華北電力大學 電力系統(tǒng)分析基礎 課件 第六章 電力系統(tǒng)的無功功率與電壓調整

1、主講人：栗然第六章 電力系統(tǒng)的無功功率與電壓調整本章主要內容：本章主要內容：1 1、無功負荷和無功電源及無功功率平衡無功負荷和無功電源及無功功率平衡 3、電壓的調整電壓的調整2、無功功率的經濟分布、無功功率的經濟分布: :無功電源的最優(yōu)分布無功電源的最優(yōu)分布；無功負荷的最優(yōu)補償；無功負荷的最優(yōu)補償 頻率調整和電壓調整的相同和不同之處頻率調整和電壓調整的相同和不同之處調頻調頻頻率唯一頻率唯一集中調整集中調整只能調原動機功率只能調原動機功率調壓調壓電壓水平各點不同電壓水平各點不同調整分散調整分散手段多樣（有多種無功電源）手段多樣（有多種無功電源）由上可以看出：維持電壓穩(wěn)定，應該盡量減少無由上可以看

2、出：維持電壓穩(wěn)定，應該盡量減少無功的傳輸，采取就地平衡。功的傳輸，采取就地平衡。 分析無功功率和電壓分布之間的關系分析無功功率和電壓分布之間的關系無功損耗無功損耗 有功損耗有功損耗; ;UQXPRU 電壓降受無功功率的影響較大電壓降受無功功率的影響較大; ;無功功率的流動從無功功率的流動從UhUL第一節(jié) 電力系統(tǒng)的無功功率平衡 電壓是衡量電壓是衡量電能質量電能質量的重要指標。的重要指標。 電力系統(tǒng)的電力系統(tǒng)的運行電壓水平運行電壓水平取決于取決于無功功率的平衡無功功率的平衡。系統(tǒng)中各種無功電源的無功出力應能滿足系統(tǒng)負荷系統(tǒng)中各種無功電源的無功出力應能滿足系統(tǒng)負荷和網絡損耗和網絡損耗在額定電壓下在

3、額定電壓下對無功功率的需求，否則對無功功率的需求，否則電壓就會偏離額定值。電壓就會偏離額定值。 1無功功率負荷無功功率負荷 22MmmUQQQI XX 一、無功功率負荷和無功功率損耗異步電動機異步電動機圖圖6-1 6-1 異步電動機的簡化等值電路異步電動機的簡化等值電路 jX電壓下降電壓下降, ,轉差轉差增大增大, ,定子電流定子電流增大增大. . 圖圖6-2 6-2 異步電動機的無功功率與端電壓的關系異步電動機的無功功率與端電壓的關系 受載系數受載系數: :實際負載和額定負載之比實際負載和額定負載之比. .在額定電壓附近，電動在額定電壓附近，電動機的無功功率隨電壓的機的無功功率隨電壓的升降而

4、增減升降而增減2變壓器的無功損耗變壓器的無功損耗220220%100100LTTTTkNNNSQQQU BXUIUSUSSU 假定一臺變壓器的空載電流假定一臺變壓器的空載電流I I0 0%=2.5%=2.5，短路電壓，短路電壓U Uk k%=10.5%=10.5，在額定滿載下運行時，無功功率的消耗將達額定容量的在額定滿載下運行時，無功功率的消耗將達額定容量的13%13%。如果從電源到用戶需要經過好幾級變壓，則變壓器中無功如果從電源到用戶需要經過好幾級變壓，則變壓器中無功功率損耗的數值是相當可觀的。功率損耗的數值是相當可觀的。3輸電線路的無功損輸電線路的無功損耗耗圖圖6-3 輸電線路的輸電線路的

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

6、稱為無功補償無功補償裝置裝置。1. 發(fā)電機發(fā)電機發(fā)電機在發(fā)電機在額定狀態(tài)下額定狀態(tài)下運行時，可發(fā)出無功功率：運行時，可發(fā)出無功功率： NGNNGNGNtgPSQ sin發(fā)電機在發(fā)電機在非額定功率因數下非額定功率因數下運行時可能發(fā)出的無功運行時可能發(fā)出的無功功率。功率。圖圖6-4 6-4 發(fā)電機的發(fā)電機的P-QP-Q極限極限 （1 1）當發(fā)電機低于額定功率因數運行時當發(fā)電機低于額定功率因數運行時，能增加，能增加輸出的無功功率，但發(fā)電機的視在功率因取決于輸出的無功功率，但發(fā)電機的視在功率因取決于勵磁電流不超過額定值的條件，將低于其額定值。勵磁電流不超過額定值的條件，將低于其額定值。（2 2）當發(fā)電

7、機高于額定功率因數運行時當發(fā)電機高于額定功率因數運行時，勵磁電，勵磁電流不再是限制條件，原動機的機械功率又成了限流不再是限制條件，原動機的機械功率又成了限制條件。制條件。（3 3）發(fā)電機只有在額定電壓、額定電流和額定功）發(fā)電機只有在額定電壓、額定電流和額定功率因數（即運行點率因數（即運行點C C）下運行時視在功率才能達到）下運行時視在功率才能達到額定值，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. 同步調相機同步調相機同步調相機同步調相機相當于空載運行的同步電動機相當于空載運行的同步電動機。在在過勵磁過勵磁運行時，它向系統(tǒng)供給感性無功功率而起無功運行時，它向系統(tǒng)供給感

8、性無功功率而起無功電源的作用，能提高系統(tǒng)電壓；電源的作用，能提高系統(tǒng)電壓；在在欠勵磁欠勵磁運行時（欠勵磁最大容量只有過勵磁容量的運行時（欠勵磁最大容量只有過勵磁容量的（50% 50% 65%65%）) )，它從系統(tǒng)吸取感性無功功率而起無功負，它從系統(tǒng)吸取感性無功功率而起無功負荷作用，可降低系統(tǒng)電壓。荷作用，可降低系統(tǒng)電壓。它能根據裝設地點電壓的數值平滑改變輸出（或吸?。┧芨鶕b設地點電壓的數值平滑改變輸出（或吸取）的無功功率，進行電壓調節(jié)。因而的無功功率，進行電壓調節(jié)。因而調節(jié)性能較好調節(jié)性能較好。 缺點：缺點：同步調相機是旋轉機械，運行維護比較復雜；同步調相機是旋轉機械，運行維護比較復雜；

9、有功功率損耗有功功率損耗較大，在滿負荷時約為額定容量較大，在滿負荷時約為額定容量的的(1.5(1.5 5)%5)%，容量越小，百分值越大；，容量越小，百分值越大；小容量的調相機每小容量的調相機每kVAkVA容量的容量的投資費用投資費用也較大。也較大。故同步調相機宜大容量集中使用，容量小于故同步調相機宜大容量集中使用，容量小于5MVA5MVA的一般不裝設。的一般不裝設。同步調相機常安裝在樞紐變電所同步調相機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。它供給的無功功率母線上。它供給的無功功率Q QC C值與所在節(jié)點電壓的值與所

10、在節(jié)點電壓的平方成正比，即平方成正比，即 缺點：缺點：電容器的無功功率調節(jié)性能比較差。電容器的無功功率調節(jié)性能比較差。 優(yōu)點：優(yōu)點：靜電電容器的裝設容量可大可小，既可集靜電電容器的裝設容量可大可小，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用較小，運行時功率損耗亦較小，維護也較投資費用較小，運行時功率損耗亦較小，維護也較方便。方便。QC=U 2/XC3. 靜電電容器靜電電容器靜止補償器由靜止補償器由靜電電容器靜電電容器與與電抗器電抗器并聯組成并聯組成電容器電容器可發(fā)出無功功率，可發(fā)出無功功率，電抗器電抗器可吸收無功功率，可吸收無功功率，

11、兩者結合起來，再配以適當的兩者結合起來，再配以適當的調節(jié)裝置調節(jié)裝置，就能夠平，就能夠平滑地改變輸出（或吸收）的無功功率?；馗淖冚敵觯ɑ蛭眨┑臒o功功率。4. 靜止補償器靜止補償器圖圖6-5 靜止無功補償器的原理圖靜止無功補償器的原理圖 (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、無功功率平衡三、無功功率平衡電力系統(tǒng)無功功率平衡的基本要求電力系統(tǒng)無功功率平衡的基本要求：系統(tǒng)中的無：系統(tǒng)中的無功電源可以發(fā)出的無功功率應該大于或至少等于功電源可以發(fā)出的無功功率應該大于或至少等于負荷所需的無功功率和網絡中的無功損耗。負

12、荷所需的無功功率和網絡中的無功損耗。 GCLDresLTLBQQQQQQQQ Q Qresres00表示系統(tǒng)中無功功率可以平衡且有適量的表示系統(tǒng)中無功功率可以平衡且有適量的備用；備用；Q Qresres00.95)0.95)或導線截面小的線或導線截面小的線路，由于路，由于PR/VPR/V分量的比重大，串聯補償的調分量的比重大，串聯補償的調壓效果就很小。壓效果就很小。 補償所需的容抗值補償所需的容抗值X XC C和被補償線路原來的感抗和被補償線路原來的感抗值值X XL L之比之比kc=XC/XL稱為稱為補償度補償度。在配電網絡中以調壓為目的的串聯。在配電網絡中以調壓為目的的串聯電容補償，其補償度常接近于電容補償，其補償度常接近于1 1或大于或大于1 1。電力線路采用串聯電容補償，也帶來一些特殊問電力線路采用串聯電容補償，也帶來一些特殊問題，因此作為改善電壓質量的措施，串聯電容器題，因此作為改善電壓質量的措施，串聯電容器只用于只用于110kV110kV以下電壓等級、長度特別大或有沖以下電壓等級、長度特別大或有沖擊負荷的架空分支線路上。擊負荷的架空分支線