无功功率补偿与电压调整

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1、电气工程基础无功功率补偿与电压调整主要内容v无功功率负荷电压机制 v电力系统中无功功率的平衡与补偿v电力系统中的电压管理与调压方法无功功率负荷电压机制v一、无功功率负荷电压机制 v有功功率平衡是全系统的平衡，且全系统只 有一个频率；而无功功率平衡要满足众多的 结点电压的要求，除了对全系统需要平衡以 外，地区系统也需要平衡。 无功功率负荷电压机制无功功率负荷电压机制v用隐函数求导 无功功率负荷电压机制v对于高压网， rx,dUPdUQ,故电网结点电压的变动主要由无功功率变 动所引起 无功功率负荷电压机制无功功率负荷电压机制v例11-1确定B点的电压UB以及电源点A需供给的 无功功率 无功功率负荷

2、电压机制无功功率负荷电压机制v两种情况下的负荷功率分别为无功功率负荷电压机制无功功率负荷电压机制v电压偏移的影响 v当运行电压偏离额定值较大时，技术经济指标就会 恶化。 v发电厂厂用电中由电动机驱动的辅机，其机械转矩 与转速的高次方成正比，电压降低滑差增大，转速 降低，输出功率迅速减少，将影响汽轮、锅炉的工 作，严重情况下将造成安全问题。变压器的运行电 压偏低，若负载功率不变，致使输出电流增加，使 绕组过热。电压偏高，励磁电流增大，铁芯损失增 加，温升增高，严重情况下引起高次谐波共振。 v由于局部地区无功不足，运行电压严重低下，一些 变电所在负荷的微小扰动下会出现电压大幅度下滑 ，以至失压，即

3、所谓电压崩溃 .无功功率负荷电压机制v负荷分类及其对电压影响的控制 v电力系统中负荷的变动以及由此而引起的变 电所母线的电压变动可以分为两类： 由生产、生活和气象变化 引起的负荷功率的变化。 电压偏移 调节变压器分接头， 投切电容器以及调节 发电机母线电压 负荷功率具有冲击 性或间歇性 电压波动 安装静止无功补偿器 一类的动态补偿器 安装串联电容 后果改善后果改善无功功率的平衡与补偿 v电力系统中无功功率电源不足，系统结点电 压就要下降。电力系统必须具备足够的无功 电源才能维持所要求的电压水平，以满足系 统安全稳定运行的要求，以下对电力系统中 的无功负荷构成、无功电源构成、电力系统 无功功率平

4、衡问题以及为改善系统无功功率 不平衡而采取的补偿措施等方面进行阐述。 无功功率的平衡与补偿v电力系统中的无功负荷与无功损耗 1、用户与发电厂厂用电的无功负荷（主要是异 步电动机）、 2、线路和变压器的无功损耗 3、并联电抗器的无功损耗 无功功率的平衡与补偿v异步电动机 无功功率的平衡与补偿v变压器：励磁损耗与绕组漏抗损耗，后者与 受载大小有关。无功功率的平衡与补偿v电力线路 ：串联电抗中的无功功率损耗（感 性）与并联电纳中的充电功率（容性）。线路无损 无功电源 无功负荷 无功功率的平衡与补偿v电力系统中的无功电源v一是同步发电机以及过激运行的同步电动机 ，v二是无功补偿电源包括电容器、静止无功

5、补 偿器和同期调相机，v三是110KV及以上电压线路的充电功率。无功功率的平衡与补偿v同步发电机 无功功率的平衡与补偿v同步调相机v过激运行时向电网发出滞后的无功功率，欠 激时从电网吸收滞后的无功功率，成为无功 功率用户 ，有正常激磁、过激与欠激三种不 同运行状态 无功功率的平衡与补偿v静电电容器 静电电容器损耗小，投资省，运行灵活，适宜 于分散使用。但具有负调节效应，此外需用 真空开关成组投切，投切次数依赖于这种开 关的性能。无功功率的平衡与补偿v静止无功补偿器（Static Var Compensation ，SVC）属于灵活交流输电系统（FACTS） 的家族，是一种动态无功补偿装置。v晶

6、闸管控制的电抗器固定电容型（TCRFC ）v晶闸管开关电容器型（TSC）v饱和电抗器（SR）型无功功率的平衡与补偿v1）TCR-FC型补偿器 无功功率的平衡与补偿v2）TSC型补偿器是用可控硅投切的电容器组 （Thyristor Switched Capacitor）。 无功功率的平衡与补偿v3）SR型补偿器是用直流电流控制的饱和电 抗器（D.C. Control Saturable Reaction） 与固定电容器的并联组合。 无功功率的平衡与补偿v高压输电线路的充电功率 高压及超高压线路是一种数量可观的无功 功率电源，其充电功率与线路电压的平方成 正比。 无功功率的平衡与补偿v电力系统的无

7、功平衡与补偿 v无功补偿容量的配置应取分区平衡、分级补 偿原则。 无功功率的平衡与补偿v无功功率管理的具体措施包括： （1）电力用户的功率因数达到0.95以上； （2）分散安装电容器，就地供无功功率。 （3）在一次及二次变电所的低压母线上安装电 容器，枢纽变电安装调相机。在有无功冲击 负荷的变电所以及超高压送电线末端宜安装 静止无功补偿器； （4）对于水、火联合电网，枯水期利用水电机 组调相运行，丰水期利用火电机组调相运行 ，供出感性无功功率； （5）同步电动机过激运行，供出感性无功功率 。电压管理和调压方法v分级管理。 v发电厂和有调压能力的变电所按调度所规定 的电压曲线调整无功功率和电压。

8、 v地区调度所监控地区网络的电压、用户电压 及其功率因数。实现无功功率就地平衡。 v中心调度所着重监控主网的电压水平。协调 全网有广泛影响的调压措施，合理分配无功 出力和调整无功潮流。 v协调配合，统一调度与分散控制相结合 电压管理和调压方法v电压控制的目的 （1）保持电网枢纽点电压水平，保证电力系统 稳定运行； （2）保持供电电压的正常范围，保证用户的供 电质量； （3）减少网络损耗； （4）在偶然事故下快速强行励磁，防止电力系 统瓦解 电压管理和调压方法v中枢点电压管理 v一般选择下列母线为电压中枢点： （1）区域性水、火电厂的高压母线； （2）枢纽变电站二次母线； （3）有地方负荷的发电

9、厂母线。 电压管理和调压方法v三种电压调节方式： （1）逆调整高峰负荷时升高中枢点母线电压， 低谷时降低中枢点母线电压。适用于供电线路较长 ，负荷变动较大的中枢点； （2）顺调整高峰负荷时允许中枢点母线电压略低 ，低谷时允许中枢点母线电压略高。适用于供电线 路不长，负荷变动不大的中枢点； （3）恒调整中枢点母线电压基本不变，适用于 线路长度、负荷变动情况介于上述两者之间的情况 。电压管理和调压方法v电压调整方法 1.改变变压器变比调压 先决条件 :电网的无功电源容量充裕 对负荷变化不大的变电所可适当选择变压器的 分接头进行电压调整。对于负荷变化较大的 一次及二次变电所采用负荷调整分接头的变 压

10、器，其切换装置在不能适应频繁操作要求 时，应限制动作的次数。电压管理和调压方法v降压变压器电压管理和调压方法v最大负荷及最小负荷情况下：在停电条件下 电压管理和调压方法v升压变压器电压管理和调压方法电压管理和调压方法v三绕组降压变压器 看成两个双绕组变压器的并联。在求得三绕 组变压器的功率分布以后，先从高压绕组对 低压绕组入手，选择高压方抽头以满足低压 方电压要求。然后固定高压方抽头，考虑高 压绕组对中压绕组情况；选择中压方抽头满 足中压方的电压要求。 电压管理和调压方法电压管理和调压方法电压管理和调压方法v例11-3 变压器抽头为要求10KV、35KV母线逆调压，即5， 0。试选择抽头电压管

11、理和调压方法v在最大负荷情况下，各绕组电压损耗计算如 下：变压器中点电压 电压管理和调压方法v中压母线电压 低压母线电压 电压管理和调压方法v在最小负荷情况下： 电压管理和调压方法电压管理和调压方法v在最大、最小负荷下，根据低压侧逆调压（5 ，0）的要求选择高压方的抽头： 选标准抽头110-2.5，即为107.25KV选标准抽头110+3*2.5，即118.25KV电压管理和调压方法v固定高压方抽头，按中压方逆调压要求，选 择中压方抽头： 选标准抽头38.5-5，即为36.57KV 选标准抽头38.5-5，即为36.57KV还应根据标准抽头，对中、低母线电压 进行校核。 电压管理和调压方法v改

12、变发电机及调相机励磁调压v改变发电机及调相机的励磁电流，可以改变 它们的内电势，从而调整母线电压。利用发 电机调压范围为发电机额定电压的5。 v调相机调压属于改变网络无功功率分布进行 调压的方法。即利用调相机的容量就地补偿 负荷所需的无功功率，因而改变了线路输送 的无功功率。从而调节了枢纽站母线的电压 。 电压管理和调压方法补偿前补偿后折合到高压侧的低压方希 望电压 ，低压方希望电 压Urc电压管理和调压方法现以下标M、m分别表示最大负荷及最小 负荷情况，设调相机欠激容量为过激容 量之半。 电压管理和调压方法由上式可以确定K值，由此确定高压 方抽头 ，再确定调相机的容量 电压管理和调压方法v投

13、切电容器组调压 v在最小负荷时，切除全部电容器；而按最大 负荷时的调压要求确定电容器的容量。在最 小负荷时选择变压器变比 电压管理和调压方法v例11-4Us保持116KV，Urc维持10.5KV。试 确定负荷端应装无功补偿设备容量（a)电容 器（b）同步调相机 电压管理和调压方法v归算到高压侧母线 电压管理和调压方法v（a）采用静电电容器最小负荷时，选用额定抽头110KV 最大负荷时，电容器容量的决定与校验： 电压管理和调压方法v（b）采用同步补偿机调压 选-2.5分头，即107.25KV 选用Qc=5.0Mvar电压管理和调压方法v校验 电压管理和调压方法v静止无功补偿器调压v可按最大负荷时

14、负荷母线电压的要求确定电 容器的容量QC ,此时可控电抗吸收的无功功率 为零或最小。由最小负荷时的电压要求确定 静止补偿器的容量QSVC,此时QC不变，因此可控 电抗器吸收的无功功率为电压管理和调压方法v串联电容调压 v在线路负荷功率因数较低、无功负荷份额大 时有显著作用 电压管理和调压方法v补偿前 补偿后 电压管理和调压方法v单个电容器的额定容量 设n，m分别为电容器的串联个数和并联 串数 ,三相电容器的总容量 电压管理和调压方法v满足条件电压管理和调压方法v组合调压 无功电源缺乏 ：静电电容器、静止补 偿器及调相机 无功充裕 ：调节抽头 发电机调压幅度有限 ： 首选无直配负荷时5 有直配负

15、荷时采用 逆调整5 电压管理和调压方法v灵敏度分析方法电压管理和调压方法v.联合调压举例 电压管理和调压方法电压管理和调压方法v单一考虑发电机端电压改变情况 ：取标么值 电压管理和调压方法同理电压管理和调压方法v单一考虑无功补偿容量QC的改变情况： 电压管理和调压方法v单独考虑改变变比的情况：电压管理和调压方法v当以上这些措施同时进行时，则有电压管理和调压方法v对结点3而言： （1）当X1大，改变UG2调压效果好；当X2大， 改变UG1调压效果好； （2）改变K与改变UG1调压效果相同，都是将 无功功率由G1推向G2； （3）无功补偿量QC的调节效果，与从接入点 看进去的等效电抗有关，等效阻抗大调压效 果好。