电力系统稳态分析第5章

2)根据U’2max 、U’2min求最大负荷、最小负荷对应的分接头电压；
3）求最大负荷、最小负荷对应的分接头电压的平均值，选择一个与计算值 最接近的分接头电压； 4）用 U’2max 、U’2min和选定分接头电压求U2max 、U2min，之后再校验。
普通升压变压器
U 2 U1 U K
Ut1 U1min Umin Ut 2 U2 R min
2）选择变压器分接头电压与Ut1最接近，选定后得：
K
U t1 Ut2
3）按最大负荷时，电容器全部投入时的调压要求选电容器容量：
QC
U 2 R max X
max U2 U 2 R max K
2 K
K
max 2U 2 R minU 2 min U 2 R maxU 2 2 2 U2 R max 2U 2 R min
(3)
1）由（3）式求变比K、 Ut1=K Ut2 ，选择分接头 2）代入（1）式求调相机容量，并选择与计算所得容量相接近的标准调相 机容量。
5.2.6 线路串联电容补偿改善电压质量
其意义为：若满足以上条件，则按最小负荷选取的变比K，在最大负荷时， 变压器低压侧经变比K降压后的电压将大于系统最大负荷时要求电压U 2 R max， 亦即不需无功补偿，仅用变压器分接头调压即可满足要求。
5.2.5 应用无功功率补偿装置调节电压 （续3）
• 调相机
最大负荷下，调相机发出额定容量的感性无功功率:
U t1max
T3
U 1 U U t1 U t 2
G
U2
U1max U max U t 2
U2
U
U1
U t1min
U1min U min U t 2
U2
U t1
Ut1max Ut1min 2
5.2.4 改变变压器变比调压（续3）
三绕组变压器分接头电压的计算 一般三绕组变压器的高、中压绕组侧有分接头可供选择使用，低压 绕组无分接头。 计算方法可分两次套用双绕组变压器分接头的选择方法： 1) 首先按低压侧的调压要求，由高、低压两侧之间确定出高压侧分 接头。 2) 按中压侧调压要求，在高压和中压之间确定中压侧分接头。 3) 最后校验中压侧和低压侧的调压效果是否满足要求。
有载调压变压器分接头电压的计算
可带负荷改变分接头，调节速度快且便于实现自动化，但 价格高、运行维护复杂。选择时，可按调压要求和负荷变化情 况，确定所需分接头调节范围和每档分接头的调节量
5.2.5 应用无功功率补偿装置调节电压
并联补偿－同步调相机、静止补偿器、并联电容器
能减小线路和变压器输送的无功及电压损耗，提高电网电压水 平，能减小电网功率损耗。 U
调相机、静止补偿器。
• 串联补偿器由于设计、运行等的原因，目前应用较少。
5.2.7 复杂电力系统电压和无功功率的控制
U1
k
U t1 Ut 2
U2
k :1
P jQ
R jX
（忽略变压器励磁支路）
对无载调压变压器，按最大和最小负荷 时的分接头电压平均值选择分接头
U1
U
U2
k :1
U2
P jQ
R jX
U t1max
U t1min
U1max U max U U t 2 2max U t 2 U 2R U 2R
5.2.5 应用无功功率补偿装置调节电压 （续1）

最小补偿容量的确定
并联补偿与变压器分接头配合使用：利用在最大/最小负荷时投 入/切除无功补偿，扩大变压器分接头的调压范围；利用在最大负荷 时仅满足电压下限要求，减少无功补偿容量的配置量。
并联电容器
1）按最小负荷下电容器全部退出时的调压要求选变比：

串联电容器容量的计算
单个串联电容器额定电压最高约
IC
1~2kV，额定容量约20~40kVar，实用 中通过串、并联组成串联电容器组。
m n
单个电容器的额定电压UNC、额定电流
INC ，额定容量QNC及串并联个数 n, m 应满足：
nUNC IC max X C
QNC U NC I NC
QC 3mnQ CN
UC
为满足U A 上限的U C
UC
为满足U A 上限的U C
中枢点
U CA
A
不可控
为满足U B下限的U C
C U CB B
0
为满足U B下限的U C
(时) (时)
8
16
24
0
8
16
24
5.2.2 中枢点电压管理（续1）
•
中枢点调压方式：
– 逆调压：高峰负荷时，将中枢点电压调高（限值 105%UN）；低谷负荷时，将中枢点电压调低（限值UN ）。 适合于大型网络、供电线路较长、负荷波动较大的情况。 – 顺调压：高峰负荷时，允许中枢点电压有所降低（限值 102.5%UN）；低谷负荷时，允许中枢点电压有所升高（限 值107.5%UN ）。适合于小型网络、供电线路不长、负荷 波动不大的情况。 – 常调压：在任何负荷下，保持中枢点电压为一基本不变 的值（102%~105% UN ）。适合于中型网络、负荷变动较 小、线路上的电压损耗也较小的情况。
等值电源S
未加并联补偿时 PR QX U1 U 2 U2 加装并联补偿时
线路l
变压器T
2
P+jQ jQC Var kU 2 U2 P+jQ jQC Var
k :1
U1 R jX rs jxs rl jxl rT jxT
PR (Q QC ) X U1 kU 2 R kU 2 R
对35~110kV架空线路，线路很长、负荷变化范围很大或向冲击 负荷供电等情况下，可在线路上串联电容器，用容性电抗抵消线路的一 部分感性电抗，从而减小线路电压损耗，提高线路末端电压
U 1 R jX L L

U2
P jQ

U 1 R jX L L

jX C
U 2R
P jQ

PRL QX L U 2 U 无C U2 PRL Q( X L X C ) 加C U 1 U2R U 2 R U U2R U 1 U2
几种调压措施的合理应用
• 发电机调压：
• 不需附加设备，优先考虑，可减轻其他调压措施的负担。 • 发电机母线无负荷，可在95%~105%范围内调节；有负荷时，
一般采用Hale Waihona Puke Baidu调压。
• 借改变变压器变比调压 • 要求无功功率供应充足。
• 只对有载调压变压器或串联加压器有效。
• 无功补偿调压 • 无功功率不足时，应增加无功功率电源，采用并联电容器，

忽略线路对地导纳
U1不变 U 2 U 2 0

其中U 2 R为线路末端电压在加串联补偿后，要求达到的电压。 联立求解，得：
U2R U2R 1 1 XC [U 2 R U 2 ( PRL QX L )( )] (U 2 R U 2 ) Q U2R U2 Q
5.2.6 线路串联电容补偿改善电压质量（续1）
5.2.5 应用无功功率补偿装置调节电压 （续2）

讨论
max 2 U2 由补偿容量的配置公式： Q U 2 R max U C 2 R max K X K
当 U 2 R max
max U2 0 K
或
max KU 2 R max 时 U2
QC 0
第5章 电力系统的无功功率和电压控制
5.2 5.2.1
电力系统的电压控制 电压控制的必要性
–电压降低时，发电机定子电流增大，为防治发电机过热，需减 少发电机出力； –电压降低时，异步电动机转差率增大，导致绕组电流增大，效 率降低，寿命缩短，机械输出功率减小；对发电厂厂用电机而 言，会影响汽轮机和锅炉的工作，进而影响发电机的出力；更 严重的是导致电动机启动过程增长，可能会烧毁电动机； –电压降低将使电网功率损耗和电压损耗增大，还可能危及电力 系统运行的稳定性，甚至引起电压崩溃，造成大面积停电。 –电压过高可能引起电气设备绝缘击穿； –电压偏移影响照明设备的寿命和发光效率：过高则寿命减少， 过低则光通量、发光效率减少；
串联电容器装设地点 • 负荷集中在线路末端时，装在末端变电所较合理 • 负荷分散在线路上时，应选择使沿线电压分布尽量均匀、各负荷 点的电压变化均在允许范围内的地点。 串联电容的适用范围 • 作为改善电压质量的措施，串联电容器只用于35~110kV、线路很 长、负荷变化范围很大或有冲击负荷的架空分支线路
U t1
U1min U min U 2min Ut 2 Ut 2 U 2R U 2R
U t1max U t1min 2
选择一个最接近计算值的分接头(t1 )，并校验： 最大负荷:U 2max
各种负荷条件下，要求U2 R min U2 U2 R max
最小负荷:U 2min
适用范围：发电机直供的小系统；对于大系统，尤其是线 路很长且有多级电压的电网，需和其它调压方法相配合
5.2.4 改变变压器变比调压
通过选择变压器的分接头，改变变压器的变比，进而改变 二次绕组的电压，调整二次母线的电压。 变压器分接头设在高压侧（二绕组变压器）或高、中压侧 （三绕组变压器），对应于额定电压的分接头称为主接头或 主抽头。 变压器改变分接头的方式：
5.2.3 应用发电机调节电压
现代同步发电机可以在额定电压的95~105%范围内保持额定 功率运行。改变励磁调节器的电压整定值可改变端电压，并 改变发电机的无功输出 发电机端电压的调节受发电机无功极限的限制，达到极限时 则不能进行调压
发电机端电压允许调节范围：0.95~1.05UN，若端电压低于 0.95UN，输出的最大视在功率要相应减小
5.2.2 中枢点电压管理
电压监视中枢点 选择有代表性的节点，监视和控制其电压，若中枢点电压满足要求， 其邻近节点电压基本也能满足要求 中枢点一般选择区域性电厂的高压母线，有大量地方性负荷的电厂 母线及枢纽变的二次母线 中枢点电压控制 根据中枢点周围节点对电压偏移的要求，确定中枢点电压允许 变化范围
• 10kV及以下架空线RL/XL很大，用串联电容补偿不经济，不合理
• 220kV及以上远距离输电线采用串联电容补偿，是为了提高运行稳 定性和输电能力 • 线路采用串联电容补偿，会带来如串联电容器过电压保护、继电 保护复杂化、投入有饱和铁芯设备时的次谐波振荡、异步电动机自 励磁等问题，运行维护也较复杂
– 带负荷改变分接头，称为有载调压变压器 – 无载调压变压器
只有当系统无功功率电源容量充足时，改变变压器变比调 压才能奏效
5.2.4 改变变压器变比调压（续1）
普通两绕组降压变压器分接头选择
U U U U2 2 1 k U t1 / U t 2 U U U t1 1 Ut 2 U2
U2 R:低压侧母线电压要求
P j (Q QC )
忽略线路对地导纳和变压器励磁导纳
QC
kU 2 R kU 2 R PR QX PR QX ) ( ) [(kU 2 R U 2 )] [(kU 2 R U 2 X kU 2 R U2 X
已知负荷和变比k时，根据U2R，近似算出所需QC，再代入校验
mINC IC max

并联电容器与串联电容器补偿的比较 串联电容补偿能显著抵偿线路电压降，仅需17~25%的容量 串联电容补偿适合于电压波动频繁的场合 并联电容补偿减少线路上流动的无功，从而减少有功损耗 串联电容补偿通过提高电压来减少无功损耗
5.2.6 线路串联电容补偿改善电压质量（续2）
U 2max kt1 U 2min kt1
5.2.4 改变变压器变比调压（续2）
U’2min;
普通两绕组降压变压器分接头选择步骤：
' U2 U1
1）按给定的最大负荷Smax、最小负荷Smin及已知的一次电压，计算U’2max 、
PR QX U1
U t1 U1 U Ut 2 U2
QC U 2 R max X max 2 U2 U 2 R max K K (1)
最小负荷下，调相机吸收额定容量一半的感性无功功率
U 1 QC 2 R min 2 X min 2 U2 U 2 R min K K (2)
联立求解，得变比：