前苏联 日本 德国 英国 加拿大
± 5
＋5；-2.5 ± 6（± 10） ± 3 ± 6 ＋10；-3
± 10
＋10；-5 ± 10 ± 5 ＋12；0 ＋10；-3 ＋10；-3 ± 5 ＋9；－7 ± 10
解决办法：采用斩控式
2、滑差和转速
s smax
2 b b 2 4 KU KU 1 2 KT KU
s smax

2 b b 2 KT 2 4 2 bKU b 2 KU KT
例如，当机端电压比额定电压降低10％时，对b＝2，SN＝2 ％的电动机，即Ku＝0.9，KT＝1，得：s＝2.6％，滑差增 大0.6％，相应的转速和功率减小了0.6％
3.6 对功角稳定的影响
同步发电机的转矩决定于作用在其轴上的转矩， 但转矩变化时转速也将相应的发生变化。正常运 行时，原动机的功率与发电机的输出功率是平衡 的，因此发电机以恒定的同步转速运行。但是， 这种功率平衡是相对的、暂时的。因为电力系统 的负荷随时都在变化，有时还有偶然事故的产生， 所以平衡状态不断被打破。
• 1、同步发电机 发电机是电力系统中唯一的有功电源， 也是唯一的电压资源，同时也是最基本的 无功电源。 • 2、同步调相机、同步电动机 • 3、补偿电容器 电容器这种正反馈电压调节特性不利于 系统电压的稳定。 • 4、电抗器 • 5、SVC、SVG
各无功电源的比较
有功损耗 同步发电机 基本为零 2～ 3％ 0.3～0.5％ 0.3～0.5％ 对无功影响 可发，少量吸 可发 可发 可吸 优缺点 无需额外投资，最经济 有功损耗大，基本不用 设计简单、维护方便、投 资省，但调节不连续， 主要用于高电压、长距离 输电线路（充电电容） 产生谐波、可靠性差；动 态性能好、调压平滑、分 相补偿
3、有功损耗
与电机的负荷率有关，当负荷率比较高时，机端电压下降 引起电流增大，在定子绕组和转子中的损耗增大，电机总 的损耗增大，反之降低。
4、无功损耗
U2 2 Q I ( X1 X 2 ) Xm
励磁无功损耗 定子和转子绕组漏 抗上的无功损耗
电压升高，转差减小，电流下降 异步电动机的无功电压特性在机端电压大于某一临界值时， 无功功率也将随电压的升高而增大，电压越高，负荷率越 低，其变化率越大，但电压低于临界值时，电压降低反而 会使无功增加，原因是电机漏抗上的无功损耗占了主要部 分。
• 负荷接入点电压：
1 PR QX 1 U L (U s k1 U ) (U s k1 ) k2 UN k2
• 式中 U ：归算到高压侧线路电压损失 U N ：高压侧线路标称值 •
由上式可知：改变以下各量，可以改变负荷 接入点电压
改变线路无功分布 改变发电机机端电压，调节发电机励磁电 流 改变变压器变比 改善输电线路参数
3.4 对电力电容器的影响
U QC XC
2
U 8.5 L LN ( ) UN
若一般使用年限为20年，长期运行在1.1倍额定电压下，使 用寿命将减少到44.48％，即仅为8～9年。
3.5 对家用电器的影响
家用电器中85％为单相异步电动机，其 工作原理类似于三相异步电动机，电压过低 会影响电动机启动，电压过高会使绝缘损坏 或由于励磁过大而过电流。
4.1配臵足够的无功功率电源
• 增 加 1 kW 有 功 设 备 ， 同 时 应 增 加 0 . 5 5 ～ 0 . 6 5 kVar 无 功 电 源 （ 合 理 情 况 下 为 1 ： 1.8）。 • 无功补偿的原则：分区、分层、分变电所 进行不错，实现无功功率的就地平衡，并 留有足够的备用容量。
各类扩大 5
± 10
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1、前苏联的标准是指用电设备处电压允许偏差
2、日本中央电力委员会规定：101V的允许偏差为±6V，202V的允 许偏差为± 20V
一些国家和组织对于供电电压允许偏差 的规定
国别或组织 国际电工委员会（IEC） 法国电力局（EDF） 电压允许偏差 100V～35kV为±10％ 中压电网为±7％；低压电网电缆供电 为±5％；架空线路供电为±7.5％； 其他为±10％ ±10％ ±10％ 国际发供电联盟（UNIPEDE） 低压供电网为±10％
PR QX U U2
三、电压偏差过大的危害