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1、1第十章第十章 无功功率补偿与电压调整无功功率补偿与电压调整&一、电力系统的无功功率平衡一、电力系统的无功功率平衡 &二、电压调整的基本概念二、电压调整的基本概念 &三、电压调整的措施及应用三、电压调整的措施及应用21.无功电源无功电源 P281电力系统的主要无功电源发电机同步调相机电力电容器静止无功补偿器(5)静止无功发生器一、一、 电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡 3发电机发电机发电机在额定参数下运行时GNGNNGNNsintgQSP非额定功率因素下发电机的P-Q运行极限1）可发视在功率发电机额定视在功率；2）转子励磁电流励磁电流额定值（空载电势）；3）可发有功功率发电机额定有
2、功功率。4发电机的P-Q运行极限OA代表发电机额定电压； AC代表在发电机电抗Xd上引起的电压降,正比于定子额定电流，所以亦正比于发电机的额定视在正比于发电机的额定视在功率功率SGN ； AC在纵坐标和横坐标上的投影分别正比于发电机的额定有功功率PGN和额定无功功率QGN ；C点表示发电机的额定运行点；额定运行点； OC发电机电势，它正比于发电机的额定激磁电流额定激磁电流。 5 所受限制所受限制: :1 1、转子电流不能超过额定值、转子电流不能超过额定值 BCBC2 2、定子电流不能超过额定值、定子电流不能超过额定值 ECDECD3 3、可发有功功率的限制、可发有功功率的限制 HCHC分析分析
3、: : 在降低功率因数时在降低功率因数时，由于受条件，由于受条件1 1的的约束，无功功率的调节只能沿约束，无功功率的调节只能沿BCBC进进行。（发电机定子容量不能充分利行。（发电机定子容量不能充分利用）用） 在提高功率因数时，在提高功率因数时，由于受到条件由于受到条件3 3的约束，无功功率的调节只能沿的约束，无功功率的调节只能沿HCHC进行。（发电机定子、转子容量均进行。（发电机定子、转子容量均不能充分利用）不能充分利用） 只有只有在额定电压、额定电流和额定功率因数（即在额定电压、额定电流和额定功率因数（即C C点）运行点）运行发电机的视在功率才能达到额定值，其容也利用得最充分。发电机的视在功
4、率才能达到额定值，其容也利用得最充分。故实际运行于故实际运行于HCB6同步调相机同步调相机 相当于空载运行的同步电动机。相当于空载运行的同步电动机。同步调相机的特点同步调相机的特点过励磁运行可作无功电源运行；欠励磁运行可作无功负荷运行；可平滑无级地改变无功功率的大小和方向，达到调整系统运行电压的目的；运行维护较复杂，有功功率损耗较大；单位容量的投资费用较大；调相机容量一般不小于5Mvar,实际电力系统中，尽量集中安装在靠近负荷中心的枢纽变电所内。7电力电容器电力电容器22CCUQUCX电力电容器的特点电力电容器的特点运行维护方便； 有功功率损耗小； 单位容量投资小；既可集中安装，也可分散布置；
5、 无功功率调节性能差，输出无功功率受端电压影响较大； 无功功率的改变是靠投入或者切除电力电容器组实现。 最大负荷运行方式，全部投入；最小运行方式，部分或全部切除。只能阶跃式的调压。 8静止补偿器静止补偿器 （SVC）主要部件有：固定电容器(FC)， 晶闸管控制电抗器(TCR) 晶闸管投切电容器(TSC) 饱和电抗(SR)自饱和电抗器可控硅控制电抗器型 FC + TCRTSC+TCR9优点：优点：运行维护简单，功率损耗小，响应时间较短，对于冲击负荷有较强的适应性，TCR和TSC型还可以分相补偿，以适应不平衡的负荷变化。缺点：缺点：含TCR的静止补偿器需装设滤波器以消除高次谐波。105)静止无功发
6、生器静止无功发生器静止无功发生器的主体是一个电压源型逆变器。优点是响应速度更快，运行范围更宽，谐波电流含量更少，且电压较低时仍能相系统注入较大的无功电流。6)高压输电线路的充电功率高压输电线路的充电功率其充电功率与线路电压的平方成正比112、无功功率负荷和无功功率损耗、无功功率负荷和无功功率损耗（1）无功功率负荷mjXjXU0IIsR异步电机Q-U静态特性异步电动机的无功功率和电压的关系XIXUQQQmmM22122）变压器的无功功率损耗 22200%100100KLTTTTNNIUSSQQQU BXSUS 1）输电线路中的无功功率损耗2222111221()2LBLPQBQQXUUU（2）无
7、功功率损耗）无功功率损耗133.系统的无功功率平衡系统的无功功率平衡 GCLDQQQ我国关于负荷功率因数的规定我国关于负荷功率因数的规定35kV及以上电压等级直接供电的工业负荷和装有带负荷调压的用户，功率因数不低于0.95； 其它用户的功率因数不低于0.9； 趸售和农业用户功率因数不低于0.8。144.无功功率平衡和电压水平的关系无功功率平衡和电压水平的关系.ULjXdjXP jQ.I.EjX.I.jI X.U.E15电力系统电压静态特性发电机电压静态特性异步电机Q-U静态特性16二、电压调整的基本概念二、电压调整的基本概念（1）我国规定的电压偏移范围）我国规定的电压偏移范围 35kV及以上供
8、电电压： 5% 10kV及以下三相供电电压： 7%220kV单相供电电压： +5%-10% 农村电网 正常运行情况： +7.5%-10% 事故运行情况： +10%-15% 17（2）中枢点的电压管理）中枢点的电压管理 1）电压中枢点）电压中枢点 对电力系统电压进行监视、控制和调整的主要的供电点。 2）电压中枢点的选择）电压中枢点的选择 区域性发电厂的高压母线； 枢纽变电所的高压母线和二次母线； 有大量地方负荷的发电机电压母线； 城市直降变电所的二次母线。 18 顺调压顺调压 最大负荷运行方式时，中枢点的电压不应低于线路额定电压的102.5%； 最小负荷运行方式时，中枢点的电压不应高于线路额定电
9、压的107.5%。3）中枢点电压的调整方式）中枢点电压的调整方式19逆调压逆调压最大负荷运行方式时，中枢点的电压要比线路额定电压高5% ；最小负荷运行方式时，中枢点的电压要等于线路额定电压。 恒调压恒调压 最大和最小负荷方式时保持中枢点电压为线路额定电压的1.021.05倍。20（4）电压调整的基本原理）电压调整的基本原理CUU2kG1T2T1kR jXlP jQ2121/ )(kUQXPRkUkUkUUNGG电压调整措施：电压调整措施：改变发电机的励磁电流调压；改变变压器的变比调压；改变网络的无功功率分布调压；改变网络的参数调压。21三三. . 调压措施及应用调压措施及应用1.发电机调压发电
10、机调压在直接用机压母线供电的小型系统中，改变发电机的励磁电流可实现逆调压，是一种最经济、最直接的调压手段。 在多级电压供电系统中，发电机调压只能作为一种辅助调压措施。222、改变变压器分接头的调压方法、改变变压器分接头的调压方法5%2.5%主抽头2.5%5%231KV225.5KV220KV214.5KV209KV11KV5%2.5%主抽头2.5%5%254KV248KV242KV236KV230KV10.5KV23降压变压器分接头的选择降压变压器分接头的选择 降压变压器示意图1U2UTTjXR jQP24最大负荷时分接头电压的计算1maxTmax1tmax2N2maxUUUUU最小负荷时分接
11、头电压的计算1minTmin1tmin2N2minUUUUU应用步骤：应用步骤：25分接头电压的平均值计算 1tav1tmax1tmin12UUU标准分接头电压的选择 1t01tavUU26最大、最小负荷时变压器低压侧实际运行电压的校验1maxTmax2max2N1 0tUUUUU1minTmin2min2N1 0tUUUUU27升压变压器分接头的选择升压变压器分接头的选择 1maxT max1tmax2N2maxUUUUU 1minTmin1tmin2N2minUUUUU 两点差异：U2N取值；“”号变“”号。28（3 3）普通三绕组变压器分接头的选择）普通三绕组变压器分接头的选择 以高压侧
12、有电源的三绕组降压变压器讨论其分接头电压的选择：先选择高压侧分接头电压；再选择低压侧分接头电压。1T131t3N31t2t21T12UUUUUUUUUU 291)有载调压变压器的类型(4)(4)有载调压变压器分接头的选择有载调压变压器分接头的选择30低压绕组1aK23456798高压主绕组bKaKMaKMaob调压绕组出线端切换装置L31计算最大负荷时的Ultmax； 计算最小负荷时的Ultmin ；分别选择最大、最小负荷时的标准分接头电压；按照调压要求校验所选分接头电压是否满足要求。2)2)有载调压变压器的分接头计算步骤有载调压变压器的分接头计算步骤注意：在无功不足的电力系统中，不宜采用改变
13、 变比调压。32333 3、利用无功补偿调压、利用无功补偿调压T21klA22PjQCjQRjXAU2U34 求出无功补偿容量求出无功补偿容量QCQC为为: :2C2222C2C22C2UP RQ XP RQ XQUUXUU2CC2C2UQUUX降压变压器的变比降压变压器的变比 1t2NUkU22C2C2CUUQUkXk35高压侧的分接头电压应为 2min1tmin2N2minUUUU选最接近Ultmin的标准分接头电压为Ult0电力电容器容量的选择电力电容器容量的选择变压器的实际变比01t02 NkUU36应装设的电容器容量22Cmax2maxC2Cmax00UUQUkXk37最大负荷过激运
14、行时的调相机容量 22Cmax2maxC2CmaxUUQUkXk最小负荷欠激运行时的调相机容量 22Cmin2minC2Cmin(0.5 0.65)UUQUkXk同步调相机容量的选择同步调相机容量的选择38确定变压器的计算变比为 2Cmin2min2Cmax2max222Cmax2Cmin0.5 0.650.5 0.65UUUUkUU确定变压器分接头电压 1t2NUkU选最接近Ult的标准分接头电压Ult0。01t02NkUU39按实际变比确定调相机容量按实际变比确定调相机容量 22Cmax2maxC2Cmax00UUQUkXk40无功补偿装置都可连接于需要进行无功补偿的变电所或直流输电换流站
15、的母线上； 负荷密集的供电中心集中安装大、中型无功补偿设备； 配电网中，根据无功功率就地平衡的原则，安装中、小型电容器组进行就地补偿。 4 4）无功补偿装置与电力网的连接）无功补偿装置与电力网的连接 41我国的电力技术导则规定：我国的电力技术导则规定：330550kV电网应按无功分层就地平衡的基本要求配置高、低压并联电抗器。一般情况下，并联电抗器的总容量应达到超高压线路充电功率的90以上。较低电压等级的配电网络要配置必要的并联电容补偿。42电压损耗计算公式电压损耗计算公式 UQXPRU四、改变电力网参数调压四、改变电力网参数调压改变网络参数的常用方法 按允许电压损耗选择合适的地方网导线截面； 在不降低供电可靠性的前提下改变电力系统的运行方式； 在高压电力网中串联电容器补偿。43（1 1）串联电容器补偿）串联电容器补偿22PjQ2l11R jX( ) a图 543 串联电容器补偿原理(a) 串联电容前； (b) 串联电容后C1()CR j XX( ) b2l122PjQ44串联电容器个数的选择串联电容器个数的选择1mnCImaxmaxnCCNCnUIXmII45串补能自动跟踪负荷调压；串补多用于负荷经常波动、功率因数不高的35kV及以下电压的配电网中；串联电容器的安装地点与负荷、电源的分布有关； 超高压电网中串联电容补偿主要用于提高高压电力网的输送容量和稳定性。 说明说明