电力系统分析基础 Power System Analysis Basis （六） 主讲人：栗然 第六章 电力系统的无功功率与电压调整 本章主要内容： 1、无功负荷和无功电源及无功功率平衡 3、电压的调整 2、无功功率的经济分布:无功电源的最优分布 ；无功负荷的最优补偿 频率调整和电压调整的相同和不同之处 调频 频率唯一 集中调整 只能调原动机功率 调压 电压水平各点不同 调整分散 手段多样（有多种无功电源） 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。 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UhUL 第一节 电力系统的无功功率平衡 电压是衡量电能质量的重要指标。 电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。 系统中各种无功电源的无功出力应能满足系统负荷 和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求，否则 电压就会偏离额定值。 1无功功率负荷 一、无功功率负荷和无功功率损耗 异步电动机 图6-1 异步电动机的简化等值电路 jX 电压下降,转差 增大,定子电流 增大. 图6-2 异步电动机的无功功率与端电压的关系 受载系数:实际负载和额定负载之比. 在额定电压附近，电动 机的无功功率随电压的 升降而增减 2变压器的无功损耗 假定一台变压器的空载电流I0%=2.5，短路电压Uk%=10.5， 在额定满载下运行时，无功功率的消耗将达额定容量的13% 。如果从电源到用户需要经过好几级变压，则变压器中无 功功率损耗的数值是相当可观的。 3输电线路的无功损耗 图6-3 输电线路的型等值电路 线路的无功总损耗为 一般情况下，35kV及以下系统消耗无功功率；110kV 及以上系统，轻载或空载时，成为无功电源，传输 功率较大时，消耗无功功率。 二、无功功率电源 电力系统的无功功率电源有发电机、同步调相机、静 电电容器及静止补偿器，后三种装置又称为无功补偿 装置。 1. 发电机 发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率： 发电机在非额定功率因数下运行时可能发出的无功 功率。 图6-4 发电机的P-Q极限 （1）当发电机低于额定功率因数运行时，能增加 输出的无功功率，但发电机的视在功率因取决于 励磁电流不超过额定值的条件，将低于其额定值 。 （2）当发电机高于额定功率因数运行时，励磁电 流不再是限制条件，原动机的机械功率又成了限 制条件。 （3）发电机只有在额定电压、额定电流和额定功 率因数（即运行点C）下运行时视在功率才能达到 额定值，使其容量得到最充分的利用。 2. 同步调相机 同步调相机相当于空载运行的同步电动机。 在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率而起无功 电源的作用，能提高系统电压； 在欠励磁运行时（欠励磁最大容量只有过励磁容量的（ 50% 65%）)，它从系统吸取感性无功功率而起无功负荷 作用，可降低系统电压。 它能根据装设地点电压的数值平滑改变输出（或吸取） 的无功功率，进行电压调节。因而调节性能较好。 缺点： 同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂； 有功功率损耗较大，在满负荷时约为额定容量 的(1.55)%，容量越小，百分值越大； 小容量的调相机每kVA容量的投资费用也较大。 故同步调相机宜大容量集中使用，容量小于5MVA 的一般不装设。 同步调相机常安装在枢纽变电所 。 静电电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母 线上。它供给的无功功率QC值与所在节点电压的平方 成正比，即 缺点：电容器的无功功率调节性能比较差。 优点：静电电容器的装设容量可大可小，既可集中 使用，又可以分散安装。且电容器每单位容量的投 资费用较小，运行时功率损耗亦较小，维护也较方 便。 QC=U 2/XC 3. 静电电容器 静止补偿器由静电电容器与电抗器并联组成 电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率， 两者结合起来，再配以适当的调节装置，就能够平 滑地改变输出（或吸收）的无功功率。 4. 静止补偿器 图6-5 静止无功补偿器的原理图 (a)可控饱和电抗器型；(b)自饱和电抗器型； (c)可控硅控制电抗器型； (d) 可控硅控制电抗器和可控硅投切电容器组合型 三、无功功率平衡 电力系统无功功率平衡的基本要求：系统中的无 功电源可以发出的无功功率应该大于或至少等于 负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗。 Qres0表示系统中无功功率可以平衡且有适量的 备用； Qres0.95)或导线截面小的线 路，由于PR/V分量的比重大，串联补偿的调 压效果就很小。 补偿所需的容抗值XC和被补偿线路原来的感抗 值XL之比 kc=XC/XL 称为补偿度。在配电网络中以调压为目的的串联 电容补偿，其补偿度常接近于1或大于1。 电力线路采用串联电容补偿，也带来一些特殊问 题，因此作为改善电压质量的措施，串联电容器 只用于110kV以下电压等级、长度特别大或有冲击 负荷的架空分支线路上。 10kV及以下电压的架空 线路，由于RL/XL很大，所以使用串联电容补偿是 不经济和不合理的。 220kV以上电压等级的远距离输电线路中采用 串联电容补偿，其作用在于提高运行稳定性和输 电能力。 例67