无功平衡与电压调整.ppt

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电力系统的无功功率平衡和电压调整,2016.10.26,目录,1.无功功率的一些问题2.电力系统的无功功率特性和无功功率平衡3.电压调整的基本概念4.电压调整的措施,1.无功功率的一些问题,1.1什么是无功功率？

许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器，电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。

为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率。

因此所谓的“无功”并不是“无用”的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能，热能而已，因此在供用电系统中除了需要有功电源外还需要无功电源。

可以这么理解：

电路中感性元件中的电磁场能与电路中的电能相互转化所需的功率。

或者说电网的无功功率就是交流与电感或者电容电流的互相交换的过程。

无功功率是一个提供能量交换的空间，而没有直接做有用的功。

1.无功功率的一些问题,1.2感性无功和容性无功？

感性无功：

变压器、异步电动机、电焊机等设备为了建立磁场所需要的无功。

指电流滞后电压所消耗的无功功率。

容性无功：

电力线路，无功设备发出的无功，指电流超前电压，所得到的无功。

左图:

R消耗有功功率P，L消耗无功功率Q,S是复功率，与P和Q有如下关系,1.无功功率的一些问题,1.3一点准备工作1.3.1网络元件中的电压降落电力网络中的元件主要有电力线路、变压器和电抗器等，每个元件的单相等值电路中都包含有阻抗的串联环节，如果忽略等值电路中并联接地之路的导纳，则任意一个元件的等值电路均可简化为一个简单的阻抗串联电路，见右图。

网络元件上的电压降落就是指串联阻抗元件首末两端电压的相量差。

由图可知电压降落的表达式为式中：

为电压降落相量；、为首末端节点线电压相量；、为支路电流相量，

（1）,1.无功功率的一些问题,已知元件首端或末端的电压和功率时求元件上的电压降落有两种计算方法也即两种已知条件，如已知末端（或首端）电压、功率求首端（或末端）电压、功率和电压降落。

电力系统中一般采用等效Y形接线作出单相参数的等值电路，并且通常是采用线电压、三相功率进行计算。

因此在采用有名制进行计算时，借用单相电路图进行三相计算。

在图

（1）中，U1,U2为节点的线电压相量；S1,S2为支路两侧的三相复功率。

其中式中：

dU为电压降落，为电压降落纵分量，为电压降落的横分量。

1、已知末端、S2计算取与实轴重合，即则电压相量见图

（2），由解得,1.无功功率的一些问题,则令；则2、已知首端、计算取与实轴重合，即，相量图见图（3）。

与上述类似可得,1.无功功率的一些问题,令则以上两种条件下分别是将电压、与实轴重合得出的结果，这两种结果应符合电路的规律，即但式中，。

两种情况下相量之间的关系如图（4）在使用式（1-1）、式（1-2）时，其功率与电压必须是同一侧的数值；在同一节点有多条支路时，使用的功率值必须是通过所求的电压降落的支路元件中的功率。

这两式可统一，统一式为:

1.无功功率的一些问题,;（1-3）在使用以上各式进行计算时，对于电感性负荷Q以正值代入，对于电容性负荷Q应以负值代入。

因此，当负荷为容性时，式（1-3）的可能为负值，则末端电压U2可能大于始端。

电力系统的无功功率平衡和电压调整,电力系统正常运行状况调整的内容与意义：

（1）潮流计算确定正常运行状态；正常负荷条件下的运行状态，必须满足电能质量要求。

否则必须调整。

电能质量：

频率质量频率偏移电压质量电压偏移、电压波动与闪变、电网谐波、三相不对称程度

（2）正常运行状况调整的内容：

电压调整无功功率分布调整（假定频率恒定fN）频率调整有功功率分布调整（假定电压恒定VN）运行状态的优化经济运行（3）本文主要内容：

无功特性、无功平衡、电压调整,2电力系统的无功功率特性与无功功率平衡2.1无功功率负荷与无功功率损耗

（1）无功功率负荷：

用电设备消耗的无功功率，比重大的有三：

IM（异步电动机）、荧光灯、整流设备。

IM的无功特性决定系统无功负荷特性总无功：

励磁无功：

当时漏抗无功：

当时

（2）变压器的无功损耗V较低时近似且，V较高时近似且所以类似的特性。

系统（尤其配网）变压器台数多，在系统总无功需求中占相当比重。

2电力系统的无功功率特性与无功功率平衡2.1无功功率负荷与无功功率损耗（3）输电线路的无功功率损耗35KV线路：

很小，消耗无功，也即配网线路消耗无功。

110KV及以上线路：

较大。

重载时，线路为无功负载。

轻载（小于自然功率时）线路为无功电源。

（4）电力系统总无功负荷：

静态V、Q特性类似于IM。

2电力系统的无功功率特性与无功功率平衡2.2电力系统的无功功率电源无功电源种类：

同步发电机、无功补偿装置（调相机、C、SVC、SVG）

（1）同步发电机：

同步发电机安全运行极限曲线：

额定运行状态：

基本关系：

，全运行极限：

降低运行限制：

；提高运行限制：

；超前进相稳定、定子端部温升限制：

，优点：

改变平滑、连续调节，灵活、范围广大：

系统唯一有功电源。

无需专门投资。

2电力系统的无功功率特性与无功功率平衡2.2电力系统的无功功率电源

（2）同期调相机：

相当于空载运行的同步电动机过激运行：

向系统发出感性无功无功电源欠激运行：

从系统吸收感性无功无功负荷无功调节特点、范围:

，平滑，连续；向系统输出无功：

优缺点：

连续、平滑、范围宽、性能好；动态无功支撑，稳定电压。

消耗少量有功（1.5%5%）运行维护复杂；投资大。

应用：

集中、大容量、枢纽变电站，容量小于5MVA的一般不装设。

已基本被SVC取代。

2电力系统的无功功率特性与无功功率平衡2.2电力系统的无功功率电源（3）静电电容器静态电压无功特性其中为额定容量，为额定电压优缺点：

优点：

设置灵活，集中/分散；容量大/小投资小，运行损耗小：

运行维护方便。

缺点：

离散调节；调节性能差反电压特性；动（暂）态电压支撑能力差。

应用：

集中220KV站10KV侧；分散10KV配网、低压用户母线、大型IM机端补偿。

2电力系统的无功功率特性与无功功率平衡2.2电力系统的无功功率电源（4）静止无功补偿器（SVC）：

原理构成（饱和电抗器型）静电电容器C：

吸收容性无功发出感性无功饱和电抗器SR：

吸收感性无功。

电容器CS：

校正调节特性斜率。

工作原理与调节特性普通静电电容器SR：

当VVsa，铁芯急剧饱和。

急剧增大。

优点：

调节性能好，连续、平滑可吸收/发出感性无功，调节范围大动态无功支撑能力强，稳定电压性能与调相机相当造价低，运行维护方便应用：

枢纽变电站，集中补偿。

2电力系统的无功功率特性与无功功率平衡2.2电力系统的无功功率电源（5）静止无功发生器（SVG）：

原理构成工作原理：

控制逆变器GTO导通角，改变SVG运行工况。

优点比响应速度快，调节范围宽；谐波成分少，谐波电流小；储能电容工作电压低、容量小；母线电压较低时也可向系统注入少量无功；应用：

集中补偿,2电力系统的无功功率特性与无功功率平衡2.3电力系统的无功功率平衡无功平衡要求：

按额定功率因数计算，：

按额定容量计算已知有功，按额定功率因数计算。

（0.850.9）按计算，线路充电功率只计110KV以上。

要求：

0无功备用。

正常电压水平、最大负荷条件下，充裕的无功备用。

2电力系统的无功功率特性与无功功率平衡2.3电力系统的无功功率平衡（3）无功平衡要注意的基本问题：

a）满足额定电压水平下运行时的平衡关系正常负荷水平下，有适当的无功备用最大负荷水平下有要求的电压水平b）尽可能通过分散补偿，使末端功率因素达到较高水平（专用负荷0.9）c）分区、分层就地平衡，避免无功远距离传输和跨电压等级流动最大负荷时，合理利用负荷中心的机组无功出力最小负荷时，合理安排机组进相运行d）最小负荷时，220kV以上输电网安排适当的并联电抗器补偿,3电压调整的基本概念3.1电力系统电压调整的意义电压偏移对用户与电力系统的影响

（1）对用户的影响：

IM：

MeV2V产品产量、质量，太低压会烧坏IM电热设备：

VP产品产量、质量照明：

V光通电子仪器设备：

过高/低的电压影响精度甚至损坏设备

（2）对系统的影响：

VP，运行经济性；运行稳定性V过高：

危及绝缘、超高压电网电晕损失（3）电压偏移要求：

35kV及以上：

正、负偏移之绝对值和10%VN10kV及以下：

10%VN380V/220V单相：

-10%+7%VN（4）电压调整目的：

保证各负荷点电压偏移在允许范围内,3电压调整的基本概念3.2中枢点的电压管理

（1）电压中枢点及其选择电压中枢点：

对供电区域各负荷点电压有显著调控作用节点中枢点选择：

区域性电厂高压母线；枢纽变二次母线；有大量直馈负荷的G压母线

（2）中枢点电压允许变化范围的确定I）方法与步骤：

由各负荷点S（t）计算中枢点负荷点的V（t）由各负荷点允许偏移中枢点要求范围确定同时满足各负荷点要求的中枢点允许范围例：

VO（A）=VA+VOAVO（B）=VB+VOB,3电压调整的基本概念3.2中枢点的电压管理

（2）中枢点电压允许变化范围的确定II）应用注意：

VCentr变化范围小于各负荷点的允许变化范围确定Vcentr变化范围的近似方法：

VCentr-min取决于MaxVCentri-min；VCentr-max取决于MinVCentri-max按2种极限情况近似确定VCentr范围a）中枢点供电负荷最大时，各负荷点中运行电压最低者之允许下限+相应ViVCentr-minb）中枢点供电负荷最小时，运行电压最高之负荷点的允许上限+相应ViVCentr-max如果中枢点供电的各负荷点电压要求相近，各自负荷变化规律及幅度相近，则中枢点有满足各负荷点的公共调压范围；反之，可能找不到中枢点的公共范围，必须在负荷点增加调压设备,3电压调整的基本概念3.2中枢点的电压管理（3）中枢点的调压方式逆调压：

大负荷时，提高中枢点电压，一般VCentr1.05VN小负荷时，降低中枢点电压，一般VCentr1.0VN适应：

供电线路长、负荷变动大调压要求最高，需要附加调压设备（OLTC）顺调压：

大负荷时，VCentr1.025VN；小负荷时，VCentr1.075VN适应：

供电线路短、负荷变动小调压要求最低，不需要附加调压设备常调压：

各种负荷水平下，使VCentr保持基本恒定：

（1.021.05）VN适应性、调压要求居中,3电压调整的基本概念3.3电压调整基本原理与措施概述,4电压调整的措施4.1发电机调压

（1）原理：

调If，5%VN；实质改变QG

（2）优点：

简便，无需附加投资（3）应用注意：

适应直供负荷，线路短，负荷变化小；多电压等级网作为辅助手段。

改变闭式网Q分配，甚至与经济Q分配矛盾VGQG（降低功率因数）机组有足够无功储备，系统有功备用充分EX：

4电压调整的措施4.2改变变压器变比调压概述：

（1）变压器分接头设置：

双绕组高压侧；三绕组高、中压侧普通变压器：

6300KVA及以下，3VTN（H）5%8000KVA及以上，5VTN（H）22.5%有载调压变：

110KV及以下，至少7VTN（H）32.5%220KV及以上，至少9VTN（H）42.0%

（2）调压原理：

4电压调整的措施4.2改变变压器变比调压

（1）降压变压器分接头选择：

4电压调整的措施4.2改变变压器变比调压

（2）升压变压器分接头选择：

4电压调整的措施4.2改变变压器变比调压（3）变压器分接头选择应注意的问题：

4电压调整的措施4.2改变变压器变比调压（4）自动调压装置简介：

有载调压变压器、加压调压变压器、SSSC、TCSC、TCPST、UPFC,4电压调整的措施4.3无功补偿调压

（1）基本原理：

4电压调整的措施4.3无功补偿调压1.补偿设备为静电电容器,通常在大负荷时降压变电所电压偏低，小负荷时电压偏高。

电容器只能发出感性无功功率以提高电压，但电压过高时候却不能吸收感性无功功率来使电压降低。

为了充分利用补偿容量，在最大负荷时电容器应全部投入，在最小负荷时应全部退出。

首先根据调压要求，按最小负荷时没有补偿的情况确定变压器的分接头。

令和分别为最小负荷时低压侧母线的归算（到高压侧的）电压和要求保持的实际电压，则，由此可算出变压器的分接头电压应为选定与Vt最接近的分接头V1t，并由此确定变比,4电压调整的措施4.3无功补偿调压,其次按最大负荷时的调压要求计算补偿容量，即式中，和分别为补偿前变电所低压母线的归算（到高压侧的）电压和补偿后要求保持的实际电压。

2.补偿设备为同步调相机调相机的特点是既能过励磁运行，发出感性无功功率使电压升高，也能欠励磁运行，吸收感性无功功率使电压降低。

如果调相机在最大负荷时按额定容量过励磁运行，在最小负荷时按（0.50.65）额定容量欠励磁运行，那么，调相机的容量将得到最充分的利用。

则最大负荷时，同步调相机容量为,4电压调整的措施4.3无功补偿调压,用a代表数值范围（0.50.65），则最小负荷时调相机容量应为两式相除，得由上式可以解出按式（4-2）算出的k值选择最接近的分接头电压V1t，并确定实际变比k=V1t/V2N,将其代入式（4-1）即可求出需要的调相机容量。

4-1,4-2,4电压调整的措施4.3无功补偿调压,其实,在电压损耗中包含两个分量：

一个是有功负荷及电阻产生的PR/V分量；另一个是无功负荷及电抗产生的QX/V分量。

利用无功补偿调压的效果与网络性质及负荷情况有关。

在低压电力网中，一般导线截面小，线路的电阻比电抗大，负荷的功率因数也高一些，因此中有功功率引起的PR/V分量所占的比重大；在高压电力网中，导线截面较大，多数情况下线路电抗比电阻大，再加上变压器的电抗远大于其电阻，这时中无功功率引起的QX/V分量就占很大的比重，例如某系统从水电厂到系统的高压电力网，包括升压和降压变压器在内，其电抗与电阻之比为8：

1。

这种情况下减少输送无功功率可以产生比较显著的调压效果。

反之，对截面积不大的架空线路和所有电缆线路，用这种方法调压就不合适。

4电压调整的措施4.3无功补偿调压

（2）应用原则：

原则在满足调压要求的前提下k的选择应当使QC最小（a）在Smin下，无功补偿设备按出力下限QC.min运行合理选择k以满足所要求的V2.min（b）在Smax下，使k按（a）固定确定QC上限以满足所要求的V2.max无功补偿设备出力下限QC.min：

（a）静电电容器：

QC.min0（b）同步调相机：

QC.minQCon.maxQCon.N；0.50.6（c）SVC：

根据给定特性，类似于调相机处理（3）注意点：

无功补偿调压的实质减小网络无功传输在X上的电压损耗V（PR+QX）/V效果与负荷功率因数以及网络性质有关高压网：

效果显著；低压网：

效果相对较差,4电压调整的措施4.4线路串联电容补偿调压

（1）基本原理V=（PR+QX）/V改变网络（线路）参数调压

（2）补偿容量的确定：

4电压调整的措施4.4线路串联电容补偿调压（3）应用注意：

XC地点：

使沿线电压尽量均匀分布，各负荷点电压均在允许范围内。

a）负荷集中于线末时，XC宜集中于末端始端避免过电压、减少通过XC的短路电流b）负荷沿线分布时，XC宜置于补偿前的V/2处沿线负荷均在允许范围内串XC补偿调节特性好提高末端电压，减小负荷变化时的电压波动调压效果VVC=QXC/V1QQ越大、X越大，效果越好一般应用于35kV、10kV配电网络特别是负荷波动大而频繁、功率因数低的配电线路补偿度：

kC=XC/XL用于调压：

kC接近或略大于1串联XC补偿可用于超高压输电线路提高输送容量、提高系统运行稳定性,4电压调整的措施4.5几种调压措施的比较

（1）改变VG：

经济方便、无需附加投资，优先应用，但调整范围小。

（2）改变k：

系统、区域无功电源充足时，优先考虑。

普通变压器，调压范围小，频繁调整k则很不方便系统无功不充足时，改变k使局部地区电压合格，但可能恶化其他区域OLTC（有载调压变压器）调节灵活、调压范围大，但需要附加投资，前提也是系统无功电源充足（3）补偿调压：

无功电源不足的系统，并联补偿调压为最根本措施。

电容补偿：

投资少、易维护，可集、散，应用灵活；调节性能差调相机：

投资大、维护难，调节性能好。

集中使用已经被SVC取代SVC：

有QCon同样性能；运行维护技术高，有谐波污染问题。

集中使用串补与并补的比较：

a）调压性能：

串优于并（提高传输能力与稳定性：

串优于并）b）串补不能减少网损，并补可降低网损。

c）场合：

串补宜用于低功率因数配电线路；并补对于X大的线路调压效果更好d）达到同样的调压效果QC.S（串联）QC.P（并联）（一般QC.S=（1725）%QC.P）,完,谢谢大家！