电力工程河海大学 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 电力工程河海大学 第9章电力系统的电压 9.1 引言 9.2 电力系统中无功功率的平衡与补偿 9.3 电力系统中的电压管理与调压方法 9.4 电力系统中的谐波 9-1 引言 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 电力工程河海大学 9-2 电力系统无功功率的平衡 LLGQQQ 一无功功率负荷和无功功率损耗 1、无功负荷 电力工程河海大学 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。 电力工程河海大学 2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。 电力工程河海大学 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57/10039/100 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： 电力工程河海大学 3 电力线路的无功功率损耗 1U 2U 11jQP 2 Y 2 Y X U QP UU c QQQZYL 2 22 22 1 11 21 2 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。 电力工程河海大学 二 无功功率电源 1、发电机 NGNNGNGNtgPSQsin 电力工程河海大学 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。 NNQQQ%50 电力工程河海大学 3. 静电电容器 2 2 U X U Q C C C 缺点：缺点：电容器的无功功率调节性能较差， 优点：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。 CQU 电力工程河海大学 4. 静电补偿器 电力工程河海大学 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。 电力工程河海大学 三三 无功功率的平衡无功功率的平衡 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。 QQQQLGCR 321CCCGCGGCQQQQQQQ 发 电 机 提 供 补 偿 设 备 提 供 调 相 机 电 容 器 静 止 补 偿 器 QR无功功率的备用容量，可取78%最大无功负荷 电力工程河海大学 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） T Q X Q b Q 电力工程河海大学 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。 Q GCNQ GCQ U NU Q U QQL 电力工程河海大学 9-3 电力系统中无功功率的最优分布（经济分布） 无功功率电源的最优分布 无功功率负荷的最优补偿 先提高负荷的功率因数 电力工程河海大学 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： )QQ(QPQP Gn,G,G Gi 21 min 0QQQ L n 1i Gi 等式约束： 电力工程河海大学 建立拉格朗日函数。 maxGiGiminGi QQQ maxiimini UUU QQQQPC L n 1i GiGi * 不等式约束： 0 Q Q 1 Q QP Q C GiGi Gi Gi * 0QQQ L n 1i Gi 求解： 电力工程河海大学 Gn Gn 2G 2G 1G 1G Q Q 1 1 Q P Q Q 1 1 Q P Q Q 1 1 Q P 0 1 QQQ L n i Gi 结果： 电力工程河海大学 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 GiGi P F Q P GiGi P P 1 1 Q Q 1 1 电力工程河海大学 9-3 电力系统的电压调整 借发电机、变压器调压 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 电力工程河海大学 （）异步电动机 PMU PM81. 0U9 . 0 N N U （）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。 电力工程河海大学 .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。 U P R U QP P 2 22 电力工程河海大学 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。 电力工程河海大学 二 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 电力工程河海大学 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。 电力工程河海大学 （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 电力工程河海大学 U I 1 I 2 I 一条支路C、Lf呈容性； 支路Cs，L呈感性。 电力工程河海大学 0III 21 21L IIUP 电力工程河海大学 2. 电压管理 电压变动： (a)由于生产、生活、气象条件等变化引起的变动 (b)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。 电力工程河海大学 (1)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。 电力工程河海大学 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 maxiimini UUU i ij U ik U k j minj S maxj S mink S maxk S 电力工程河海大学 （d）的变化曲线 （e）变化（f） ik U N U01. 0 N U03. 0 N U05. 1 N U95. 0 N U04. 0 N U10. 0 ij U ij U ik U 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） 电力工程河海大学 NNNijj UUUUU15. 105. 110. 005. 195. 0 j对i点电压的要求：08时为 NNNijj UUUUU09. 199. 004. 005. 195. 0 824时，i点应维持的电压 电力工程河海大学 k对i点电压的要求： 016时，i点应维持的电压： NNNikk UUUUU06. 196. 001. 005. 195. 0 1624时，i点应维持的电压： NNNikk UUUUU08. 198. 003. 005. 195. 0 电力工程河海大学 N U09. 1 N U99. 0 N U N U15. 1 N U05. 1 N U06. 1 N U96. 0 N U98. 0 N U08. 1 (a) j对i电压的要求(b) k对i电压的要求 电力工程河海大学 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 N U99. 0 N U06. 1 N U08. 1 N U05. 1 N U i U （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 N U99. 0 N U07. 1 N U08. 1 i U 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%。 电力工程河海大学 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 maxmaxminminmin ,min ixkji UUUU minminmaxmaxmax ,max iykji UUUU 当P=Pmin 当P=Pmax 电力工程河海大学 （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