电气工程基础,河海大学, 潘学萍,第二篇 电力系统稳态 Part 2 Steady analysis 电力系统计算的标么制 电力系统潮流 电力系统频率 电力系统电压,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,第四章 电力系统的无功功率和电压调整,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,4-1 概述,无功电源：发电机，调相机、电容器、静止补偿器 特点：种类多，分散安装 电压质量的保证：首先应有充足的无功电源； 无功电源的配置要合理； 必要的电压调整措施,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,4-2 电力系统无功功率的平衡,无功功率负荷和无功功率损耗 1、无功负荷,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,系统中主要的负荷（特别是无功负荷）是异步电动机，异步电动机吸收无功。,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,变压器无功功率损耗 1）励磁支路损耗，近似为I0，约为12SN； 2）绕组漏抗中的损耗，变压器通过额定负荷时，基本上与短路电压的百分值相等，约10 SN； 因此一台变压器总的无功损耗，在变压器满载时约为1112%SN，对多电压级网络，其值更是可观。,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,其典型计算结果为： 所有变压器都满载 半载 变压器励磁支路损耗 7% 7% 变压器绕组中漏抗损耗 50% 12.5% 变压器总无功损 57% 19.5% 变压器总损耗/变压器负荷 57/100 39/100 因此，变压器的无功损耗占总负荷的比例相当高。比有功损耗大得多。（有功损耗一般10%左右）,例：,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,3 电力线路的无功功率损耗,一般35kv及以下架空线充电功率很小，这种线路吸收无功。 110kv及以上线路当传输功率较大时，电抗中消耗的无功功率大于充电功率，因而吸收无功；当线路负载较轻时，充电功率大于电抗中消耗的无功功率，线路成为无功电源。,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,无功功率电源 1、发电机,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,2 调相机,过激（励）运行：提供无功功率 欠激（励）运行：吸收无功功率，欠激时的最大容量为过激容量的5065%，一般：,缺点： 旋转设备运行维护比较复杂； 有功损耗较大，P=1.55%额定容量； 增大系统短路时的短路电流； 投资大。 我国调相机一般装在大型枢纽变电所，以便平滑调节电压和提高系统稳定性。,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,3. 静电电容器,缺点：电容器的无功功率调节性能较差， 优点： 装设容量可大可小，既可集中，又可分散就地供应无功； 运行时功率损耗也小，约为额定容量的0.30.5%； 由于无旋转设备，维护方便； 实际运行时可根据系统负荷的变化，分组的投入或切除。,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,4. 静电补偿器,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,比较： 1、同步调相机调节性能好，但其投资维护费用高； 2、电容器电压调节性能稍差，投资、运行费用小，装设灵活、方便； 3、静止补偿器介于两者之间。 目前，国外许多发达国家已不使用同步调相机，我国还较重视。电容器使用最普遍。,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,三 无功功率的平衡 所谓无功功率平衡，就是要使系统的无功电源所发出的无功功率与系统的无功负荷和无功损耗相平衡。同时，为了运行的可靠性及适应系统负荷的发展，还要求有一定的无功备用。,QR无功功率的备用容量，可取78%最大无功负荷,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,式中： QL按负荷的功率因数计算，一般未经补偿的无功负荷功率因数较低， 即0.60.9。而我国规程规定，以35kv及以上电压直接供电的工业负荷，功率因数不得低于0.9，对其它 负荷功率因数不得低于0.85。因此作无功平衡时，要先补偿，提高负荷的功率因数。 QG按其额定功率因数计算发电机发出的无功。这样，发电机还可作为无功备用。 QC调相机、电容器等的无功功率按其额定容量计算。 无功损耗由三部分组成：变压器中的无功损耗 ，线路电抗中的损耗 ，线路电纳中的无功功率损耗 ，（吸收容性无功）,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,无功功率平衡工作，不需要每时每刻做，可以间隔一段时间（如一天、一月、一季度或一年）进行一次。 当然，进行无功功率计算的前提是电压水平正常，这与有功平衡系统频率正常一样。电压水平不正常时的无功平衡也就没有意义。,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,4-3 电力系统中无功功率的最优分布（经济分布）,先提高负荷的功率因数,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,无功功率电源的最优分布： 等网损微增率 目标：有功网损最小 有功网损：与各节点无功功率电源QGi有关。 目标函数：,等式约束：,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,建立拉格朗日函数。,不等式约束：,求解：,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,结果：,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,与前述有功功率最优分配关系： 网损微增率 耗量微增率 无功功率网损修正系数 有功网损修 正系数,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,4-4 电力系统的电压调整 一 调整电压的必要性 1. 对用户的影响 （1）对照明设备的影响,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,（）异步电动机,（）电炉负荷 电炉等电热设备的出力大致与电压的平方成正比，电压降低就会延长电炉的冶炼时间，降低生产率。,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,. 对系统本身的影响 电压偏移过大，除影响用户的正常工作外，对电力系统本身也有不利影响。 网络损耗 电压过低时,某些枢纽变电所电压再受到微小扰动,有可能顷刻之间电压大幅度下降,造成系统“电压崩溃”，这就使电力系统由于电压而失去稳定，导致各电厂之间解列，系统解体。 电压过高时，各种电气设备的绝缘可能受到损害，在超高压电网中还将增加电晕损耗等。,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,综上所述，在系统无功功率平衡的基础上，合理地调整电压，使它们的偏移量不超过允许范围是十分重要的。,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,电压波动和电压管理 1.电压波动 周期长、涉及面大、变化幅度大，主要由生产、生 活和气象变化引起的负荷和电压变动习惯称电 压调整 周期相对较短，涉及面也较小，变化幅度较小的由 冲击性或间歇性负荷引起的电压波动电压波动,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,限制电压波动的措施： 最常用的就是由大容量变电所设专用母线或专线向这类负荷供电，并采取一些补偿措施。,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,（1）在线路上串联电容器 （2）设置调相机 用电容器调无功不如此两种 （3）装设静止补偿器 灵活，故不用（冲击负荷一 会儿上来，一会儿下去） 抵偿线路的电抗，减少线 提供负荷波动的无功， 路电压损失，从而限制电 保持母线电压相对平 压波动的幅度 衡,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,下面具体说明一下自饱和电抗器型静止补偿器消除波动负荷引起电压偏移的原理。 静止补偿器有两个支路，一条支路 C、Lf呈容性，为系统提供感性无功 当系统中有高次谐波时可将它们滤掉； 支路Cs，L呈感性且当流过其电流达到 一定值时呈饱和。 (d)补偿器电路,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,如图(e)所示,两个支路的电流一个滞后电压、一个超前电压 正常时， 当 的相位将趋于超前，即C、Lf支 路占主导，向系统提供无功，从而输电线路上的电 压降减少， ，从而保持电压基本恒定。,（可能工作在A点）,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,电压管理 电压变动： 由于生产、生活、气象条件等变化引起的变动 由于系统中元件故障或其它原因引起网络阻抗变化。 由上述原因引起的电压变动相当大，在大型电力系统中，最大电压损耗可达2030%以上。因此必须对由此引起的电压变动进行调整。,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,中枢点电压的确定 区域性水火电厂的高压母线； 枢纽变电所的二次母线； 有大量地方负荷的发电机电压母线。,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,例如：确定中枢点电压允许范围，即 系统如图 （a）网络 （b）日负荷曲线 （c）日负荷曲线,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,（d） 的变化曲线 （e） 变化 （f）,负荷在线路上流动时引起的电压损耗分别如图（d）,（e），负荷j、k允许的电压偏移均为5%UN，如图（f）,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,j对i点电压的要求：08时为,824时，i点应维持的电压,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,k对i点电压的要求： 016时，i点应维持的电压：,1624时，i点应维持的电压：,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,(a) j对i电压的要求 (b) k对i电压的要求,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,综合j、k对i点电压的要求，可得i点电压允许的变化范围为如图（a）阴影所示,（Uimin 跑到Uimax上面去了）,（a）能同时满足j、k的要求 （b）不能同时满足j、k的要求,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,由图可知，中枢点电压允许变化的范围大大缩小了。最大为7%，最小只有1%。 一般按两种极端情况确定：在地区负荷最大时，电压最低负荷点的允许电压下限加上到中枢点的电压损耗等于中枢点的最低电压；在地区负荷最小时，电压最高负荷点的允许电压上限加上到中枢点的电压损耗等于中枢点的最高电压。即 当地区负荷最大时Pmax,当P=Pmin,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,（2）电力系统调压方式： 1）逆调压,高峰负荷：中枢点电压保持105%UN 低谷负荷： 中枢点电压保持UN,逆调压一般适用于供电线路较长、负荷变动较大的中枢点调压。中枢点采用逆调压可以改善负荷点的电压质量。,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,2）顺调压,高峰负荷：中枢点电压不低于1.025UN 低谷负荷： 中枢点电压不高于1.075UN,逆调压一般适用于供电线路不长、负荷变动较小，线路上电压损耗小的中枢点调压。,3）常调压,常调压：在任何负荷下，中枢点电压保持一基本数值不变。一般取102105%UN,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,（3）电压调整的基本原理 拥有充足的无功功率电源是保证电力系统有较好的运行电压水平的必要条件，但要使所有用户的电压质量都符合要求，还必须采用各种调压手段。, 调节发电机励磁电流以改变发电机端电压UG； 适当选择变压器的变比； 改变线路的参数； 改变无功功率的分布,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,1） 发电机调压 当然，在各种调压手段中，首先应考虑发电机调压，因为它不需要花费额外的投资。 a. 完全靠发电机调压 孤立发电厂（或发电机母线直接供电）不经升压直接供电的小型电力网，因供电线路不长，线路上电压损耗小，故可改变发电机母线电压，实行逆调压以满足负荷对电压质量的要求。,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,最大负荷时,最小负荷时,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,b. 发电机辅助调压 当发电机经多级网络向负荷供电时，仅靠发电机调压往往不能满足电压要求。,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,对有若干发电厂并列运行的电力系统，利用发电机调压会出现新问题。节点的无功功率与节点电压有密切的关系。 如图为两个电厂并列运行的情况，若要发电厂G1的高压母线A的电压提高5%，大约该电厂要多发25MVAR的无功功率。因而要求进行电压调整的电厂具有相当充裕的无功功率容量储备，而这很难做到。另外，调整个别电厂的无功出力，会引起系统中无功的重新分配，还有可能与无功的经济分配发生矛盾。所以在大型电力系统中借助发电机调压只是一种辅助调压措施。,电气工程基础,河海大学, 潘学萍,2） 改变变压器变比的调压方式 1. 变压器分接头的选择 6300KVA