电力系统分析第6章
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➢枢纽变电所大型的二次母线；
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➢有大量地方负荷的发电厂母线；
➢城市直降变电所的二次母线。 2. 中枢点的调压方式
➢逆调压： 最大负荷时升高中枢点电压，但不超过线路 额定电压的105%，最小负荷时降低中枢点电压，但不低 于线路的额定电压。适用于供电线路较长、负荷变化较 大的中枢点。
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三、无功功率平衡
电源供应的无功功率之 和，它包括发电机的无 功功率和各种无功补偿 设备供给的无功功率
负荷消耗的无功 功率之和，可按 负荷的有功功率 和功率因数计算
网络无功功率损耗之 和，它包括变压器、 线路电抗和线路电纳 中的无功功率损耗
QGC QL Q
几点说明： ➢无功功率平衡计算的前提是系统的电压水平正常。如 果不能在正常电压水平下保证无功功率平衡，系统的电 压质量就不能保证。
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3. 并联电容器（静电电容器） ➢并联电容器只能向系统供应感性无功功率。
➢它所供应的感性无功与其端电压的平方成正比，即
QC
U2 XC
➢ 当系统发生故障电压下将时，电容器无功输出的减
少将导致电压继续下降。因此，电容器的无功功率调
节性能比较差。
优点：运行方式灵活 （既可集中使用，又可分散安装），单 位容量投资较少，维护检修方便，有功功率损耗小（约为额 定容量的0.3~0.5%）。
二、无功功率电源 1. 同步发电机 发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率为
QGN SGN sin N PGN tan N
下图为发电机额定运行时的相量图。图中：
____
OC
转子电流（
____
OC
代表空载电动势）
；
____
AC
SGN
定子电流（A___C_
代表电压降 I N X d ） ；
____
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当功率因数较小时，可多发Q，但受转子电流的 影响，只能按B’C调节，此时S<SN ；当功率因数较 大时，可多发P，但受汽轮机额定功率的限制，只能 沿CD调节，此时定、转子电流均未到额定电流， S<SN 。
可见，发电机只有在额定电压、电流、功率因 数下运行时，视在功率才能达额定值，其容量才能 最充分利用。 当系统中无功电源不足时，可利用发 电机降低功率因数运行，多发无功以提高电压水平， 但发电机的运行点不能超过P-Q极限图的范围。
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4. 静止无功补偿器（SVC） ➢静止无功补偿器由静电电容器与电抗器并联组成。
➢它利用电容器可发出感性无功功率，电抗器可吸收感 性无功功率的特点，再配以适当的调节装置，即可成为 平滑调节输出无功功率的装置。
➢常用的静止无功补偿器有可控饱和电抗器型、自饱和 电抗器型、可控硅控制电抗器，其电路原理图如图6-8所 示。
➢和有功功率一样，系统中的无功功率也应有一定的备 用容量，否则，当负荷增大时，电压质量将无法保证。
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➢为改善电压质量和降低网损，应尽量避免通过电网输 送大量的无功功率。
➢无功平衡是一个比有功平衡更复杂的问题。不仅要考 虑总的无功功率平衡，还要考虑分地区的无功平衡，还 要计及超高压线路的充电功率、网损、线路改造、新变 压器投运及大用户对无功平衡的影响。
电力系统分析
第六章 电力系统的无功功率 平衡和电压调整
第六章 电力系统的无功功率 平衡和电压调整
6.1 电力系统中无功功率的平衡 6.2 电力系统的电压管理 6.3 电力系统的几种主要调压措施
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6.1 电力系统中无功功率的平衡
一、无功功率负荷和无功功率损耗 无功功率负荷：主要是异步电动机
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6பைடு நூலகம்
2. 同步调相机 ➢同步调相机实质上是只能发出无功功率的发电机。 ➢过励磁运行时，向系统供给无功功率，起无功电源 的作用；欠励磁运行时，从系统吸收感性无功功率， 起无功负荷作用。 ➢欠励磁运行时的容量是过励磁运行时容量的50％～ 60％。
说明：装有自动调节励磁装置的调相机可以平滑调节无功功 率的大小和方向来维持系统的电压，但由于它的有功损耗损 耗大（约为额定容量的1.5~5%），响应速度较慢，投资大， 维护量大，现已逐渐被静止无功补偿装置所取代。
____
AD PGN SGN cosN AB QGN SGN sin N
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D
B
在不同功率因数下，发电机发出的P和Q受到以下限制： ✓以A为圆心，AC为半径的圆弧表示受定子额定电流的限制； ✓以O为圆心，OC为半径的圆弧表示受转子额定电流的限制； ✓水平线DC表示受原动机出力的限制。
➢SVC的工作原理：调节电抗器的无功功率，使之随负 荷的变化能作相反方向的变化，以维持电网供给的无功 功率恒定，从而使母线电压保持不变。
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图6-8 静止无功补偿器
(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
优点：能快速调节无功功率以适应动态无功补偿的需要；调节连续平滑， 对系统不会引起大的波动；滤波电路可以消除高次谐波对负荷的干扰；运 行维护方便，功率损耗小；对不平衡的负荷变动有较高的补偿能力，可以 做到分相补偿；对冲击性负荷的适应性较强。
无功功率损耗：
➢变压器的无功损耗：
✓励磁无功损耗：
Q y T
I0% 100
SN
2
✓绕组漏抗中的无功损耗：
QzT
Uk % 100
S
N
S2 SN
➢输电线路的无功损耗
✓并联电纳中的无功损耗：又称充电功率，与线路电
压的平方成正比，呈容性。
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✓串联电抗中的损耗：与负荷电流的平方成正比， 呈感性。
➢应根据无功功率平衡的计算结果，确定补偿设备的容 量，并按就地平衡的原则进行补偿容量的分配。小容量 的、分散的无功补偿可采用静电电容器；大容量的配置 在系统中枢点的无功补偿 则宜采用同步调相机或SVC。
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6.2 电力系统的电压管理
一、中枢点的电压管理
❖电力系统进行电压调整的目的，就是要采取各种措施， 使用户处的电压偏移保持在允许的范围之内。 ❖电力系统电压的监视和调整可以通过监视、调整电压 中枢点的电压而实现。 ❖电压中枢点是指某些可以反映系统电压水平的主要发 电厂或枢纽变电所的母线。 1.电压中枢点的选择 ➢区域性水、火电厂的高压母线；
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➢有大量地方负荷的发电厂母线；
➢城市直降变电所的二次母线。 2. 中枢点的调压方式
➢逆调压： 最大负荷时升高中枢点电压，但不超过线路 额定电压的105%，最小负荷时降低中枢点电压，但不低 于线路的额定电压。适用于供电线路较长、负荷变化较 大的中枢点。
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三、无功功率平衡
电源供应的无功功率之 和，它包括发电机的无 功功率和各种无功补偿 设备供给的无功功率
负荷消耗的无功 功率之和，可按 负荷的有功功率 和功率因数计算
网络无功功率损耗之 和，它包括变压器、 线路电抗和线路电纳 中的无功功率损耗
QGC QL Q
几点说明： ➢无功功率平衡计算的前提是系统的电压水平正常。如 果不能在正常电压水平下保证无功功率平衡，系统的电 压质量就不能保证。
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3. 并联电容器（静电电容器） ➢并联电容器只能向系统供应感性无功功率。
➢它所供应的感性无功与其端电压的平方成正比，即
QC
U2 XC
➢ 当系统发生故障电压下将时，电容器无功输出的减
少将导致电压继续下降。因此，电容器的无功功率调
节性能比较差。
优点：运行方式灵活 （既可集中使用，又可分散安装），单 位容量投资较少，维护检修方便，有功功率损耗小（约为额 定容量的0.3~0.5%）。
二、无功功率电源 1. 同步发电机 发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率为
QGN SGN sin N PGN tan N
下图为发电机额定运行时的相量图。图中：
____
OC
转子电流（
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OC
代表空载电动势）
；
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定子电流（A___C_
代表电压降 I N X d ） ；
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当功率因数较小时，可多发Q，但受转子电流的 影响，只能按B’C调节，此时S<SN ；当功率因数较 大时，可多发P，但受汽轮机额定功率的限制，只能 沿CD调节，此时定、转子电流均未到额定电流， S<SN 。
可见，发电机只有在额定电压、电流、功率因 数下运行时，视在功率才能达额定值，其容量才能 最充分利用。 当系统中无功电源不足时，可利用发 电机降低功率因数运行，多发无功以提高电压水平， 但发电机的运行点不能超过P-Q极限图的范围。
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4. 静止无功补偿器（SVC） ➢静止无功补偿器由静电电容器与电抗器并联组成。
➢它利用电容器可发出感性无功功率，电抗器可吸收感 性无功功率的特点，再配以适当的调节装置，即可成为 平滑调节输出无功功率的装置。
➢常用的静止无功补偿器有可控饱和电抗器型、自饱和 电抗器型、可控硅控制电抗器，其电路原理图如图6-8所 示。
➢和有功功率一样，系统中的无功功率也应有一定的备 用容量，否则，当负荷增大时，电压质量将无法保证。
2020/4/21
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➢为改善电压质量和降低网损，应尽量避免通过电网输 送大量的无功功率。
➢无功平衡是一个比有功平衡更复杂的问题。不仅要考 虑总的无功功率平衡，还要考虑分地区的无功平衡，还 要计及超高压线路的充电功率、网损、线路改造、新变 压器投运及大用户对无功平衡的影响。
电力系统分析
第六章 电力系统的无功功率 平衡和电压调整
第六章 电力系统的无功功率 平衡和电压调整
6.1 电力系统中无功功率的平衡 6.2 电力系统的电压管理 6.3 电力系统的几种主要调压措施
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6.1 电力系统中无功功率的平衡
一、无功功率负荷和无功功率损耗 无功功率负荷：主要是异步电动机
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2. 同步调相机 ➢同步调相机实质上是只能发出无功功率的发电机。 ➢过励磁运行时，向系统供给无功功率，起无功电源 的作用；欠励磁运行时，从系统吸收感性无功功率， 起无功负荷作用。 ➢欠励磁运行时的容量是过励磁运行时容量的50％～ 60％。
说明：装有自动调节励磁装置的调相机可以平滑调节无功功 率的大小和方向来维持系统的电压，但由于它的有功损耗损 耗大（约为额定容量的1.5~5%），响应速度较慢，投资大， 维护量大，现已逐渐被静止无功补偿装置所取代。
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AD PGN SGN cosN AB QGN SGN sin N
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在不同功率因数下，发电机发出的P和Q受到以下限制： ✓以A为圆心，AC为半径的圆弧表示受定子额定电流的限制； ✓以O为圆心，OC为半径的圆弧表示受转子额定电流的限制； ✓水平线DC表示受原动机出力的限制。
➢SVC的工作原理：调节电抗器的无功功率，使之随负 荷的变化能作相反方向的变化，以维持电网供给的无功 功率恒定，从而使母线电压保持不变。
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图6-8 静止无功补偿器
(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
优点：能快速调节无功功率以适应动态无功补偿的需要；调节连续平滑， 对系统不会引起大的波动；滤波电路可以消除高次谐波对负荷的干扰；运 行维护方便，功率损耗小；对不平衡的负荷变动有较高的补偿能力，可以 做到分相补偿；对冲击性负荷的适应性较强。
无功功率损耗：
➢变压器的无功损耗：
✓励磁无功损耗：
Q y T
I0% 100
SN
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✓绕组漏抗中的无功损耗：
QzT
Uk % 100
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S2 SN
➢输电线路的无功损耗
✓并联电纳中的无功损耗：又称充电功率，与线路电
压的平方成正比，呈容性。
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✓串联电抗中的损耗：与负荷电流的平方成正比， 呈感性。
➢应根据无功功率平衡的计算结果，确定补偿设备的容 量，并按就地平衡的原则进行补偿容量的分配。小容量 的、分散的无功补偿可采用静电电容器；大容量的配置 在系统中枢点的无功补偿 则宜采用同步调相机或SVC。
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6.2 电力系统的电压管理
一、中枢点的电压管理
❖电力系统进行电压调整的目的，就是要采取各种措施， 使用户处的电压偏移保持在允许的范围之内。 ❖电力系统电压的监视和调整可以通过监视、调整电压 中枢点的电压而实现。 ❖电压中枢点是指某些可以反映系统电压水平的主要发 电厂或枢纽变电所的母线。 1.电压中枢点的选择 ➢区域性水、火电厂的高压母线；