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1、电力系统无功功率和电压调整本讲稿第一页，共七十四页电压偏移过大对电压偏移过大对电力系统本身电力系统本身以及以及用电设备用电设备会带来不良的影响。会带来不良的影响。（1 1）效率下降，经济性变差。）效率下降，经济性变差。（2 2）电压过高，照明设备寿命下降，影响绝缘。）电压过高，照明设备寿命下降，影响绝缘。（3 3）电压过低，电机发热。）电压过低，电机发热。（4 4）系统电压崩溃）系统电压崩溃不可能使所有节点电压都保持为额定值。不可能使所有节点电压都保持为额定值。（1 1）设备及线路压降）设备及线路压降（2 2）负荷波动）负荷波动（3 3）运行方式改变）运行方式改变（4 4）无功不足）无功不足
2、电电力力系系统统一一般般规规定定一一个个电电压压偏偏移移的的最最大大允允许许范范围围，例例如如:35kV:35kV及及以以上上供供电电电电压压正正负负偏偏移移的的绝绝对对值值之之和和不不超超过过10%;10kV10%;10kV及以下在及以下在7%7%以内。以内。第一节 电压调整的必要性本讲稿第二页，共七十四页 图图5-1 5-1 沿线路各点电压的变化沿线路各点电压的变化 本讲稿第三页，共七十四页第二节 电力系统的无功功率平衡 电压是衡量电压是衡量电能质量电能质量的重要指标。的重要指标。电力系统的电力系统的运行电压水平运行电压水平取决于取决于无功功率的平衡无功功率的平衡。系统中各种无功电源的无功
3、出力应能满足系统负荷和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网络损耗在额定电压下在额定电压下对无功功率的需求，否则电压就对无功功率的需求，否则电压就会偏离额定值。会偏离额定值。本讲稿第四页，共七十四页1无功功率负荷无功功率负荷 一、无功功率负荷和无功功率损耗异步电动机异步电动机图图5-2 5-2 异步电动机的简化等值电路异步电动机的简化等值电路 jX电压下降电压下降,转差增转差增大大,定子电流增大定子电流增大.本讲稿第五页，共七十四页 图图5-3 5-3 异步电动机的无功功率与端电压的关系异步电动机的无功功率与端电压的关系 受载系数受载系数:实际负载和额定负载之比实际负载和额定
4、负载之比.在额定电压附近，电动机在额定电压附近，电动机的无功功率随电压的升降的无功功率随电压的升降而增减而增减本讲稿第六页，共七十四页2变压器的无功损耗变压器的无功损耗假定一台变压器的空载电流假定一台变压器的空载电流I I0 0%=2.5%=2.5，短路电压，短路电压V VS S%=10.5%=10.5，在额，在额定满载下运行时，无功功率的消耗将达额定容量的定满载下运行时，无功功率的消耗将达额定容量的13%13%。如果从。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。值是相当可观的。本讲稿第七页，共七十四页
5、3输电线路的无功损耗输电线路的无功损耗图图5-4 输电线路的输电线路的型等值电路型等值电路 本讲稿第八页，共七十四页 线路的无功总损耗为线路的无功总损耗为一般情况下，一般情况下，35kV35kV及以下系统消耗无功功率；及以下系统消耗无功功率；110kV110kV及及以上系统，轻载或空载时，成为无功电源，传输功率较以上系统，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。大时，消耗无功功率。本讲稿第九页，共七十四页二、无功功率电源电电力力系系统统的的无无功功功功率率电电源源有有发发电电机机、同同步步调调相相机机、静静电电电电容器容器及及静止补偿器静止补偿器，后三种装置又称为，后三种装置
6、又称为无功补偿装置无功补偿装置。1.发电机发电机发电机在发电机在额定状态下额定状态下运行时，可发出无功功率：运行时，可发出无功功率：本讲稿第十页，共七十四页发电机在发电机在非额定功率因数下非额定功率因数下运行时可能发出的无功功率。运行时可能发出的无功功率。图图5-5 5-5 发电机的发电机的P-QP-Q极限极限 本讲稿第十一页，共七十四页（1 1）当发电机低于额定功率因数运行时当发电机低于额定功率因数运行时，能增加输，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。电流不超过额定值的条件，将低于其额定值。（
7、2 2）当发电机高于额定功率因数运行时当发电机高于额定功率因数运行时，励磁电流不，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。再是限制条件，原动机的机械功率又成了限制条件。（3 3）发电机只有在额定电压、额定电流和额定功率因）发电机只有在额定电压、额定电流和额定功率因数（即运行点数（即运行点C C）下运行时视在功率才能达到额定值，）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。使其容量得到最充分的利用。本讲稿第十二页，共七十四页2.2.同步调相机同步调相机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。在在过励磁过励磁运行时，它向系统供给感性无
8、功功率而起无功电源的作用，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；能提高系统电压；在在欠励磁欠励磁运行时（欠励磁最大容量只有过励磁容量的（运行时（欠励磁最大容量只有过励磁容量的（50%50%65%65%）)，它从系统吸取感性无功功率而起无功负荷作用，可，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。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。因而率，进行电压调节。因而调节性能较好调节性能较好。本讲稿第十三页，共七十四页缺点：缺点：同步调相机是旋转机械，运行
9、维护比较复杂；同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂；有功功率损耗有功功率损耗较大，在满负荷时约为额定容量的较大，在满负荷时约为额定容量的(1.5(1.5 5)%5)%，容量越小，百分值越大；，容量越小，百分值越大；小容量的调相机每小容量的调相机每kVAkVA容量的容量的投资费用投资费用也较大。故也较大。故同步调相机宜大容量集中使用，容量小于同步调相机宜大容量集中使用，容量小于5MVA5MVA的一般的一般不装设。不装设。同步调相机常安装在枢纽变电所同步调相机常安装在枢纽变电所 。本讲稿第十四页，共七十四页静静电电电电容容器器可可按按三三角角形形和和星星形形接接法法连连接接在在变变电电所所母母线
10、线上上。它它供供给给的的无无功功功功率率Q QC C值值与与所所在在节节点点电电压压的的平平方方成成正正比比，即即 缺点：缺点：电容器的无功功率调节性能比较差。电容器的无功功率调节性能比较差。优点：优点：静电电容器的装设容量可大可小，既可集中使用，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，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。运行时功率损耗亦较小，维护也较方便。QC=V 2/XC3.静电电容器静电电容器本讲稿第十五页，共七十四页静止补偿器由静止补偿器由静电电容器静电电容器与与电抗器电抗器并联组成
11、并联组成电电容容器器可可发发出出无无功功功功率率，电电抗抗器器可可吸吸收收无无功功功功率率，两两者者结结合合起起来来，再再配配以以适适当当的的调调节节装装置置，就就能能够够平平滑滑地地改改变输出（或吸收）的无功功率。变输出（或吸收）的无功功率。4.静止补偿器静止补偿器本讲稿第十六页，共七十四页图图5-6 静止无功补偿器的原理图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本讲稿第十七页，共七十四页本讲稿第十八页，共七十四页三、无功功率平衡三、无功功率平衡电力系统无功功率平衡的基本要求电力系统无功功率平
12、衡的基本要求：系统中的无功：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。所需的无功功率和网络中的无功损耗。Q Qresres00表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用；表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用；Q Qresres00.95)(cos0.95)或导线截面小的线路，由于或导线截面小的线路，由于PR/VPR/V分量分量的比重大，串联补偿的调压效果就很小。的比重大，串联补偿的调压效果就很小。本讲稿第六十八页，共七十四页补偿所需的容抗值补偿所需的容抗值X XC C和被补偿线路原来的感抗值和被补偿线
13、路原来的感抗值X XL L之比之比kc=XC/XL称为称为补偿度补偿度。在配电网络中以调压为目的的串联电容。在配电网络中以调压为目的的串联电容补偿，其补偿度常接近于补偿，其补偿度常接近于1 1或大于或大于1 1。本讲稿第六十九页，共七十四页电电力力线线路路采采用用串串联联电电容容补补偿偿，也也带带来来一一些些特特殊殊问问题题，因因此此作作为为改改善善电电压压质质量量的的措措施施，串串联联电电容容器器只只用用于于110kV110kV以以下下电电压压等等级级、长长度度特特别别大大或或有有冲冲击击负负荷荷的的架架空空分分支支线线路路上上。10kV10kV及及以以下下电电压压的的架架空空线线路路，由由
14、于于R RL L/X XL L很很大大，所以使用串联电容补偿是不经济和不合理的。所以使用串联电容补偿是不经济和不合理的。220kV 220kV以上电压等级的远距离输电线路中采用串联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。电容补偿，其作用在于提高运行稳定性和输电能力。例例57本讲稿第七十页，共七十四页4.5 4.5 电力系统无功功率的最优分配电力系统无功功率的最优分配一、无功负荷的最优分配一、无功负荷的最优分配1、等网损微增率准则、等网损微增率准则无功经济分布的无功经济分布的目标目标：在有功负荷分布已确定的前：在有功负荷分布已确定的前提下，调整无功电源
15、之间的负荷分布，使有功网损提下，调整无功电源之间的负荷分布，使有功网损达到最小。达到最小。网络的有功网损可表示为节点注入功率的函数网络的有功网损可表示为节点注入功率的函数本讲稿第七十一页，共七十四页无功负荷经济分配的数学表达无功负荷经济分配的数学表达约束条件：约束条件：目标函数目标函数PL最小：最小：本讲稿第七十二页，共七十四页用拉格朗日乘数法求解用拉格朗日乘数法求解构造拉格朗日函数构造拉格朗日函数分别对分别对QGi和和求导并令其等于求导并令其等于0 0本讲稿第七十三页，共七十四页由上式可得无功功率经济分配的条件由上式可得无功功率经济分配的条件有功网损对无功电源的微增率无功网损对无功电源的微增率无功网损修正系数例例58本讲稿第七十四页，共七十四页