第十章電力系統(tǒng)無功功率平衡

與電壓調(diào)整電壓質(zhì)量供電電壓偏移電壓波動閃變電網(wǎng)諧波三相不對稱程度（不平衡程度）主要內(nèi)容：

無功電源負荷-電壓機制電力系統(tǒng)中無功功率的平衡與補償電力系統(tǒng)中的電壓管理與調(diào)壓方法10-1無功電源負荷-電壓機制一、無功功率負荷－電壓機制

有功功率平衡是全系統(tǒng)的平衡，且全系統(tǒng)只有一個頻率；而無功功率平衡要滿足眾多的結(jié)點電壓的要求，除了對全系統(tǒng)需要平衡以外，地區(qū)系統(tǒng)也需要平衡。舉例說明：對于高壓網(wǎng)，r<<x,dUP<<dUQ,故電網(wǎng)結(jié)點電壓的變動主要由無功功率變動所引起10－2電力系統(tǒng)無功功率平衡與補償一、電力系統(tǒng)無功負荷異步電動機變壓器損耗----漏電抗與勵磁支路損耗輸電線路二、無功電源發(fā)電機（P-Q極限圖）發(fā)電機產(chǎn)生的無功功率同步調(diào)相機---空載運行的同步電動機

過勵磁時，向系統(tǒng)提供無功電源；欠勵磁時從系統(tǒng)吸收無功功率，但此時最大的容量為額定功率的50%~60%。過激運行時向電網(wǎng)發(fā)出滯后的無功功率，欠激時從電網(wǎng)吸收滯后的無功功率，成為無功功率用戶，有正常激磁、過激與欠激三種不同運行狀態(tài)。同步調(diào)相機特點：能平滑調(diào)節(jié)無功容量；有功損耗較大；響應(yīng)速度較慢；成本高、維護困難。應(yīng)用：適用于大容量集中使用，如樞紐變電站。近來已被性能更優(yōu)異的靜止無功補償器（SVC）所取代。靜電電容器

補償容量：

QC=V2/XC

，XC=1/(2пfC)

靜電電容器特點：

當(dāng)節(jié)點電壓下降時，能給系統(tǒng)提供的無功容量減少，調(diào)節(jié)特性較差。容量可大可小，易于配置，配置時常采用若干電容器按一定方式聯(lián)結(jié)成組；投切時也是分組進行。結(jié)構(gòu)簡單，成本低，且損耗小。

應(yīng)用：可集中使用，可分散使用，應(yīng)用廣泛靜止無功補償器靜止無功補償器（StaticVarCompensation，SVC）屬于靈活交流輸電系統(tǒng)（FACTS）的家族，是一種動態(tài)無功補償裝置。晶閘管控制的電抗器固定電容型（TCR－FC）晶閘管開關(guān)電容器型（TSC）飽和電抗器（SR）型靜止無功補償器（SVC）---SR型方案1靜止無功補償器（SVC）---TCR-FC型方案2靜止無功補償器（SVC）方案3靜止無功補償器（SVC）的特點：

由靜電電容器與電抗器并聯(lián)而成，電容器可發(fā)出無功功率，電抗器可吸收無功功率，能平滑改變無功功率大小。調(diào)節(jié)性能好。無旋轉(zhuǎn)元件，易于維護。靜止無功發(fā)生器STATCOM高低壓自愈式電容器及成套裝置三、無功功率平衡1、無功平衡的基本要求：無功電源可能發(fā)出的無功功率應(yīng)大于或至少等于負荷與網(wǎng)絡(luò)中消耗的無功損耗之和。應(yīng)有一定的無功備用容量。QGC－QLD－QL＝Qres>02、無功補償及功率因數(shù)無功補償?shù)脑瓌t：分地區(qū)分電壓進行無功平衡無功補償?shù)姆诸悾杭醒a償、分散補償、就地補償。無功補償?shù)姆椒ǎ涸黾屿o電電容器、靜止補償器、調(diào)相機等。全系統(tǒng)的無功平衡應(yīng)按：正常、最大、最小（水電廠的枯水期、豐水期）、甚至應(yīng)按某些設(shè)備檢修或故障運行狀態(tài)校驗。無功功率管理的具體措施包括：

（1）電力用戶的功率因數(shù)達到0.95以上；（2）分散安裝電容器，就地供無功功率。（3）在一次及二次變電所的低壓母線上安裝電容器，樞紐變電安裝調(diào)相機。在有無功沖擊負荷的變電所以及超高壓送電線末端宜安裝靜止無功補償器；（4）對于水、火聯(lián)合電網(wǎng)，枯水期利用水電機組調(diào)相運行，豐水期利用火電機組調(diào)相運行，供出感性無功功率；（5）同步電動機過激運行，供出感性無功功率。功率因數(shù)：一般地，以35KV及以上直接供電的工業(yè)負荷要達到0.90，其他不低于0.85。功率因數(shù)與電價費率：當(dāng)用戶端的功率因數(shù)低于規(guī)定的值時，電力部門要按國家規(guī)定增加對用戶的收費，以示懲罰；反之，供電部門要減少收費，以示鼓勵。（具體見費率表）四、無功平衡與電壓水平的關(guān)系10-3電壓調(diào)整的基本概念

一、允許的電壓偏移35KV及以上供電電壓正、負偏移的絕對值之和不超過額定電壓的10%。10KV及以下供電電壓不超過額定電壓的±7%。220V單相供電電壓不超過額定電壓的+7%、-10%。二、電壓管理和調(diào)壓方法分級管理。

發(fā)電廠和有調(diào)壓能力的變電所按調(diào)度所規(guī)定的電壓曲線調(diào)整無功功率和電壓。

地區(qū)調(diào)度所監(jiān)控地區(qū)網(wǎng)絡(luò)的電壓、用戶電壓及其功率因數(shù)。實現(xiàn)無功功率就地平衡。

中心調(diào)度所著重監(jiān)控主網(wǎng)的電壓水平。協(xié)調(diào)全網(wǎng)有廣泛影響的調(diào)壓措施，合理分配無功出力和調(diào)整無功潮流。

協(xié)調(diào)配合，統(tǒng)一調(diào)度與分散控制相結(jié)合三、電壓控制的目的（1）保持電網(wǎng)樞紐點電壓水平，保證電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行；（2）保持供電電壓的正常范圍，保證用戶的供電質(zhì)量；（3）減少網(wǎng)絡(luò)損耗；（4）在偶然事故下快速強行勵磁，防止電力系統(tǒng)瓦解

四、中樞點電壓的管理1、中樞點（主要供電點）的概念區(qū)域性電廠的高壓母線樞紐變電站的二次母線有大量地區(qū)性負荷的發(fā)電機電壓母線2、中樞點允許電壓范圍的確定3、電壓調(diào)整方法：逆調(diào)壓---最大負荷時可保持中樞點電壓比線路額定電壓高5%，最小負荷時保持額定電壓。順調(diào)壓---大負荷時允許中樞點電壓低一些，但不低于線路額定電壓的102.5%，小負荷時允許中樞點電壓高一些，但不高于線路額定電壓的107.5%。常調(diào)壓---在任何負荷下，電壓大致保持不變，為線路額定電壓的2%~5%。三種電壓調(diào)節(jié)方式（1）逆調(diào)整——高峰負荷時升高中樞點母線電壓，低谷時降低中樞點母線電壓。適用于供電線路較長，負荷變動較大的中樞點；（2）順調(diào)整——高峰負荷時允許中樞點母線電壓略低，低谷時允許中樞點母線電壓略高。適用于供電線路不長，負荷變動不大的中樞點；（3）恒調(diào)整——中樞點母線電壓基本不變，適用于線路長度、負荷變動情況介于上述兩者之間的情況。五、電壓調(diào)整的基本原理10-4電壓調(diào)整的措施一、發(fā)電機調(diào)壓

它一般用于孤立系統(tǒng)及電壓變化較小的場所。大型電力系統(tǒng)中發(fā)電機調(diào)壓只是一種輔助性的調(diào)壓措施。二、變壓器調(diào)壓1、降壓變壓器其中k=v1t/v2N為變壓器的變比,故有：

在大負荷、小負荷時變壓器損耗不同，致使變電站高壓母線上電壓不相同。平均電壓為：2、升壓變壓器V1t=V2N(V1+ΔVT)/V2V2為變壓器低壓側(cè)實際電壓或給定電壓，V1為高壓側(cè)所要求的電壓。方法同降壓變壓器。3、三繞組降壓變壓器

看成兩個雙繞組變壓器的并聯(lián)。在求得三繞組變壓器的功率分布以后，先從高壓繞組對低壓繞組入手，選擇高壓方抽頭以滿足低壓方電壓要求。然后固定高壓方抽頭，考慮高壓繞組對中壓繞組情況；選擇中壓方抽頭滿足中壓方的電壓要求。四.借改變變壓器變比調(diào)壓（1）對于雙繞組降壓變壓器i（1）對于雙繞組降壓變壓器i普通變壓器在運行中不能倒換接頭，只有停運時才能調(diào)整，因此，必須在投運前選擇好合適的接頭以滿足各種負荷要求。為使最大、最小負荷兩種情況下變電所低壓母線實際電壓偏離要求的U‘imax，U’imin大體相等，分接頭電壓應(yīng)取UtImax，UtImin的平均值。根據(jù)UtI選擇一最接近的分接頭，再按選定的分接頭校驗低壓母線上的實際電壓能否滿足要求。（2）對于雙繞組升壓變壓器g（2）對于雙繞組升壓變壓器g有載調(diào)壓器舉例：要求10KV、35KV母線逆調(diào)壓，即（5％，0％）試選擇抽頭。變壓器抽頭為在最大負荷情況下，各繞組電壓損耗計算如下：變壓器中點電壓中壓母線電壓低壓母線電壓在最小負荷情況下：在最大、最小負荷下，根據(jù)低壓側(cè)逆調(diào)壓（5％，0％）的要求選擇高壓方的抽頭：選標(biāo)準抽頭110-2.5％，即為107.25KV選標(biāo)準抽頭110+3*2.5％，即118.25KV固定高壓方抽頭，按中壓方逆調(diào)壓要求，選擇中壓方抽頭：選標(biāo)準抽頭38.5-5％，即為36.57KV選標(biāo)準抽頭38.5-5％，即為36.57KV還應(yīng)根據(jù)標(biāo)準抽頭，對中、低母線電壓進行校核3、關(guān)于無載調(diào)壓與有載調(diào)壓

無載與有載調(diào)壓的區(qū)別在于能否斷電調(diào)壓。無載調(diào)壓范圍比有載調(diào)壓的范圍要小些。有載調(diào)壓能實現(xiàn)逆調(diào)壓。采用帶有附加調(diào)壓器的加壓調(diào)壓變壓器（上章）也能實現(xiàn)有載調(diào)壓。采用變壓器調(diào)壓時應(yīng)與系統(tǒng)無功功率綜合考慮，當(dāng)無功不足時，采用變壓器升壓并不合理。改變變壓器變比調(diào)壓先決條件

電網(wǎng)的無功電源容量充裕

對負荷變化不大的變電所可適當(dāng)選擇變壓器的分接頭進行電壓調(diào)整。對于負荷變化較大的一次及二次變電所采用負荷調(diào)整分接頭的變壓器，其切換裝置在不能適應(yīng)頻繁操作要求時，應(yīng)限制動作的次數(shù)。3、利用無功補償調(diào)壓V2/為折算至高壓側(cè)的變電站低壓側(cè)的母線電壓。變壓器變比選擇原則：在滿足調(diào)壓的前提下使無功補償容量最小。采用靜電電容器---最小負荷時全部退出，最大負荷時全部投入。步驟如下：

1）根據(jù)調(diào)壓要求，按最小負荷時無補償時確定變壓器分接頭。

2）按最大負荷時的調(diào)壓要求計算補償容量。采用同步調(diào)相機舉例：Us保持116KV，Urc維持10.5KV。試確定負荷端應(yīng)裝無功補償設(shè)備容量（a)電容器（b）同步調(diào)相機歸算到高壓側(cè)母線（a）采用靜電電容器最小負荷時，選用額定抽頭110KV最大負荷時，電容器容量的決定與校驗：（b）采用同步補償機調(diào)壓選-2.5％分頭，即107.25KV選用Qc=5.0Mvar校驗4、線路串聯(lián)電容調(diào)壓故有：串聯(lián)電容器組（共m*n個）有：mINC≥ICmaxnVNC≥ICmax*XCQC=3mnQNC=3mnVNCINC12-4調(diào)壓措施的應(yīng)用更復(fù)雜的系統(tǒng)

在進行集中自動控制時，應(yīng)滿足以下條件：電力系統(tǒng)內(nèi)各重要樞紐點的電壓偏移應(yīng)在給定的允許范圍內(nèi)在被控制的系統(tǒng)內(nèi)線路功率損耗最小。調(diào)整設(shè)備的運行狀態(tài)在允許的范圍內(nèi)。例1：發(fā)電廠裝有兩臺容量為31.5MVA、額定變比為121/10.5kV的變壓器。由變壓器輸出的最大負荷為50+j40MVA、最小負荷為25+j15MVA。要求高壓母線電壓UH維持116kV恒定不變，且發(fā)電機母線須實行逆調(diào)壓(Umax為1.05UN，及Umin為1.0UN)以滿足地方負荷電壓的要求。并聯(lián)運行變壓器歸算至高壓側(cè)的等值阻抗為1.47+j24.4Ω。試確定變壓器的變比。解：變壓器的電壓損耗（忽略