電力系統(tǒng)分析12-1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡

1、1第十二章第十二章 電力系統(tǒng)的無功功率平電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整衡和電壓調(diào)整 Reactive Power Balance and Voltage Regulationv電力系統(tǒng)的無功功率平衡電力系統(tǒng)的無功功率平衡v電力系統(tǒng)電壓調(diào)整的措施電力系統(tǒng)電壓調(diào)整的措施2電壓質(zhì)量的要求電壓質(zhì)量的要求供電電壓偏移供電電壓偏移Voltage Deviation電壓波動(dòng)和閃變電壓波動(dòng)和閃變Voltage Fluctuation & Flicker電網(wǎng)諧波電網(wǎng)諧波Harmonics（非線性）（非線性）三相不對(duì)稱程度三相不對(duì)稱程度Phases Unbalance (線路換位線路換位 同塔多回線路同

2、塔多回線路)12-1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡312-1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡電力系統(tǒng)的無功功率平衡Reactive Power Balance of Power Systems4電壓和無功功率的關(guān)系電壓和無功功率的關(guān)系節(jié)點(diǎn)電壓大小決定無功功率分布與流動(dòng)節(jié)點(diǎn)電壓大小決定無功功率分布與流動(dòng)無功功率的平衡決定系統(tǒng)的電壓水平無功功率的平衡決定系統(tǒng)的電壓水平12-1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡 V Q 5無功功率負(fù)荷無功功率負(fù)荷異步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)12-1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡Excitation Power V jXm I0 I jX R/s XIXVQQQ2m2mMReactive Power Lo

3、ss V Q 異步電動(dòng)機(jī)消耗的無功功率異步電動(dòng)機(jī)消耗的無功功率6變壓器的無功損耗變壓器的無功損耗12-1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡Excitation PowerT22T2T0LTXVSBVQQQReactive Power Loss2NN2SN0)(100%100%VVSSVSI7輸電線路的無功損耗輸電線路的無功損耗12-1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡BVVXVQPQQ22221212121BLCan be Load or Power!8無功功率電源無功功率電源發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)Generator同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)Condenser并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器Shunt Capacitor靜止無功補(bǔ)償器靜止無

4、功補(bǔ)償器Static Var Compensator, SVC靜止無功發(fā)生器靜止無功發(fā)生器Static Var Generator , SVG12-1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡9Generator唯一的有功電源，又是最基本的無功電源唯一的有功電源，又是最基本的無功電源有快速的無功出力調(diào)節(jié)能力有快速的無功出力調(diào)節(jié)能力通常發(fā)出感性無功通常發(fā)出感性無功進(jìn)相運(yùn)行可以吸收系統(tǒng)中多余的無功功率進(jìn)相運(yùn)行可以吸收系統(tǒng)中多余的無功功率12-1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)P-Q極限極限djXNIENV受額定勵(lì)磁電流受額定勵(lì)磁電流（空載電勢(shì)空載電勢(shì)）限）限制，以制，以O(shè)點(diǎn)為圓心，點(diǎn)為圓心，OC為半徑為半徑進(jìn)相

5、運(yùn)行的進(jìn)相運(yùn)行的靜態(tài)穩(wěn)定約靜態(tài)穩(wěn)定約束束和定子繞和定子繞組端部溫升組端部溫升受定子額定電流受定子額定電流（額定視在功率額定視在功率）限制，以限制，以A點(diǎn)為圓點(diǎn)為圓心，心，AC為半徑為半徑u OC空載電勢(shì)空載電勢(shì) Eu OA機(jī)端電壓機(jī)端電壓 VNu AC發(fā)電機(jī)電抗壓發(fā)電機(jī)電抗壓降，正比于視在功率；降，正比于視在功率；u AD正比于機(jī)端有正比于機(jī)端有功功率功功率u AB正比于機(jī)端無正比于機(jī)端無功功率功功率u DC原動(dòng)機(jī)輸入功原動(dòng)機(jī)輸入功率（率（額定有功功率額定有功功率）約束約束討論發(fā)電機(jī)在非額定功率因討論發(fā)電機(jī)在非額定功率因數(shù)下的無功功率：數(shù)下的無功功率：隱極機(jī)聯(lián)隱極機(jī)聯(lián)接在恒壓母線上接在恒壓母線

6、上 u 額定狀態(tài)下：額定狀態(tài)下：sinGNGNNGNNQSP tg_sincosdNNGNdNNGNABX IQADX IP11Condenser過勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)向系統(tǒng)供給感性無功過勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)向系統(tǒng)供給感性無功欠勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)從系統(tǒng)吸取感性無功欠勵(lì)磁運(yùn)行時(shí)從系統(tǒng)吸取感性無功能夠平滑改變輸出（或吸?。┑臒o功功率能夠平滑改變輸出（或吸?。┑臒o功功率運(yùn)行維護(hù)比較復(fù)雜運(yùn)行維護(hù)比較復(fù)雜有功功率損耗較大有功功率損耗較大響應(yīng)速度較慢響應(yīng)速度較慢12-1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡12Shunt Capacitor投資費(fèi)用較小投資費(fèi)用較小運(yùn)行功率損耗小運(yùn)行功率損耗小維護(hù)較方便維護(hù)較方便調(diào)節(jié)性能比較差調(diào)節(jié)性能比較差分組投切

7、可實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償功率的不連續(xù)調(diào)節(jié)分組投切可實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償功率的不連續(xù)調(diào)節(jié)12-1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡13Static Var Compensator能夠快速平滑地改變輸出（或吸收）無功功率能夠快速平滑地改變輸出（或吸收）無功功率運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單功率損耗較小功率損耗較小響應(yīng)時(shí)間較短響應(yīng)時(shí)間較短可以分相補(bǔ)償以適應(yīng)不平衡的負(fù)荷變化可以分相補(bǔ)償以適應(yīng)不平衡的負(fù)荷變化12-1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡14SVG (STATCOM)響應(yīng)速度更快響應(yīng)速度更快運(yùn)行范圍更寬運(yùn)行范圍更寬占地面積小占地面積小優(yōu)良的可擴(kuò)展性優(yōu)良的可擴(kuò)展性諧波電流含量更少諧波電流含量更少電壓較低時(shí)仍可向系統(tǒng)注入較大的無功電流電壓較低時(shí)仍

8、可向系統(tǒng)注入較大的無功電流12-1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡15無功功率平衡12-1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡QGCQLDQL=Qres(7%8%) QLDmax 電源無功容量電源無功容量 無功負(fù)荷無功負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)無功損耗網(wǎng)絡(luò)無功損耗 無功功率備用無功功率備用 最大無功負(fù)荷最大無功負(fù)荷v全系統(tǒng)無功功率平衡全系統(tǒng)無功功率平衡v分地區(qū)分電壓級(jí)無功功率平衡分地區(qū)分電壓級(jí)無功功率平衡v按無功功率就地平衡的原則進(jìn)行無功補(bǔ)償按無功功率就地平衡的原則進(jìn)行無功補(bǔ)償1612-1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡例例12-117Solutionn 輸電系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算得到等值電路輸電系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算得到等值電路n 無補(bǔ)償?shù)墓β势胶庥?jì)算無補(bǔ)

9、償?shù)墓β势胶庥?jì)算n計(jì)算系統(tǒng)總功率需求：計(jì)算系統(tǒng)總功率需求：42.27+j37.62MVAn發(fā)電機(jī)按額定功率因數(shù)運(yùn)行的輸出功率：發(fā)電機(jī)按額定功率因數(shù)運(yùn)行的輸出功率： 42.27+j26.2MVA。無功缺額約無功缺額約11Mvarn 補(bǔ)償后的功率平衡計(jì)算補(bǔ)償后的功率平衡計(jì)算n補(bǔ)償補(bǔ)償10Mvar后發(fā)電機(jī)出力：后發(fā)電機(jī)出力： 41.89+j25.29MVA12-1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡18無功功率平衡無功功率平衡12-1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡QGCQLDQL和電壓水平存在什么關(guān)系？和電壓水平存在什么關(guān)系？電源無功出力電源無功出力 無功負(fù)荷無功負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)無功損耗網(wǎng)絡(luò)無功損耗1912-1 電力系統(tǒng)的無

10、功功率平衡簡(jiǎn)單系統(tǒng)的分析簡(jiǎn)單系統(tǒng)的分析XVPXEVQXVXEVVIQXEVVIP2222)(cossinsincos2012-1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡無功平衡和電壓水平的關(guān)系無功平衡和電壓水平的關(guān)系Q-V關(guān)系關(guān)系負(fù)荷特性負(fù)荷特性Va負(fù)荷增加負(fù)荷增加VaE增大后：增大后：21Conclusion12-1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡系統(tǒng)的無功電源充足，運(yùn)行電壓水平高；反之，系統(tǒng)的無功電源充足，運(yùn)行電壓水平高；反之，無功不足，運(yùn)行電壓水平就低。無功不足，運(yùn)行電壓水平就低。應(yīng)力求實(shí)現(xiàn)在額定電壓下的系統(tǒng)無功平衡。應(yīng)力求實(shí)現(xiàn)在額定電壓下的系統(tǒng)無功平衡。無功功率不宜長(zhǎng)距離輸送，負(fù)荷所需的無功功無功功率不宜長(zhǎng)距

11、離輸送，負(fù)荷所需的無功功率應(yīng)盡量做到就地供應(yīng)。率應(yīng)盡量做到就地供應(yīng)。實(shí)現(xiàn)無功功率在額定電壓下的平衡是保證電壓實(shí)現(xiàn)無功功率在額定電壓下的平衡是保證電壓質(zhì)量的基本條件。質(zhì)量的基本條件。22例例12-212-1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡已知已知V1=115kV維持不變，負(fù)荷有功維持不變，負(fù)荷有功PLD=40MW保持恒定，無功功率與電壓平保持恒定，無功功率與電壓平方成正比，即方成正比，即 QLD= Q0 ( V2/110)2 。 試就試就Q0=20Mvar和和Q0=30Mvar兩種情況按無功兩種情況按無功功率平衡的條件確定節(jié)點(diǎn)功率平衡的條件確定節(jié)點(diǎn)2電壓電壓V2 。23Solution12-1 電力系統(tǒng)

12、的無功功率平衡線路送到節(jié)點(diǎn)線路送到節(jié)點(diǎn)2的無功功率：的無功功率：4040)40115()(22222222221VVXVPXVVQQLD= Q0 ( V2/110)224nQ0=30Mvar時(shí)時(shí)V2=103.7kV。nQ0=20Mvar時(shí)時(shí)V2=107kV。12-1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡由無功平衡確定電壓由無功平衡確定電壓2512-2 電壓調(diào)整的基本概念電壓調(diào)整的基本概念Basic Concept of Voltage Regulation26電壓偏移的不利影響電壓偏移的不利影響降低用電設(shè)備的效率和經(jīng)濟(jì)性降低用電設(shè)備的效率和經(jīng)濟(jì)性高電壓會(huì)降低照明設(shè)備的壽命高電壓會(huì)降低照明設(shè)備的壽命 高電壓會(huì)

13、加速設(shè)備絕緣的老化高電壓會(huì)加速設(shè)備絕緣的老化低電壓使異步電動(dòng)機(jī)發(fā)熱損壞、堵轉(zhuǎn)而產(chǎn)生低電壓使異步電動(dòng)機(jī)發(fā)熱損壞、堵轉(zhuǎn)而產(chǎn)生次品、廢品次品、廢品12-1 電力系統(tǒng)的無功功率平衡27n 35kV及以上供電電壓正、負(fù)偏移的絕對(duì)值及以上供電電壓正、負(fù)偏移的絕對(duì)值之和不超過額定電壓的之和不超過額定電壓的10%（+7%和和-3%）n 10kV及以下三相供電電壓允許偏移為額定及以下三相供電電壓允許偏移為額定電壓的電壓的7%n 220V單相供電電壓允許偏移為額定電壓的單相供電電壓允許偏移為額定電壓的+7%和和-10%允許電壓偏移允許電壓偏移12-2 電壓調(diào)整的基本概念28中樞點(diǎn)中樞點(diǎn)12-2 電壓調(diào)整的基本概念

14、系統(tǒng)中的負(fù)荷總是通過一些主要的供系統(tǒng)中的負(fù)荷總是通過一些主要的供電點(diǎn)供應(yīng)電力的，這些供電點(diǎn)稱為電點(diǎn)供應(yīng)電力的，這些供電點(diǎn)稱為中樞點(diǎn)。例如：中樞點(diǎn)。例如：n區(qū)域性水、火電廠的高壓母線區(qū)域性水、火電廠的高壓母線n樞紐變電所的二次母線樞紐變電所的二次母線n有大量地方負(fù)荷的發(fā)電機(jī)電壓母線有大量地方負(fù)荷的發(fā)電機(jī)電壓母線2912-2 電壓調(diào)整的基本概念n目的目的：保證系統(tǒng)中各負(fù)荷點(diǎn)的電壓在允許：保證系統(tǒng)中各負(fù)荷點(diǎn)的電壓在允許的偏移范圍內(nèi)。的偏移范圍內(nèi)。n手段手段：對(duì)中樞點(diǎn)的電壓進(jìn)行監(jiān)視和調(diào)整。：對(duì)中樞點(diǎn)的電壓進(jìn)行監(jiān)視和調(diào)整。電力系統(tǒng)調(diào)壓電力系統(tǒng)調(diào)壓僅靠控制中樞點(diǎn)的電壓能否保僅靠控制中樞點(diǎn)的電壓能否保證所有

15、負(fù)荷點(diǎn)的電壓偏移都在證所有負(fù)荷點(diǎn)的電壓偏移都在允許范圍內(nèi)？允許范圍內(nèi)？中樞點(diǎn)電壓允許變化范圍確定中樞點(diǎn)電壓允許變化范圍確定中樞點(diǎn)向兩個(gè)負(fù)荷點(diǎn)供電中樞點(diǎn)向兩個(gè)負(fù)荷點(diǎn)供電 OAASBBSVA：(0.951.05)VN時(shí)間時(shí)間VOAVOA080.040.991.098240.11.051.15VB：(0.951.05)VN時(shí)間時(shí)間VOBVOB0160.010.961.068240.030.981.08中樞點(diǎn)中樞點(diǎn)允許變化范圍允許變化范圍對(duì)中樞點(diǎn)電壓變化范圍的要求對(duì)中樞點(diǎn)電壓變化范圍的要求u A、B兩點(diǎn)的電壓有兩點(diǎn)的電壓有10的的允許允許變化范圍變化范圍u 兩處負(fù)荷大小和變化兩處負(fù)荷大小和變化規(guī)律不同

16、規(guī)律不同u 兩段線路的電壓損耗兩段線路的電壓損耗值及變化規(guī)律亦不相值及變化規(guī)律亦不相同同u 為同時(shí)滿足兩負(fù)荷點(diǎn)為同時(shí)滿足兩負(fù)荷點(diǎn)的電壓要求，中樞點(diǎn)的電壓要求，中樞點(diǎn)電壓的允許變化范圍電壓的允許變化范圍大大縮小大大縮小：最大最大7，最小僅，最小僅1081624/ t h0.960.991.061.090.981.051.081.15NV V1%7%中樞點(diǎn)電壓允許變化范圍確定中樞點(diǎn)電壓允許變化范圍確定中樞點(diǎn)向多個(gè)負(fù)荷點(diǎn)供電中樞點(diǎn)向多個(gè)負(fù)荷點(diǎn)供電 u 一般選擇電壓最高點(diǎn)和電壓最低點(diǎn)按兩種極端情況來確定中樞點(diǎn)電壓。一般選擇電壓最高點(diǎn)和電壓最低點(diǎn)按兩種極端情況來確定中樞點(diǎn)電壓。u 地區(qū)負(fù)荷最大時(shí)，電壓最

17、低的負(fù)荷點(diǎn)的允許電壓下限電壓損耗作為地區(qū)負(fù)荷最大時(shí)，電壓最低的負(fù)荷點(diǎn)的允許電壓下限電壓損耗作為中樞點(diǎn)的最低電壓；中樞點(diǎn)的最低電壓；u 地區(qū)負(fù)荷最小時(shí)，電壓最高的負(fù)荷點(diǎn)的允許電壓上限電壓損耗作為地區(qū)負(fù)荷最小時(shí)，電壓最高的負(fù)荷點(diǎn)的允許電壓上限電壓損耗作為中樞點(diǎn)的最高電壓。中樞點(diǎn)的最高電壓。u 當(dāng)中樞點(diǎn)的電壓能滿足這兩個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的要求時(shí)，其他各點(diǎn)的電壓基本當(dāng)中樞點(diǎn)的電壓能滿足這兩個(gè)負(fù)荷點(diǎn)的要求時(shí)，其他各點(diǎn)的電壓基本上都能滿足上都能滿足p 中樞點(diǎn)電壓允許變化范圍確定中樞點(diǎn)電壓允許變化范圍確定各負(fù)荷點(diǎn)所要求的中樞點(diǎn)電壓允許各負(fù)荷點(diǎn)所要求的中樞點(diǎn)電壓允許變化范圍應(yīng)有公共部分。若變化范圍應(yīng)有公共部分。若沒沒有公共部分，則需要采取附加措施，有公共部分，則需要采取附加措施，如在負(fù)荷點(diǎn)裝設(shè)調(diào)壓設(shè)備。如在負(fù)荷點(diǎn)裝設(shè)調(diào)壓設(shè)備。3212-2 電壓調(diào)整的基本概念n逆調(diào)壓逆調(diào)壓：在大負(fù)荷時(shí)升高電壓：在大負(fù)荷時(shí)升高電壓(1.05UN)，小小負(fù)荷時(shí)降低電壓負(fù)荷時(shí)降低電壓(UN ) 。n順調(diào)壓順調(diào)壓：大負(fù)荷時(shí)允許電壓稍低：大負(fù)荷時(shí)允許電壓稍低(1.025UN ) ；小負(fù)荷時(shí)允許稍高小負(fù)荷時(shí)允許稍高(1.075UN ) 。n常調(diào)壓常調(diào)壓：保持為大約恒定的數(shù)值：保持為大約恒定的數(shù)值1.021.05UN。中樞點(diǎn)的調(diào)壓方