第六章電力系統(tǒng)的無功功率和電壓調整

1、 l有功電源：只有發(fā)電機組，單一性。無功電源：發(fā)電機組，無功補償裝置（電容器組、電抗器組、調相機、靜止補償器等）（變電站），多樣性。l有功電源供應有功功率和電能需要消耗一次能源。無功電源不消耗一次能源。l全系統(tǒng)頻率相同，頻率調整集中在發(fā)電廠，調頻手段只有調整原動機功率一種。電壓水平則全系統(tǒng)各點不同，而且電壓調整可分散進行，調壓手段也多種多樣。 電壓無功調整的基本原則：分層分區(qū)調整與無功的就地平衡l電網(wǎng)中，無功損耗遠大于有功損耗。 無功損耗遠大于有功損耗無功損耗遠大于有功損耗222PQPRU222PQQXUXRQP l6.1.1 6.1.1 無功負荷和無功損耗無功負荷和無功損耗 6.1.1 無功

2、負荷和無功損耗無功負荷l照明、電熱照明、電熱，消耗消耗感性無功感性無功QL小小。l同步電動機，過激運行，發(fā)同步電動機，過激運行，發(fā)QL ；欠激運行，；欠激運行，吸收吸收QL 。比例小。比例小l異步電動機異步電動機，消耗消耗QL ，比例很大。，比例很大。綜合負荷功率因素綜合負荷功率因素，0.60.9，吸收感性無功吸收感性無功6.1.1 無功負荷和無功損耗無功損耗1 22220 =0 0 LLLNLLPQj QjXUj QjblUSQQQSS 線路電抗消耗的感性無功 線路對地電容消耗的容性無功線路傳輸功率自然功率自然功率自然功率0=1001001002222ktkNTZTT22NTNTYTNTSS

3、 U %UU %SSQX()UUSSI %Q =S繞組：激磁: 線路變壓器l發(fā)電機發(fā)電機l并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器l并聯(lián)電抗器并聯(lián)電抗器l調相機調相機l靜止補償器（SVC）Static Var Compensatorl靜止調相機（STATCON）Static Condenserl電容器、調相機、靜止補償器的比較 見書Page-247調節(jié)方式：連續(xù)、離散輸出無功：感性、容性輸出無功與系統(tǒng)電壓關系：有關、無關發(fā)電機、并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器l發(fā)電機發(fā)電機：通過改變勵磁：通過改變勵磁電流，可連續(xù)調節(jié)無功，電流，可連續(xù)調節(jié)無功，且且可吸可發(fā)可吸可發(fā)Q QL L，不需額，不需額外投資。外投資。 PSNQNPNQ

4、0,發(fā)QL 并聯(lián)并聯(lián)電容器：電容器：QCBCU2 ， 輸出無功與電壓有輸出無功與電壓有關，電壓越高，輸出無功越大，不利于無功調關，電壓越高，輸出無功越大，不利于無功調節(jié)節(jié)。只發(fā)只發(fā)QL 調相機、并聯(lián)電抗器 并聯(lián)電抗器：與并聯(lián)電容器雷同，但只吸并聯(lián)電抗器：與并聯(lián)電容器雷同，但只吸QL 。用于超高壓、長距離、輕載線路。用于超高壓、長距離、輕載線路。 調相機：過激運行，發(fā)調相機：過激運行，發(fā)QL ；欠激運行，吸收；欠激運行，吸收QL 。輸出無功與。輸出無功與U無關，可連續(xù)調節(jié)，但投資無關，可連續(xù)調節(jié)，但投資大，運行維護困難。大，運行維護困難。 TCRSVC TSCSR ：晶閘管控制電抗器型：晶閘管開

5、關電容器型： 飽和電抗器型SVC：Static Var Compensator；TCR：Transistor Controlled ReactorTSC ：Transistor Switched Capacitor； SR ：Saturated ReactorCLfCTCR（a）TCR型（b）TSC型CLfCSRCSC（b）SR型不可控，限制電壓波動晶閘管代替機械開關濾波器TCRUminILmax0ICmaxCUI0ICUn=1n=2n=3ILSRUminIL0ICCUISR+CSCTSCTCRSRlTCR：通過TCR 中晶閘管開關的控制，連續(xù)調節(jié)其吸收的IL；結合電容器，可吸可發(fā)ILlTSC

6、：通過晶閘管開關的切換，調節(jié)其吸收的IC（即輸出IL ）；只能輸出ILlSR：根據(jù)SR的伏安特性，自動調節(jié)其吸收的IL。結合電容器，可吸可發(fā)ILLUIU吸收 k：1逆變器CAaI k：1aULjXIAU優(yōu)點，輸出Q與U無關，且可快速連續(xù)調節(jié)無功，可吸可發(fā)。缺點：投資大，目前處于實驗階段 )()/(aALaALAII= U k UjXj U k U /XS=U aAAaALSSaASaA=UUS =Uj(kU -U )/XjQQ0ifkUUQ0ifkUU若與同相位，則： l有功電源不足，相應的有功平衡，意味著頻率的下降l無功電源不足，相應的無功平衡，意味著電壓的下降PLff1fNKGKCPGNP

7、GA、B兩平衡點， B點電源不足，頻率（電壓）小于額定值ABQ0UUUNQL+Q QGCQGCNABl負荷的自然功率因數(shù)大約為0.60.9，其中較大的數(shù)值對應于采用大容量同步電動機的場合 。而負荷中，比例最大的異步電動機，其負荷率愈低，功率因數(shù)愈低。因此，當異步電動機輕載或空載運行時，其功率因數(shù)甚至低于0.6。l提高負荷功率因數(shù)的措施：(1)盡量使電動機的容量與其機械負載匹配，避免大馬拖小車。(2)限制電動機的空載運行。(3)以同步電動機代替異步電動機。因同步電動機不需系統(tǒng)供應無功功率，甚至還可向系統(tǒng)輸出無功功率。(4)繞線式異步電動機的場合，將異步電動機同步化，即在轉子繞組中通以直流勵磁。

8、l電壓偏移過大，影響生活、生產、產品質量和電壓偏移過大，影響生活、生產、產品質量和產量，損壞設備，甚至大面積停電。電壓過高，產量，損壞設備，甚至大面積停電。電壓過高，設備絕緣受損，同時變壓器、電動機等的鐵芯設備絕緣受損，同時變壓器、電動機等的鐵芯損耗增大，穩(wěn)升增加，壽命縮短。電壓過低，損耗增大，穩(wěn)升增加，壽命縮短。電壓過低，功率一定時，發(fā)電機、電動機和變壓器的繞組功率一定時，發(fā)電機、電動機和變壓器的繞組電流增大，也會損壞設備，影響壽命。電壓波電流增大，也會損壞設備，影響壽命。電壓波動，影響照明設備的效率，冶煉產品的的質量動，影響照明設備的效率，冶煉產品的的質量和產量，而對樞紐變電站，嚴重時可能

9、引起和產量，而對樞紐變電站，嚴重時可能引起“電壓崩潰電壓崩潰”，造成大面積停電。，造成大面積停電。 電壓波動電壓波動l頻率調整時將負荷的波動及其引起頻率的偏移分成三種，而電壓調整時，將負荷的波動及其引起電壓的偏移分成兩種。l（1）周期長、波及面大，主要由生產、生活、氣象變化引起的負荷和電壓變動。l（2）沖擊性或者間歇性負荷引起的電壓波動。這類負荷主要有往復式泵（壓縮機）、電弧爐（電焊機）、卷揚機（起重機）、通風設備。 *l（1）大系統(tǒng)單獨供電l（2）串聯(lián)電容器補償l（3）調相機補償l（4）SR補償 *一般負荷沖擊負荷電源輸電系統(tǒng)CS電源輸電系統(tǒng)一般負荷沖擊負荷（3）調相機補償（2）串C電源輸電

10、系統(tǒng)一般負荷沖擊負荷（4）SR補償 * l對象：針對具有周期長、波及面大、可預見性和可控性特點的電壓變動。引起的主要原因：（1）生產、生活、氣象變化引起的負荷變動。（2）結線改變、設備退出而造成網(wǎng)絡阻抗和潮流分布的變化。l地點：電壓中樞點電壓中樞點 系統(tǒng)電壓的直接監(jiān)視、調整點，通常是反應系統(tǒng)電壓水平的主要發(fā)電廠或樞紐變電站母線。 l中樞點電壓曲線的編制 確定中樞點的電壓允許波動范圍l中樞點電壓的調整方式* iUikUijjk(a)081624Sj(b)hour0816 24Sk(c)hour日負荷曲線負荷點位置 081624Uij(d)hour0.04UN0.10UN240816Uikhour

11、0.01UN0.03UN0816 24Uhour1.05UN0.95UNUN日電壓損耗曲線允許電壓偏移(e) 0.99 1.0910.96 1.06(0.99)iNNNiNNNiiiNU jUUUU kUUUUU jU kU（）（0.951.05）0.04（ ）（0.951.05）0.0 （） （ ）1.06(1.05)iNiNiNU jUU kUUU（）（1.051.15）（ ）（0.961.06）1.06(1.05)iNiNiNU AUU BUUU（ ）（1.051.15）（ ）（0.981.08）1.081624點 08點 816點 0.98UN1.06UN24hour1.09UN081

12、.15UN1.08UN1.05UNUN0.99UN0.96UNUi16中樞點電壓曲線 l逆調壓 順調壓 常調壓：對任意負荷，保持電壓基本不變 故障時的允許電壓偏差： 00 1.05 1.0maxNminNSUUlSUU適 用 范 圍 ：長 ， 負 荷 變 動 大00 1.025 1.075maxNminNSUUlSUU適用范圍：短，負荷變動小01.021.05 NNUUU10%iU Umin2=2.4%UGUmax=10%Umin=4%Umax=4%Umin=1.6%Umax2=6%k*:1maxSminS5%0-4%-5%-5.6%-9%+4.4%+1%+2%-5%UG逆調壓k*=1/1.1

13、低壓側升壓10%l是一種最直接的最經(jīng)濟的調壓方式，不需新增投資，只需改變發(fā)電機勵磁電流。l對于多級供電網(wǎng)絡，如果沿線電壓損耗過大，或者負荷端電壓的變化過大，則僅靠發(fā)電機調壓，不能滿足電壓質量要求。 基本概念基本概念maxmaxminminTTSUUS3 2.5 17TNUU7個4 29個8 1.25個 m inm axttUU5% 32 2.5% 5TNUU個個有載調壓變壓器有載調壓變壓器，可帶負荷調壓，抽頭多無載調壓變壓器無載調壓變壓器，不可帶負荷調壓，抽頭少107.25 1(12.5%)110 (12.5%)110 0112.75 1TNifnUnnifnifn THHTLLUUkUUUT

14、N：主抽頭電壓（或額定抽頭電壓） 變壓器的實際變比與抽頭電壓和實際電壓的關系變壓器的實際變比與抽頭電壓和實際電壓的關系 基本概念基本概念理想變壓器高低壓側抽頭電理想變壓器高低壓側抽頭電壓之比等于其實際電壓之比壓之比等于其實際電壓之比 基本概念基本概念變壓器阻抗為低壓側歸算值12k：1圖6-4-11TZ12k：1圖6-4-2TZ2變壓器阻抗為高壓側歸算值1222TTUUkUU高壓側低壓側高壓側低壓側1121TTUUkUU 降壓變抽頭選擇問題降壓變抽頭選擇問題l已知電壓U0，負荷點2的功率，線路阻抗ZL，變壓器的阻抗ZT、抽頭型號UT1Nnd%/UT2N =11022.5%/11，負荷點2的逆調壓

15、逆調壓要求，試確定變壓器高壓側抽頭電壓高壓側抽頭電壓UT1和變比和變比 k=UT1/UT2N 012TL圖6-4-3 簡單系統(tǒng)maxmaxminminPjQPjQ 降壓變抽頭選擇步驟降壓變抽頭選擇步驟 l（1）畫等值電路l（2） 電壓損耗計算l（3）抽頭電壓計算l（4）抽頭電壓計算值的歸檔l（5）變比的確定l（6）變比選擇的效驗 等值電路等值電路圖6-4-4 簡單系統(tǒng)的等值電路012k：1ZLZTPmax+jQmaxPmin+jQmaxRjXU0U2U2U2理想變壓器 電壓計算電壓計算maxmaxmax0minminmin0NNPRQXUUPRQXUU2max0max2min0minUUUUU

16、U 理想變壓器高壓側實際電壓計算理想變壓器高壓側實際電壓計算 抽頭電壓計算2max1max1maxmax2 max22min1min1minmin2 min22max2min1max21min22 max2 min; 11 (); 11, TTdTTTdTNTTNTTNddUUUkUUUUUkUUUUUUUUUU變壓器高壓側抽頭電壓等于實際變比乘以低壓側抽頭電壓變壓器高壓側抽頭電壓等于實際變比乘以低壓側抽頭電壓 抽頭電壓計算1max1min12TTTUUU無載調壓變壓器：無載調壓變壓器：不能帶負荷調壓，大小負荷狀態(tài)只允許一個抽頭電壓不能帶負荷調壓，大小負荷狀態(tài)只允許一個抽頭電壓 抽頭電壓計算值

17、的歸檔抽頭電壓計算值的歸檔l按照四舍五入原則，將抽頭電壓的計算值園整為標準按照四舍五入原則，將抽頭電壓的計算值園整為標準值值l如：本例中，抽頭型號11022.5%/11，相應的標準抽頭電壓有104.5、107.25、110、112.75、115.5。若抽頭電壓計算值UT1=106，則UT1標=107.25；即選擇最接近UT1的一個標準抽頭電壓來進行歸檔。 變比的確定maxmin21max21maxmin21min / /TNTTNTTNTifkkUUkUUifkUU標標標無載變 有載變 無載調壓變壓器：無載調壓變壓器：大小負荷狀態(tài)只允許一個變比大小負荷狀態(tài)只允許一個變比有載調壓變壓器：有載調壓

18、變壓器：大小負荷狀態(tài)允許兩個不同的變比大小負荷狀態(tài)允許兩個不同的變比 2max2maxmax2min2minmin/UUkUUk效驗的標準2max2 max2min2 mind%2ddUUUU標準化誤差不可能使允許偏差平均誤差 本例：U2dmin=U2N=10kV，U2dmax=1.05U2N=10.5 kV，d=2.5，則允許誤差為1.25%。即： 2max2N2N2min2N2N100%(5)%(3.756.25)%2100%(0)%( 1.251.25)%2UUdUUUdU l電壓損耗的計算，沒有考慮功率損耗和壓降橫分量，沒有考慮線路和變壓器對地導納，且采用額定電壓進行計算。 變壓器阻抗

19、高壓側歸算值的恒定近似，不考慮抽頭電壓變化的影響2211%100100kT NkT NTTNNTNTNTPUUUZZjSSSmaxmaxminminmaxmin00; NNPRQXPRQXUUUU l已知節(jié)點0的電壓和功率，線路阻抗ZL，變壓器的阻抗ZT、抽頭型號UT1Nnd%/UT2N =12122.5%/10.5，負荷點2的逆調壓要求，試確定變壓器的變比。圖6-4-5 簡單系統(tǒng)2TL10Pmax+jQmaxU2dmaxPmin+jQminU2dmin l對于升壓變，由于已知同一點0的功率和電壓，因此在進行電壓損耗的計算時，應該采用精確公式。另外，由于功率方向不同，計算理想變壓器高壓側電壓也

20、不同。其它方面，包括選擇和效驗都一樣。 0121：kZLZT圖6-4-6 簡單系統(tǒng)的等值電路Pmin+jQminPmax+jQmaxRjXU0U2U2U2關鍵還是確定理想變壓器高壓側電壓關鍵還是確定理想變壓器高壓側電壓 maxmaxminminmaxmin00; PRQXPRQXUUUU2max0max2min0min; UUUUUU降壓變用降壓變用U0N降壓變用降壓變用“-” l已知電壓Ui，節(jié)點j的功率（Pj+jQj），線路和變壓器阻抗，變比k，目標是選擇k、QC，使Ujc=Ujcd圖6-24具有并聯(lián)補償設備的簡單系統(tǒng)iTTjLcjQjjPjQ圖6-25等值電路iU1:kiUTZLZTZj

21、U:1kjURjXcjQjjPjQ理變理變理想變壓器高壓側電壓理想變壓器高壓側電壓jjijjP RQ XUUU;jjcjjcQQQ UU()jjcijcjcPRQQ XUUU補償前補償前補償后補償后相減相減 jcjjjjcjcjjcjjcjcjUPRQ XPRQ XQUUXUUUUUX2; /jcjcdjcdjcdcjcdjjcdjUk Uk Uk UQk UUUUkXX目標：目標：Ujc=Ujcd 1、結合變比與靜止電容器的組合調壓原則：按最小負荷時電容器全部退出的調壓要求來確定變壓器分接頭，然后按最大負荷時的調壓要求來確定電容器容量。2、結合變比與調相機的組合調壓原則：最小負荷時調相機吸收感性無功，容量為QSC/2；最大負荷時調相機發(fā)出感性無功，容量為QSC。根據(jù)調壓要求同時確定變比k和調相機容量QSC。 l已知Uimax、Uimin、Pjmax、Qjmax、Pjmin、 Qjmin，線路和變壓器阻抗，目標是選擇k、QC，使 Ujmax=Ujdmax , Ujmin=UjdminiTjLPmax+jQmaxPmin+jQmi