電力系統(tǒng)無功功率平衡和電壓調(diào)整JXIEppt課件

1、第五章 電力系統(tǒng)無功功率平衡和電壓調(diào)整 無功功率平衡調(diào)壓的原理調(diào)壓的措施.電壓偏移過大對電力系統(tǒng)本身以及用電設(shè)備會帶來不良的影響。（1）效率下降，經(jīng)濟(jì)性變差。（2）電壓過高，照明設(shè)備壽命下降，影響絕緣。（3）電壓過低，電機(jī)發(fā)熱。（4）系統(tǒng)電壓崩潰可能使所有節(jié)點電壓都保持為額定值？（1）設(shè)備及線路壓降（2）負(fù)荷波動（3）運行方式改變（4）無功不足 電力系統(tǒng)一般規(guī)定一個電壓偏移的最大允許范圍，例如:35kV及以上供電電壓正負(fù)偏移的絕對值之和不超過10%;10kV及以下在7%以內(nèi)。 電壓調(diào)整的必要性. 圖 沿線路各點電壓的變化 .第一節(jié) 電力系統(tǒng)的無功功率平衡 電壓是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)。 電力系

2、統(tǒng)的運行電壓水平取決于無功功率的平衡。系統(tǒng)中各種無功電源的無功出力應(yīng)能滿足系統(tǒng)負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)損耗在額定電壓下對無功功率的需求，否則電壓就會偏離額定值。 .1無功功率負(fù)荷 一、無功功率負(fù)荷和無功功率損耗異步電動機(jī)圖12-1 異步電動機(jī)的簡化等值電路 jX電壓下降,轉(zhuǎn)差增大,定子電流增大.jX 圖12-2 異步電動機(jī)的無功功率與端電壓的關(guān)系 受載系數(shù):實際負(fù)載和額定負(fù)載之比.在額定電壓附近，電動機(jī)的無功功率隨電壓的升降而增減.2變壓器的無功損耗假定一臺變壓器的空載電流I0%=2.5，短路電壓VS%=10.5，在額定滿載下運行時，無功功率的消耗將達(dá)額定容量的13%。如果從電源到用戶需要經(jīng)過好幾級變壓，則

3、變壓器中無功功率損耗的數(shù)值是相當(dāng)可觀的。RT+jXT變壓器.3輸電線路的無功損耗圖12-3 輸電線路的型等值電路 . 線路的無功總損耗為一般情況下，35kV及以下系統(tǒng)消耗無功功率；110kV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。.二、無功功率電源電力系統(tǒng)的無功功率電源有發(fā)電機(jī)、同步調(diào)相機(jī)、靜電電容器及靜止補(bǔ)償器，后三種裝置又稱為無功補(bǔ)償裝置。1. 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)在額定狀態(tài)下運行時，可發(fā)出無功功率： .發(fā)電機(jī)在非額定功率因數(shù)下運行時可能發(fā)出的無功功率。圖12-4 發(fā)電機(jī)的P-Q極限 .（1）當(dāng)發(fā)電機(jī)低于額定功率因數(shù)運行時，能增加輸出的無功功率，但發(fā)電機(jī)的視在功率因取

4、決于勵磁電流不超過額定值的條件，將低于其額定值。（2）當(dāng)發(fā)電機(jī)高于額定功率因數(shù)運行時，勵磁電流不再是限制條件，原動機(jī)的機(jī)械功率又成了限制條件。（3）發(fā)電機(jī)只有在額定電壓、額定電流和額定功率因數(shù)（即運行點C）下運行時視在功率才能達(dá)到額定值，使其容量得到最充分的利用。.2. 同步調(diào)相機(jī)同步調(diào)相機(jī)相當(dāng)于空載運行的同步電動機(jī)。在過勵磁運行時，它向系統(tǒng)供給感性無功功率而起無功電源的作用，能提高系統(tǒng)電壓；在欠勵磁運行時（欠勵磁最大容量只有過勵磁容量的（50% 65%）)，它從系統(tǒng)吸取感性無功功率而起無功負(fù)荷作用，可降低系統(tǒng)電壓。它能根據(jù)裝設(shè)地點電壓的數(shù)值平滑改變輸出（或吸取）的無功功率，進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)。因而

5、調(diào)節(jié)性能較好。 .缺點：同步調(diào)相機(jī)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械，運行維護(hù)比較復(fù)雜；有功功率損耗較大，在滿負(fù)荷時約為額定容量的(1.55)%，容量越小，百分值越大；小容量的調(diào)相機(jī)每kVA容量的投資費用也較大。故同步調(diào)相機(jī)宜大容量集中使用，容量小于5MVA的一般不裝設(shè)。同步調(diào)相機(jī)常安裝在樞紐變電所 。.靜電電容器可按三角形和星形接法連接在變電所母線上。它供給的無功功率QC值與所在節(jié)點電壓的平方成正比，即 缺點：電容器的無功功率調(diào)節(jié)性能比較差。優(yōu)點：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投資費用較小，運行時功率損耗亦較小，維護(hù)也較方便。QC=V 2/XC3. 靜電電容器.靜止

6、補(bǔ)償器由靜電電容器與電抗器并聯(lián)組成電容器可發(fā)出無功功率，電抗器可吸收無功功率，兩者結(jié)合起來，再配以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)裝置，就能夠平滑地改變輸出（或吸收）的無功功率。4. 靜止補(bǔ)償器.圖5-6 靜止無功補(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、無功功率平衡電力系統(tǒng)無功功率平衡的基本要求：系統(tǒng)中的無功電源可以發(fā)出的無功功率應(yīng)該大于或至少等于負(fù)荷所需的無功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗。 Qres0表示系統(tǒng)中無功功率可以平衡且有適量的備用；Qres0.95)或?qū)Ь€截面小的線路，由于PR/V分量的比重大，串聯(lián)補(bǔ)償?shù)恼{(diào)壓

7、效果就很小。 .補(bǔ)償所需的容抗值XC和被補(bǔ)償線路原來的感抗值XL之比kc=XC/XL稱為補(bǔ)償度。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1或大于1。.電力線路采用串聯(lián)電容補(bǔ)償，也帶來一些特殊問題，因此作為改善電壓質(zhì)量的措施，串聯(lián)電容器只用于110kV以下電壓等級、長度特別大或有沖擊負(fù)荷的架空分支線路上。 10kV及以下電壓的架空線路，由于RL/XL很大，所以使用串聯(lián)電容補(bǔ)償是不經(jīng)濟(jì)和不合理的。 220kV以上電壓等級的遠(yuǎn)距離輸電線路中采用串聯(lián)電容補(bǔ)償，其作用在于提高運行穩(wěn)定性和輸電能力。 .發(fā)電機(jī)調(diào)壓 大中型同步發(fā)電機(jī)都裝有自動勵磁調(diào)節(jié)裝置（AVR），根據(jù)運行情況調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵磁

8、電流以改變發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓（一般有5%的調(diào)節(jié)范圍）以達(dá)到調(diào)壓的目的。 但在這某些情況下，改變發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓調(diào)壓只能作為一種輔助性的調(diào)壓措施。 .電網(wǎng)被劃分為彼此解耦的區(qū)域，各區(qū)域選擇1個或多個中樞母線和多臺控制發(fā)電機(jī)，整個控制系統(tǒng)由一級電壓控制、二級電壓控制、三級電壓控制組成 .電壓調(diào)整總結(jié) 發(fā)電機(jī)調(diào)壓主要適用于地方性供電網(wǎng)，對于區(qū)域性電力網(wǎng)僅作為輔助調(diào)壓措施。 在系統(tǒng)無功功率充裕時，首先應(yīng)考慮采用改變變壓器變比調(diào)壓。對于無載調(diào)壓變壓器，一般只適用于季節(jié)性負(fù)荷變化的情況。 當(dāng)系統(tǒng)無功電源不足時，必須增設(shè)無功補(bǔ)償容量。無功功率的就地補(bǔ)償雖需增加投資，但這樣不僅能提高運行電壓水平，還能通過減少無功功率在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸而降低網(wǎng)絡(luò)的有功功率損耗。 串聯(lián)電容補(bǔ)償可用于配電網(wǎng)的調(diào)壓，同時，串聯(lián)電容補(bǔ)償用于超高壓輸電線可帶來對潮流控制、系統(tǒng)穩(wěn)定性的提高等方面的綜合效益。.第六節(jié) 電力系統(tǒng)無功功率的最優(yōu)分配一、無功負(fù)荷的最優(yōu)分配1、等網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則無功經(jīng)濟(jì)分布的目標(biāo)：在有功負(fù)荷分布已確定的前提下，調(diào)整無功電源之間的負(fù)荷分布，使有功網(wǎng)損達(dá)到最小。網(wǎng)絡(luò)