1、2018年6月7日3时27分 1,2018年6月7日3时27分 2,第六章 电力系统无功功率和电压调整,照明设备：,白炽灯,异步电动机：,当U70%UN,若电机满载运行，会造成电机停转机。 堵转IT 烧坏。,6-1 概述,一、电压波动对用户的影响,2018年6月7日3时27分 3,6-1 概述,电子设备: (例如电视机),U图像不稳定（波动、变形）。,U显像管寿命。,因而，我国对各类供电电压和网络的节点规定了允许的电压偏移。,以前分析：在高压电力系统中，节点电压幅值仅与无功功率变化有关。,二、影响节点电压的因素,下面以单回线路为例：,2018年6月7日3时27分 4,110kV以上线路：XR,
2、 有功功率主要与线路两端的电压夹角有关；,P2。当U1超前U2时，0，P20，即P2方向总从超前电压流向滞后电压；,分析：,6-1 概述,2018年6月7日3时27分 5, 无功功率的大小和方向取决于U1和U2的大小；,若cos1，,当U1U2时，Q20，即无功功率总是从电压高的一端流向电压低的一端；, U1不变时： Q越大，U2越低； Q越小，U2越高；,6-1 概述,2018年6月7日3时27分 6,可见，在负荷吸收无功不变的情况下，由于传输的无功较大，会导致U2数值过低，超出了线路末端允许的电压偏移值。,提高U1，但是，可能会造成U1超出允许电压偏移值。,如果所欠的无功功率由设在线路末端
3、的无功电源满足，这种满足电压要求而设置的无功电源称为无功补偿电源，简称无功补偿。,无功补偿减少了线路流动，从而提高了输电线路末端的电压。这种方法调压在低压配电系统中应用极为广泛。,6-1 概述,保证U2电压质量，有两种方法：,2018年6月7日3时27分 7,根据系统的能量守恒，系统中任意时刻发出的无功功率应等于消耗的无功功率。,系统无功功率的平衡可以从无功电压特性曲线可以看出。,例如：一个简单系统。,对系统综合用电负荷，一般表现的是异步电动机的无功电压特性。其特性曲线在电机学学过，如图。,做发电机和线路的等值电路，如图。,(假若发电机为隐极机。),6-1 概述,三、无功功率平衡与电压水平的关
4、系,2018年6月7日3时27分 8,其中，X发电机、线路的总电抗 E发电机电动势 PjQ发电机送到用户的功率,发电机的无功电压特性(表达式)，前面已经推导。,可见，发电机的无功电压特性曲线是一条向下开口的抛物线，如图。,6-1 概述,2018年6月7日3时27分 9,QG,Q,U,QL,UN,如果该系统正常运行，则工作点应在负荷和发电机的无功曲线交点。(产生和消耗相等),在系统有功不变的情况下：,Q,a,b,U1,可见，系统无功不足时，导致电压下降，在较低电压下达到无功平衡。,c,系统在额定电压下达到无功平衡。,6-1 概述,2018年6月7日3时27分 10,同样，当发电机无功过剩时，会导
5、致系统电压上升，系统在较高的电压下再达到平衡。,即：电力系统无功功率必须保持平衡（产生无功等于消耗无功）-是维持电压水平的必要条件。,注意：希望是在额定电压下的无功功率平衡，不是在电压过高（无功过剩）和过低（无功不足）下的平衡。,结论：无功功率与电压调整密切相关。系统无功不足会导致系统电压下降。系统无功过剩，会导致系统电压上升。增加或减少无功输出可以调节系统的电压水平。,6-1 概述,2018年6月7日3时27分 11,当系统无功严重不足时，如图：,QG,Q,U,UN,a,d,U1,QG,当系统无功上升到与发电机曲线相切时（d点），系统的工作点是不稳定的。任何一个小的扰动，都会导致电压急剧下降
6、，而不能恢复。这种现象称为电压崩溃，d点成临界点。,6-1 概述,2018年6月7日3时27分 12,“电压崩溃”现象,例如：上海一发电厂的 发电机失去励磁事故。,6-1 概述,2018年6月7日3时27分 13,电力系统正常运行必须保证无功功率平衡，所以电网的无功功率平衡公式：,其中，,注意：这里所说的无功功率平衡是在正常电压水平下的无功功率平衡；在无功不足时，由于电压下降，负荷减少了吸收无功也达到了平衡，这不是所希望的；,6-1 概述,四、无功功率平衡,2018年6月7日3时27分 14,无功功率平衡计算是电力部门的一项重要计算内容；, 为了保证电力系统的电压质量，对无功功率平衡的要求是：
7、系统无功功率电源所能发出的最大无功功率电源应大于或等于系统消耗的无功功率；,其中，,6-1 概述,2018年6月7日3时27分 15,QC0 系统有无功备用,QC0，线路消耗无功； 110kV以上，与运行方式有关(负荷大小)，线路长度有关；,6-1 概述,输电线末端负荷的等值阻抗等于输电线的波阻抗时，输电线输送的功率为自然功率或波阻抗功率。,2018年6月7日3时27分 20, 发电机：,如图示同步发电机：,做等值电路图(隐极机)：,做向量图：,若发电机在额定运行状态；,6-1 概述,3. 无功电源：,2018年6月7日3时27分 21,建立坐标，可知：,Q,QN,PN,C,A,P,O,SN,
8、即：,6-1 概述,2018年6月7日3时27分 22,Q,QN,PN,C,A,P,O,SN,S,Q,P,If限制了发电机输出功率；,SQN-发电机输出无功增大；,PPN-发电机输出有功减少；,C工作点向下移动,6-1 概述,2018年6月7日3时27分 23,Q,QN,PN,C,A,P,O,SN,原动机限制了输出功率；,SSN-发电机输出功率减小， 容量不能充分利用；,QQN-无功输出减少；,P=PN-发电机输出有功最大；,6-1 概述,2018年6月7日3时27分 24,PN,Q,QN,C,A,P,O,受到系统稳定性的限制；,S,容量也得不到充分利用；,红线的包络线是发电机的极限运行线,
9、调相机：,实际上是一个当电动机运行的同步发电机；,6-1 概述,2018年6月7日3时27分 25,有两种运行方式：,过激运行：向电网输送无功功率（+Q）；,欠激运行：向电网吸收无功功率(-Q)；,注意：调相机在欠励磁运行时的容量是过励磁运行时容量的5065。它一般装在接近负荷中心处，以减少传输无功功率引起的电能损耗和电压损耗。,所以改变调相机的励磁可以平滑地改变无功功率的大小和方向。, 静电电容器：,6-1 概述,2018年6月7日3时27分 26,静电电容器供给的无功功率Qc与所在节点的电压U的平方成正比，即,仅发出无功的电源。,显然，当节点电压下降时，它供给系统的无功功率将减少，即具有负
10、的调节效应。, 电抗器：,6-1 概述,2018年6月7日3时27分 27,仅吸收无功功率。,一般用于超高压、长距离、轻载线路。吸收过剩的无功功率。, 静止无功补偿器：,静止无功补偿器是由可控硅控制的可调电抗器与电容器并联组成的新型无功补偿装置，具有极好的调节性能，能快速跟踪负荷的变动，改变无功功率的大小，能根据需要改变无功功率的方向，响应速度快，不仅可以作为一般的无功补偿装置，而且是唯一能用于冲击性负荷的无功补偿装置。,静止无功补偿器（SVC）Static Var Compensator 。,6-1 概述,2018年6月7日3时27分 28,静止无功补偿器有几种类型：例如：TCR型补偿器:,
11、C,Lf,C,滤波器,滤波器：利用CL构成串联谐振，作为高次谐波通路。,通过以上可见：无功电源多种多样，可在电力系统各个节点随意装设，进行无功调节，无功电源的布置具有很大的分散性。,6-1 概述,2018年6月7日3时27分 29,第六章 电力系统无功功率和电压调整,在电力系统运行中，由于负荷的变化，会导致电压的波动，为了保证供电的电压质量，对电压偏移较大的节点必须进行调整。,一、中枢点的电压管理：,电压管理方式：对于一个电力系统来说，系统的节点数量是非常多的，因而对系统的每一个节点的电压都进行管理是非常困难的。因此，电力系统运行部门仅仅监视和调整一部分重要的节点（中枢点），以期达到全面调节各
12、节点电压的目的。,6-2 电力系统电压调整,中枢点的特点：,2018年6月7日3时27分 30, 该点反应了系统电压水平；, 大多数负荷都由这些中枢点供电；,就是说，该点的电压较低，则与其相关的节点的电压也会较低，提高该点的电压，也会相应提高其它节点的电压；,中枢点的选择：, 区域性水、火电厂的高压母线（高压母线有几回出线的情况）；, 枢纽变电所的二次母线；,6-2 电力系统电压调整, 有大量地方负荷的发电厂母线；,中枢点电压与负荷电压的关系：,2018年6月7日3时27分 31,6-2 电力系统电压调整,在满足负荷的电压要求下（ VminV Vmax ），可确定中枢点i的电压范围： Vimi
13、nVi Vimax；即：, 中枢点i的最低电压Vimin等于在地区负荷最大时某用户允许的最低电压Vmin加上到中枢点的电压损耗Vmax。,2018年6月7日3时27分 32,中枢点i的最高电压Vimax等于地区负荷最小时某用户允许的最高电压Vmax加上到中枢点的电压损耗Vmin。,6-2 电力系统电压调整,2018年6月7日3时27分 33,1. 中枢点电压上、下限确定：,例如：如图示系统，i点是中枢点；,确定方法：,若j、k点的日负荷曲线如图：,3,6-2 电力系统电压调整,试确定满足j、k点的电压要求时的i节点的电压允许变化范围；,2018年6月7日3时27分 34, 根据最大负荷、最小负
14、荷求出线路电压损耗；, 假设j、k节点电压允许波动5%UN；,编制出中枢点i的电压变动曲线；,j点对点i允许电压变化范围：,6-2 电力系统电压调整,2018年6月7日3时27分 35,824小时：,Ui=Uj+Uij=（0.951.05）UN+0.1UN=(1.051.15)UN,08小时：,Ui=Uj+Uij=（0.951.05）UN+0.04UN=(0.991.09)UN,k点对点i允许电压变化范围：,016小时：,Ui=Uk+Uik=（0.951.05）UN+0.01UN=(0.961.06)UN,6-2 电力系统电压调整,2018年6月7日3时27分 36,1624小时：,Ui=Uk
15、+Uik=（0.951.05）UN+0.03UN=(0.981.08)UN,为同时满足j、k点电压要求，i节点的波动范围：,6-2 电力系统电压调整,2018年6月7日3时27分 37, 为同时满足两负荷点的电压要求，i节点的电压变动范围变小了，最小时仅有1，最大时为9 ；,可见，, 若两条线路负荷相差悬殊，或线路参数相差较大，即U相差较大，会有可能在某一段时间内，中枢点无论如何都不能满足负荷点的调压要求；,在实际电力设计和运行中，为了避免这种情况，规定了电力网的允许最大电压损耗。,电力网性质 Umax%,正常情况下的区域电力网 10%,6-2 电力系统电压调整,2018年6月7日3时27分
16、38,电力网性质 Umax%,事故情况下的区域电力网 较正常增加5%,正常情况下的中压配电网 35%,正常情况下的中压供电网 47%,两项之和不超过10%,例如：,U+ UiR;,注意：电容器的最大工作电流及耐压要满足要求。, 负荷波动大、频繁，功率因数低的情况;,6-2 电力系统电压调整,2018年6月7日3时27分 62,一般：,110kV可采用并联电容补偿；,10kV35kV宜采用串联电容补偿；,10kV及以下，采用按调压选择导线截面积；,例题：（习题3-17）,如图所示变压器，图中给出了最大和最小负荷时的功率分布及电压偏移范围，变压器变比为11022.5%/38.522.5%/6.6k
17、V,阻抗均为归算至高压侧的值，试选择变压器中压、高压绕组的分接头。,6-2 电力系统电压调整,2018年6月7日3时27分 63,解：最大负荷时，,S0M=12+j9MVA,S0,S,最小负荷时，,S0m=6+j4MVA,6-2 电力系统电压调整,2018年6月7日3时27分 64,首端功率：,o,O点电压：,6-2 电力系统电压调整,2018年6月7日3时27分 65,绕组电压损耗：,绕组电压损耗：,归算到高压侧的中、低压侧的电压值为：,6-2 电力系统电压调整,2018年6月7日3时27分 66,U=104.334112.069kV,U=105.572112.309kV,根据低压侧的要求，
18、选择高压侧的分接头：,6-2 电力系统电压调整,2018年6月7日3时27分 67,U=104.334112.069kV,U=105.572112.309kV,取用+2.5%抽头：,Ut=UN105%=1101.05=115.5kV,校验：,选中压分接头：,6-2 电力系统电压调整,2018年6月7日3时27分 68,U=104.334112.069kV,U=105.572112.309kV,取用主抽头：Ut=38.5kV,校验：,6-2 电力系统电压调整,2018年6月7日3时27分 69,所以变压器分接头选用：115.5/38.5/6.6kV。,6-2 电力系统电压调整,2018年6月7日3时27分 70,2018年6月7日3时27分 71,附图,2018年6月7日3时27分 72,附图,
