1、第十二章第十二章 电力系统的无功功电力系统的无功功率平衡和电压调整率平衡和电压调整 电压是衡量电能质量的一个重要指标。电压是衡量电能质量的一个重要指标。 质量合格的电压包括四个指标质量合格的电压包括四个指标:1)电压偏移电压偏移2)电压波动和闪变电压波动和闪变;3)电网谐波电网谐波4)三相不对称程度三相不对称程度这四个方面都能满足有关国家标准规定的要求。这四个方面都能满足有关国家标准规定的要求。影响电压指标的主要因素是电力系统各元件的无功影响电压指标的主要因素是电力系统各元件的无功功率电压特性功率电压特性、无功功率平衡和各种调压手段等。无功功率平衡和各种调压手段等。 本节主要内容本节主要内容一
2、、无功功率负荷和无功功率损耗一、无功功率负荷和无功功率损耗 二、无功功率电源二、无功功率电源三、无功功率平衡三、无功功率平衡四、无功功率平衡和电压水平的关系四、无功功率平衡和电压水平的关系12-1 12-1 电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡一、无功功率负荷和无功功率损耗一、无功功率负荷和无功功率损耗无功功率平衡 无功负荷与无功电源失去平衡时，会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引起系统电压的升高或下降 无功功率的平衡应本着分层、分区、无功功率的平衡应本着分层、分区、 就地平衡的就地平衡的原则 无功电源的无功输出应能满足系统负无功电源的无功输出应能满足系统负
3、荷和网络损耗在额定电压下对无功功荷和网络损耗在额定电压下对无功功 率的需求率的需求1 1无功功率负荷无功功率负荷1无功功率负荷无功功率负荷 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. . 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. . 异步电动机的简化等值电路示于图异步电动机的简化等值电路示于图12-1:12-1:1 1无功功率负荷无功功率负荷1无功功率负荷无功功率负荷 异步电动机消耗的无功功率为异步电动机消耗的无功功率为: : 其中，其中， 为励磁功率，它同电压平方成正比为励磁功率，它同电压平方成正比: :当电压较当电压
4、较高时，由于饱和影响，励磁电抗高时，由于饱和影响，励磁电抗 的数值还有所下降，的数值还有所下降，因此，励磁功率因此，励磁功率 随电压变化的曲线稍高于二次曲随电压变化的曲线稍高于二次曲线；线； 为漏抗为漏抗 中的无功损耗，如果负载功率不变，则中的无功损耗，如果负载功率不变，则 常数常数. .XIXVQQQmmM22 (12-1)(12-1) mQmXmQQXssRIPM)1 (2 当电压降低时，转差将要增大，定子电流随之增大，当电压降低时，转差将要增大，定子电流随之增大，相应地，在漏抗中的无功损耗也要增大。相应地，在漏抗中的无功损耗也要增大。 综合这两部分无功功率的变化特点，可得图综合这两部分无
5、功功率的变化特点，可得图12-212-2所示所示的曲线，其中的曲线，其中为电动机的实际负荷同它的额定负荷为电动机的实际负荷同它的额定负荷之比，称为电动机的受载系数。之比，称为电动机的受载系数。 在额定电压附近，电动机的无功功率随电压的升降而在额定电压附近，电动机的无功功率随电压的升降而增减。当电压明显地低于额定值时，无功功率主要由增减。当电压明显地低于额定值时，无功功率主要由漏抗中的无功损耗决定，因此，随电压下降反而具有漏抗中的无功损耗决定，因此，随电压下降反而具有上升的性质。上升的性质。 1 1无功功率负荷无功功率负荷2 2变压器的无功损耗变压器的无功损耗 2 2变压器的无功损耗变压器的无功
6、损耗 变压器的无功损耗变压器的无功损耗 包括励磁损耗包括励磁损耗 和漏抗中的损和漏抗中的损耗耗 。 (12-2)(12-2) 励磁功率大致与电压平方成正比。当通过变压器的视在功率励磁功率大致与电压平方成正比。当通过变压器的视在功率不变时，漏抗中损耗的无功功率与电压平方成反比。因此，不变时，漏抗中损耗的无功功率与电压平方成反比。因此，变压器的无功损耗电压特性也与异步电动机的相似。变压器的无功损耗电压特性也与异步电动机的相似。 变压器的无功功率损耗在系统的无功需求中占有相当的比重。变压器的无功功率损耗在系统的无功需求中占有相当的比重。220220)(100%100%VVSSVSIXNSBVQQQN
7、NSNTTTLTLTQ0QTQ 假定一台变压器的空载电流假定一台变压器的空载电流 ，短路电压，短路电压 ，由，由式式(12-2)(12-2)可知，在额定满载下运行时，无功功率的消耗将达额可知，在额定满载下运行时，无功功率的消耗将达额定容量的定容量的1212。如果从电源到用户需要经过好几级变压，则变。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。压器中无功功率损耗的数值是相当可观的。5 . 1%0I5 .10% SV2 2变压器的无功损耗变压器的无功损耗3 3输电线路的无功损耗输电线路的无功损耗 3 3输电线路的无功损耗输电线路的无功损耗 输电线路用输电线路用 形
8、等值电路表示形等值电路表示( (见图见图12-3).12-3). 线路串联电抗中的无功功率损耗线路串联电抗中的无功功率损耗 与所通过电流的与所通过电流的平方成正比平方成正比: :XVQPXVQPQL222222212121LQ 线路电容的充电功率线路电容的充电功率 与电压平方成正比，当作无与电压平方成正比，当作无功损耗时应取负号。功损耗时应取负号。 为为 型电路中的等值电纳。线路的无功总损型电路中的等值电纳。线路的无功总损耗为耗为: : (12-3) (12-3) 35kV35kV及以下的架空线路的充电功率甚小，一般说，这及以下的架空线路的充电功率甚小，一般说，这种线路都是消耗无功功率的。种线
9、路都是消耗无功功率的。 )(22221VVBQBBVVXVQPQQBL22222212121BQ2B3 3输电线路的无功损耗输电线路的无功损耗 110kV110kV及以上的架空线路当传输功率较大时，电抗中及以上的架空线路当传输功率较大时，电抗中消耗的无功功率将大于电纳中产生的无功功率，线路消耗的无功功率将大于电纳中产生的无功功率，线路成为无功负载；当传输的功率较小成为无功负载；当传输的功率较小( (小于自然功率小于自然功率) )时，时，电纳中产生的无功功率，除了抵偿电抗中的损耗以外，电纳中产生的无功功率，除了抵偿电抗中的损耗以外，还有多余，这时线路就成为无功电源。还有多余，这时线路就成为无功电
10、源。 为吸收超高压输电线路充电功率而装设的并联电抗器为吸收超高压输电线路充电功率而装设的并联电抗器也属于系统的无功负荷。也属于系统的无功负荷。3 3输电线路的无功损耗输电线路的无功损耗二、无功功率电源二、无功功率电源 二、无功功率电源二、无功功率电源 电力系统的无功功率电源电力系统的无功功率电源: :1)1) 发电机发电机; ;2)2) 同步调相机同步调相机; ;3)3) 静电电容器静电电容器; ;4)4) 静止无功补偿器静止无功补偿器5)5) 静止无功发生器静止无功发生器. .后四种装置又称无功补偿装置。后四种装置又称无功补偿装置。静电电容器只能吸收容性无功功率静电电容器只能吸收容性无功功率
11、( (即发出感性无即发出感性无功功率功功率) )，其余几类补偿装置既能吸收容性无功，其余几类补偿装置既能吸收容性无功，亦能吸收感性无功。亦能吸收感性无功。1 1发电机发电机 1 1发电机发电机 发电机既是唯一的有功功率电源，又是最基本发电机既是唯一的有功功率电源，又是最基本的无功功率电源。发电机在额定状态下运行时，的无功功率电源。发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率可发出无功功率: : (12-4) (12-4) 式中，式中， 、 、 分别为发电机的额定视在功分别为发电机的额定视在功率，额定有功功率和额定功率因数角。率，额定有功功率和额定功率因数角。NGNNGNGNtgPSQsinGNSG
12、NPN 下面讨论发电机在非额定功率因数下可能发出的无功功率。下面讨论发电机在非额定功率因数下可能发出的无功功率。 假定隐极发电机联接在恒压母假定隐极发电机联接在恒压母 线上，母线电压为线上，母线电压为 。发电机。发电机 的等值电路和相量图示于图的等值电路和相量图示于图12-412-4。 C C点是额定运行点。电压降相量点是额定运行点。电压降相量 的长度代表的长度代表 ，正比于定，正比于定 子额定全电流，子额定全电流， 也可以说，也可以说， 以一定的比例代以一定的比例代 表发电机的额定视在功率表发电机的额定视在功率 . . 在纵轴上的投影的长度在纵轴上的投影的长度 代表代表 ，在横轴上的投影，在
13、横轴上的投影 的长度则代表的长度则代表 。 NdIXGNSGNPACADABNV1 1发电机发电机GNSGNQAC 相量相量 的长度代表空载电的长度代表空载电势势 ，它正比于发电机的额，它正比于发电机的额定励磁电流。定励磁电流。 当改变功率因数时，发电机当改变功率因数时，发电机发出的有功功率发出的有功功率P P和无功功率和无功功率Q Q要受定子电流额定值要受定子电流额定值( (额定额定视在功率视在功率) )、转子电流额定值、转子电流额定值( (空载电势空载电势) )、原动机出力、原动机出力( (额额定有功功率定有功功率) )的限制。的限制。OCE1 1发电机发电机 在图在图12-4(b)12-
14、4(b)中，以中，以A A为圆心，为圆心，以以ACAC为半径的圆弧表示额定为半径的圆弧表示额定视在功率的限制；视在功率的限制； 以以O O为圆心，以为圆心，以OCOC为半径的圆为半径的圆弧表示额定转子电流的限制；弧表示额定转子电流的限制； 水平线水平线DCDC表示原动机出力的表示原动机出力的限制。限制。 这些限制条件在图中用粗线这些限制条件在图中用粗线画出，这就是发电机的画出，这就是发电机的P-QP-Q极极限曲线。限曲线。 1 1发电机发电机 从图中可以看到，发电机只从图中可以看到，发电机只有在额定电压、电流和功率有在额定电压、电流和功率因数因数( (即运行点即运行点C)C)下运行时下运行时视
15、在功率才能达到额定值，视在功率才能达到额定值，使其容量得到最充分的利用。使其容量得到最充分的利用。 发电机降低功率因数运行时，发电机降低功率因数运行时，其无功功率输出将受转子电其无功功率输出将受转子电流的限制。流的限制。 1 1发电机发电机 发电机正常运行时以滞后功率因数运行为主，必要发电机正常运行时以滞后功率因数运行为主，必要时也可以减小励磁电流在超前功率因数下运行，即时也可以减小励磁电流在超前功率因数下运行，即所谓进相运行，以吸收系统中多余的无功功率。所谓进相运行，以吸收系统中多余的无功功率。 当系统低负荷运行时，输电线路电抗中的无功功率当系统低负荷运行时，输电线路电抗中的无功功率损耗明显
16、减少，线路电容产生的无功功率将有大量损耗明显减少，线路电容产生的无功功率将有大量剩余，引起系统电压升高。在这种情况下有选择地剩余，引起系统电压升高。在这种情况下有选择地安排部分发电机进相运行将有助于缓解电压调整的安排部分发电机进相运行将有助于缓解电压调整的困难。进相运行时，发电机的困难。进相运行时，发电机的角增大，为保证静角增大，为保证静态稳定，发电机的有功功率输出应随着电势的下降态稳定，发电机的有功功率输出应随着电势的下降( (即发电机吸收无功功率的增加即发电机吸收无功功率的增加) )逐渐减小。逐渐减小。1 1发电机发电机 图图12-4(b)12-4(b)中在中在P-QP-Q平面的第平面的第
17、象限用虚线示意地画出了按静象限用虚线示意地画出了按静态稳定约束所确定的运行范围。态稳定约束所确定的运行范围。 进相运行时，定子端部漏磁增进相运行时，定子端部漏磁增加，定子端部温升是限制发电加，定子端部温升是限制发电机功率输出的又一个重要因素。机功率输出的又一个重要因素。 发电机进相运行对定子端部温发电机进相运行对定子端部温升的影响随发电机的类型、结升的影响随发电机的类型、结构、容量和冷却方式的不同而构、容量和冷却方式的不同而异，不易精确计算。异，不易精确计算。 对于具体的发电机一般要通过对于具体的发电机一般要通过现场试验来确定其进相运行的现场试验来确定其进相运行的容许范围。容许范围。1 1发电
18、机发电机2 2同步调相机同步调相机 2 2同步调相机同步调相机 同步调相机相当于空载运行的同步电动机。同步调相机相当于空载运行的同步电动机。 工作原理工作原理: :1)1)在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率起无功在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率起无功电源的作用；电源的作用；2)2)在欠励磁运行时，它从系统吸取感性无功功率起无功在欠励磁运行时，它从系统吸取感性无功功率起无功负荷作用。负荷作用。 作用作用: :能根据装设地点电压的数值平滑改变输出能根据装设地点电压的数值平滑改变输出( (或吸或吸取取) )的无功功率，进行电压调节。的无功功率，进行电压调节。 由于实际运行的需要和对稳定
19、性的要求，欠励磁最大由于实际运行的需要和对稳定性的要求，欠励磁最大容量只有过励磁容量的容量只有过励磁容量的50506565。 主要特点主要特点1)1)同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂。同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂。2)2)有功功率损耗较大，在满负荷时约为额定容量的有功功率损耗较大，在满负荷时约为额定容量的1.51.55 5，容量越小，百分值越大。，容量越小，百分值越大。3)3)小容量的调相机每小容量的调相机每kVAkVA容量的投资费用也较大。容量的投资费用也较大。4)4)同步调相机的响应速度较慢，难以适应动态无功控制同步调相机的响应速度较慢，难以适应动态无功控制的要求。的要求。
20、 应用应用1)1)同步调相机宜于大容量集中使用。同步调相机宜于大容量集中使用。2)202)20世纪世纪7070年代以来已逐渐被静止无功补偿装置所取代。年代以来已逐渐被静止无功补偿装置所取代。2 2同步调相机同步调相机3 3静电电容器静电电容器3 3静电电容器静电电容器静电电容器供给的无功功率与所在节点的电压静电电容器供给的无功功率与所在节点的电压V V的平方成正的平方成正比比: :式中，式中， 为静电电容器的容抗。为静电电容器的容抗。作用作用: :1)1)向电网提供无功功率向电网提供无功功率, ,调节系统电压调节系统电压. .2)2)降低网络的电能损耗降低网络的电能损耗电压调节特性电压调节特性
21、: :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. .1)1)当节点电压下降时，它供给系统的无功功率将减少。当节点电压下降时，它供给系统的无功功率将减少。2)2)当系统发生故障或由于其他原因电压下降时，电容器无功输当系统发生故障或由于其他原因电压下降时，电容器无功输出的减少将导致电压继续下降。出的减少将导致电压继续下降。CCXVQ2CXC1应用特点应用特点1)1)静电电容器的装设容量可大可小静电电容器的装设容量可大可小; ;2)2)可集中使用，又可分散装设可集中使用，又可分散装设; ;3)3)电容器每单位容量的投资费用较小且与总容量的大小无关，电容器每单位容量的投资费用较小且
22、与总容量的大小无关，运行时功率损耗亦较小，约为额定容量的运行时功率损耗亦较小，约为额定容量的(0.3(0.30.5)0.5)。4)由于它没有旋转部件，维护也较方便。由于它没有旋转部件，维护也较方便。5)可分组投入或切除，实现补偿功率的不连续调节可分组投入或切除，实现补偿功率的不连续调节,以适应负以适应负荷的变化。荷的变化。 3 3静电电容器静电电容器4 4静止无功补偿器静止无功补偿器 4 4静止无功补偿器静止无功补偿器 构成构成: : 静止无功补偿器静止无功补偿器(Static Var(Static Var Compensator Compensator，SVC)SVC)简称静止补偿器，由静电
23、电容器与电抗器并联组简称静止补偿器，由静电电容器与电抗器并联组成。成。 作用作用: :1)1)电容器可发出无功功率电容器可发出无功功率; ;2)2)电抗器可吸收无功功率电抗器可吸收无功功率; ;3)3)电容器和电抗器结合，再配以适当的调节装置，实现电容器和电抗器结合，再配以适当的调节装置，实现平滑地改变输出或吸收平滑地改变输出或吸收) )无功功率。无功功率。 组成的部件组成的部件1)1)饱和电抗器饱和电抗器2)2)固定电容器固定电容器3)3)晶闸管控制电抗器晶闸管控制电抗器4)4)晶闸管投切电容器。晶闸管投切电容器。 分类分类: :实际上应用的静止补偿器大多是由上述部件组成的混合实际上应用的静
24、止补偿器大多是由上述部件组成的混合型静止补偿器。常见的几种型静止补偿器。常见的几种: :1)1)饱和电抗器与固定电容器并联组成饱和电抗器与固定电容器并联组成( (带有斜率校正带有斜率校正) )的静止补偿的静止补偿器器2)2)由晶闸管控制电抗器由晶闸管控制电抗器TCRTCR与固定电容器并联组成的静止补偿器与固定电容器并联组成的静止补偿器3)3)晶闸管控制电抗器与晶闸管投切电容器晶闸管控制电抗器与晶闸管投切电容器TSCTSC并联组成静止补偿并联组成静止补偿器器. .4)4)由由晶闸管投切电容器单独组成的晶闸管投切电容器单独组成的静止补偿器静止补偿器. .4 4静止无功补偿器静止无功补偿器1)1)由
25、饱和电抗器与固定电容器并联由饱和电抗器与固定电容器并联组成组成( (带有斜率校正带有斜率校正) )的静止补偿的静止补偿器器 原理图和伏安特性示于图原理图和伏安特性示于图12-512-5。 工作特性工作特性1)1)当电压大于某值后，随着电压的当电压大于某值后，随着电压的升高，铁芯急剧饱和。升高，铁芯急剧饱和。2)2)从补偿器的伏安特性可见，在补从补偿器的伏安特性可见，在补偿器的工作范围内，电压的少许偿器的工作范围内，电压的少许变化就会引起电流的大幅度变化。变化就会引起电流的大幅度变化。3)3)与与SRSR串联的电容串联的电容C C，是用于斜率校，是用于斜率校正的，改变的大小可以调节补偿正的，改变
26、的大小可以调节补偿器外特性的斜率器外特性的斜率( (见图见图12-5(b)12-5(b)中中的虚线的虚线) )。4 4静止无功补偿器静止无功补偿器2)2)由晶闸管控制电抗器由晶闸管控制电抗器TCRTCR与固定与固定电容器并联组成的静止补偿器电容器并联组成的静止补偿器 原理图原理图: :图图12-612-6。 工作原理工作原理1)1)电抗器与反相并联连接的晶闸电抗器与反相并联连接的晶闸管相串联，利用晶闸管的触发管相串联，利用晶闸管的触发角控制来改变通过电抗器的电角控制来改变通过电抗器的电流，就可以平滑地调整电抗器流，就可以平滑地调整电抗器吸收的基波无功功率。吸收的基波无功功率。2)2)触发角触发
27、角从从9090变到变到180180时，时，可使电抗器的基波无功功率从可使电抗器的基波无功功率从其额定值变到零。其额定值变到零。4 4静止无功补偿器静止无功补偿器3)3)由晶闸管控制电抗器与晶闸管投由晶闸管控制电抗器与晶闸管投切电容器切电容器TSCTSC并联组成静止补偿并联组成静止补偿器器 原理图原理图: :图图12-7(a)12-7(a)。 结构结构:3:3组晶闸管投切电容器和组晶闸管投切电容器和1 1组固定电容器与电抗器并联。组固定电容器与电抗器并联。 工作原理工作原理1)1)固定电容器组串联接入电感固定电容器组串联接入电感 ，兼起高次谐波滤波器作用。兼起高次谐波滤波器作用。2)2)每组晶闸
28、管投切电容器都串联接每组晶闸管投切电容器都串联接入一小电感入一小电感L Ls s，其作用是降低晶，其作用是降低晶闸管开通时可能产生的电流冲击。闸管开通时可能产生的电流冲击。 伏安特性伏安特性: :如图如图12-7(b)12-7(b)所示，图所示，图中数字表示电容器投入的组数。中数字表示电容器投入的组数。hL4 4静止无功补偿器静止无功补偿器4) 晶闸管投切电容器单独组成的晶闸管投切电容器单独组成的静止补偿器静止补偿器 作用作用:作为无功功率电源，发出感性无功作为无功功率电源，发出感性无功. 特点特点:1)不能平滑地调节输出的功率不能平滑地调节输出的功率2)晶闸管对控制信号的响应极为迅速，通断次
29、数又不受晶闸管对控制信号的响应极为迅速，通断次数又不受限制，其运行性能还是明显优于机械开关投切的电容限制，其运行性能还是明显优于机械开关投切的电容器。器。3)晶闸管投切电容器不会产生谐波晶闸管投切电容器不会产生谐波. .4 4静止无功补偿器静止无功补偿器 谐波及其消除谐波及其消除1)1)各类静止补偿器中，晶闸管投切电容器不会产生谐各类静止补偿器中，晶闸管投切电容器不会产生谐波波; ;2)2)含晶闸管控制电抗器的静止补偿器不会产生谐波含晶闸管控制电抗器的静止补偿器不会产生谐波, ,一般需要装设滤波器以消除高次谐波一般需要装设滤波器以消除高次谐波. . 图图12-612-6和和12-712-7的原
30、理图中与电容的原理图中与电容C C串联的电感串联的电感L Lh h就就是高次谐波的调谐电感。饱和电抗器可以利用多铁是高次谐波的调谐电感。饱和电抗器可以利用多铁芯和绕组的特殊排列来消除谐波，一种三三柱式饱芯和绕组的特殊排列来消除谐波，一种三三柱式饱和电抗器能够消除和电抗器能够消除18k18k1(k=11(k=1，2 2，3 3，) )以外的以外的一切奇次电流谐波。一切奇次电流谐波。 4 4静止无功补偿器静止无功补偿器 与补偿器相比与补偿器相比, ,静止补偿器的优势静止补偿器的优势: :1)1)电压变化时，静止补偿器能快速地、平滑地调节无电压变化时，静止补偿器能快速地、平滑地调节无功功率，以满足动
31、态无功补偿的需要。功功率，以满足动态无功补偿的需要。2)2)与同步调相机相比较，运行维护简单，功率损耗较与同步调相机相比较，运行维护简单，功率损耗较小，响应时间较短小，响应时间较短. .3)3)对于冲击负荷有较强的适应性对于冲击负荷有较强的适应性; ;4)TCR4)TCR型和型和TSCTSC型静止补偿器还能做到分相补偿以适应型静止补偿器还能做到分相补偿以适应不平衡的负荷变化。不平衡的负荷变化。 应用应用: 20: 20世纪世纪7070年代以来，静止补偿器在国外已被年代以来，静止补偿器在国外已被大量使用，在我国电力系统中也将得到日益广泛的大量使用，在我国电力系统中也将得到日益广泛的应用。应用。4
32、 4静止无功补偿器静止无功补偿器5 5静止无功发生器静止无功发生器 5 5静止无功发生器静止无功发生器产生产生:20:20世纪世纪8080年代以来出现了一种年代以来出现了一种更为先进的静止型无功补偿装置，这更为先进的静止型无功补偿装置，这就是静止无功发生器就是静止无功发生器(Static Var(Static Var GeneratorGenerator，SVG)SVG)。构成构成: :电压源型逆变器，其原理图示电压源型逆变器，其原理图示于图于图12-812-8。逆变器中六个可关断晶闸。逆变器中六个可关断晶闸管管(GTO)(GTO)分别与六个二极管反向并联分别与六个二极管反向并联. .工作原理
33、工作原理 适当控制适当控制GTOGTO的通断，可以把电容的通断，可以把电容C C上上的直流电压转换成与电力系统电压同的直流电压转换成与电力系统电压同步的三相交流电压，逆变器的交流侧步的三相交流电压，逆变器的交流侧通过电抗器或变压器并联接入系统。通过电抗器或变压器并联接入系统。 适当控制逆变器的输出电压，适当控制逆变器的输出电压，就可以灵活地改变就可以灵活地改变SVGSVG的运行工的运行工况，使其处于容性负荷、感性况，使其处于容性负荷、感性负荷或零负荷状态。负荷或零负荷状态。 忽略损耗时，忽略损耗时，SVGSVG稳态等值电路稳态等值电路和不同工况下的相量图示于图和不同工况下的相量图示于图12-9
34、12-9。静止无功发生器也被称。静止无功发生器也被称为静止同步补偿器为静止同步补偿器(STATCOM)(STATCOM)或或静止调相机静止调相机(STATCON)(STATCON)。5 5静止无功发生器静止无功发生器5 5静止无功发生器静止无功发生器 静止无功发生器的优点静止无功发生器的优点1)1)响应速度更快响应速度更快2)2)运行范围更宽运行范围更宽3)3)谐波电流含量更少谐波电流含量更少4)4)电压较低时仍可向系统注入较大的无功电流，它电压较低时仍可向系统注入较大的无功电流，它的储能元件的储能元件( (如电容器如电容器) )的容量远比它所提供的无的容量远比它所提供的无功容量要小。功容量要
35、小。 三、无功功率平衡三、无功功率平衡三、无功功率平衡三、无功功率平衡 电力系统无功功率平衡的基本要求是：系统中的无功电源可电力系统无功功率平衡的基本要求是：系统中的无功电源可能发出的无功功率应该大于或至少等于负荷所需的无功功率能发出的无功功率应该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。和网络中的无功损耗之和。 为了保证运行可靠性和适应无功负荷的增长，系统还必须配为了保证运行可靠性和适应无功负荷的增长，系统还必须配置一定的无功备用容量。令置一定的无功备用容量。令 为电源供应的无功功率之和，为电源供应的无功功率之和， 为无功负荷之和，为无功负荷之和， 为网络无功功率损耗之和，为网
36、络无功功率损耗之和， 为无为无功功率备用，则系统中无功功率的平衡关系式为功功率备用，则系统中无功功率的平衡关系式为: : 0 0表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用; ; O O表示系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装置。表示系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装置。GCQLDQLQresQresLLDGCQQQQresQresQ 系统无功电源的总出力系统无功电源的总出力 包括发电机的无功功率包括发电机的无功功率 和各种和各种无功补偿设备的无功功率无功补偿设备的无功功率 : : (12-6)(12-6) 无功电源无功功率的计算方法无功电源无功功
37、率的计算方法: :1)1)当发电机在接近于额定功率因数运行时，无功功率按额定功率当发电机在接近于额定功率因数运行时，无功功率按额定功率因数计算。因数计算。 此时如果系统的无功功率能够平衡，则发电机就保持有一此时如果系统的无功功率能够平衡，则发电机就保持有一定的无功备用，这是因为发电机的有功功率是留有备用的。定的无功备用，这是因为发电机的有功功率是留有备用的。2)2)调相机和静电电容器等无功补偿装置按额定容量来计算其无功调相机和静电电容器等无功补偿装置按额定容量来计算其无功功率功率。GCQGQCQCGGCQQQ三、无功功率平衡三、无功功率平衡 无功负荷无功功率的计算方法无功负荷无功功率的计算方法
38、: :总无功负荷按负荷的有功功率总无功负荷按负荷的有功功率和功率因数计算。和功率因数计算。 为了减少输送无功功率引起的网损，我国有关技术导则规定为了减少输送无功功率引起的网损，我国有关技术导则规定1)1)以以35kV35kV及以上电压等级直接供电的工业负荷，功率因数要达及以上电压等级直接供电的工业负荷，功率因数要达到到0.900.90以上以上; ;2)2)对其他负荷，功率因数不低于对其他负荷，功率因数不低于0.850.85。 网络的总无功功率损耗网络的总无功功率损耗 包括变压器的无功损耗包括变压器的无功损耗 、线、线路电抗的无功损耗路电抗的无功损耗 和线路电纳的无功功率和线路电纳的无功功率 =
39、(=(一般只一般只计算计算110kV110kV及这以上电压线路的充电功率及这以上电压线路的充电功率):):三、无功功率平衡三、无功功率平衡LQLTQLQBQBLLTLQQQQ 无功功率平衡的原则无功功率平衡的原则: :1)1)从改善电压质量和降低网络功率损耗考虑，应该尽量避免通从改善电压质量和降低网络功率损耗考虑，应该尽量避免通过电网元件大量地传送无功功率。过电网元件大量地传送无功功率。2)2)分地区分电压级地进行无功功率平衡分地区分电压级地进行无功功率平衡. . 仅从全系统的角度进行无功功率平衡是不够的。仅从全系统的角度进行无功功率平衡是不够的。3)3)就地平衡就地平衡( (补偿补偿).).
40、(1)(1)有时候，某一地区无功功率电源有富余，另一地区则存在缺有时候，某一地区无功功率电源有富余，另一地区则存在缺额，调余补缺往往是不适宜的，这时就应该分别进行处理。额，调余补缺往往是不适宜的，这时就应该分别进行处理。(2)(2)小容量的、分散的无功补偿可采用静电容电器；大容量的、小容量的、分散的无功补偿可采用静电容电器；大容量的、配置在系统中枢点的无功补偿则宜采用同步调相机或静止补配置在系统中枢点的无功补偿则宜采用同步调相机或静止补偿器。偿器。4)4)电力系统的无功功率平衡应分别按正常最大和最小负荷的运电力系统的无功功率平衡应分别按正常最大和最小负荷的运行方式进行计算。必要时还应校验某些设
41、备检修时或故障后行方式进行计算。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。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5)5)电力系统在不同的运行方式下，可能分别出现无功功率不足电力系统在不同的运行方式下，可能分别出现无功功率不足和无功功率过剩的情况，应选用既能发出又能吸收无功功率和无功功率过剩的情况，应选用既能发出又能吸收无功功率的补偿设备。的补偿设备。6)6)在现代大型电力系统中，超高压输电网的线路分布电容能产在现代大型电力系统中，超高压输电网的线路分布电容能产生大量的无功功率，从系统安全运行考虑，需要装设并联电生大量的无功功率，从系统安全运行考虑，需要装
42、设并联电抗器予以吸收，根据我国有关技术导则，抗器予以吸收，根据我国有关技术导则，330330500kV500kV电网应电网应按无功分层就地平衡的基本要求配置高、低压并联电抗器。按无功分层就地平衡的基本要求配置高、低压并联电抗器。 一般情况下，高、低压并联电抗器的总容量应达到超高压线一般情况下，高、低压并联电抗器的总容量应达到超高压线路充电功率的路充电功率的9090以上。在超高压电网配置并联电抗补偿的以上。在超高压电网配置并联电抗补偿的同时，较低电压等级的配电网络也要配置必要的并联电容补同时，较低电压等级的配电网络也要配置必要的并联电容补偿，这种情况是正常的。偿，这种情况是正常的。三、无功功率平
43、衡三、无功功率平衡例例 12-112-1例例12-1 12-1 某输电系统的接线图示于图某输电系统的接线图示于图12-10(a)12-10(a)，各，各元件参数如下：元件参数如下： 发电机发电机 PN=50MWPN=50MW，coscos =0.85 =0.85， =10.5kV=10.5kV 变压器变压器T-1 T-1 每台每台 =31.5MV=31.5MVA A， =38.5kW=38.5kW，Ps=148kWPs=148kW， =0.8%=0.8%，VsVs=10.5=10.5， =121=12110.510.5 变压器变压器T-2T-2变比变比 =110=1101111，其余参数同，其
44、余参数同T-T-1 1NV%0I0PNSTkTk 线路每回每公里线路每回每公里 =0.165=0.165， =0.409=0.409， =2.82=2.82 S S试根据无功功率平衡的需要确定无功补偿容量。试根据无功功率平衡的需要确定无功补偿容量。6100b0 x0r例例 12-112-1 例例 12-112-1 例例 12-112-1解解 ( (一一) )输电系统参数计算输电系统参数计算变压器变压器T-1T-1两台并联两台并联092. 11031500121148213221TR402.2410315001211005 .1021321TX例例 12-112-1变压器变压器T-2T-2两台并
45、联两台并联AMVjAMVjSIjPSN)504. 0077. 0()1005 .318 . 00385. 0(2)100%(20001092. 01031500110148213222TR167.2010315001101005 .1021322TXAMVjS)504. 0077. 0(02例例 12-112-1 输电线路输电线路)45.2025. 8(100)409. 0165. 0(21jjjXRZLLLSSBL461082. 21001082. 222121var412. 3var1101082. 22124221MMVBQQNLBB例例 12-112-1 ( (二二) )无补偿的功率平
46、衡计算无补偿的功率平衡计算 作为初步估算，先用负荷功率计算变压器绕组作为初步估算，先用负荷功率计算变压器绕组损耗和线路损耗。损耗和线路损耗。244.10)902. 025. 8092. 1 (21TLTLTRRRR019.65)167.2045.20402.24(21TLTLTXXXX例例 12-112-1累计到发电机端的输电系统的总功率需求为累计到发电机端的输电系统的总功率需求为 AMVjAMVjSLT)434.13166. 2()019.65244.10(1103040222AMVjAMVjjjjjjQjQjSSSSSBBLTLDD)618.3724.42()412. 3412. 3504
47、. 0077. 0504. 0077. 0434.13116. 23040(210201例例 12-112-1 若发电机在满足有功需求时按额定功率因数运行若发电机在满足有功需求时按额定功率因数运行,其输出功率为其输出功率为此时无功缺额达到此时无功缺额达到AMVjAMVtgjSG)196.2627.42()27.4227.42(var422.11var)196.26618.37(MM例例 12-112-1 根据以上对无功功率缺额的初步估算，拟在变压根据以上对无功功率缺额的初步估算，拟在变压器器T-2T-2的低压侧设置的低压侧设置10Mvar10Mvar补偿容量。补偿前负荷补偿容量。补偿前负荷功率
48、因数为功率因数为0.80.8，补偿后可提高到，补偿后可提高到0.8950.895。计及补。计及补偿后线路和变压器绕组损耗还会减少，发电机将偿后线路和变压器绕组损耗还会减少，发电机将能在额定功率因数附近运行。能在额定功率因数附近运行。例例 12-112-1( (三三) )补偿后的功率平衡计算补偿后的功率平衡计算 补偿后负荷功率为补偿后负荷功率为AMVjSLD)2040(AMVjAMVjjjS)837.23266.40()504. 0077. 0)167.20902. 0(11020402040(2222AMVjAMVjjS )425.20226.40()412. 3837.23266.40(1例
49、例 12-112-1 AMVjAMVjSL)440. 3388. 1 ()45.2025. 8 (110425.20226.40222AMVjAMVjjjS)453.20614.41()412. 3440. 3388. 1425.20226.40(1AMVjAMVjST)336. 4194. 0()402.24092. 1 (110453.20614.412221例例 12-112-1 输电系统要求发电机输出的功率为输电系统要求发电机输出的功率为 此时发电机的功率因数此时发电机的功率因数cos cos =0=0856856。计算结。计算结果表明，所选补偿容量是适宜果表明，所选补偿容量是适宜 A
50、MVjAMVjjjSG)293.25885.41()504. 0077. 0336. 4194. 0453.20614.41(例例 12-112-1四、无功功率平衡和电压水平的关系四、无功功率平衡和电压水平的关系 在电力系统运行中，电源的无功出力在任何时刻在电力系统运行中，电源的无功出力在任何时刻都同负荷的无功功率和网络的无功损耗之和相等，都同负荷的无功功率和网络的无功损耗之和相等，即即 (12-8)(12-8) 问题在于无功功率平衡是在什么样的电压水平下问题在于无功功率平衡是在什么样的电压水平下实现的。现在以一个最简单的网络为例来说明。实现的。现在以一个最简单的网络为例来说明。LLDGCQQ
