第六章 電力系統(tǒng)的無功功率和電壓調(diào)整

第六章電力系統(tǒng)的無功功率和電壓調(diào)整

引言：Q～U與P～f的區(qū)別*

6.1

電力系統(tǒng)中的無功功率平衡*6.2

電力系統(tǒng)中無功平衡的最優(yōu)分布6.3

電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整—電壓管理和借發(fā)電機、變壓器調(diào)壓*6.4

借補償設(shè)備調(diào)壓和組合調(diào)壓

Q～U與P～f的區(qū)別*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(diào)相機、靜止補償器等）（變電站），多樣性。有功電源供應(yīng)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。全系統(tǒng)頻率相同，頻率調(diào)整集中在發(fā)電廠，調(diào)頻手段只有調(diào)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(diào)整可分散進行，調(diào)壓手段也多種多樣。——電壓無功調(diào)整的基本原則：分層分區(qū)調(diào)整與無功的就地平衡電網(wǎng)中，無功損耗遠大于有功損耗。

無功損耗遠大于有功損耗6.1電力系統(tǒng)中的無功功率平衡

6.1.1無功負荷和無功損耗6.1.2無功功率電源*6.1.3無功功率的平衡

6.1.1無功負荷和無功損耗

——無功負荷照明、電熱，消耗感性無功QL小。同步電動機，過激運行，發(fā)QL；欠激運行，吸收QL

。比例小異步電動機，消耗QL，比例很大。

綜合負荷功率因素，0.6～0.9，吸收感性無功6.1.1無功負荷和無功損耗

——無功損耗線路變壓器6.1.2無功功率電源*發(fā)電機并聯(lián)電容器并聯(lián)電抗器調(diào)相機靜止補償器（SVC）－StaticVarCompensator靜止調(diào)相機（STATCON）—StaticCondenser電容器、調(diào)相機、靜止補償器的比較見書247

調(diào)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(guān)系：有關(guān)、無關(guān)6.1.2無功功率電源*

——發(fā)電機、并聯(lián)電容器發(fā)電機：通過改變勵磁電流，可連續(xù)調(diào)節(jié)無功，且可吸可發(fā)QL，不需額外投資。

PSNQNPNQ<0,吸QLQ>0,發(fā)QL并聯(lián)電容器：QC＝BCU2

，輸出無功與電壓有關(guān)，電壓越高，輸出無功越大，不利于無功調(diào)節(jié)。只發(fā)QL

6.1.2無功功率電源*

——調(diào)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QL

。用于超高壓、長距離、輕載線路。調(diào)相機：過激運行，發(fā)QL

；欠激運行，吸收QL

。輸出無功與U無關(guān)，可連續(xù)調(diào)節(jié)，但投資大，運行維護困難。6.1.2無功功率電源*

——靜止補償器（SVC）

SVC：StaticVarCompensator；TCR：TransistorControlledReactorTSC：TransistorSwitchedCapacitor；SR：SaturatedReactor6.1.2無功功率電源*

——靜止補償器（SVC）等值電路CLfCTCR（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(guān)濾波器6.1.2無功功率電源*

——靜止補償器（SVC）伏安特性TCRUminILmax0ICmaxCUI0ICUn=1n=2n=3ILSRUminIL0ICCUISR+CSCTSCTCRSR6.1.2無功功率電源*

——靜止補償器（SVC）特點TCR：通過TCR中晶閘管開關(guān)的控制，連續(xù)調(diào)節(jié)其吸收的IL；結(jié)合電容器，可吸可發(fā)ILTSC：通過晶閘管開關(guān)的切換，調(diào)節(jié)其吸收的IC（即輸出IL）；只能輸出ILSR：根據(jù)SR的伏安特性，自動調(diào)節(jié)其吸收的IL。結(jié)合電容器，可吸可發(fā)IL6.1.2無功功率電源*

——靜止調(diào)相機statcon

k：1逆變器CAak：1優(yōu)點，輸出Q與U無關(guān)，且可快速連續(xù)調(diào)節(jié)無功，可吸可發(fā)。缺點：投資大，目前處于實驗階段

6.1.2無功功率電源*

——靜止調(diào)相機statcon6.1.3無功功率的平衡

有功電源不足，相應(yīng)的有功平衡，意味著頻率的下降無功電源不足，相應(yīng)的無功平衡，意味著電壓的下降PLff1fNKGKCPGNPGA、B兩平衡點，B點電源不足，頻率（電壓）小于額定值A(chǔ)BQ0UUUN∑QL+△Q∑

∑QGC∑QGCNAB6.2電力系統(tǒng)中無功平衡的最優(yōu)分布(不講）負荷的自然功率因數(shù)大約為0.6～0.9，其中較大的數(shù)值對應(yīng)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。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(yīng)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(zhuǎn)子繞組中通以直流勵磁。6.3

電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整

—電壓管理和借發(fā)電機、變壓器調(diào)壓*6.3.1調(diào)整電壓的必要性6.3.2電壓波動和電壓管理*

6.3.3借改變發(fā)電機端電壓調(diào)壓6.3.4借改變變壓器變比調(diào)壓*6.3.5借補償設(shè)備調(diào)壓和組合調(diào)壓*6.3.6幾種調(diào)壓措施的比較

6.3.1調(diào)整電壓的必要性電壓偏移過大，影響生活、生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，損壞設(shè)備，甚至大面積停電。電壓過高，設(shè)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，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(shè)備，影響壽命。電壓波動，影響照明設(shè)備的效率，冶煉產(chǎn)品的的質(zhì)量和產(chǎn)量，而對樞紐變電站，嚴重時可能引起“電壓崩潰”，造成大面積停電。6.3.2電壓波動和電壓管理

——電壓波動頻率調(diào)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(diào)整時，將負荷的波動及其引起電壓的偏移分成兩種。（1）周期長、波及面大，主要由生產(chǎn)、生活、氣象變化引起的負荷和電壓變動。（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(shè)備。

6.3.2電壓波動和電壓管理

——限制沖擊性負荷波動的主要措施*（1）大系統(tǒng)單獨供電（2）串聯(lián)電容器補償（3）調(diào)相機補償（4）SR補償6.3.2電壓波動和電壓管理

——限制沖擊性負荷波動的主要措施*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(diào)相機補償（2）串C電源輸電系統(tǒng)一般負荷沖擊負荷（4）SR補償6.3.2電壓波動和電壓管理

——限制沖擊性負荷波動的主要措施*6.3.2電壓波動和電壓管理

——電壓管理（調(diào)整）對象：針對具有周期長、波及面大、可預(yù)見性和可控性特點的電壓變動。引起的主要原因：（1）生產(chǎn)、生活、氣象變化引起的負荷變動。（2）結(jié)線改變、設(shè)備退出而造成網(wǎng)絡(luò)阻抗和潮流分布的變化。地點：電壓中樞點——系統(tǒng)電壓的直接監(jiān)視、調(diào)整點，通常是反應(yīng)系統(tǒng)電壓水平的主要發(fā)電廠或樞紐變電站母線。

中樞點電壓曲線的編制——確定中樞點的電壓允許波動范圍中樞點電壓的調(diào)整方式*

6.3.2電壓波動和電壓管理

——中樞點電壓曲線的編制i△Uik△Uijjk(a)081624Sj(b)hour081624Sk(c)hour日負荷曲線負荷點位置6.3.2電壓波動和電壓管理

——中樞點電壓曲線的編制081624△Uij(d)hour0.04UN0.10UN240816△Uikhour0.01UN0.03UN081624Uhour1.05UN0.95UNUN日電壓損耗曲線允許電壓偏移(e)6.3.2電壓波動和電壓管理

——中樞點電壓曲線的編制16～24點

0～8點

8～16點6.3.2電壓波動和電壓管理

——中樞點電壓曲線的編制0.98UN1.06UN24hour1.09UN081.15UN1.08UN1.05UNUN0.99UN0.96UNUi16中樞點電壓曲線6.3.2電壓波動和電壓管理

——中樞點電壓的調(diào)整方式*

逆調(diào)壓

順調(diào)壓常調(diào)壓：對任意負荷，保持電壓基本不變故障時的允許電壓偏差：

6.3.3借改變發(fā)電機端電壓調(diào)壓

△Umin2=2.4%UG△Umax=10%△Umin=4%△Umax=4%△Umin=1.6%△Umax2=6%k*:15%0-4%-5%-5.6%-9%+4.4%+1%+2%-5%UG逆調(diào)壓k*=1/1.1低壓側(cè)升壓10%6.3.3借改變發(fā)電機端電壓調(diào)壓

——特點是一種最直接的最經(jīng)濟的調(diào)壓方式，不需新增投資，只需改變發(fā)電機勵磁電流。對于多級供電網(wǎng)絡(luò)，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(diào)壓，不能滿足電壓質(zhì)量要求。

6.3.4借改變變壓器變比調(diào)壓*

——基本概念有載調(diào)壓變壓器，可帶負荷調(diào)壓，抽頭多無載調(diào)壓變壓器，不可帶負荷調(diào)壓，抽頭少UTN：主抽頭電壓（或額定抽頭電壓）

變壓器的抽頭信息

變壓器的實際變比與抽頭電壓和實際電壓的關(guān)系6.3.4借改變變壓器變比調(diào)壓*

——基本概念理想變壓器高低壓側(cè)抽頭電壓之比等于其實際電壓之比

6.3.4借改變變壓器變比調(diào)壓*

——基本概念變壓器阻抗為低壓側(cè)歸算值12k：1圖6-4-112k：1圖6-4-2變壓器阻抗為高壓側(cè)歸算值高壓側(cè)低壓側(cè)高壓側(cè)低壓側(cè)6.3.4借改變變壓器變比調(diào)壓*

——降壓變抽頭選擇問題已知電壓U0，負荷點2的功率，線路阻抗ZL，變壓器的阻抗ZT、抽頭型號UT1N±n×d%/UT2N=110±2×2.5%/11，負荷點2的逆調(diào)壓要求，試確定變壓器高壓側(cè)抽頭電壓UT1和變比

k=UT1/UT2N

012TL圖6-4-3簡單系統(tǒng)6.3.4借改變變壓器變比調(diào)壓*

——降壓變抽頭選擇步驟

（1）畫等值電路（2）電壓損耗計算（3）抽頭電壓計算（4）抽頭電壓計算值的歸檔（5）變比的確定（6）變比選擇的效驗6.3.4借改變變壓器變比調(diào)壓*

——等值電路圖6-4-4簡單系統(tǒng)的等值電路012k：1ZLZTPmax+jQmaxPmin+jQmax理想變壓器6.3.4借改變變壓器變比調(diào)壓*

——電壓計算理想變壓器高壓側(cè)實際電壓計算6.3.4借改變變壓器變比調(diào)壓*

——抽頭電壓計算變壓器高壓側(cè)抽頭電壓等于實際變比乘以低壓側(cè)抽頭電壓6.3.4借改變變壓器變比調(diào)壓*

——抽頭電壓計算無載調(diào)壓變壓器：不能帶負荷調(diào)壓，大小負荷狀態(tài)只允許一個抽頭電壓6.3.4借改變變壓器變比調(diào)壓*

——抽頭電壓計算值的歸檔按照四舍五入原則，將抽頭電壓的計算值園整為標準值如：本例中，抽頭型號110±2×2.5%/11，相應(yīng)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。6.3.4借改變變壓器變比調(diào)壓*

——變比的確定無載調(diào)壓變壓器：大小負荷狀態(tài)只允許一個變比有載調(diào)壓變壓器：大小負荷狀態(tài)允許兩個不同的變比6.3.4借改變變壓器變比調(diào)壓*

——變比選擇的效驗效驗的標準根據(jù)確定的標準變比，效驗變壓器低壓側(cè)電壓是否滿足規(guī)定要求6.3.4借改變變壓器變比調(diào)壓*

——變比選擇的效驗本例：U2dmin=U2N=10kV，U2dmax=1.05U2N=10.5kV，d=2.5，則允許誤差為±1.25%。即：

6.3.4借改變變壓器變比調(diào)壓*

——降壓變變比選擇中的幾個問題

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。變壓器阻抗高壓側(cè)歸算值的恒定近似，不考慮抽頭電壓變化的影響6.3.4借改變變壓器變比調(diào)壓*

——升壓變抽頭選擇

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UT1N±n×d%/UT2N=121±2×2.5%/10.5，負荷點2的逆調(diào)壓要求，試確定變壓器的變比。圖6-4-5簡單系統(tǒng)2TL10Pmax+jQmaxU2dmaxPmin+jQminU2dmin6.3.4借改變變壓器變比調(diào)壓*

——升壓變與降壓變抽頭電壓選擇的區(qū)別對于升壓變，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(yīng)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(cè)電壓也不同。其它方面，包括選擇和效驗都一樣。

6.3.4借改變變壓器變比調(diào)壓*

——升壓變抽頭選擇0121：kZLZT圖6-4-6簡單系統(tǒng)的等值電路Pmin+jQminPmax+jQmax關(guān)鍵還是確定理想變壓器高壓側(cè)電壓6.3.4借改變變壓器變比調(diào)壓*

——升壓變與降壓變抽頭電壓選擇的區(qū)別降壓變用U0N降壓變用“-”升壓變6.3.5借補償設(shè)備調(diào)壓和組合調(diào)壓

已知電壓Ui，節(jié)點j的功率（Pj+jQj），線路和變壓器阻抗，變比kⅠ，目標是選擇kⅡ、QC，使Ujc=Ujcd圖6-24具有并聯(lián)補償設(shè)備的簡單系統(tǒng)iTⅠTⅡjL6.3.5借補償設(shè)備調(diào)壓和組合調(diào)壓圖6-25等值電路理變理變理想變壓器高壓側(cè)電壓6.3.5借補償設(shè)備調(diào)壓和組合調(diào)壓補償前補償后相減6.3.5借補償設(shè)備調(diào)壓和組合調(diào)壓目標：Ujc=Ujcd6.3.5借補償設(shè)備調(diào)壓和組合調(diào)壓

——組合調(diào)壓原則

1、結(jié)合變比與靜止電容器的組合調(diào)壓原則：按最小負荷時電容器全部退出的調(diào)壓要求來確定變壓器分接頭，然后按最大負荷時的調(diào)壓要求來確定電容器容量。2、結(jié)合變比與調(diào)相機的組合調(diào)壓原則：最小負荷時調(diào)相機吸收感性無功，容量為QSC/2；最大負荷時調(diào)相機發(fā)出感性無功，容量為QSC。根據(jù)調(diào)壓要求同時確定變比k和調(diào)相機容量QSC。

6.3.5借補償設(shè)備調(diào)壓和組合調(diào)壓

——結(jié)合變比與靜止電容器的組合調(diào)壓已知Uimax、Uimin、Pjmax、Qjmax、Pjmin、Qjmin，線路和變壓器阻抗，目標是選擇k、QC，使Ujm