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1、第五章 电力系统无功功率与电压调整,无功功率的平衡 电压调整的必要性 电压管理与电压调整,内容,电力系统中的无功电源 一是同步发电机以及过激运行的同步电动机， 二是无功补偿电源包括电容器、静止无功补偿器和同步调相机， 同步调相机 三是110kV及以上电压线路的充电功率。,1.无功功率平衡,电力系统中的无功负荷与无功损耗： 1）用户与发电厂厂用电的无功负荷（主要是异步电动机）； 2）线路和变压器的无功损耗； 3）并联电抗器的无功损耗。,1.无功功率平衡,异步电动机的等值电路：,异步电动机消耗的无功功率：,激磁无功功率,定、转子漏抗中消耗的无功功率,1.无功功率平衡,变压器中的无功功率损耗：励磁损
2、耗与绕组漏抗损耗，后者与受负载大小有关。,励磁损耗,绕组漏抗损耗,1.无功功率平衡,电力线路中的无功功率损耗：串联电抗中的无功功率损耗（感性）与并联电纳中的充电功率（容性）。,线路无损 线路为无功电源 线路为无功负荷,充电功率,功率损耗,线路中的自然功率,1.无功功率平衡,电压偏移的影响 当运行电压偏离额定值较大时，技术经济指标就会恶化。 发电厂厂用电中由电动机驱动的辅机，其机械转矩与转速的高次方成正比，电压降低滑差增大，转速降低，输出功率迅速减少，将影响汽轮、锅炉的工作，严重情况下将造成安全问题。 变压器的运行电压偏低，若负载功率不变，致使输出电流增加，使绕组过热。电压偏高，励磁电流增大，铁
3、芯损失增加，温升增高，严重情况下引起高次谐波共振。 由于局部地区无功不足，运行电压严重低下，一些变电所在负荷的微小扰动下会出现电压大幅度下滑，以至失压，即所谓电压崩溃 。,2.电压调整的必要性,沿线路各点电压的变化,2.电压调整的必要性,电压偏移的最大允许范围：5%,无功功率与电压关系 有功功率平衡是全系统的平衡，且全系统只有一个频率，在一个频率下的平衡。 无功功率平衡:电力系统的电源必须发出足够的无功功率以满足用户与网络的需要，这就是无功功率平衡。 无功功率平衡是在一个电压下的平衡，无功功率不足将导致节点电压的下降；无功功率平衡要满足众多的节点电压的要求，除了对全系统需要平衡以外，地区系统也
4、需要平衡。,2.电压调整的必要性,2.电压调整的必要性,无功功率与节点电压的关系：,当电抗远大于电阻时：,当电抗远大于电阻时：,其中：,得出：,说明：电网节点电压的变动会引起无功功率潮流的变化。,2.电压调整的必要性,2.电压调整的必要性,负荷分类及其对电压影响的控制 电力系统中负荷的变动以及由此而引起的变电所母线的电压变动可以分为两类：,由生产、生活和气象变化引起的负荷功率的变化。,母线电压偏移,调节变压器分接头，投切电容器以及调节发电机母线电压,负荷功率具有冲击性或间歇性,母线电压波动,安装静止无功补偿器 一类的动态补偿器 安装串联电容,后果,改善,后果,改善,2.电压调整的必要性,电力系
5、统中无功功率电源不足，系统节点电压就要下降。 电力系统必须具备足够的无功电源才能维持所要求的电压水平，以满足系统安全稳定运行的要求。,2.电压调整的必要性,电力系统的无功平衡与补偿 无功补偿容量的配置应取分区平衡、分级补偿原则。,2.电压调整的必要性,无功功率管理的具体措施包括： （1）电力用户的功率因数达到0.95以上； （2）分散安装电容器，就地供无功功率。 （3）在一次及二次变电所的低压母线上安装电容器，枢纽变电安装调相机。在有无功冲击负荷的变电所以及超高压送电线末端宜安装静止无功补偿器； （4）对于水、火联合电网，枯水期利用水电机组调相运行，丰水期利用火电机组调相运行，供出感性无功功率
6、； （5）同步电动机过激运行，供出感性无功功率。,3.电压管理与电压调整,电力系统的电压一般采取分级管理。 发电厂和有调压能力的变电所按调度所规定的电压曲线调整无功功率和电压。 地区调度所监控地区网络的电压、用户电压及其功率因数。实现无功功率就地平衡。 中心调度所着重监控主网的电压水平。协调全网有广泛影响的调压措施，合理分配无功出力和调整无功潮流。 协调配合，统一调度与分散控制相结合。,3.电压管理与电压调整,电压控制的目的 （1）保持电网枢纽点电压水平，保证电力系统稳定运行； （2）保持供电电压的正常范围，保证用户的供电质量； （3）减少网络损耗； （4）在偶然事故下快速强行励磁，防止电力系
7、统瓦解 。,3.电压管理与电压调整,中枢点电压管理 一般选择下列母线为电压中枢点： （1）区域性水、火电厂的高压母线； （2）枢纽变电站二次母线； （3）有地方负荷的发电厂母线。,3.电压管理与电压调整,简单电网 O点为中枢点 a，b为负荷点,电压损耗变化曲线,简化负荷曲线,3.电压管理与电压调整,中枢点电压管理,电压中枢点的调压范围,图中阴影部分表示a、b点电压满足要求时，O点电压保持的范围,虚线中间a点电压满足要求时， O点电压保持的范围,8-16小时，图中虚线面积表示满足a点电压要求时，O点电压保持的范围，此时b点电压过高,8-16小时，图中实线面积表示满足b点电压要求时，O点电压保持的
8、范围，此时a点电压过低,实线中间b点电压满足要求时， O点电压保持的范围,3.电压管理与电压调整,三种电压调节方式： （1）逆调整高峰负荷时升高中枢点母线电压，低谷时降低中枢点母线电压。适用于供电线路较长，负荷变动较大的中枢点； （2）顺调整高峰负荷时允许中枢点母线电压略低，低谷时允许中枢点母线电压略高。适用于供电线路不长，负荷变动不大的中枢点； （3）恒调整中枢点母线电压基本不变，适用于线路长度、负荷变动情况介于上述两者之间的情况。,4.电压管理与电压调整,电压调整方法 1）改变变压器变比调压 先决条件:电网的无功电源容量充裕。 对负荷变化不大的变电所可适当选择变压器的分接头进行电压调整。对
9、于负荷变化较大的一次及二次变电所采用负荷调整分接头的变压器，其切换装置在不能适应频繁操作要求时，应限制动作的次数。,4.电压管理与电压调整,降压变压器分接头的选择方法：,高压侧电压,低压侧电压,4.电压管理与电压调整,最大负荷M及最小负荷m情况下：,在停电条件下,ULM,ULm高、低压母线的希望电压。,4.电压管理与电压调整,升压变压器分接头的选择方法：,发电机输出功率,4.电压管理与电压调整,最大负荷及最小负荷情况下：,3.电压管理与电压调整,三绕组降压变压器 看成两个双绕组变压器的并联。 在求得三绕组变压器的功率分布以后，先从高压绕组对低压绕组入手，选择高压方抽头以满足低压方电压要求。 然
10、后固定高压方抽头，考虑高压绕组对中压绕组情况；选择中压方抽头满足中压方的电压要求。,3.电压管理与电压调整,2）改变发电机及调相机励磁调压 改变发电机及调相机的励磁电流，可以改变它们的内电势，从而调整母线电压。利用发电机调压范围为发电机额定电压的5。 调相机调压属于改变网络无功功率分布进行调压的方法。即利用调相机的容量就地补偿负荷所需的无功功率，因而改变了线路输送的无功功率。从而调节了枢纽站母线的电压。,3.电压管理与电压调整,3.电压管理与电压调整,现以下标M、m分别表示最大负荷及最小负荷情况，设调相机欠激(充当电抗器)容量为过激（充当电容器）容量之半。,调相机的容量为：,最大负荷,最小负荷
11、,3.电压管理与电压调整,由上式可以确定k值，由此确定高压方抽头 ，再确定调相机的容量。,由最大负荷及最小负荷时的情况，可消去调相机的容量：,最大负荷时低压母线归算到高压侧电压。,最小负荷时低压母线归算到高压侧电压。,3.电压管理与电压调整,3）投切电容器组调压 在最小负荷时，切除全部电容器；而按最大负荷时的调压要求确定电容器的容量。在最小负荷时选择变压器变比 。,最小负荷时变电所低压母线的希望电压,3.电压管理与电压调整,4）静止无功补偿器调压 可按最大负荷时负荷母线电压的要求确定电容器的容量QC ,此时可控电抗吸收的无功功率为零或最小。由最小负荷时的电压要求确定静止补偿器的容量QSVC,此
12、时QC不变，因此可控电抗器吸收的无功功率为：,3.电压管理与电压调整,5）串联电容调压 在线路负荷功率因数较低、无功负荷份额大时有显著作用,补偿前,补偿后,3.电压管理与电压调整,补偿前,补偿后,可解得：,由此式可选择电容器的额定容量。,3.电压管理与电压调整,单个电容器的额定容量,设n，m分别为电容器的串联个数和并联串数 ,三相电容器的总容量,3.电压管理与电压调整,6）组合调压,无功电源缺乏 ：静电电容器、静止补偿器及调相机,无功充裕 ：调节抽头,发电机调压幅度有限,首选,无直配负荷时5,有直配负荷时采用逆调整5,3.电压管理与电压调整,总 结,理解无功功率平衡的概念； 理解无功功率与电压调整关系； 学会电压调整的基本方法。,