6、电力系统无功平衡与电压调整

第六章电力系无功功率平衡及电压调整§6电力系统的电压与无功功率6.1概述6.2无功功率平衡6.3电力系统的电压调整第六章电力系无功功率平衡及电压调整6.1概述一、电压偏移的影响对生产、生活的影响－－影响用电设备的运行性能，亦即技术经济指标：影响照明和电热设备的效率或寿命；异步电动机的最大转矩即功率/出力，与其端电压的平方成正比；影响电动机的绝缘（发热老化或烧毁）；影响电子设备的稳定工作以及寿命。第六章电力系无功功率平衡及电压调整概述对电力系统的影响：低压运行降低系统并列运行的稳定性；负荷功率一定的情况下，低压会使机组、变压器、线路过流，进而过热；影响汽轮机、锅炉的正常工作；过高电压危害设备绝缘。第六章电力系无功功率平衡及电压调整概述对额定电压为UN的各级电网，国家允许一定的电压偏移，即允许电压有一定波动。正常情况下：事故情况下：可在上述基础上再加5%，但正的最大偏移不能超过10%。第六章电力系无功功率平衡及电压调整综合无功负荷的电压静态特性----用电设备实际取用的无功功率随系统电压变化的关系。实际运行情况表明：无功负荷对电压的变动更敏感(相对有功负荷而言)。系统所能提供的无功功率越少，负荷运行的电压水平将越低。概述二、无功功率与系统电压的关系第六章电力系无功功率平衡及电压调整概述要维持负荷点一定的电压水平，须向负荷提供其所需的无功；换言之，无功平衡决定系统的运行电压水平;若系统中无功电源相对无功负荷不足，负荷的端电压会被迫降低（“牺牲电压水平”），以求达到新的无功平衡;∴须具备足够的无功电源，才能在允许电压偏移范围内保持无功平衡，维持所要求的电压水平。第六章电力系无功功率平衡及电压调整6.2无功功率平衡一、无功负荷除白炽灯和电阻加热设备外的其它用电设备，以异步电动机为主。（P一定时，提高负荷的功率因数，可减少无功负荷功率。）二、无功损耗主要为线路和变压器的无功损耗；小部分并联电抗器的无功损耗用以吸取轻载线路过剩的感性无功，对高压远距离输电有益—降低过电压。第六章电力系无功功率平衡及电压调整无功功率平衡变压器的无功损耗，包括：励磁损耗----近似等于空载电流百分数，约1~2（其对额定容量的百分数）。绕组漏抗损耗----具体与变压器所带负荷大小有关；当变压器满载时，近似等于短路电压百分值，约10。若一台变压器的I0%＝1.5，Uk%＝10.5，则由上式可知：其额定满载运行时，无功损耗为12％的SN，不很大；但对多级网络，其总的无功损耗可能会超过50%，远大于有功损耗。var100%var100%20MSSSuQMSIQNNkZTNYT第六章电力系无功功率平衡及电压调整无功功率平衡电力线路的无功损耗，包括：串联电抗中的无功功率损耗（感性）并联电纳中的充电功率（容性，看作无功损耗时应取负号）。jB/2R+jXP2+jQ2P1+jQ1jB/2V1V2第六章电力系无功功率平衡及电压调整无功功率平衡阻性，线路无损容性，无功电源感性，无功负荷BUQXUQPXIQLCLX222223)(22212UUBjB/2R+jXP2+jQ2P1+jQ1jB/2V1V2第六章电力系无功功率平衡及电压调整无功功率平衡三、无功电源主要包括：同步发电机以及过励运行的同步电动机静电电容器静止无功补偿器110KV及以上线路的充电功率惟一的有功电源，最基本的无功电源。无功补偿装置第六章电力系无功功率平衡及电压调整无功电源1、发电机：可通过改变功率因数，“适当”调节发电机的无功功率输出。机组可发出的无功范围是有限的：前提－有功备用充分、有功平衡满足受P-Q运行极限的限制第六章电力系无功功率平衡及电压调整无功电源功率因数的改变受额定视在功率、转子励磁电流和有功输出的限制，范围有限；同时，发电机只有在额定状态运行，定、转子电流才能利用充分。发电机发出的无功可调；但若机组非额定状态运行，其容量不能充分利用---尽量少用发电机调发功；若确实需要时，利用靠近负荷中心的发电机多发无功，使得无功尽快就地平衡，提高电压水平。第六章电力系无功功率平衡及电压调整无功电源2、电力/静电电容器优点：损耗小，投资省，运行灵活，维护方便，适于集中或分散使用。缺点：调节性能差－－当电压下降时，其无功输出不能增加，反而减少---负调节效应；只能成组投入或切除运行，不能平滑调压（为阶跃式调压）。2IjCUQUIjUC第六章电力系无功功率平衡及电压调整无功电源3、静止（无功）补偿器（SVC）－－FACTS的一员，由特种电抗器和电容器组成，是一种并联联接的动态无功补偿装置。基本工作原理：电容器发出可调（TSC型）或固定的无功功率（TCR型）；电抗器则根据负荷变化调节其吸收的无功功率；两者配合响应负荷变化，相应改变无功输出大小及方向，从而稳定或调节系统电压。特点：可充当无功电源和负荷的双重角色；调节性能好、迅速；静止元件、工作可靠。第六章电力系无功功率平衡及电压调整无功电源4、高压输电线路的充电功率高压及超高压远距离输电线路可能是一种数量可观的无功功率电源。线路在系统中运行时究竟是充当无功负载还是无功电源，受三个因素影响：运行电压等级、长度及传输功率大小第六章电力系无功功率平衡及电压调整电力系统的无功功率四、无功功率的平衡方程平衡方程式：无功备用容量，一般为最大无功负荷的7~8%，以防止系统无功负荷增大时，电压水平的下降。无功平衡，特指在一定节点电压下的平衡。而系统节点众多，无功的平衡不只是全系统的，还需要各地区就地平衡。RPLDGCQQQQQ)(第六章电力系无功功率平衡及电压调整若无功电源不充足，将导致节点电压下降无功负荷及损耗的需求相应下降而达到低电压下的无功平衡---------无功负荷的电压静特性故而，除了充分利用发电机的无功功率外，系统常需要进行无功补偿来维持无功平衡维持符合要求电压水平。电力系统的无功功率第六章电力系无功功率平衡及电压调整电力系统的无功功率---小结总之，无功平衡是一个比有功平衡更复杂的问题。不仅要考虑总的无功功率平衡，还要考虑分地区的无功平衡，还要计及超高压线路充电功率、网损、线路改造、投运、新变压器投运及大用户各种对无功平衡的影响。系统一般需按无功功率就地平衡的原则进行无功补偿。第六章电力系无功功率平衡及电压调整电力系统的无功功率---小结无功功率对电压有决定性的影响无功功率是引起电压损耗的主要内容无功功率的远距离传输和就地平衡节点电压有效值的大小对无功功率分布起决定性作用无功功率和电压的关系第六章电力系无功功率平衡及电压调整6.3电力系统的电压调整一、造成用户端电压偏移的原因----电压损耗的大小影响电压损耗大小变化的因素：负荷大小的改变---P、Q。个别设备因检修或故障停运，导致的电网阻抗参数的改变，进而造成电压损耗的改变---R、X。系统接线方式的改变---功率分布及阻抗改变。第六章电力系无功功率平衡及电压调整电力系统的电压调整二、中枢点的电压管理（电压）中枢点－－系统中选定进行电压监视、控制和调整的母线节点。（代表性的负荷点，重要的电压支撑点）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)有大量地方负荷的机压母线。一般：中枢点设置数量不少于全网220KV及以上电压等级变电所总数的7％第六章电力系无功功率平衡及电压调整逆调压模式顺调压模式恒调压模式顺调压模式电力系统的电压调整中枢点的三种调压方式：（1）顺调压——大负荷时允许中枢点母线电压略低，小负荷时允许中枢点母线电压略高。第六章电力系无功功率平衡及电压调整中枢点的三种调压方式：逆调压模式顺调压模式恒调压模式逆调压模式电力系统的电压调整（2）逆调压——大负荷时升高中枢点母线电压，小负荷时降低中枢点母线电压。第六章电力系无功功率平衡及电压调整逆调压模式顺调压模式恒调压模式恒调压模式电力系统的电压调整中枢点的三种调压方式：（2）恒调压——任何负荷下，中枢点母线电压基本不变。第六章电力系无功功率平衡及电压调整电力系统的电压调整三、电力系统的调压措施（一）系统调压的基本措施第六章电力系无功功率平衡及电压调整电力系统中的电压管理第六章电力系无功功率平衡及电压调整1、发电机调压－－改变发电机转子电流，可以改变其端电压（±5％范围内），从而调整母线电压。适用于直接用发电机电压向用户供电的小系统中、线路不长。易于逆调压。单电源发电机进行逆调压前后的网络电压分布情况分析：第六章电力系无功功率平衡及电压调整机组电压恒定，最大、最小负荷时，机端母线至末端负荷点的电压损耗分别为20%和8%，末端电压波动范围为12%；若机组进行逆调压：最大负荷时，机端电压升高5%UN，最小负荷时为UN，末端负荷电压将分别为0.95和1.02UN，达到电压质量要求。发电机调压第六章电力系无功功率平衡及电压调整发电机调压注意：机端电压调整能力有限，不能超出5%，难以满足远方负荷要求：即一般单靠发电机调压，不适于较长线路、多电压级的供电系统。若电压质量不能满足要求，必须配合其它调压措施。因此，发电机调压—能力有限，但经济方便，一般为辅助调压措施。第六章电力系无功功率平衡及电压调整2、改变变压器变比（分接头）调压改变变比调压－－实质上就是根据调压要求适当选择分接头电压。第六章电力系无功功率平衡及电压调整改变变压器分接头（变比）调压（1）降压变压器分接头的选择即低压绕组额定电压第六章电力系无功功率平衡及电压调整改变变压器分接头（变比）调压显然，当变压器通过不同负荷功率时，其高压侧电压、电压损耗及低压侧实际运行电压均会相应改变。然而，普通变压器须停电才能换分接头，即正常运行时，无论负荷如何变化，只能使用一个固定的分接头。故选定的分接头应兼顾各种负荷水平！第六章电力系无功功率平衡及电压调整改变变压器分接头（变比）调压即选最接近的！第六章电力系无功功率平衡及电压调整小结：降压变压器分接头的选择—-求解步骤如下：1、根据最大和最小负荷的运行情况，求出其一次侧电压和，以及通过变压器的负荷，求取变压器的电压损耗。2、套用公式分别计算最大负荷和最小负荷时的分接头选择1maxu1minumaxmaxPjQmaxmin,VV改变变压器分接头（变比）调压1maxmax1max22maxtNVVVVV1minmin1min22mintNVVVVV第六章电力系无功功率平衡及电压调整4、选择邻近的接头作为所选择的接头3、取其算数平均值11max1min1()2tttVVV5、套用低压则电压计算公式进行验算1maxmax2max21TNtVVVVV1minmin2min21TNtVVVVV改变变压器分接头（变比）调压第六章电力系无功功率平衡及电压调整改变变压器分接头（变比）调压（与降压变类似）（2）普通双绕组变压器：升压变如图所示，此时功率方向从低压侧送往高压侧，故前公式中的△U应反号，即应将电压损耗和高压侧电压相加。第六章电力系无功功率平衡及电压调整改变变压器分接头（变比）调压此处的UNL一般为发电机额定电压。实际应用公式计算时，要注意三点：功率流动的方向、已知的功率处于哪一侧、是否考虑功率损耗。第六章电力系无功功率平衡及电压调整三绕组变压器分接头的选择（类似双绕变，算两次。）①将高低绕组看作双绕组，确定高绕组接头②将高中绕组看作双绕组，确定中绕组分接头位置。改变变压器分接头（变比）调压第六章电力系无功功率平衡及电压调整改变变压器分接头（变比）调压第六章电力系无功功率平衡及电压调整改变变压器分接头（变比）调压第六章电力系无功功率平衡及电压调整改变变压器分接头（变比）调压第六章电力系无功功率平衡及电压调整（1）采用固定分接头的变压器调压，不能改变电压损耗的数值，也不能改变负荷变化时次级电压的变化幅度；通过对变比的适当选择，只能把这一电压变化幅度对