无功补偿

图2 电压调整原理图
PR QX U i (U G k1 U ) / k 2 U G k1 U N
k2
电压调整的措施： （1）调节发电机励磁电流以改变发电机机端电 压 U G； （2）改变变压器的变比k1、k2； （ 3 ）改变功率分布 P+jQ （主要是 Q ），使电压 损耗△U变化； （ 4 ）改变网络参数 R+jX （主要是 X ），改变电 压损耗△U。
由上式可解得
U 2c Qc X PR QX PR QX (U 2 c U 2 ) U2 U 2c
忽略第二项
U 2c Qc (U 2 c U 2 ) X
U 2c kU
' 2c
' 2 ' kU 2 k U 2c ' U 2 ' c Qc ( kU 2 c U 2 ) U 2c X X k
2．输电线路的无功损耗
P12 Q12 P22 Q22 QL X X 2 2 U1 U2 B 2 2 QB (U1 U 2 ) 2
线路的无功总损耗为
P12 Q12 U 12 U 22 Q L QB X B 2 U1 2
一般情况下，35kV及以下系统消耗无功功率； 110kV及以上系统，轻载或空载时，成为无功电源 ，传输功率较大时，消耗无功功率。
补偿设备为静电电容器
原则：为了充分利用补偿容量，在最大负荷时电容 器应全部投入，在最小负荷时全部退出。 (1) 根据调压要求，按最小负荷时没有补偿的情况 确定变压器的分接头。
U 2min U ' 2 min U t U 2 N
荷下低压母线归算到高压侧的 电压和低压母线的实际电压
分别为最小负 U 2 min和U '2 min
图3
简单电力网的无功功率补偿
PR QX U1 U 2 补偿前 U2
归算到高压侧的变电所低压侧电压
补偿后
U1 U 2 c
PR (Q Qc ) X U 2c
如果补偿前后V1保持不变，则有
PR (Q Qc ) X PR QX U2 U 2c U2 U 2c
QC 3mnQ NC 3mnV NC I NC
三相总共需要的电容器台数为3mn。安装时， 全部电容器串、并联后装在绝缘平台上。
电容器安装地点的选择：使沿线电压尽可能均匀
图6-23 串联电容补偿前后的沿线电压分布 （a）负荷集中在线路末端 （b）沿线路有若干个负荷
注意： 串联电容器提升的末端电压的数值QXC/U(即调 压效果)随无功负荷增大而增大、无功负荷的减小 而减小，恰与调压的要求一致。这是串联电容器调 压的一个显著优点。但对负荷功率因数高 (cosφ>0.95)或导线截面小的线路，由于PR/U分量 的比重大，串联补偿的调压效果就很小。
无功功率和电压分布之间的关系 无功损耗 ﹥﹥有功损耗;
PR QX U 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。
电力系统的无功功率平衡
•电压是衡量电能质量的重要指标。
•电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。 •系统中各种无功电源的无功出力应能满足系统负荷 和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求，否则 电压就会偏离额定值。
容补偿，其作用在于提高运行稳定性和输电能力。
（3）串联电容补偿容易引起系统谐振。 （4）如果补偿度不合适可能使继电保护装置误动作。
QC=U 2/XC
• 优点：静电电容器的装设容量可大可小，既可集 中使用，又可分散安装。且投资费用较小，运行时 功率损耗亦较小，维护也较方便。 • 缺点：当节点电压下降时，它供给系统的无功功 率也将减小，导致系统电压水平进一步下降；电容 器分组投切，非连续可调。
4. 静止补偿器
•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，就能够平 滑地改变输出（或吸收）的无功功率。
于是 U t U 2 N'U 2 min (据此选择分接头U ) 1t U
2 min
k U1t U 2 N
（确定变比）
（2）按最大负荷时的调压要求计算补偿容量
' U2 U 2 max ' c max Qc U 2 c max X k
2 k
（ 3 ）根据算得的补偿容量，从产品目录中选择 合适的设备。 （ 4 ）根据确定的变比和选定的静电电容器容量 ，校验实际的电压变化。
问题：
（1）电力线路采用串联电容补偿，也带来一些特殊问题，
因此作为改善电压质量的措施，串联电容器只用于110kV以 下电压等级、长度特别大或有冲击负荷的架空分支线路上
。 10kV及以下电压的架空线路，由于RL/XL很大，所以使用
串联电容补偿是不经济和不合理的。 （ 2 ） 220kV 以上电压等级的远距离输电线路中采用串联电
将上述结果与调压要求相比较，如果电压偏 移均在要求范围内，即说明所选分接头合 适。
有载调压变压器
•有载调压ห้องสมุดไป่ตู้压器可以在带负荷的条件下切换分接 头而且调节范围也比较大，一般在15%以上。 •目前我国暂定， 110kV级的调压变压器有7个分接 头 ， 即 UN±3×2.5% ； 220kV 级 的 有 9 个 分 接 头 即 UN±4×2.0%。 •采用有载调压变压器时，可以根据最大负荷算得 的U1tmax值和最小负荷算得的U1tmin 分别选择各自合 适的分接头。这样就能缩小次级电压的变化幅度 ，甚至改变电压变化的趋势。
U tImax ——应选择的高压侧分接头电压；
U imax
--归算到高压侧的低压母线电压
U imax U Imax U Imax U tImax k U imax U imax U TN i
最大负荷下： 最小负荷下：
U tI max (U Ii max U I max ) U TNi U imax
一、无功功率损耗 1．变压器的无功损耗
QLT
2
S Q0 QT U BT X T U I0 % U k %S U N SN 100 100 S N U
2 2
2
假定一台变压器的空载电流I0%=2.5，短路电压Uk%=10.5， 在额定满载下运行时，无功功率的消耗将达额定容量的13% 。如果从电源到用户需要经过好几级变压，则变压器中无 功功率损耗的数值是相当可观的。
' 2 ' kU 2 k U 2c ' U 2 ' c Qc ( kU 2 c U 2 ) U 2c X X k
由此可见:补偿容量与调压要求和降压变压器的 变比选择均有关。 变比k的选择原则： 在满足调压的要求下，使无功补偿容量为最小 。无功补偿设备的性能不同，选择变比的条件 也不相同 。
优点：快速平滑地调节无功功率，克服了电容器作 为无功补偿装置只能作电源不能作负荷、调节不连 续的缺点；与同步调相机相比较，静止补偿器运行 维护简单、功率损耗小，能做到分相补偿以适应不 平衡的负荷变化，对于冲击性负荷也有较强的适应 性，因此在电力系统中得到越来越广泛的应用。
图1 静止无功补偿器的原理图
2、变压器分接头的选择
• 改变变压器的变比调压实际上就是根据调压要求 适当选择分接头。 降压变压器分接头的选择
图6-18
降压变压器
U Imax
U Imax
——高压侧母线电压； —归算到高压侧的变压器中的电压损耗；
U TN i ——变压器低压侧的额定电压； U imax ——低压侧要求的实际电压；
确定线路上串联接入的电容器的个数：
如果每台电容器的额定电流为INC，额定电压为VNC ，额定容量为QNC=VNCINC，则可根据通过的最大负 荷电流Icmax和所需的容抗值XC分别计算电容器串、 并联的台数n，m以及三相电容器的总容量QC。
图6-22 串联电容器组
mINC≥ICmax nVNC≥ICmaxXC
U imax U imax
最小负荷时：
U TN i U tI
U TN i U tI
U imin U imin
（b）求电压偏移百分数 最大负荷时：
U imax
最小负荷时：
UN U imax 100% UN
UN U imin 100% UN
U imin
U tImin
(U Imin U Imin ) U TNi U imin
如果变压器为无载调压变压器，（分接头不能 在线调节,取平均值）
U tI max U tI min U tI 2
根据UtI值可选择一个与它最接近的分接头。然后 根据所选取的分接头校验最大负荷和最小负荷时 低压母线上的实际电压是否满足要求。 （a）求低压母线电压 最大负荷时：
线路串联电容补偿改善电压质量
未加串联电容前 串联了容抗XC后
P 1 R Q1 X U U1
PR 1 Q1 ( X X C ) U C U1
U U C Q1 X C / U1
U1 (U U C ) XC Q1
因此，根据线路末端电压需要提高的数值ΔU-ΔUc， 就 可求得需要补偿的电容器的容抗值XC。
(a)可控饱和电抗器型；(b)自饱和电抗器型； (c)可控硅控制电抗器型； (d) 可控硅控制电抗器和可控硅投切电容器组合型
5.并联电抗器
是感性无功负荷而不是电源，在高压电网中 用以吸收轻载和空载线路的过剩感性无功。 对高压远距离输电可以提高输送能力，降低 过电压等。
三、电力系统的电压调整