電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)課件-06電力系統(tǒng)的無(wú)功功率與電壓調(diào)整

1、第六章 電力系統(tǒng)的無(wú)功功率與電壓調(diào)整本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：1 1、無(wú)功負(fù)荷和無(wú)功電源及無(wú)功功率平衡無(wú)功負(fù)荷和無(wú)功電源及無(wú)功功率平衡 3、電壓的調(diào)整、電壓的調(diào)整2、無(wú)功功率的經(jīng)濟(jì)分布、無(wú)功功率的經(jīng)濟(jì)分布: :無(wú)功電源的最優(yōu)分布無(wú)功電源的最優(yōu)分布；無(wú)功負(fù)荷的最優(yōu)補(bǔ)償；無(wú)功負(fù)荷的最優(yōu)補(bǔ)償 頻率調(diào)整和電壓調(diào)整的相同和不同之處頻率調(diào)整和電壓調(diào)整的相同和不同之處調(diào)頻調(diào)頻頻率唯一頻率唯一集中調(diào)整集中調(diào)整只能調(diào)原動(dòng)機(jī)功率只能調(diào)原動(dòng)機(jī)功率調(diào)壓調(diào)壓電壓水平各點(diǎn)不同電壓水平各點(diǎn)不同調(diào)整分散調(diào)整分散手段多樣（有多種無(wú)功電源）手段多樣（有多種無(wú)功電源）由上可以看出：維持電壓穩(wěn)定，應(yīng)該盡量減少無(wú)由上可以看出：維持電

2、壓穩(wěn)定，應(yīng)該盡量減少無(wú)功的傳輸，采取就地平衡。功的傳輸，采取就地平衡。 分析無(wú)功功率和電壓分布之間的關(guān)系分析無(wú)功功率和電壓分布之間的關(guān)系無(wú)功損耗無(wú)功損耗 有功損耗有功損耗; ;UQXPRU 電壓降受無(wú)功功率的影響較大電壓降受無(wú)功功率的影響較大; ;無(wú)功功率的流動(dòng)從無(wú)功功率的流動(dòng)從UhUL第一節(jié) 電力系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡 電壓是衡量電壓是衡量電能質(zhì)量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)。的重要指標(biāo)。 電力系統(tǒng)的電力系統(tǒng)的運(yùn)行電壓水平運(yùn)行電壓水平取決于取決于無(wú)功功率的平衡無(wú)功功率的平衡。系統(tǒng)中各種無(wú)功電源的無(wú)功出力應(yīng)能滿足系統(tǒng)負(fù)荷系統(tǒng)中各種無(wú)功電源的無(wú)功出力應(yīng)能滿足系統(tǒng)負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)損耗和網(wǎng)絡(luò)損耗在額定電壓下在額定電壓下

3、對(duì)無(wú)功功率的需求，否則對(duì)無(wú)功功率的需求，否則電壓就會(huì)偏離額定值。電壓就會(huì)偏離額定值。 1無(wú)功功率負(fù)荷無(wú)功功率負(fù)荷 22MmmUQQQI XX 一、無(wú)功功率負(fù)荷和無(wú)功功率損耗異步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)圖圖6-1 6-1 異步電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)化等值電路異步電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)化等值電路 jX電壓下降電壓下降, ,轉(zhuǎn)差轉(zhuǎn)差增大增大, ,定子電流定子電流增大增大. . 圖圖6-2 6-2 異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功功率與端電壓的關(guān)系異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功功率與端電壓的關(guān)系 受載系數(shù)受載系數(shù): :實(shí)際負(fù)載和額定負(fù)載之比實(shí)際負(fù)載和額定負(fù)載之比. .在額定電壓附近，電動(dòng)在額定電壓附近，電動(dòng)機(jī)的無(wú)功功率隨電壓的機(jī)的無(wú)功功率隨電壓的升降而增減升降而

4、增減2變壓器的無(wú)功損耗變壓器的無(wú)功損耗220220%100100LTTTTkNNNSQQQU BXUIUSUSSU 假定一臺(tái)變壓器的空載電流假定一臺(tái)變壓器的空載電流I I0 0%=2.5%=2.5，短路電壓，短路電壓U Uk k%=10.5%=10.5，在額定滿載下運(yùn)行時(shí)，無(wú)功功率的消耗將達(dá)額定容量的在額定滿載下運(yùn)行時(shí)，無(wú)功功率的消耗將達(dá)額定容量的13%13%。如果從電源到用戶需要經(jīng)過(guò)好幾級(jí)變壓，則變壓器中無(wú)功如果從電源到用戶需要經(jīng)過(guò)好幾級(jí)變壓，則變壓器中無(wú)功功率損耗的數(shù)值是相當(dāng)可觀的。功率損耗的數(shù)值是相當(dāng)可觀的。3輸電線路的無(wú)功損輸電線路的無(wú)功損耗耗圖圖6-3 輸電線路的輸電線路的型等值電路

5、型等值電路 222211222212LPQPQQXXUU 2212()2BBQUU 線路的無(wú)功總損耗為線路的無(wú)功總損耗為22221112212LBPQUUQQXBU 一般情況下，一般情況下，35kV35kV及以下系統(tǒng)消耗無(wú)功功率；及以下系統(tǒng)消耗無(wú)功功率；110kV110kV及以上系統(tǒng)，輕載或空載時(shí)，成為無(wú)功電源，及以上系統(tǒng)，輕載或空載時(shí)，成為無(wú)功電源，傳輸功率較大時(shí)，消耗無(wú)功功率。傳輸功率較大時(shí)，消耗無(wú)功功率。二、無(wú)功功率電源電力系統(tǒng)的無(wú)功功率電源有電力系統(tǒng)的無(wú)功功率電源有發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)、同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)、靜靜電電容器電電容器及及靜止補(bǔ)償器靜止補(bǔ)償器，后三種裝置又稱為，后三種裝置又稱為無(wú)功補(bǔ)

6、償無(wú)功補(bǔ)償裝置裝置。1. 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)在發(fā)電機(jī)在額定狀態(tài)下額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，可發(fā)出無(wú)功功率：運(yùn)行時(shí)，可發(fā)出無(wú)功功率： NGNNGNGNtgPSQ sin發(fā)電機(jī)在發(fā)電機(jī)在非額定功率因數(shù)下非額定功率因數(shù)下運(yùn)行時(shí)可能發(fā)出的無(wú)功運(yùn)行時(shí)可能發(fā)出的無(wú)功功率。功率。圖圖6-4 6-4 發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的P-QP-Q極限極限 （1 1）當(dāng)發(fā)電機(jī)低于額定功率因數(shù)運(yùn)行時(shí)當(dāng)發(fā)電機(jī)低于額定功率因數(shù)運(yùn)行時(shí)，能增加，能增加輸出的無(wú)功功率，但發(fā)電機(jī)的視在功率因取決于輸出的無(wú)功功率，但發(fā)電機(jī)的視在功率因取決于勵(lì)磁電流不超過(guò)額定值的條件，將低于其額定值。勵(lì)磁電流不超過(guò)額定值的條件，將低于其額定值。（2 2）當(dāng)發(fā)電機(jī)高于額定

7、功率因數(shù)運(yùn)行時(shí)當(dāng)發(fā)電機(jī)高于額定功率因數(shù)運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁電，勵(lì)磁電流不再是限制條件，原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率又成了限流不再是限制條件，原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率又成了限制條件。制條件。（3 3）發(fā)電機(jī)只有在額定電壓、額定電流和額定功）發(fā)電機(jī)只有在額定電壓、額定電流和額定功率因數(shù)（即運(yùn)行點(diǎn)率因數(shù)（即運(yùn)行點(diǎn)C C）下運(yùn)行時(shí)視在功率才能達(dá)到）下運(yùn)行時(shí)視在功率才能達(dá)到額定值，使其容量得到最充分的利用。額定值，使其容量得到最充分的利用。2. 2. 同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)相當(dāng)于空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)。在在過(guò)勵(lì)磁過(guò)勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)，它向系統(tǒng)供給感性無(wú)功功率而起無(wú)功運(yùn)行時(shí)，它向系統(tǒng)供給感性無(wú)功功率

8、而起無(wú)功電源的作用，能提高系統(tǒng)電壓；電源的作用，能提高系統(tǒng)電壓；在在欠勵(lì)磁欠勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)（欠勵(lì)磁最大容量只有過(guò)勵(lì)磁容量的運(yùn)行時(shí)（欠勵(lì)磁最大容量只有過(guò)勵(lì)磁容量的（50% 50% 65%65%）) )，它從系統(tǒng)吸取感性無(wú)功功率而起無(wú)功負(fù)，它從系統(tǒng)吸取感性無(wú)功功率而起無(wú)功負(fù)荷作用，可降低系統(tǒng)電壓。荷作用，可降低系統(tǒng)電壓。它能根據(jù)裝設(shè)地點(diǎn)電壓的數(shù)值平滑改變輸出（或吸?。┧芨鶕?jù)裝設(shè)地點(diǎn)電壓的數(shù)值平滑改變輸出（或吸?。┑臒o(wú)功功率，進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。因而的無(wú)功功率，進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。因而調(diào)節(jié)性能較好調(diào)節(jié)性能較好。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：同步調(diào)相機(jī)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械，運(yùn)行維護(hù)比較復(fù)雜；同步調(diào)相機(jī)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械，運(yùn)行維護(hù)比較復(fù)雜；有功功率損

9、耗有功功率損耗較大，在滿負(fù)荷時(shí)約為額定容量較大，在滿負(fù)荷時(shí)約為額定容量的的(1.5(1.5 5)%5)%，容量越小，百分值越大；，容量越小，百分值越大；小容量的調(diào)相機(jī)每小容量的調(diào)相機(jī)每kVAkVA容量的容量的投資費(fèi)用投資費(fèi)用也較大。也較大。故同步調(diào)相機(jī)宜大容量集中使用，容量小于故同步調(diào)相機(jī)宜大容量集中使用，容量小于5MVA5MVA的一般不裝設(shè)。的一般不裝設(shè)。同步調(diào)相機(jī)常安裝在樞紐變電所同步調(diào)相機(jī)常安裝在樞紐變電所 。 靜電電容器可按靜電電容器可按三角形三角形和和星形接法星形接法連接在變電所連接在變電所母線上。它供給的無(wú)功功率母線上。它供給的無(wú)功功率Q QC C值與所在節(jié)點(diǎn)電壓的值與所在節(jié)點(diǎn)電壓

10、的平方成正比，即平方成正比，即 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：電容器的無(wú)功功率調(diào)節(jié)性能比較差。電容器的無(wú)功功率調(diào)節(jié)性能比較差。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：靜電電容器的裝設(shè)容量可大可小，既可集靜電電容器的裝設(shè)容量可大可小，既可集中使用，又可以分散安裝。且電容器每單位容量的中使用，又可以分散安裝。且電容器每單位容量的投資費(fèi)用較小，運(yùn)行時(shí)功率損耗亦較小，維護(hù)也較投資費(fèi)用較小，運(yùn)行時(shí)功率損耗亦較小，維護(hù)也較方便。方便。QC=U 2/XC3. 靜電電容器靜電電容器靜止補(bǔ)償器由靜止補(bǔ)償器由靜電電容器靜電電容器與與電抗器電抗器并聯(lián)組成并聯(lián)組成電容器電容器可發(fā)出無(wú)功功率，可發(fā)出無(wú)功功率，電抗器電抗器可吸收無(wú)功功率，可吸收無(wú)功功率，兩者結(jié)合起

11、來(lái)，再配以適當(dāng)?shù)膬烧呓Y(jié)合起來(lái)，再配以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)裝置，就能夠平，就能夠平滑地改變輸出（或吸收）的無(wú)功功率?；馗淖冚敵觯ɑ蛭眨┑臒o(wú)功功率。4. 靜止補(bǔ)償器靜止補(bǔ)償器圖圖6-5 靜止無(wú)功補(bǔ)償器的原理圖靜止無(wú)功補(bǔ)償器的原理圖 (a)可控飽和電抗器型；(b)自飽和電抗器型；(c)可控硅控制電抗器型；(d) 可控硅控制電抗器和可控硅投切電容器組合型三、無(wú)功功率平衡三、無(wú)功功率平衡電力系統(tǒng)無(wú)功功率平衡的基本要求電力系統(tǒng)無(wú)功功率平衡的基本要求：系統(tǒng)中的無(wú)：系統(tǒng)中的無(wú)功電源可以發(fā)出的無(wú)功功率應(yīng)該大于或至少等于功電源可以發(fā)出的無(wú)功功率應(yīng)該大于或至少等于負(fù)荷所需的無(wú)功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)功損耗。負(fù)荷所需的無(wú)

12、功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)功損耗。 GCLDresLTLBQQQQQQQQ Q Qresres00表示系統(tǒng)中無(wú)功功率可以平衡且有適量的表示系統(tǒng)中無(wú)功功率可以平衡且有適量的備用；備用；Q Qresres00.95)(cos0.95)或?qū)Ь€截面小的線或?qū)Ь€截面小的線路，由于路，由于PR/VPR/V分量的比重大，串聯(lián)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)分量的比重大，串聯(lián)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)壓效果就很小。壓效果就很小。 補(bǔ)償所需的容抗值補(bǔ)償所需的容抗值X XC C和被補(bǔ)償線路原來(lái)的感抗和被補(bǔ)償線路原來(lái)的感抗值值X XL L之比之比kc=XC/XL稱為稱為補(bǔ)償度補(bǔ)償度。在配電網(wǎng)絡(luò)中以調(diào)壓為目的的串聯(lián)。在配電網(wǎng)絡(luò)中以調(diào)壓為目的的串聯(lián)電容補(bǔ)償，其補(bǔ)償度常接近于電容補(bǔ)償，其補(bǔ)償度常接近于1 1或大于或大于1 1。電力線路采用串聯(lián)電容補(bǔ)償，也帶來(lái)一些特殊問(wèn)電力線路采用串聯(lián)電容補(bǔ)償，也帶來(lái)一些特殊問(wèn)題，因此作為改善電壓質(zhì)量的措施，串聯(lián)電容器題，因此作為改善電壓質(zhì)量的措施，串聯(lián)電容器只用于只用于110kV110kV以下電壓等級(jí)、長(zhǎng)度特別大或有沖以下電壓等級(jí)、長(zhǎng)度特別大或有沖擊負(fù)荷的架空分支線路上。擊負(fù)荷的架空分支線路