无功补偿

由上可以看出：维持电压稳定，应该尽量减少无功的传输，采取就地平衡。无功功率和电压分布之间的关系无功损耗﹥﹥有功损耗;UQXPRU电压降受无功功率的影响较大;无功功率的流动从Uh→UL电力系统的无功功率平衡•电压是衡量电能质量的重要指标。•电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。•系统中各种无功电源的无功出力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，否则电压就会偏离额定值。1．变压器的无功损耗220220%%100100LTTTTkNNNSQQQUBXUIUSUSSU假定一台变压器的空载电流I0%=2.5，短路电压Uk%=10.5，在额定满载下运行时，无功功率的消耗将达额定容量的13%。如果从电源到用户需要经过好几级变压，则变压器中无功功率损耗的数值是相当可观的。一、无功功率损耗222211222212LPQPQQXXUU2212()2BBQUU线路的无功总损耗为22221112212LBPQUUQQXBU一般情况下，35kV及以下系统消耗无功功率；110kV及以上系统，轻载或空载时，成为无功电源，传输功率较大时，消耗无功功率。2．输电线路的无功损耗•电力系统的无功功率电源有发电机、同步调相机、静电电容器及静止补偿器，后三种装置又称为无功补偿装置。1.发电机发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率：NGNNGNGNtgPSQsin二、无功功率电源2.同步调相机•同步调相机相当于空载运行的同步电动机。•在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率而起无功电源的作用，能提高系统电压；•在欠励磁运行时（欠励磁最大容量只有过励磁容量的（50%～65%）)，它从系统吸取感性无功功率而起无功负荷作用，可降低系统电压。•它能根据装设地点电压的数值平滑改变输出（或吸取）的无功功率，进行电压调节。•同步调相机常安装在枢纽变电所。•静电电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上。它供给的无功功率QC值与所在节点电压的平方成正比，即•优点：静电电容器的装设容量可大可小，既可集中使用，又可分散安装。且投资费用较小，运行时功率损耗亦较小，维护也较方便。•缺点：当节点电压下降时，它供给系统的无功功率也将减小，导致系统电压水平进一步下降；电容器分组投切，非连续可调。QC=U2/XC3.静电电容器•静止补偿器由静电电容器与电抗器并联组成•电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，两者结合起来，再配以适当的调节装置，就能够平滑地改变输出（或吸收）的无功功率。优点：快速平滑地调节无功功率，克服了电容器作为无功补偿装置只能作电源不能作负荷、调节不连续的缺点；与同步调相机相比较，静止补偿器运行维护简单、功率损耗小，能做到分相补偿以适应不平衡的负荷变化，对于冲击性负荷也有较强的适应性，因此在电力系统中得到越来越广泛的应用。4.静止补偿器图1静止无功补偿器的原理图(a)可控饱和电抗器型；(b)自饱和电抗器型；(c)可控硅控制电抗器型；(d)可控硅控制电抗器和可控硅投切电容器组合型5.并联电抗器是感性无功负荷而不是电源，在高压电网中用以吸收轻载和空载线路的过剩感性无功。对高压远距离输电可以提高输送能力，降低过电压等。1．电压调整的基本原理图2电压调整原理图2121/)(kUQXPRkUkUkUUNGGi三、电力系统的电压调整（1）调节发电机励磁电流以改变发电机机端电压UG；（2）改变变压器的变比k1、k2；（3）改变功率分布P+jQ（主要是Q），使电压损耗△U变化；（4）改变网络参数R+jX（主要是X），改变电压损耗△U。电压调整的措施：•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。2、变压器分接头的选择降压变压器分接头的选择图6-18降压变压器ImaxUImaxUiTNUimaxUImaxtU——高压侧母线电压；—归算到高压侧的变压器中的电压损耗；——变压器低压侧的额定电压；——低压侧要求的实际电压；——应选择的高压侧分接头电压；--归算到高压侧的低压母线电压imaxUiUUUUUUTNtImaximaxImaxImaximaximaxUkimaximaxImaxImaxI)(TNitUUUUUiiniinIinIinI)(TNmmmmtUUUUU2minImaxIItttUUU最大负荷下：最小负荷下：如果变压器为无载调压变压器，（分接头不能在线调节,取平均值）根据UtI值可选择一个与它最接近的分接头。然后根据所选取的分接头校验最大负荷和最小负荷时低压母线上的实际电压是否满足要求。tITNimaximaxUUUUitITNiminiminUUUUi（a）求低压母线电压最大负荷时：最小负荷时：将上述结果与调压要求相比较，如果电压偏移均在要求范围内，即说明所选分接头合适。100%NNimaximaxUUUU100%NNiminiminUUUU（b）求电压偏移百分数最大负荷时：最小负荷时：•有载调压变压器可以在带负荷的条件下切换分接头而且调节范围也比较大，一般在15%以上。•目前我国暂定，110kV级的调压变压器有7个分接头，即UN±3×2.5%；220kV级的有9个分接头即UN±4×2.0%。•采用有载调压变压器时，可以根据最大负荷算得的U1tmax值和最小负荷算得的U1tmin分别选择各自合适的分接头。这样就能缩小次级电压的变化幅度，甚至改变电压变化的趋势。有载调压变压器三绕组变压器分接头的选择三绕组变压器高压侧和中压侧都有分接头，低压侧没有。三绕组变压器可看作两个双绕组变压器：高、低压侧——确定高压绕组的分接头（根据低压侧要求）高、中压侧——确定中压绕组的分接头（根据中压侧要求）。无功功率补偿调压供电点电压U1和负荷功率Ｐ+jQ已给定，线路电容和变压器的励磁功率略去不计。且不计电压降落的横分量。图3简单电力网的无功功率补偿一、利用并联补偿调压122PRQXUUU122()cccPRQQXUUU补偿前补偿后如果补偿前后V1保持不变，则有2222()cccPRQQXPRQXUUUU归算到高压侧的变电所低压侧电压22222()ccccUPRQXPRQXQUUXUU由上式可解得222()cccUQUUX2222222''''()ccccckUkUUQkUUUXXk22'ccUkU忽略第二项由此可见:补偿容量与调压要求和降压变压器的变比选择均有关。变比k的选择原则：在满足调压的要求下，使无功补偿容量为最小。无功补偿设备的性能不同，选择变比的条件也不相同。2222222''''()ccccckUkUUQkUUUXXk补偿设备为静电电容器原则：为了充分利用补偿容量，在最大负荷时电容器应全部投入，在最小负荷时全部退出。(1)根据调压要求，按最小负荷时没有补偿的情况确定变压器的分接头。222'minmintNUUUU于是222min'minNtUUUU12tNkUU(据此选择分接头U1t)（确定变比）分别为最小负荷下低压母线归算到高压侧的电压和低压母线的实际电压22'minmin和UU（2）按最大负荷时的调压要求计算补偿容量2222''maxmaxmaxcccUUQUkXk（3）根据算得的补偿容量，从产品目录中选择合适的设备。（4）根据确定的变比和选定的静电电容器容量，校验实际的电压变化。线路串联电容补偿改善电压质量111PRQXUU111()CCPRQXXUU未加串联电容前串联了容抗XC后11/CCUUQXU11()CCUUUXQ因此，根据线路末端电压需要提高的数值ΔU-ΔUc，就可求得需要补偿的电容器的容抗值XC。如果每台电容器的额定电流为INC，额定电压为VNC，额定容量为QNC=VNCINC，则可根据通过的最大负荷电流Icmax和所需的容抗值XC分别计算电容器串、并联的台数n，m以及三相电容器的总容量QC。图6-22串联电容器组确定线路上串联接入的电容器的个数：三相总共需要的电容器台数为3mn。安装时，全部电容器串、并联后装在绝缘平台上。NCNCNCCImnVmnQQ33nVNC≥ICmaxXCmINC≥ICmax图6-23串联电容补偿前后的沿线电压分布（a）负荷集中在线路末端（b）沿线路有若干个负荷电容器安装地点的选择：使沿线电压尽可能均匀注意：串联电容器提升的末端电压的数值QXC/U(即调压效果)随无功负荷增大而增大、无功负荷的减小而减小，恰与调压的要求一致。这是串联电容器调压的一个显著优点。但对负荷功率因数高(cosφ0.95)或导线截面小的线路，由于PR/U分量的比重大，串联补偿的调压效果就很小。补偿所需的容抗值XC和被补偿线路原来的感抗值XL之比kc=XC/XL称为补偿度。在配电网络中以调压为目的的串联电容补偿，其补偿度常接近于1或大于1。例2一条35kv线路，全线路阻抗为10+j10Ω，输送功率为7+j6MVA，线路首端电压为35kv，欲使线路末端电压不低于33kv，试确定串联补偿电容器的容量。（要求采用UNC=0.6kv，额定容量为QNC=20kvar的单相电容器）问题：（1）电力线路采用串联电容补偿，也带来一些特殊问题，因此作为改善电压质量的措施，串联电容器只用于110kV以下电压等级、长度特别大或有冲击负荷的架空分支线路上。10kV及以下电压的架空线路，由于RL/XL很大，所以使用串联电容补偿是不经济和不合理的。（2）220kV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。（3）串联电容补偿容易引起系统谐振。（4）如果补偿度不合适可能使继电保护装置误动作。