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1、第六章电力系统无功功率和电压调整第1页，共26页，编辑于2022年，星期三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。电力系统一般规定一个电压偏移的最大允许范围电力系统一般规定一个电压偏移的最大允许范围.一、电压调整的必要性第2
2、页，共26页，编辑于2022年，星期三l35kV35kV及以上电压供电负荷及以上电压供电负荷:5%:5%l10kV10kV及以下电压供电负荷及以下电压供电负荷:7%:7%l低压照明负荷低压照明负荷:+5%:+5%-10%-10%l农村电网农村电网:+7.5%:+7.5%-10%-10%我国规定的允许电压偏移我国规定的允许电压偏移第3页，共26页，编辑于2022年，星期三图图6-1 6-1 等值电路和相量图等值电路和相量图 二、无功功率和电压的关系 例例:隐极机经过一段线路向负荷供电隐极机经过一段线路向负荷供电第4页，共26页，编辑于2022年，星期三 当当P P为一定值时，得为一定值时，得 第
3、5页，共26页，编辑于2022年，星期三应该力求实现在额定电压下的系统无功功率平衡。应该力求实现在额定电压下的系统无功功率平衡。图图6-2 6-2 无功平衡与电压水平无功平衡与电压水平 负荷无功负荷无功发电机无功发电机无功第6页，共26页，编辑于2022年，星期三三、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、静静电电电容器电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：第7页，共26页，编辑于202
4、2年，星期三2.2.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功功率而起无功电运行时，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；源的作用，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，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。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）的无功功它能根据装设地点电压的数值平滑改变输
5、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。第8页，共26页，编辑于2022年，星期三缺点：缺点：同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂；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。故同也较大。故同步调相机宜大容量集中使用，容量小于步调相机宜大容量集中使用，容量小于5MVA5MVA的一般不装的一般不装设。设。同步调
6、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 。第9页，共26页，编辑于2022年，星期三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，即比，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，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
7、较方便。用较小，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第10页，共26页，编辑于2022年，星期三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变输输出（或吸收）的无功功率。出（或吸收）的无功功率。4.静止补偿器静止补偿器第11页，共26页，编辑于2022年，星期三图图6-5 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；(
8、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第12页，共26页，编辑于2022年，星期三四、无功功率平衡四、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衡的基本要求：系统中的无功电源：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。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表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用；用；Q Qresres00表示系统中无功功率不足，应考虑加设无功表示系统中无功功率不足
9、，应考虑加设无功补偿装置。补偿装置。第13页，共26页，编辑于2022年，星期三五、电力系统的电压调整1造成电压偏移的原因造成电压偏移的原因（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）无功不足或过剩）无功不足或过剩 一、电力系统电压偏移的原因及影响第14页，共26页，编辑于2022年，星期三2 2电压偏移的影响电压偏移的影响 （1 1）电压偏移，效率下降，经济性变差。）电压偏移，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
10、低，电机发热。（4 4）系统电压崩溃。）系统电压崩溃。第15页，共26页，编辑于2022年，星期三图图6-6“电压崩溃电压崩溃”现象现象 第16页，共26页，编辑于2022年，星期三六、中枢点的电压管理电压中枢点：电压中枢点：指那些能够反映和控制整个系统电压水指那些能够反映和控制整个系统电压水平的节点（母线）。平的节点（母线）。1电压中枢点的选择电压中枢点的选择（1 1）大型发电厂的高压母线；）大型发电厂的高压母线；（2 2）枢纽变电所的二次母线；）枢纽变电所的二次母线；（3 3）有大量地方性负荷的发电厂母线。）有大量地方性负荷的发电厂母线。一般可选择下列母线作为电压中枢点：一般可选择下列母线
11、作为电压中枢点：第17页，共26页，编辑于2022年，星期三图图6-7 6-7 电力系统的电压中枢点电力系统的电压中枢点 例：中枢点中枢点中枢点中枢点第18页，共26页，编辑于2022年，星期三3 3中枢点电压调整的方式中枢点电压调整的方式 中枢点电压调整方式一般分为三类：中枢点电压调整方式一般分为三类：逆调压逆调压、顺调压顺调压和和常调压常调压。(1)(1)逆逆调调压压：指指在在电电压压允允许许偏偏移移范范围围内内，供供电电电电压压的的调调整整使使在在电电网高峰负荷时的电压值高于电网低谷负荷时的电压值。网高峰负荷时的电压值高于电网低谷负荷时的电压值。最最大大负负荷荷时时升升高高电电压压，但但
12、不不超超过过线线路路额额定定电电压压的的105%105%，即即1.051.05V VN N；最小负荷时最小负荷时降低电压，但不低于线路的额定电压，即降低电压，但不低于线路的额定电压，即1.01.0V VN N。适适用用于于：中中枢枢点点至至各各负负荷荷点点的的线线路路较较长长，各各负负荷荷变变化化规规律律大大致致相相同、且变化幅度较大的情况。同、且变化幅度较大的情况。第19页，共26页，编辑于2022年，星期三最最大大负负荷荷时时降降低低电电压压，但但不不低低于于线线路路额额定定电电压压的的2.5%2.5%，即即1.0251.025V VN N；最最小小负负荷荷时时升升高高电电压压，但但不不超
13、超过过线线路路额额定定电电压压的的7.5%7.5%，即即1.0751.075V VN N。适适用用于于：负负荷荷变变动动很很小小、线线路路损损耗耗也也小小，或或者者用用户户处处电电压压偏移允许较大的情况。偏移允许较大的情况。(3)常调压常调压电电压压保保持持在在较较线线路路额额定定电电压压高高2%2%5%5%的的数数值值，即即(1.02(1.02 1.05)1.05)V VN N，不随负荷变化来调整中枢点的电压。不随负荷变化来调整中枢点的电压。适用于：负荷变动较小的情况。适用于：负荷变动较小的情况。(2)顺调压顺调压第20页，共26页，编辑于2022年，星期三 在电力系统中选定某些枢纽点作为电
14、压监视点，以监视全系统的电在电力系统中选定某些枢纽点作为电压监视点，以监视全系统的电压，这些监视点就是电压中枢点。一般地区负荷较大的发电厂和中枢压，这些监视点就是电压中枢点。一般地区负荷较大的发电厂和中枢变电站的母线常选定为电压中枢点。变电站的母线常选定为电压中枢点。考虑到高峰负荷时供电线路上电压损耗大，将中枢点电压适当考虑到高峰负荷时供电线路上电压损耗大，将中枢点电压适当升高以抵消部分甚至全部损耗的电压损耗的增大；低谷负荷时供升高以抵消部分甚至全部损耗的电压损耗的增大；低谷负荷时供电线路上电压损耗小，将中枢点电压适当降低以补偿部分甚至全电线路上电压损耗小，将中枢点电压适当降低以补偿部分甚至全
15、部电压损耗的减少，有可能满足负荷对电压质量的要求，这种调部电压损耗的减少，有可能满足负荷对电压质量的要求，这种调压方式叫逆调压。压方式叫逆调压。对于供电线路长，负荷变动大的中枢点往往采用这种调压方式。顺对于供电线路长，负荷变动大的中枢点往往采用这种调压方式。顺调压就是高峰负荷时允许中枢点电压略低；低谷负荷时，允许中枢点调压就是高峰负荷时允许中枢点电压略低；低谷负荷时，允许中枢点电压略高。对供电线路不长，负荷变动不大的中枢点，常采用这种调电压略高。对供电线路不长，负荷变动不大的中枢点，常采用这种调压方式。压方式。在任何情况下都保持中枢点电压为一基本不变的数值叫常调压方式。在任何情况下都保持中枢点
16、电压为一基本不变的数值叫常调压方式。第21页，共26页，编辑于2022年，星期三以10kV母线为例逆调压：逆调压：最大负荷时要求母线电压为最大负荷时要求母线电压为10.5kV（1.05Un)，最小负荷时，最小负荷时要求母线电压为要求母线电压为10kV（1.0Un)恒调压：恒调压：最大负荷及最小负荷要求母线电压常数（常数为最大负荷及最小负荷要求母线电压常数（常数为10.5kV（1.05Un)左右）左右）顺调压：顺调压：最大负荷时要求母线电压不低于最大负荷时要求母线电压不低于10.25kV（1.025Un)，最小，最小负荷时要求母线电压不高于负荷时要求母线电压不高于10.75kV（1.075Un)
17、。要达到逆调压通常需要装设有载调压变压器或者同步调相机等贵重要达到逆调压通常需要装设有载调压变压器或者同步调相机等贵重调压设备。调压设备。要达到恒调压通常需要通过选择变压器分接头和装设电力电容器。要达到恒调压通常需要通过选择变压器分接头和装设电力电容器。通过选择变压器分接头通常能达到顺调压的要求。通过选择变压器分接头通常能达到顺调压的要求。第22页，共26页，编辑于2022年，星期三七、电力系统的电压调整1电压调整的基本原理电压调整的基本原理 图图5-20 5-20 电压调整原理图电压调整原理图 第23页，共26页，编辑于2022年，星期三（1 1）调节发电机励磁电流以）调节发电机励磁电流以改
18、变发电机机端电压改变发电机机端电压V VG G；（2 2）改变变压器的变比改变变压器的变比k k1 1、k k2 2；（3 3）改变功率分布改变功率分布P+jQP+jQ（主要是（主要是Q Q），使电压损耗），使电压损耗V V 变化；变化；（4 4）改变网络参数改变网络参数R+jXR+jX（主要是（主要是X X），改变电压损耗），改变电压损耗 V V。电压调整的措施：电压调整的措施：第24页，共26页，编辑于2022年，星期三（六）、线路串联电容补偿改善电压质量 未加串联电容前未加串联电容前串联了容抗串联了容抗X XC C后后 第25页，共26页，编辑于2022年，星期三 因此，根据线路末端电压需要提高的数值因此，根据线路末端电压需要提高的数值（V-Vc），就可求得需要补偿的电容器的容抗值就可求得需要补偿的电容器的容抗值X XC C。第26页，共26页，编辑于2022年，星期三