第六章電力系統的無功功率和電壓調整

引言：Q～U與P～f的區別*

6.1

電力系統中的無功功率平衡*6.2

電力系統中無功平衡的最優分布6.3

電力系統的電壓調整—電壓管理和借發電機、變壓器調壓*6.4

借補償設備調壓和組合調壓

Q～U與P～f的區別*有功電源：只有發電機組，單一性。

無功電源：發電機組，無功補償裝置（電容器組、電抗器組、調相機、靜止補償器等）（變電站），多樣性。有功電源供應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。全系統頻率相同，頻率調整集中在發電廠，調頻手段只有調整原動機功率一種。電壓水平則全系統各點不同，而且電壓調整可分散進行，調壓手段也多種多樣。——電壓無功調整的基本原則：分層分區調整與無功的就地平衡電網中，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*發電機并聯電容器并聯電抗器調相機靜止補償器（SVC）－StaticVarCompensator靜止調相機（STATCON）—StaticCondenser電容器、調相機、靜止補償器的比較見書247

調節方式：連續、離散

輸出無功：感性、容性

輸出無功與系統電壓關系：有關、無關6.1.2無功功率電源*

——發電機、并聯電容器發電機：通過改變勵磁電流，可連續調節無功，且可吸可發QL，不需額外投資。

PSNQNPNQ<0,吸QLQ>0,發QL并聯電容器：QC＝BCU2

，輸出無功與電壓有關，電壓越高，輸出無功越大，不利于無功調節。只發QL

6.1.2無功功率電源*

——調相機、并聯電抗器并聯電抗器：與并聯電容器雷同，但只吸QL

。用于超高壓、長距離、輕載線路。調相機：過激運行，發QL

；欠激運行，吸收QL

。輸出無功與U無關，可連續調節，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中晶閘管開關的控制，連續調節其吸收的IL；結合電容器，可吸可發ILTSC：通過晶閘管開關的切換，調節其吸收的IC（即輸出IL）；只能輸出ILSR：根據SR的伏安特性，自動調節其吸收的IL。結合電容器，可吸可發IL6.1.2無功功率電源*

——靜止調相機statcon

k：1逆變器CAak：1優點，輸出Q與U無關，且可快速連續調節無功，可吸可發。缺點：投資大，目前處于實驗階段

6.1.2無功功率電源*

——靜止調相機statcon6.1.3無功功率的平衡

有功電源不足，相應的有功平衡，意味著頻率的下降無功電源不足，相應的無功平衡，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ABQ0UUUN∑QL+△Q∑

∑QGC∑QGCNAB6.2電力系統中無功平衡的最優分布(不講）負荷的自然功率因數大約為0.6～0.9，其中較大的數值對應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，功率因數愈低。因此，當異步電動機輕載或空載運行時，其功率因數甚至低于0.6。提高負荷功率因數的措施：

(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供應無功功率，甚至還可向系統輸出無功功率。(4)繞線式異步電動機的場合，將異步電動機同步化，即在轉子繞組中通以直流勵磁。6.3

電力系統的電壓調整

—電壓管理和借發電機、變壓器調壓*6.3.1調整電壓的必要性6.3.2電壓波動和電壓管理*

6.3.3借改變發電機端電壓調壓6.3.4借改變變壓器變比調壓*6.3.5借補償設備調壓和組合調壓*6.3.6幾種調壓措施的比較

6.3.1調整電壓的必要性電壓偏移過大，影響生活、生產、產品質量和產量，損壞設備，甚至大面積停電。電壓過高，設備絕緣受損，同時變壓器、電動機等的鐵芯損耗增大，穩升增加，壽命縮短。電壓過低，功率一定時，發電機、電動機和變壓器的繞組電流增大，也會損壞設備，影響壽命。電壓波動，影響照明設備的效率，冶煉產品的的質量和產量，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、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）大系統單獨供電（2）串聯電容器補償（3）調相機補償（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CS電源輸電系統一般負荷沖擊負荷（3）調相機補償（2）串C電源輸電系統一般負荷沖擊負荷（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（調整）對象：針對具有周期長、波及面大、可預見性和可控性特點的電壓變動。引起的主要原因：（1）生產、生活、氣象變化引起的負荷變動。（2）結線改變、設備退出而造成網絡阻抗和潮流分布的變化。地點：電壓中樞點——系統電壓的直接監視、調整點，通常是反應系統電壓水平的主要發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

——中樞點電壓的調整方式*

逆調壓

順調壓常調壓：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借改變發電機端電壓調壓

△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逆調壓k*=1/1.1低壓側升壓10%6.3.3借改變發電機端電壓調壓

——特點是一種最直接的最經濟的調壓方式，不需新增投資，只需改變發電機勵磁電流。對于多級供電網絡，如果沿線電壓損耗過大，或者負荷端電壓的變化過大，則僅靠發電機調壓，不能滿足電壓質量要求。

6.3.4借改變變壓器變比調壓*

——基本概念有載調壓變壓器，可帶負荷調壓，抽頭多無載調壓變壓器，不可帶負荷調壓，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系6.3.4借改變變壓器變比調壓*

——基本概念理想變壓器高低壓側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壓*

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

——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的逆調壓要求，試確定變壓器高壓側抽頭電壓UT1和變比

k=UT1/UT2N

012TL圖6-4-3簡單系統6.3.4借改變變壓器變比調壓*

——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壓*

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

——電壓計算理想變壓器高壓側實際電壓計算6.3.4借改變變壓器變比調壓*

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

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

——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壓*

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

——變比選擇的效驗效驗的標準根據確定的標準變比，效驗變壓器低壓側電壓是否滿足規定要求6.3.4借改變變壓器變比調壓*

——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壓*

——升壓變抽頭選擇

已知節點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的逆調壓要求，試確定變壓器的變比。圖6-4-5簡單系統2TL10Pmax+jQmaxU2dmaxPmin+jQminU2dmin6.3.4借改變變壓器變比調壓*

——升壓變與降壓變抽頭電壓選擇的區別對于升壓變，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壓*

——升壓變抽頭選擇0121：kZLZT圖6-4-6簡單系統的等值電路Pmin+jQminPmax+jQmax關鍵還是確定理想變壓器高壓側電壓6.3.4借改變變壓器變比調壓*

——升壓變與降壓變抽頭電壓選擇的區別降壓變用U0N降壓變用“-”升壓變6.3.5借補償設備調壓和組合調壓

已知電壓Ui，節點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具有并聯補償設備的簡單系統iTⅠTⅡjL6.3.5借補償設備調壓和組合調壓圖6-25等值電路理變理變理想變壓器高壓側電壓6.3.5借補償設備調壓和組合調壓補償前補償后相減6.3.5借補償設備調壓和組合調壓目標：Ujc=Ujcd6.3.5借補償設備調壓和組合調壓

——組合調壓原則

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

6.3.5借補償設備調壓和組合調壓

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