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1、第第1212章章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整12-112-1 电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡12-212-2 电压调整的基本概念电压调整的基本概念12-3 12-3 电压调整的措施电压调整的措施12-4 12-4 调压措施的应用调压措施的应用2024/8/211第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整无功功率平衡 无功负荷与无功电源失去平衡时，会引起系无功负荷与无功电源失去平衡时，会引起系统电压的升高或下降统电压的升高或下降 无功功率的平衡应本着分层、分区、就地无功功率的平衡应本着分层、分区、就地平衡的原则平衡的原则
2、 无功电源的无功输出应能满足系统负荷和无功电源的无功输出应能满足系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求网络损耗在额定电压下对无功功率的需求2024/8/212第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整 异步电动机是电力系统主要的无功负荷异步电动机是电力系统主要的无功负荷8080 系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定 一、无功负荷与电力网无功损耗一、无功负荷与电力网无功损耗R/SjXIoIjXmV1.1.无功功率负荷无功功率负荷图图12-1 异步电动机简化等值电路异步电动机简化等值电路励磁励磁功率功率漏抗漏抗
3、无功无功2024/8/213第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整Q Qm mVV2 2，随，随VXmVXm饱和，饱和，XmQXmQm m随随V V变化的曲线比变化的曲线比一般二次曲线略高。一般二次曲线略高。Q Q：P Pm m=I=I2 2R(1-s)/s=R(1-s)/s=常数，常数，VsI VsI Q QnV VN N附近：附近：VQVQ；VQVQ；n但但V V明明显低于低于V VN N时，又由于，又由于Q Q ，曲，曲线反而上反而上翘。实际实际负荷负荷增加增加2024/8/214第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调
4、整 变压器的无功损耗变压器的无功损耗变压器的无功损耗变压器的无功损耗Q QLTLT：励磁损耗励磁损耗Q Q0 0和漏抗中的损耗和漏抗中的损耗Q QT T2.无功功率损耗无功功率损耗2024/8/215第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整书上的一组数字：书上的一组数字：nI I0 01.51.5，VsVs10.510.5，由上面公式得，由上面公式得n额定满载运行中，额定满载运行中，Q Q损耗损耗S SN N的的1212u变压器的无功器的无功损耗耗较大大2024/8/216第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整 35KV35
5、KV及以下的架空线路：及以下的架空线路：充电功率小，忽略充电功率小，忽略B B，消，消耗感性无功耗感性无功110KV110KV及以上的架空线路：及以上的架空线路：输送大功率：充电功率输送大功率：充电功率 电抗中消耗功率，线路消耗电抗中消耗功率，线路消耗容性无功，成为无功电源。容性无功，成为无功电源。jB/2R+jXP2+jQ2P1+jQ1jB/2V1V2输电线路损耗输电线路损耗2024/8/217第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整I IQ QQ QB BQ QL L轻载轻载重重载输电线路的无功损耗输电线路的无功损耗2024/8/218第十二章第十二章 电
6、力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整 发电机发电机 同步调相机同步调相机 静电电容器静电电容器 静止无功补偿器静止无功补偿器 静止无功发生器静止无功发生器 二、无功功率电源二、无功功率电源2024/8/219第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整发电机是唯一的有功功率电源，又是最基本的无功功率电发电机是唯一的有功功率电源，又是最基本的无功功率电源源 1.1.发电机发电机一台隐极机接在一台隐极机接在V VN N为常数的系统母线上为常数的系统母线上2024/8/2110第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整Q
7、BDCAPOEjXdIN2 21C C nA点为圆心，点为圆心，AC为半径做圆弧；为半径做圆弧；O点为圆心，点为圆心，OC为半径为半径ACACX Xd dI IN NOCOCE Eq q乘以乘以V VN N/x/xd dACACX Xd dI IN N（V VN N/x/xd d）S SGNGNOCOCE Eq q（V VN N/x/xd d）I IfNfNAB=ACsinAB=ACsinN NS SGNGNsinsinN N Q QGNGNAD=ACcosAD=ACcosN NS SGNGNcoscosN N P PGNGN2024/8/2111第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
8、电力系统的无功功率和电压调整nA A点至圆弧点至圆弧2 2上任意一点连接的长度（按照上任意一点连接的长度（按照I If f励磁电流励磁电流不超过额定值不超过额定值I IfNfN确定的视在功率）确定的视在功率）nA A点至圆弧点至圆弧1 1上任意一点连接的长度（按照定子电流不上任意一点连接的长度（按照定子电流不超过额定值确定的视在功率）超过额定值确定的视在功率）QBDCAPOEjXdIN2 21C C ACACS SGNGNOCOCI IfNfNABAB Q QGNGNADADP PGNGNS SGNGNI IfNfNADADP PGNGN2024/8/2112第十二章第十二章 电力系统的无功功
9、率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整结论结论n发电机要多发无功功率，由于受到励磁电流的限制，发电机要多发无功功率，由于受到励磁电流的限制，调节只能沿调节只能沿cccc 弧运行，说明定子电流没有得到充分弧运行，说明定子电流没有得到充分利用（发电机的容量没有得到充分利用）利用（发电机的容量没有得到充分利用）1 1、发电机的功率因数低于、发电机的功率因数低于coscosN N时时QBDCAPOEjXdIN2 21C C 2024/8/2113第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整QBDCAPOEjXdIN2 21C C 2 2、发电机的功率因数高于、发电机的功
10、率因数高于coscosN N时时nA A点至圆弧点至圆弧2 2的长度大于的长度大于A A点至圆弧点至圆弧1 1的长度的长度n发电机要发出有功功率，由于受到汽轮机额定功率的发电机要发出有功功率，由于受到汽轮机额定功率的限制，调节只能沿限制，调节只能沿CDCD运行，说明定子电流、励磁电流运行，说明定子电流、励磁电流都没有得到充分利用（原动机出力）都没有得到充分利用（原动机出力）2024/8/2114第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整3、当发电机以超前功率因数运行、当发电机以超前功率因数运行n并列运行稳定性成为限制条件并列运行稳定性成为限制条件QBDCAPOE
11、jXdIN2 21C C 2024/8/2115第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整发电机可能发出的发电机可能发出的P P、Q Q受到的限制：受到的限制：1.1.额定视在功率（定子额定电流）的限制；额定视在功率（定子额定电流）的限制；A A为圆心，为圆心，ACAC为半径的圆弧。为半径的圆弧。2.2.转子额定电流限制；转子额定电流限制；O O为圆心，为圆心，OCOC为半径圆弧。为半径圆弧。3.3.原动机出力（额定有功功率）的限制。水平线原动机出力（额定有功功率）的限制。水平线DCDC。QBDCAPOEjXdIN2 21C C QBDCAPOEjXdIN2 2
12、1C C 2024/8/2116第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整同步调相机相当于空载运行的同步发电机。同步调相机相当于空载运行的同步发电机。n过励磁运行时，向系统供给无功功率，起无功电过励磁运行时，向系统供给无功功率，起无功电源的作用；源的作用；n欠励磁运行时，吸收感性无功功率，起无功负荷欠励磁运行时，吸收感性无功功率，起无功负荷作用。作用。2020世纪世纪7070年代以来已逐渐被静止无功补偿装置所年代以来已逐渐被静止无功补偿装置所取代。取代。2.2.同步调相机同步调相机2024/8/2117第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功
13、功率和电压调整静电电容器供给的无功功率静电电容器供给的无功功率QcQc与所在节点的电压与所在节点的电压V V的平的平方成正比，即方成正比，即 Q Qc cV V2 2/X/Xc c式中，式中，X Xc c1/1/c c为静电电容器的电抗。为静电电容器的电抗。电容器的无功功率调节性能比较差。电容器的无功功率调节性能比较差。3.3.静电电容器静电电容器 2024/8/2118第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整SVCSVC由静电电容器由静电电容器与电抗器并联组成，与电抗器并联组成，SVCSVC在我国电力系在我国电力系统中将得到广泛应统中将得到广泛应用用饱和电抗
14、器型SR晶闸管控制电抗器型(TCR)晶闸管开关电容器型(TSC)TCR和TSC组合型4.静止无功补偿器静止无功补偿器 2024/8/2119第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整饱和电抗器型SR2024/8/2120第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整晶闸管控制电抗器型(TCR)2024/8/2121第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整晶闸管开关电容器型(TSC)2024/8/2122第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整n更为先进的静止型无功补偿
15、装置更为先进的静止型无功补偿装置(SVG(SVG）n与与SVCSVC比较，比较，SVGSVG具有相应快、运行范围宽、谐波具有相应快、运行范围宽、谐波电流含量少等优点。尤其是电压较低时仍可向系统电流含量少等优点。尤其是电压较低时仍可向系统注入较大的无功电流注入较大的无功电流5.5.静止无功发生器静止无功发生器 2024/8/2123第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整l无功功率平衡的基本要求无功功率平衡的基本要求无功电源发出的无功功率应该无功电源发出的无功功率应该大于或至少等于大于或至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗之和负荷所需的无功功率和网络中的
16、无功损耗之和系统还必须配置一定的无功备用容量系统还必须配置一定的无功备用容量尽量避免通过电网元件大量的传送无功功率，尽量避免通过电网元件大量的传送无功功率，应该分地区分电压级地进行无功功率平衡应该分地区分电压级地进行无功功率平衡一般情况下按照正常最大和最小负荷的运行方一般情况下按照正常最大和最小负荷的运行方式计算无功平衡，必要时还应校验某些设备检式计算无功平衡，必要时还应校验某些设备检修时或故障后运行方式下的无功功率平衡修时或故障后运行方式下的无功功率平衡三、无功功率平衡三、无功功率平衡2024/8/2124第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整nQ QGC
17、GC: :电源供应的无功功率之和电源供应的无功功率之和nQ QLDLD: :无功负荷之和无功负荷之和nQ QL L: :网络无功功率损耗之和网络无功功率损耗之和nQ Qresres: :无功功率备用无功功率备用系统无功功率平衡关系式：系统无功功率平衡关系式： Q QGCGCQ QLDLDQ QL LQ Qresres Q Qresres00系统中无功功率可以平衡且有适量的备用；系统中无功功率可以平衡且有适量的备用；Q Qresres0VEV，无功功率将从电压高的一端流向电压低的一端。，无功功率将从电压高的一端流向电压低的一端。压差越大，流过的压差越大，流过的Q Q越大；如果两端电压差为越大；如
18、果两端电压差为0 0，线路，线路流过的无功也为流过的无功也为0 0。n电力网中节点电压的变化，会改变无功功率潮流的变电力网中节点电压的变化，会改变无功功率潮流的变化。化。n远处的无功电源向负荷提供无功，会使沿线电压下降，远处的无功电源向负荷提供无功，会使沿线电压下降，甚至不能满足电压偏移的要求。甚至不能满足电压偏移的要求。n负荷的无功需求，要就地由附近的电源供给。负荷的无功需求，要就地由附近的电源供给。2024/8/2129第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整211aac2QVVaVaO图图12-12 按无功功率确定电压按无功功率确定电压实现无功功率在额定
19、电压下的平衡实现无功功率在额定电压下的平衡是保证电压质量的基本条件是保证电压质量的基本条件2024/8/2130第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整12-2 12-2 电压调整的基本概念电压调整的基本概念 电压是电能质量的重要指标之一。电压质量对电压是电能质量的重要指标之一。电压质量对电力系统的安全与经济运行，对保证用户安全生产电力系统的安全与经济运行，对保证用户安全生产和产品质量以及电气设备的安全与寿命有重要的影和产品质量以及电气设备的安全与寿命有重要的影响。因此电压调整具有一定的重要性。响。因此电压调整具有一定的重要性。2024/8/2131第十二章第
20、十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整35KV35KV及以上：及以上：101010KV10KV及以下：及以下：7 7低压照明：低压照明：+7+7，-10-10220kV220kV及以上枢纽变电所一及以上枢纽变电所一次侧母线次侧母线：5 50 0l允许电压偏移指标允许电压偏移指标在事故情况下或事故后，允许的电压偏移可再增加在事故情况下或事故后，允许的电压偏移可再增加5。一、允许电压偏移一、允许电压偏移2024/8/2132第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整事故事故分析分析日本东京电力系统日本东京电力系统19871987年年7 7月
21、月2323日发生电压崩日发生电压崩溃造成大停电事故。起因是由于负荷增加过快，溃造成大停电事故。起因是由于负荷增加过快，电压开始下降，最后发展到继电保护动作跳闸，电压开始下降，最后发展到继电保护动作跳闸，导致三个变电所全停导致三个变电所全停 美国于美国于19651965年年1111月月9 9日发生东北部大面积停电事日发生东北部大面积停电事故，起因是线路过负荷使后备保护起动，导致故，起因是线路过负荷使后备保护起动，导致系统解列系统解列 19821982年年8 8月月7 7日，华中电网因日，华中电网因220KV220KV联络线联络线A A相相对支路放电，继电保护动作跳闸，导致系统对支路放电，继电保护
22、动作跳闸，导致系统稳定破坏，各电厂和变电站电压大幅度下降，稳定破坏，各电厂和变电站电压大幅度下降，系统解环，电网失去大量无功电源，结果使系统解环，电网失去大量无功电源，结果使湖北地区大面积停电，武汉钢铁公司等重要湖北地区大面积停电，武汉钢铁公司等重要用户受到很大的损害，部分设备损坏用户受到很大的损害，部分设备损坏2024/8/2133第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整中枢点的定义电力系统中重要的电压支撑点电力系统中重要的电压支撑点电力系统中负荷点数目众多又很分散，有必要电力系统中负荷点数目众多又很分散，有必要选择一些有代表性的负荷点选择一些有代表性的负荷
23、点这些点的电压质量符合要求，其它各点的电压这些点的电压质量符合要求，其它各点的电压质量也能基本满足要求质量也能基本满足要求中枢点的选择区域性水、火电厂的高压母线区域性水、火电厂的高压母线枢纽变电所的二次母线枢纽变电所的二次母线有大量地方负荷的发电机电压母线有大量地方负荷的发电机电压母线 中枢点设置数量不少于全网中枢点设置数量不少于全网220KV220KV及以上及以上电压等级变电所总数的电压等级变电所总数的7 7二、中枢点电压管理二、中枢点电压管理2024/8/2134第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整n 中枢点的电压允许变化范围的确定中枢点的电压允许变化
24、范围的确定 中枢点向两个负荷点供电中枢点向两个负荷点供电 中枢点向多个负荷点供电中枢点向多个负荷点供电 如果中枢点是发电机母线如果中枢点是发电机母线 在任何时候，各个负荷点所要求的中枢点允在任何时候，各个负荷点所要求的中枢点允许变化范围都有公共部分许变化范围都有公共部分 2024/8/2135第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整0.04VNt/h V0.01VN0.1VN0.03VNVAVB816240SBmaxt/h SSBminSAmax SAmin 中枢点向两个负荷点供电 SABASBOt/h V7%1%1.09VN1.06VN0.99VN0.96V
25、N1.15VN1.08VN1.05VN0.98VN8162403%2024/8/2136第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整尽管尽管A A、B B两负荷点的电压有两负荷点的电压有1010的变化范围，但的变化范围，但是由于两处负荷大小和变化规律不同，两段线路的电是由于两处负荷大小和变化规律不同，两段线路的电压损耗值及变化规律亦不相同。为同时满足两负荷点压损耗值及变化规律亦不相同。为同时满足两负荷点的电压质量要求，中枢点电压的允许变化范围就大大的电压质量要求，中枢点电压的允许变化范围就大大缩小，最大时为缩小，最大时为7 7，最小时仅有，最小时仅有1 1 中枢点
26、向两个负荷点供电中枢点向两个负荷点供电 2024/8/2137第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整无公共部分无公共部分2024/8/2138第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整n 中枢点的电压允许变化范围的确定中枢点的电压允许变化范围的确定 中枢点向两个负荷点供电中枢点向两个负荷点供电 如果中枢点是发电机母线如果中枢点是发电机母线 在任何时候，各个负荷点所要求的中枢点允在任何时候，各个负荷点所要求的中枢点允许变化范围都有公共部分许变化范围都有公共部分 中枢点向多个负荷点供电中枢点向多个负荷点供电 2024/8/2139
27、第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整 中枢点向多个负荷点供电中枢点向多个负荷点供电 其电压允许变化范围可按两种极端情况确其电压允许变化范围可按两种极端情况确定：在地区负荷最大时，电压最低的负荷点的定：在地区负荷最大时，电压最低的负荷点的允许电压下限加上到中枢点的电压损耗等于中允许电压下限加上到中枢点的电压损耗等于中枢点的最低电压；在地区负荷最小时，电压最枢点的最低电压；在地区负荷最小时，电压最高负荷点的允许电压上限加上到中枢点的电压高负荷点的允许电压上限加上到中枢点的电压损耗等于中枢点的最高电压损耗等于中枢点的最高电压2024/8/2140第十二章第十二章
28、 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整 中枢点的电压允许变化范围的确定中枢点的电压允许变化范围的确定 中枢点向两个负荷点供电中枢点向两个负荷点供电 中枢点向多个负荷点供电中枢点向多个负荷点供电 在任何时候，各个负荷点所要求的中枢点允在任何时候，各个负荷点所要求的中枢点允许变化范围都有公共部分许变化范围都有公共部分 如果中枢点是发电机母线如果中枢点是发电机母线 2024/8/2141第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整 如果中枢点是发电机的电压母线如果中枢点是发电机的电压母线 除了上述要求外，还应受厂用电设备与除了上述要求外，还应受厂用电
29、设备与发电机的最高允许电压以及为保持系统稳定发电机的最高允许电压以及为保持系统稳定的最低允许电压的限制的最低允许电压的限制2024/8/2142第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整 中枢点的电压允许变化范围的确定中枢点的电压允许变化范围的确定 中枢点向两个负荷点供电中枢点向两个负荷点供电 中枢点向多个负荷点供电中枢点向多个负荷点供电 如果中枢点是发电机母线如果中枢点是发电机母线 如果在任何时候，各个负荷点所要求的中枢如果在任何时候，各个负荷点所要求的中枢点允许变化范围都有公共部分点允许变化范围都有公共部分 2024/8/2143第十二章第十二章 电力系统的
30、无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整 如果在任何时候中枢点电压允许变化范围都有公共如果在任何时候中枢点电压允许变化范围都有公共部分部分 那么，调整中枢点电压，使其在公共部分的那么，调整中枢点电压，使其在公共部分的允许范围内变动，就可以满足各负荷点的调压要允许范围内变动，就可以满足各负荷点的调压要求，而不必在各负荷点再装设调压设备求，而不必在各负荷点再装设调压设备2024/8/2144第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整1 1、弄清由中枢点调压的各负荷节点的负荷的变化和规律、弄清由中枢点调压的各负荷节点的负荷的变化和规律 和电压允许的范围和电压允许
31、的范围 2 2、根据、根据1 1，计算各负荷节点对中枢点的电压的要求，计算各负荷节点对中枢点的电压的要求 3 3、各负荷对中枢点电压要求的公共区域，即为中枢点电、各负荷对中枢点电压要求的公共区域，即为中枢点电 压容许变化范围，反过来说，只要中枢点电压在这一压容许变化范围，反过来说，只要中枢点电压在这一 范围内，即可以满足各点的调压要求范围内，即可以满足各点的调压要求 n中枢点允许变电范围确定中枢点允许变电范围确定2024/8/2145第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整n在高峰（大）负荷时升高电压，低谷（小）负荷在高峰（大）负荷时升高电压，低谷（小）负荷时
32、降低电压的调压方式。时降低电压的调压方式。u一般采用逆调压方式，在最大负荷时可保持中一般采用逆调压方式，在最大负荷时可保持中枢点电压比线路额定电压高枢点电压比线路额定电压高5 51.05V1.05VN N；u在最小负荷时保持为线路额定电压在最小负荷时保持为线路额定电压V VN N。n供电线路较长、负荷变动较大的中枢点往往要求供电线路较长、负荷变动较大的中枢点往往要求采用这种调压方式采用这种调压方式n中枢点调压模式中枢点调压模式1.1.逆调压模式逆调压模式2024/8/2146第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整n高峰（大）负荷时允许中枢点电压低一些，但不低
33、于高峰（大）负荷时允许中枢点电压低一些，但不低于线路额定电压的线路额定电压的102.5102.51.025V1.025VN N；n小负荷时允许其电压高一些，但不超过线路额定电压小负荷时允许其电压高一些，但不超过线路额定电压的的107.5107.51.075V1.075VN N。n对于某些供电距离较近，或者符合变动不大的变电所，对于某些供电距离较近，或者符合变动不大的变电所，可以采用这种调压方式可以采用这种调压方式2.2.顺调压模式顺调压模式n中枢点调压模式中枢点调压模式2024/8/2147第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整n介于前面两种调压方式之间的调
34、压方式是恒调压。介于前面两种调压方式之间的调压方式是恒调压。n在任何负荷下，中枢点电压保持为大约恒定的数值，在任何负荷下，中枢点电压保持为大约恒定的数值，一般较线路额定电压高一般较线路额定电压高2 25 51.02V1.02VN N1.05V1.05VN N3.3.恒调压模式恒调压模式n中枢点调压模式中枢点调压模式2024/8/2148第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整R+jXP+jQ1:K1VbK2 : 1VGV Vb b=(V=(VG Gk k1 1V)/kV)/k2 2(V(VG Gk k1 1 )/ k)/ k2 2 三、电压调整的基本原理三、电
35、压调整的基本原理2024/8/2149第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整为了调整用户端电压为了调整用户端电压V Vb b可以采取以下措施可以采取以下措施（1 1）调节励磁电流以改变发电机机端电压）调节励磁电流以改变发电机机端电压V VG G（2 2）适当选择变压器的变比适当选择变压器的变比k k1 1、k k2 2（3 3）改变线路的参数）改变线路的参数R R、X X（4 4）改变无功功率的分布）改变无功功率的分布P P、Q QV Vb b=(V=(VG Gk k1 1V)/kV)/k2 2(V(VG Gk k1 1 )/ k)/ k2 2 2024/8
36、/2150第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整12-3 12-3 电压调整的措施电压调整的措施 发电机调压发电机调压 改变变压器变比调压改变变压器变比调压 利用无功功率补偿调压利用无功功率补偿调压 线路串联电容补偿调压线路串联电容补偿调压2024/8/2151第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整对于不同类型的供电网络，发电机调压所起作用不同对于不同类型的供电网络，发电机调压所起作用不同（1 1）由孤立的发电厂不经升压直接供电的小型电力网）由孤立的发电厂不经升压直接供电的小型电力网发电机调压，不必另外在增加调压设备。发电
37、机调压，不必另外在增加调压设备。（2 2）线路较长、供电范围较大、有多级变压的供电系统）线路较长、供电范围较大、有多级变压的供电系统发电机调压主要为了满足近处地方负荷的电压质量要发电机调压主要为了满足近处地方负荷的电压质量要求。求。一、发电机调压一、发电机调压 所以在大型电力系统中发电机调压一般只作为一种所以在大型电力系统中发电机调压一般只作为一种辅助性的调压措施辅助性的调压措施2024/8/2152第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整发电机逆调压效果发电机逆调压效果2024/8/2153第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电
38、压调整多电压级系统中电压损耗多电压级系统中电压损耗n线路较长、供电范围较大、发电机经多级变压向负荷线路较长、供电范围较大、发电机经多级变压向负荷供电时，仅靠发电机调压可能达不到负荷点电压质量供电时，仅靠发电机调压可能达不到负荷点电压质量的要求。的要求。u发电机至最远负荷处在最大、最小负荷时的电压总发电机至最远负荷处在最大、最小负荷时的电压总损耗分别为损耗分别为3535、1515电压变动范围为电压变动范围为2020，u由发电机逆调压可缩小为由发电机逆调压可缩小为1616电压变动已不能电压变动已不能满足一般负荷的要求。满足一般负荷的要求。2024/8/2154第十二章第十二章 电力系统的无功功率和
39、电压调整电力系统的无功功率和电压调整n改变变压器变比可以升高或降低次级绕组的电压。改变变压器变比可以升高或降低次级绕组的电压。n改变变压器的变比调压实际上就是根据调压要求适当选改变变压器的变比调压实际上就是根据调压要求适当选择分接头择分接头n普通双绕组变压器高压绕组和三绕组变压器的高、中压普通双绕组变压器高压绕组和三绕组变压器的高、中压绕组绕组u有有3 3个抽头，可调范围为个抽头，可调范围为V VN N5 5。u有有5 5个抽头，可调范围为个抽头，可调范围为V VN N2 22.52.5。二、改变变压器变比调压二、改变变压器变比调压2024/8/2155第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电
40、压调整电力系统的无功功率和电压调整（1 1）降压变压器分接头的选择）降压变压器分接头的选择n降压变压器，则节点降压变压器，则节点1 1为高压母线节点为高压母线节点2 2为低压母线。为低压母线。n通过变压器的功率为通过变压器的功率为P PjQjQ，归算到高压侧变压器阻，归算到高压侧变压器阻抗抗RT jXTV2P+jQV1RT jXT2024/8/2156第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整归算到高压侧电压损耗归算到高压侧电压损耗 V VT T（PRPRT TQXQXT T）/V/V1 1则则 V V2 2(V(V1 1V VT T)/K)/K变压器的变比变压
41、器的变比 k kV V1t1t/V/V2N2N即高压绕组分接头电压即高压绕组分接头电压V V1t1t和低压绕组额定电压和低压绕组额定电压V V2N2N之比。之比。将将k k代入上式，得高压侧分接头电压代入上式，得高压侧分接头电压 V V1t1t(V(V1 1V VT T)/V)/V2 2 V V2N2N当当变变压压器器通通过过不不同同得得功功率率时时，可可以以通通过过计计算算求求出出在在不不同同负负荷荷下为满足低压侧调压要求所应选择的高压侧分接头电压下为满足低压侧调压要求所应选择的高压侧分接头电压V2P+jQV1RT jXT2024/8/2157第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电
42、力系统的无功功率和电压调整普普通通的的双双绕绕组组变变压压器器的的分分接接头头只只能能在在停停电电得得情情况况下下改改变变，在在正正常常的的运运行行中中无无论论负负荷荷怎怎样样变变化化只只能能使使用用一一个个固固定定的的分分接接头头。计算最大负荷和最小负荷下所要求的分接头电压计算最大负荷和最小负荷下所要求的分接头电压V V1tmax1tmax（V V1max1maxV Vtmaxtmax）V V2N2N/V/V2max2maxV V1tmin1tmin（V V1min1minV Vtmintmin）V V2N2N/V/V2min2min求取算术平均值，即求取算术平均值，即V V1t.av1t.
43、av（V V1tmax1tmax V V1tmin1tmin）/2/2u根据值可选择一个与它最接近的分接头。根据值可选择一个与它最接近的分接头。u根根据据所所选选取取的的分分接接头头校校验验最最大大负负荷荷和和最最小小负负荷荷时时低低压压母母线线电压上的实际电压是否符合要求。电压上的实际电压是否符合要求。2024/8/2158第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整分接头调压基本步骤分接头调压基本步骤 ：1 1、根据最大和最小负荷的运行情况，、根据最大和最小负荷的运行情况，求出其一次侧电压求出其一次侧电压 和和 ，以以及及通通过过变变压压器器的的负负荷荷 ，
44、求求取取变压器的电压损耗变压器的电压损耗 。2 2、套用公式套用公式计算最大负荷和最小负荷时的计算最大负荷和最小负荷时的分接头选择分接头选择2024/8/2159第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整4 4、选择接近的接头作为所选择的接头、选择接近的接头作为所选择的接头 3 3、取其算数平均值、取其算数平均值5 5、套用低压则电压计算公式进行、套用低压则电压计算公式进行验算验算2024/8/2160第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整2024/8/2161第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和
45、电压调整2024/8/2162第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整V2P+jQV1RT jXTn与选择降压变压器的基本相同与选择降压变压器的基本相同n节点节点2 2为低压母线，节点为低压母线，节点1 1为高压母线。为高压母线。n低压母线低压母线2 2的电压归算到高压母线的电压归算到高压母线1 1侧，因功率由低压侧，因功率由低压侧流向高压侧，此时由高压母线侧流向高压侧，此时由高压母线1 1的电压推算低压母线的电压推算低压母线2 2的电压时，应将高压母线电压与电压损耗相加。的电压时，应将高压母线电压与电压损耗相加。（2 2）升压变压器分接头的选择）升压变压器分
46、接头的选择2024/8/2163第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整 由由于于升升压压变变压压器器中中功功率率方方向向是是从从低低压压侧侧送送往往高高压压侧侧的的，故故公公式式中中V VT T前前的的符符号号应应相相反反，即即应应将将电电压压损损耗耗和和高压侧电压相加。有高压侧电压相加。有V V1t1t(V(V1 1+V+VT T)/V)/V2 2 V V2N2NV V2 2变压器低压侧的实际电压或给定电压；变压器低压侧的实际电压或给定电压；V V1 1高压侧所要求的电压高压侧所要求的电压2024/8/2164第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整
47、电力系统的无功功率和电压调整2024/8/2165第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整2024/8/2166第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整n能够在电力网电压变化能够在电力网电压变化和负荷变化时，不停和负荷变化时，不停电地电地改变分改变分接头位置满足调压要求。改变一档分接头约需接头位置满足调压要求。改变一档分接头约需2 25s5s。n可调范围大可调范围大u有有7 7个抽头，可调范围为个抽头，可调范围为V VN N3 32.52.5。u有有9 9个抽头，可调范围为个抽头，可调范围为V VN N4 42.02.0。有载
48、调压变压器有载调压变压器 如果负荷方向如果负荷方向是变化的或负荷变是变化的或负荷变动范围很大，需要动范围很大，需要采用有载调压变压采用有载调压变压器器。2024/8/2167第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整加压调压变压器加压调压变压器 （p47p50p47p50）n附加电势附加电势改变附加电势大小、相位就可以改变线改变附加电势大小、相位就可以改变线路上电压的大小、相位路上电压的大小、相位1.纵向调压变压器：附加电势的相位与线路电压的相纵向调压变压器：附加电势的相位与线路电压的相位相同的变压器位相同的变压器u只有纵向电势，只改变线路电压大小，不改变线只有
49、纵向电势，只改变线路电压大小，不改变线路电压相位路电压相位u纵向电势影响无功功率分布纵向电势影响无功功率分布2024/8/2168第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整2.横向调压变压器：附加电势的相位与线路电压的相横向调压变压器：附加电势的相位与线路电压的相位有位有90相位差的变压器相位差的变压器u只有横向电势，只改变线路电压相位，几乎不改只有横向电势，只改变线路电压相位，几乎不改变线路电压大小变线路电压大小u横向电势影响有功功率分布横向电势影响有功功率分布2024/8/2169第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整3.
50、混合型调压变压器：既有纵向调压变压器，又有横混合型调压变压器：既有纵向调压变压器，又有横向调压变压器。向调压变压器。u即改变线路电压相位，又改变线路电压大小即改变线路电压相位，又改变线路电压大小2024/8/2170第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整n自然功率分布：没有附加电势时，网络的功率分布。自然功率分布：没有附加电势时，网络的功率分布。n实际功率分布：功率的自然分布和循环功率叠加而成。实际功率分布：功率的自然分布和循环功率叠加而成。n附加电势：附加电势：n高压网络中，高压网络中，XR，纵向电势主要影响，纵向电势主要影响Q；横向电势主要影响横向电势主
51、要影响P。环网中产生环网中产生循环功率循环功率2024/8/2171第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整变压器调压适用范围变压器调压适用范围n无功功率电源容量充足时，用变压器调压才能奏效无功功率电源容量充足时，用变压器调压才能奏效。uG G无功容量不足，以致母线电压水平偏低，发电机发出无功容量不足，以致母线电压水平偏低，发电机发出Q QGmaxGmax；改变变压器；改变变压器T T3 3变比调压，以提高母线变比调压，以提高母线6 6电压，电压，V V6 6Q Q6 6Q Q6 6 Q QGmaxGmaxI If f，超过，超过P-QP-Q极限；极限；uI
52、If fQQG G=Q=QGmaxGmax，1 15 5母线电压母线电压，V V6 6也达不到要求。也达不到要求。2024/8/2172第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整三、利用无功功率补偿调压三、利用无功功率补偿调压1 1、必要性、必要性 1.1.P P输送有功，不能因为调压调压改变有功功率分布输送有功，不能因为调压调压改变有功功率分布2.2.Q Q改变发电机改变发电机Q Q；在负荷点附近通过无功功率的补偿设备供给无功功率在负荷点附近通过无功功率的补偿设备供给无功功率 在电力网适当地点接入无功补偿装置在电力网适当地点接入无功补偿装置，能够减小线路和，能
53、够减小线路和变压器输送的无功功率，因而可减小线路变压器的电压损耗变压器输送的无功功率，因而可减小线路变压器的电压损耗和提高电网的电压水平，同时还能减小电力网的功率损耗，和提高电网的电压水平，同时还能减小电力网的功率损耗，提高经济效益。提高经济效益。2024/8/2173第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整2、适用范围、适用范围n改变无功功率分布对电压损耗的影响程度，随所用导线改变无功功率分布对电压损耗的影响程度，随所用导线的截面积不同而不同。的截面积不同而不同。u小截面导线构成架空线路：小截面导线构成架空线路：RX,RX,V V主要由主要由PR/VPR/V
54、（有（有功）引起的，借改变无功功率来影响功）引起的，借改变无功功率来影响V V效果不佳。效果不佳。适合低压电力网适合低压电力网u大截面导线构成架空线路：大截面导线构成架空线路：RX,RX,V V主要由主要由QX/VQX/V （无（无功）引起的，通过功）引起的，通过Q Q补偿设备从而减小输送的无功功补偿设备从而减小输送的无功功率，可以起到调压效果。率，可以起到调压效果。适合高压电力网适合高压电力网2024/8/2174第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整3 3、调压的基本原理（只掌握基本结论）、调压的基本原理（只掌握基本结论） 2024/8/2175第十二章
55、第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整第二项很小第二项很小 变比变比k k的选择原则：在满足调压要求下，使无功补偿容量最小的选择原则：在满足调压要求下，使无功补偿容量最小2024/8/2176第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整n静电电容器特点：只能发出感性无功功率以提高电静电电容器特点：只能发出感性无功功率以提高电压，但电压过高时却不能吸收感性无功功率来使电压，但电压过高时却不能吸收感性无功功率来使电压降低。压降低。n为了充分利用补偿容量，在最大负荷时电容器应为了充分利用补偿容量，在最大负荷时电容器应全部投入，在最小负荷时全部
56、退出。全部投入，在最小负荷时全部退出。按最小负荷时，不计补偿时确定变压器按最小负荷时，不计补偿时确定变压器k k按最大负荷时，求补偿容量按最大负荷时，求补偿容量（1 1）补偿设备为静电电容器）补偿设备为静电电容器2024/8/2177第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整 根据调压要求，按最小负荷时没有补偿变压器变比根据调压要求，按最小负荷时没有补偿变压器变比 按最大负荷时的调压要求选择补偿容量按最大负荷时的调压要求选择补偿容量 校验实际电压是否满足要求校验实际电压是否满足要求最小负荷时低压母线的归算（到高压侧的）电压；最小负荷时低压母线的归算（到高压侧的）
57、电压；要求保持的实际电压要求保持的实际电压变压器分接头电压：变压器分接头电压：2024/8/2178第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整n调相机的特点：既能过励磁运行，又能欠励磁运行。调相机的特点：既能过励磁运行，又能欠励磁运行。u最大负荷时，调相机按额定容量过励磁运行最大负荷时，调相机按额定容量过励磁运行u最小负荷时，按（最小负荷时，按（0.50.50.650.65）额定容量欠励磁运）额定容量欠励磁运行行n那么，调相机的容量将得到最充分的利用。那么，调相机的容量将得到最充分的利用。（2 2）补偿设备为同步调相机）补偿设备为同步调相机2024/8/2179
58、第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整在线路上串联接入静电电容器，利用电容器的容抗补偿在线路上串联接入静电电容器，利用电容器的容抗补偿线路的感抗，使电压损耗中线路的感抗，使电压损耗中QX/VQX/V分量减小，从而可提高分量减小，从而可提高线路末端电压线路末端电压四、线路串联电容补偿调压四、线路串联电容补偿调压2024/8/2180第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整1、根据调压要求选择串补、根据调压要求选择串补Xc 2024/8/2181第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整 定义补偿
59、度定义补偿度 欠补偿欠补偿过补偿过补偿全补偿全补偿2、电压减少百分比、电压减少百分比 2024/8/2182第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整讨论：讨论： 愈大，改善电压质量的效果愈好；愈大，改善电压质量的效果愈好； 愈小（功率因数愈小），改善电压质量的效果愈好；愈小（功率因数愈小），改善电压质量的效果愈好； 愈小，改善电压质量的效果愈好；愈小，改善电压质量的效果愈好；2024/8/2183第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整3、适用范围、适用范围n串联电容器只用于串联电容器只用于110kv110kv以下电压等级，线
60、路长、导以下电压等级，线路长、导线截面积大、负荷波动大而频繁的架空线路。补偿采线截面积大、负荷波动大而频繁的架空线路。补偿采用过补偿。功率因数较低的低压配电网。用过补偿。功率因数较低的低压配电网。u10kv10kv及以下电压的架空线路，由及以下电压的架空线路，由R RL LX XL L很大，所以很大，所以使用申联电容补偿是不经济合理的。使用申联电容补偿是不经济合理的。n220kv220kv以以上电压等级的远距离输电线路中采用串联以以上电压等级的远距离输电线路中采用串联电容补偿，其作用在于提高运行稳定性和输电能力。电容补偿，其作用在于提高运行稳定性和输电能力。2024/8/2184第十二章第十二
61、章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整利用发电机调压是首先考虑的调压措施。当发电机利用发电机调压是首先考虑的调压措施。当发电机母线没有负荷时，一般可在母线没有负荷时，一般可在9595105105的范围内的范围内调压；当发电机母线有负荷时，一般采用逆调压。调压；当发电机母线有负荷时，一般采用逆调压。u合理使用发电机调压后，在大多数情况下部可以合理使用发电机调压后，在大多数情况下部可以减轻其他调压措施的负担。减轻其他调压措施的负担。几种调压措施的比较几种调压措施的比较2024/8/2185第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整当电力系统中的
62、无功功率供应比较充裕时，利用改当电力系统中的无功功率供应比较充裕时，利用改变变压器的变比或分接头调压可以取得成效。变变压器的变比或分接头调压可以取得成效。u普通变压器只能在退出运行后才能改变分接头，普通变压器只能在退出运行后才能改变分接头，在不要求逆调压时，适当调整分接头可满足调压在不要求逆调压时，适当调整分接头可满足调压要求，在要求逆调压时，必须采用有载调压变压要求，在要求逆调压时，必须采用有载调压变压器或串联加压器。器或串联加压器。u 在系统中无功功率供应不足时，靠改变变压器的在系统中无功功率供应不足时，靠改变变压器的变比或分接头调压，可能会使系统中局部的电压升高，变比或分接头调压，可能会
63、使系统中局部的电压升高，需要的无功功率反而增加，系统中总的无功功率更缺需要的无功功率反而增加，系统中总的无功功率更缺乏，电压质量更不能得到保证。因此，对无功功率不乏，电压质量更不能得到保证。因此，对无功功率不足的系统，应设置无功功率补偿设备进行调压。足的系统，应设置无功功率补偿设备进行调压。2024/8/2186第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整对无功功率不足的电力系统，首先应该增加无功功对无功功率不足的电力系统，首先应该增加无功功率电源，如采用并联电容器、调相机或静止补偿器率电源，如采用并联电容器、调相机或静止补偿器等附加的设备。在采用这些并联补偿设备
64、后，还可等附加的设备。在采用这些并联补偿设备后，还可以减少网络中无功功率的流通，降低网络中有功功以减少网络中无功功率的流通，降低网络中有功功率和电能的损耗。率和电能的损耗。作为调压措施之一的串联补偿电容器，可用于个别作为调压措施之一的串联补偿电容器，可用于个别地区无功不平衡。地区无功不平衡。2024/8/2187第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整串联电容补偿和并联电容补偿比较串联电容补偿和并联电容补偿比较n串联电容补偿串联电容补偿 线路电抗线路电抗n并联电容补偿并联电容补偿 无功功率无功功率u由于串联电容器电压降落具有负值的电压降落，起由于串联电容器电压
65、降落具有负值的电压降落，起直接低偿线路电压降落的作用，比并联电容补偿借直接低偿线路电压降落的作用，比并联电容补偿借减少线路中流通的无功功率来减小线路电压降落作减少线路中流通的无功功率来减小线路电压降落作用显著很多。用显著很多。u为减小同样大小电压降落，所设置的并联电容器容为减小同样大小电压降落，所设置的并联电容器容量仅为并联的电容器的量仅为并联的电容器的1725u串联电容器补偿适合于电压波动频繁的场合；而并串联电容器补偿适合于电压波动频繁的场合；而并联电容器不适用。联电容器不适用。2024/8/2188第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整n串联电容补偿串联电容补偿 线路电抗线路电抗n并联电容补偿并联电容补偿 无功功率无功功率u串联电容器补偿效果随着负荷本身功率因数提高，串联电容器补偿效果随着负荷本身功率因数提高，逐渐消失。并联电容器减小线路流通无功功率，直逐渐消失。并联电容器减小线路流通无功功率，直接减小线路上的有功功率损耗作用，比串联借提高接减小线路上的有功功率损耗作用，比串联借提高线路电压水平来减小线路有功功率损耗显著很多。线路电压水平来减小线路有功功率损耗显著很多。2024/8/2189第十二章第十二章 电力系统的无功功率和电压调整电力系统的无功功率和电压调整
