电力系统的无功功率与电压调整

最大负荷时：ΣΔUmax=34%，最大负荷时： ΣΔUmmainx=-Σ1Δ4U%min=20%，发电机逆调5% 故最终相差15%，超出10%的范围内
2. 改变变压器分接头进行调压
双绕组变压器高压侧 三绕组变压器高、中压侧
装有3-5个分接头
6300KVA以下三个分接头 UN ± 5% 8000KVA以上五个分接头 UN ± 2.5%
解：接头
选分接头 1校1验0K：V
2) 普通三绕组变压器分接头的选择
高、中压侧有分接头，低压侧没有 高、低压侧——确定高压绕组的分接头（低压侧要求） 高、中压侧——确定中压绕组的分接头
例题：P233，例8-3
3) 有载调压变压器调整分接头
带电调整，允许最大、最小负荷时分设不同抽头
调整范围大15%以 上
➢ QC的确定应满足调压要求，设低压母线调压要求电压 为 U’ic，则Uic=kU’ic。存在QC与k的选择配合问题
最小负荷时：将电容器全部切除，选变压器分接头 UtI=UiminUNi/U’imin，从而k= UtI /UNi
最大负荷时：全部投入电容
➢ 同步调相机
最大负荷时：发额定容量的无功
最小负荷时：吸收（50%-60%） QNC
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
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
适应：线路不长，负荷变化不大
顺调压
方式：
最大负荷时允许中枢点电压低一些1.025UN 最小负荷时允许中枢点电压高一些1.075UN
难易程度：最易实现
适应：中型网络，负荷变化缴小 常调压 方式：保持在较线路额定高2%-5%
难易程度：较易实现
三、电力系统的电压调整
忽略：线路对地电容、变压器励磁支路参数、横向压降
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
✓ 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
截面积小R>X，不可用 截面积大R<X，明显
调相机
作用
并补 静止补偿器
发无功，就地补偿，减少压降
电容器
1) 各种补偿设备的调节方式
调相机
静止补偿器（直流助磁） 静止补偿器（可控硅）
电容全部投入
改变励磁电流if
电容全部退出 改变助磁电流if
改变可控角α
2) 补偿设备容量的确定
➢ 补偿前： ➢ 补偿后： ➢ 补偿容量QC与补偿前后低压母线电压Ui，Uic有关：
例题：如图，有功功率两电厂均分，求最优无功分配 解：
按网损等微增率准则确定无功功率分配：
由功率平衡条件得：
联合求解得：Q1≈0.248，Q2≈0.688 不计无功网损修正时：
得：Q1≈0.268，Q2≈0.670
三、无功功率负荷的最优补偿
➢ 负荷的自然功率因数 (补偿前0.6-0.9)
电动机容量不能太大（重要措施） 限制电动机的空载运行 同步电机代替异同步电机（收、发）
例：
最大负荷时：ΣΔUmax=20%，最大负荷时： ΣΣΔΔUUmmainx=-Σ8Δ%Umin=12%，发电机逆调5% 故最终相差7%，在10%的范围内
➢ 调节原理： 转子电压负反馈的 作用是提高调节系 统的稳定性，它的 输出正比于转子电 压的变化率
例：发电机经多级电压向负荷供电，不能保证电压质量要求
110KV，UN32.5%（七级） 220KV，UN42.5%（九级）
计算方法同双绕组，可分设
三绕组 高压侧装有载调压分接头 低压侧装有普通分接头
有载调压原理
无功功率充足时， 采用有载调压可满 足一般的调压要求
长线供电 负荷变化大 联络线两端
无功功率 充足时
某些发电厂的变压器
并补 串补
3. 利用并联补偿设备调压
2. 偏移的影响 1) 电压过低 ➢ 发电机：U ↘，δ↗，I↗→发电机过热 ➢ 异步电机：U ↘，转差率σ↗，各绕组I↗，温升↗，μ ↘，寿命↘，出力P ↘，起动过程长→烧电机 ➢ 电炉：P∝U2 ➢ 电灯：亮度和发光效率大幅下降
2) 电压过低 ➢ 变压器、电动机铁芯饱和，损耗↗，寿命↘ ➢ 白炽灯寿命大为缩短 ➢ 设备绝缘受损
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
➢ 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。
电力系统的无功功率与电压调整
➢ 分析无功功率和电压分布之间的关系
无功损耗 ﹥﹥有功损耗;
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
无功电源QG 无功负荷QL
无功损耗ΔQΣ
大型发电厂的高压母线 枢纽变电所的二次母线 有大量负荷的发电厂母线
2. 中枢点电压与负荷的关系
有时中枢点电压不能满足要求，见书上P226-227的例 3. 中枢子点电压调整方式
适应：线路长，负荷变化大
逆调压
方式：
最大负荷时提高中枢点电压 最小负荷时降低中枢点电压
难易程度：实现较难
1.05UN 1.00UN
调压比调频复杂，频率系统为一，电压不为一
改变 利用发电机调压UG—改变励磁电流
调 压
电压 水平
改变变压器分接头k1，k2
措 施
改变 电压 损耗
改变功率分布（主要是Q）—使ΔU减少
改变线路参数R+jX（主要是X）—减少 ΔU
1. 改变发电机端电压调压 发电机电压UG可在5%的范围内保持发额定功 率发电机直接供电系统（线路不长，损耗不大） 调节励磁，改变机端电压，实现逆调压满足电压的要求
给出P、Q节点的Q
给出P、U节点的U
2) 计算 网损 微增 率
由潮流计算得各无功电源点的λ值 λ<0时，增大该电源的Q，可降低网损 λ>0时，减少该电源的Q，可降低网损 进行调整
3) 重设电源节点的无功QGi和PU节点的电压，进行潮流 计算，求总网损、网损微增率，判断平衡节点的P， 直到P最小
4) 当ΔPΣ不再减小时，各节点网损微增率未必相等，因 为受不等条件限制
4. 改变输电线路参数进行调压 对于负荷功率因数较低的线路，采用该方法较有效
5. 合理使用调压设备进行调压
1) 优先利用发电机调压，95%-105%范围，有母线负荷 时，逆调压
2) 充分利用变压器调压——不能改变无功不足，只能调整 无功分布（普通、有载） 调相机—平滑调压，需维护，放在枢纽变
3) 无功不足时 静止补偿器 并联电容器
➢ 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
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
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 等约束条件：
不等约束条件：
拉格朗日函数：
最优分布——求拉格朗日函数的极值：
可改写为：
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
一般的原则是：
1) 计算 潮流 分布
按有功最优分布结果给出各节点（除平衡节 点外）的P
➢ 结论
只有在网损微增率具有负值且小于req的节点设置
先后顺序：以网损微增率的大小为序，首先从 最小的开始
第三节电力系统的电压调整
无功充足—电压水平较好的必要条件，不是充分条件 调压———合理分布无功，维持电压质量
一、电力系统电压偏移的原因及影响
由于R很小，ΔU主要受Q的影响
1. 原因（随运行方式的改变而改变） 负荷大小的变化 电力网阻抗参数的变化（设备故障或检修退出） 电力系统接线的改变
➢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
➢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：
35或10KV，负荷波动大而频繁、功率 4) 串联电容器 因
220数K低V及的以配上电，线提路高输送容量和稳定能力 110KV及以下，改善线路的电压质量
5) 超高压（330KV以上）并联电抗器，吸收线路的充电功 率
作业：
某发电厂有一台变比为121/6.3KV， 容量为31.5MVA的升压变压器，折算到 121KV侧的ZT=2.95+48.8Ω，变压器高压 侧最大负荷为30MVA，COS=0.8。为了 满足电网调压要求，在最大负荷时，电厂高 压母线应保持117KV，而在最小负荷时应 降为113KV，根据发电机电压负荷的调压 要求，希望发电机母线电压在最小负荷时与 发电机的额定电压有相同偏移，试选择升压 变压器分接头。
1) 双绕组变压器分接头选择
最大负荷时：UImax，ΔUImax， Uimax， U’imax为已知 最小负荷时：
对于升压变压器：
因正常运行时，变压器分接头不能调整，故取平均值
➢ 选一接近值作分接头 UtImax，UtImin，UtI
➢ 返回校验
求低压母线电压 计算电压偏移%
例子： UI在113-115KV时，允许U’i在10-11KV，求变压器分
3) 严重时，无功不足， 电压崩溃
3. 电力系统允许的电压偏移
➢ 35KV及以上电压供电的负荷 ±5% ➢ 10KV及以下电压供电的负荷 ±7%
➢ 低压照明负荷
+5%—-
1➢0%农村电网
+5%—-
1➢0%事故状态下，允许在上述基础上再增加5%，但正偏
移不超过+10%
二、中枢点的电压管理
1. 电压中枢点的选择 集中负荷的母线作为电压中枢点
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
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
补偿容量的确定
➢ 最优补偿 补偿设备的分布
规划阶段
补偿顺序的选择
➢ 年节约费用:
β为单位电能损耗价格(元/kw·h),τmax最大负荷损耗小时数
➢ 装设补偿设备的投资费用:
α为折旧维修率,γ投资回收率,KC为单位 容量补偿设备投资(元/kvar)
最有网损微增率（也称无功经济当量）
最优网损微增率准则：
➢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+
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
➢ 异步电机的电压特性
转矩∝U2,U↓
带不动 启动不了
烧电机
2) 吸收无功（异步电机）
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：
➢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
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↑↑
异步电机的无功功率特性 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%