1、第第5章章 电力系统电压调节电力系统电压调节1243 35.1 电力系统电压控制的意义电力系统电压控制的意义5.2 电力系统无功电源及无功功率损耗电力系统无功电源及无功功率损耗5.3 无功功率的平衡与电压水平的关系无功功率的平衡与电压水平的关系5.4 电力系统的电压管理电力系统的电压管理返回55.5 电力系统电压调节方法电力系统电压调节方法5.1电力系统电压控制的意义电力系统电压控制的意义电压是衡量电力系统电能质量的标准之一。电压过高或过低，都将对人电压是衡量电力系统电能质量的标准之一。电压过高或过低，都将对人身及其用电设备产生重大的影响。保证用户的电压接近额定值是电力系身及其用电设备产生重大
2、的影响。保证用户的电压接近额定值是电力系统运行调度的基本任务之一。当系统的电压偏离允许值时，电力系统必统运行调度的基本任务之一。当系统的电压偏离允许值时，电力系统必须应用电压调节技术调节系统电压的大小，使其维持在允许值范围内。须应用电压调节技术调节系统电压的大小，使其维持在允许值范围内。各种用电设备都是按照额定电压来设计制造的，只有在额定电压下运行各种用电设备都是按照额定电压来设计制造的，只有在额定电压下运行才能取得最佳的工作效率。当电压偏离额定值较大时，会对负荷的运行才能取得最佳的工作效率。当电压偏离额定值较大时，会对负荷的运行带来不良影响，影响产品的质量和产量，损坏设备，甚至引起电力系统带
3、来不良影响，影响产品的质量和产量，损坏设备，甚至引起电力系统电压崩溃，造成大面积停电。电压崩溃，造成大面积停电。下一页返回5.1电力系统电压控制的意义电力系统电压控制的意义5.1.1电压对电力用户的影响电压对电力用户的影响电力系统实际电压偏高或偏低，对运行中的用电设备都会造成不良的影电力系统实际电压偏高或偏低，对运行中的用电设备都会造成不良的影响。响。对于异步电动机而言，当电压降低时，转矩随电压的平方成比例下降，对于异步电动机而言，当电压降低时，转矩随电压的平方成比例下降，便如，当电压降低便如，当电压降低20%时，转矩会降低到额定转矩的时，转矩会降低到额定转矩的64，电流增加，电流增加20%3
4、5%,温度升高，造成电动机转速降低，可能导致生产的产品报废，电温度升高，造成电动机转速降低，可能导致生产的产品报废，电动机绕组过热，绝缘加速老化，甚至烧毁电动机。当电压过高时，电动动机绕组过热，绝缘加速老化，甚至烧毁电动机。当电压过高时，电动机、变压器等设备铁芯会出现饱和、铁耗增大、激磁电流增大，也会导机、变压器等设备铁芯会出现饱和、铁耗增大、激磁电流增大，也会导致电机过热，效率降低，波形变坏。对其他电气设备，如电炉的用功功致电机过热，效率降低，波形变坏。对其他电气设备，如电炉的用功功率与电压的平方成正比，炼钢厂中的电炉会因电压降低而增加冶炼时间，率与电压的平方成正比，炼钢厂中的电炉会因电压降
5、低而增加冶炼时间，从而影响产量。从而影响产量。上一页 下一页返回5.1电力系统电压控制的意义电力系统电压控制的意义电压过低时，照明设备的发光频率和亮度会大幅度下降。电压过高将使电压过低时，照明设备的发光频率和亮度会大幅度下降。电压过高将使所有电气设备绝缘受损所有电气设备绝缘受损;使变压器、电动机等的铁芯饱和程度加深，铁芯使变压器、电动机等的铁芯饱和程度加深，铁芯损耗增大，温升增加，寿命缩短。电压变化也将使其运行性能变坏，甚损耗增大，温升增加，寿命缩短。电压变化也将使其运行性能变坏，甚至发生人身伤亡、设备损坏等事故。至发生人身伤亡、设备损坏等事故。5.1.2电压对电力系统的影响电压对电力系统的影
6、响电力系统电压偏离额定值过大不仅影响电力用户的正常工作，同时也会电力系统电压偏离额定值过大不仅影响电力用户的正常工作，同时也会影响电力系统本身。影响电力系统本身。电压降低，使网络中的功率损耗和能量损耗加大，电压过低还可能危及电压降低，使网络中的功率损耗和能量损耗加大，电压过低还可能危及电力系统运行的稳定性。电厂中的厂用机械是由电动机驱动的。电压下电力系统运行的稳定性。电厂中的厂用机械是由电动机驱动的。电压下降会使电动机转速下降、出力减少，并影响厂用机械的出力。降会使电动机转速下降、出力减少，并影响厂用机械的出力。上一页 下一页返回5.1电力系统电压控制的意义电力系统电压控制的意义这将直接影响锅
7、炉和汽轮机的运行，严重时会使电厂出力下降，危及电这将直接影响锅炉和汽轮机的运行，严重时会使电厂出力下降，危及电力系统的安全运行。力系统的安全运行。在系统中无功功率不足、电压水平低下的情况下，某些枢纽变电所在母在系统中无功功率不足、电压水平低下的情况下，某些枢纽变电所在母线电压发生微小扰动的情况下，顷刻之间会造成电压大幅度下降的线电压发生微小扰动的情况下，顷刻之间会造成电压大幅度下降的“电电压崩溃压崩溃”现象，其后果是相当严重的，可能导致发电厂之间失去同步，现象，其后果是相当严重的，可能导致发电厂之间失去同步，造成整个系统瓦解的重大停电事故。造成整个系统瓦解的重大停电事故。在电力系统的正常运行中
8、，随着用电负荷的变化和系统运行方式的改变，在电力系统的正常运行中，随着用电负荷的变化和系统运行方式的改变，网络中的电压损耗也随之发生变化。要保证用户在任何时刻都能在其额网络中的电压损耗也随之发生变化。要保证用户在任何时刻都能在其额定电压下工作是不现实的。但其电压偏移必须限制在允许的范围内。定电压下工作是不现实的。但其电压偏移必须限制在允许的范围内。上一页返回5.2 电力系统无功电源及无功功率损耗电力系统无功电源及无功功率损耗5.2.1无功电源无功电源1.发电机发电机发电机是唯一的有功功率电源，又是最基本的无功功率电源。发电机在发电机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
9、态下运行时，可发出的无功功率为额定状态下运行时，可发出的无功功率为:现在讨论发电机在非额定功率因数下运行时可能发出的无功功率。现在讨论发电机在非额定功率因数下运行时可能发出的无功功率。如图如图5-1所示所示为发电机运行的为发电机运行的P-Q极限图。图极限图。图5-1中，以中，以A为圆心，以为圆心，以AB为半为半径的圆弧表示额定视在功率的限制径的圆弧表示额定视在功率的限制;以以O为圆心，以为圆心，以OB为半径的圆弧表为半径的圆弧表示额定转子电流的限制示额定转子电流的限制;而水平线而水平线DB表示原动机出力限制。表示原动机出力限制。下一页返回5.2 电力系统无功电源及无功功率损耗电力系统无功电源及
10、无功功率损耗从图中可以看出，发电机只有在额定电压、电流和功率因数下运行时，从图中可以看出，发电机只有在额定电压、电流和功率因数下运行时，视在功率才能达到额定值，使其容量得到充分利用。视在功率才能达到额定值，使其容量得到充分利用。发电机以低于额定功率因数运行时，其无功功率输出将受到转子电流的发电机以低于额定功率因数运行时，其无功功率输出将受到转子电流的限制。发电机正常运行时以滞后功率因数运行为主，必要时也可以减小限制。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，即所谓进相运行，以吸收系统中多余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
11、的无功功率。当系统在低负荷运行时，输电线路电抗中的无功功率损耗的无功功率。当系统在低负荷运行时，输电线路电抗中的无功功率损耗明显减少，线路电容产生的无功功率将有大量剩余，这将引起系统电压明显减少，线路电容产生的无功功率将有大量剩余，这将引起系统电压升高。在这种情况下选择部分发电机进相运行将有利于缓解电压调整的升高。在这种情况下选择部分发电机进相运行将有利于缓解电压调整的困难。在发电机进相运行时，发电机的困难。在发电机进相运行时，发电机的角增大，为保证静态稳定，发角增大，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逐渐减小。电机的有功功率输出应随着电势的下降逐渐减小。上一页 下一页返回5
12、.2 电力系统无功电源及无功功率损耗电力系统无功电源及无功功率损耗图图5-1中中D-G-H段示意地画出了按静态稳定约束所确定的运行范围。进段示意地画出了按静态稳定约束所确定的运行范围。进相运行时，定子端部漏磁增加，定子端部温升是限制发电机功率输出的相运行时，定子端部漏磁增加，定子端部温升是限制发电机功率输出的又一个重要因素。对于具体的发电机一般要通过现场试验来确定其进相又一个重要因素。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容许范围。运行的容许范围。由上分析可知，发电机供给的无功功率不是无限可调的，当发电厂距用由上分析可知，发电机供给的无功功率不是无限可调的，当发电厂距用户较远时，
13、无功功率所引起的线损较大，在这种情况下，则应在用户中户较远时，无功功率所引起的线损较大，在这种情况下，则应在用户中心设置补偿装置。心设置补偿装置。2.调相机调相机同步调相机相当于空载运行的同步电动机。当它的转子励磁电流刚好为同步调相机相当于空载运行的同步电动机。当它的转子励磁电流刚好为某一特定值时，它发出的无功功率恰好为零。某一特定值时，它发出的无功功率恰好为零。上一页 下一页返回5.2 电力系统无功电源及无功功率损耗电力系统无功电源及无功功率损耗这时仅从电网中吸收少量的有功功率用来克服机械旋转阻力，维持同步这时仅从电网中吸收少量的有功功率用来克服机械旋转阻力，维持同步速度空转，当转子励磁电流
14、大于此特定值时，称为过励磁。在过励磁运速度空转，当转子励磁电流大于此特定值时，称为过励磁。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行时，它向系统供给感性无功功率起无功电源的作用;在欠励磁运行时，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。由于实际运行的需要和对它从系统吸取感性无功功率起无功负荷作用。由于实际运行的需要和对稳定性的要求，欠励磁时转子的励磁电流不得小于过励磁时最大励磁电稳定性的要求，欠励磁时转子的励磁电流不得小于过励磁时最大励磁电流的流的50%，相应地，欠励磁时从电网吸取无功功率的最大值，也仅为过，相应地，欠励磁时从电网吸取无功功率的最大值，也仅为过励磁
15、时它能发出的最大无功功率的励磁时它能发出的最大无功功率的50%。装有自动励磁调节装置的同步。装有自动励磁调节装置的同步调相机，能根据装设地点电压的数值平滑改变输出调相机，能根据装设地点电压的数值平滑改变输出(或吸取或吸取)的无功功率，的无功功率，进行电压调节。特别是有强行励磁装置时，在系统故障情况下，还能调进行电压调节。特别是有强行励磁装置时，在系统故障情况下，还能调整系统的电压，有利于提高系统的稳定性。整系统的电压，有利于提高系统的稳定性。上一页 下一页返回5.2 电力系统无功电源及无功功率损耗电力系统无功电源及无功功率损耗同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂，一次性投资较大。它的有同步调
16、相机是旋转机械，运行维护比较复杂，一次性投资较大。它的有功功率损耗较大，在满负荷时约为额定容量的功功率损耗较大，在满负荷时约为额定容量的1.5%5%，容量越小，容量越小，百分值越大。小容量的调相机每千伏安容量的投资费用也较大。故同步百分值越大。小容量的调相机每千伏安容量的投资费用也较大。故同步调相机宜于大容量集中使用，安装于枢纽变电站中，一般不安装容量小调相机宜于大容量集中使用，安装于枢纽变电站中，一般不安装容量小于于5 MVar的调相机。的调相机。3.静电电容器静电电容器静电电容器只能向系统供给无功功率。所供无功功率静电电容器只能向系统供给无功功率。所供无功功率QC与所在节点的电与所在节点的
17、电压压U的平方成正比，当节点电压下降时，它供给系统的无功功率也将减的平方成正比，当节点电压下降时，它供给系统的无功功率也将减小。小。上一页 下一页返回5.2 电力系统无功电源及无功功率损耗电力系统无功电源及无功功率损耗因此，当系统发生故障或由于其他原因而导致系统电压下降时，电容器因此，当系统发生故障或由于其他原因而导致系统电压下降时，电容器的无功功率输出反而比平常还少，这将导致电压继续下降。显然，电容的无功功率输出反而比平常还少，这将导致电压继续下降。显然，电容器的无功功率调节能力较差。器的无功功率调节能力较差。为了在运行中能够调节电容器供给的无功功率，可根据需要按三角形接为了在运行中能够调节
18、电容器供给的无功功率，可根据需要按三角形接法或星形接法成组地连接到变电站的母线上。根据负荷变化分组投入或法或星形接法成组地连接到变电站的母线上。根据负荷变化分组投入或切除。因此，静电电容器组的容量可大可小，既可集中使用，又可分散切除。因此，静电电容器组的容量可大可小，既可集中使用，又可分散使用，使用起来比较灵活。静电电容器在运行时的功率损耗较小，为额使用，使用起来比较灵活。静电电容器在运行时的功率损耗较小，为额定容量的定容量的0.3%0.5%，电容器每单位容量的投资费用较小且与总容量，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。此外由于它没有旋转部件，维护方便，因而在实际中仍被的大小无
19、关。此外由于它没有旋转部件，维护方便，因而在实际中仍被广泛使用。广泛使用。上一页 下一页返回5.2 电力系统无功电源及无功功率损耗电力系统无功电源及无功功率损耗4.静止无功补偿器静止无功补偿器静止无功补偿器静止无功补偿器(Static Var Compensator,SVC)，简称静止补偿器。，简称静止补偿器。由电力电容器与电抗器并联组成。电容器可发出无功功率，电抗器可吸由电力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，就成为能够平滑收无功功率，两者结合起来，再配以适当的调节装置，就成为能够平滑地改变输出地改变输出(或吸收或吸收)无功
20、功率的静止补偿器。无功功率的静止补偿器。静止补偿器有很多类型，其部件主要有饱和电抗器、固定电容器，晶闸静止补偿器有很多类型，其部件主要有饱和电抗器、固定电容器，晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器。管控制电抗器和晶闸管投切电容器。如图如图5-2所示所示为由饱和电抗器和固定电容器并联组成的静止补偿器的原为由饱和电抗器和固定电容器并联组成的静止补偿器的原理图和伏安特性。理图和伏安特性。上一页 下一页返回5.2 电力系统无功电源及无功功率损耗电力系统无功电源及无功功率损耗由图由图5-2 (b)可以看出，在补偿范围内，电压的稍许变化将引起电流大可以看出，在补偿范围内，电压的稍许变化将引起电流大幅度变化。
21、采用自饱和电抗器和固定电容器并联组成的静止补偿器，几幅度变化。采用自饱和电抗器和固定电容器并联组成的静止补偿器，几乎可以完全消除电压波动，可维持母线电压在额定值附近。正常运行时，乎可以完全消除电压波动，可维持母线电压在额定值附近。正常运行时，补偿器工作在补偿器工作在A点，当电压低于额定电压时，电抗器点，当电压低于额定电压时，电抗器L铁芯不饱和，电抗铁芯不饱和，电抗器与串联电容器组合回路的总感抗大，故基本上不消耗无功功率，并联器与串联电容器组合回路的总感抗大，故基本上不消耗无功功率，并联电容器电容器C发出的无功功率使母线电压升高。当电压高于额定电压时，由发出的无功功率使母线电压升高。当电压高于额
22、定电压时，由于此时的电抗器因饱和感抗小，所吸收的无功功率增加，从而使母线电于此时的电抗器因饱和感抗小，所吸收的无功功率增加，从而使母线电压降低。压降低。如图如图5-3所示所示为由晶闸管控制电抗器和固定电容器并联组成的静止补偿为由晶闸管控制电抗器和固定电容器并联组成的静止补偿器器(TCR+FC)。上一页 下一页返回5.2 电力系统无功电源及无功功率损耗电力系统无功电源及无功功率损耗电抗器电抗器L与反向并联连接的晶闸管串联，依靠控制晶闸管的触发角来改与反向并联连接的晶闸管串联，依靠控制晶闸管的触发角来改变电抗器的电流大小，即可平滑地调整电抗器吸收的无功功率的大小。变电抗器的电流大小，即可平滑地调整
23、电抗器吸收的无功功率的大小。当触发角由当触发角由90变到变到180时，可使电抗器的无功功率由额定值变到零。时，可使电抗器的无功功率由额定值变到零。图图5-4所示所示为由为由晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器并联组成的静止晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器并联组成的静止补偿器补偿器(TCR+TSC）。图中采用一组固定电容器和三组晶闸管投切电）。图中采用一组固定电容器和三组晶闸管投切电容器与电抗器并联。每组晶闸管投一切电容器回路串有小电感，其作用容器与电抗器并联。每组晶闸管投一切电容器回路串有小电感，其作用是降低晶闸管开通时可能产生的电流冲击。晶闸管投切电容器作为无功是降低晶闸管开通时可能产生的电
24、流冲击。晶闸管投切电容器作为无功功率电源，虽然不能平滑调节输出的功率，但晶闸管对控制信号响应迅功率电源，虽然不能平滑调节输出的功率，但晶闸管对控制信号响应迅速，通断次数不受限制，运行性能优于机械开关投切电容器。速，通断次数不受限制，运行性能优于机械开关投切电容器。上一页 下一页返回5.2 电力系统无功电源及无功功率损耗电力系统无功电源及无功功率损耗上述上述3种静止补偿器共同点是其中的电容器支路作为无功功率的电源，种静止补偿器共同点是其中的电容器支路作为无功功率的电源，且电容器且电容器C与电感与电感Ls串联构成谐振回路，起到高次谐波滤波器的作用，串联构成谐振回路，起到高次谐波滤波器的作用，滤去补
25、偿器中各电磁元件产生的滤去补偿器中各电磁元件产生的5,7,11,13,奇次谐波电流，防止高奇次谐波电流，防止高次谐波分量注入系统，这类支路是不可控的。它们的不同点在电抗器支次谐波分量注入系统，这类支路是不可控的。它们的不同点在电抗器支路，其中后两种静止补偿器都是可控电抗器。静止补偿器向系统供应感路，其中后两种静止补偿器都是可控电抗器。静止补偿器向系统供应感性无功功率的容量取决于它的电容器支路，从系统吸取感性无功功率的性无功功率的容量取决于它的电容器支路，从系统吸取感性无功功率的容量则取决于它的电抗器支路。容量则取决于它的电抗器支路。静止补偿器能快速平滑地调节无功功率，以满足无功功率的要求，这样
26、静止补偿器能快速平滑地调节无功功率，以满足无功功率的要求，这样就克服了静电电容器作为无功补偿装置只能作为无功电源而不能作为无就克服了静电电容器作为无功补偿装置只能作为无功电源而不能作为无功负荷、调节不连续的缺点。功负荷、调节不连续的缺点。上一页 下一页返回5.2 电力系统无功电源及无功功率损耗电力系统无功电源及无功功率损耗与同步调相机相比较，静止补偿器运行维护简单、功率损耗较小，响应与同步调相机相比较，静止补偿器运行维护简单、功率损耗较小，响应时间较短，能做到分相补偿以适应不平衡的负荷变化，对于冲击性负荷时间较短，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。也有较强的
27、适应性。5.静止无功发生器静止无功发生器由于电力电子技术的飞速发展，使用大功率可关断晶闸管由于电力电子技术的飞速发展，使用大功率可关断晶闸管(GTO)器件代器件代替普通的晶闸管构成的无功补偿器已开始进入实用阶段。这种装置称为替普通的晶闸管构成的无功补偿器已开始进入实用阶段。这种装置称为静止补偿器静止补偿器(Static Compensator,STATCOM)，或称为静止无功发生，或称为静止无功发生器器(SVC)。其原理。其原理如图如图5-5所示所示。上一页 下一页返回5.2 电力系统无功电源及无功功率损耗电力系统无功电源及无功功率损耗它的主体部分是一个电压源型逆变器，逆变器中有它的主体部分是
28、一个电压源型逆变器，逆变器中有6只大功率可关断晶只大功率可关断晶闸管分别与闸管分别与6只二极管反向并联，适当控制晶闸管的通断，可以把电容只二极管反向并联，适当控制晶闸管的通断，可以把电容上的直流电压转换成与电力系统电压同步的三相交流电压，逆变器的交上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，流侧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，就可以灵活地改变静止无功发生器的运行工况，使其处于容性负荷、感就可以灵活地改变静止无功发生器的运行工况，使其处于容性负荷、感性负荷或零负荷状态。性负荷或零负荷状态。S
29、TATCOM与与SVC比较，比较，STATCOM具有以下一具有以下一些特点。些特点。(1)当电压降低时，当电压降低时，SVC输出的无功电流输出的无功电流(补偿容量补偿容量)减小，而减小，而STATCOM仍然可产生较大的电容性电流，即仍然可产生较大的电容性电流，即STATCOM输出的无功电流与电压无输出的无功电流与电压无关。关。上一页 下一页返回5.2 电力系统无功电源及无功功率损耗电力系统无功电源及无功功率损耗(2)STATCOM有较大的过负荷能力，有较大的过负荷能力，GTO的开断容量可以达的开断容量可以达120%180%稳态额定容量。稳态额定容量。(3)可控性能好，其电压幅值和相位可快速调节
30、。可控性能好，其电压幅值和相位可快速调节。(4)STATC OM的谐波含量可以比同容量的谐波含量可以比同容量SVC的低，因为的低，因为STATCOM可可由多逆变桥串并联连接，并通过曲拆绕组变压器进行叠加后，可得到较由多逆变桥串并联连接，并通过曲拆绕组变压器进行叠加后，可得到较理想的正弦电压和电流波形。理想的正弦电压和电流波形。5.2.2电力系统的无功负荷电力系统的无功负荷电力系统的无功负荷包括异步电动机、同步电动机、电炉和整流设备等。电力系统的无功负荷包括异步电动机、同步电动机、电炉和整流设备等。上一页 下一页返回5.2 电力系统无功电源及无功功率损耗电力系统无功电源及无功功率损耗其中异步电动
31、机占的比重较大、消耗的无功功率较多，也就是说，系统其中异步电动机占的比重较大、消耗的无功功率较多，也就是说，系统中大量的无功负荷是异步电动机，因此，系统无功负荷的电压特性，主中大量的无功负荷是异步电动机，因此，系统无功负荷的电压特性，主要取决于异步电动机的无功静态电压特性。异步电动机从电网吸收的无要取决于异步电动机的无功静态电压特性。异步电动机从电网吸收的无功功率功功率QM主要用于以下两部分主要用于以下两部分:一部分消耗在漏抗上的无功功率一部分消耗在漏抗上的无功功率Qx，另，另一部分作为励磁的无功功率一部分作为励磁的无功功率Q即即:降低时，由于转动力矩减小，转差将增大，定子电流增大，相应地，在
32、降低时，由于转动力矩减小，转差将增大，定子电流增大，相应地，在漏抗上的无功功率消耗增大。漏抗上的无功功率消耗增大。上一页 下一页返回5.2 电力系统无功电源及无功功率损耗电力系统无功电源及无功功率损耗相反当电压升高时，在漏抗上的无功功率消耗将减小。综合以上两部分，相反当电压升高时，在漏抗上的无功功率消耗将减小。综合以上两部分，得到异步电动机的无功功率与电压的关系曲线得到异步电动机的无功功率与电压的关系曲线如图如图5-6所示所示。图中。图中是电是电动机的受载系数，即实际拖带的机械负荷与其额定负荷之比。由图可见，动机的受载系数，即实际拖带的机械负荷与其额定负荷之比。由图可见，在额定电压附近，异步电
33、动机所消耗的无功功率随端电压上升而增加，在额定电压附近，异步电动机所消耗的无功功率随端电压上升而增加，随端电压下降而减少。但是当端电压下降到随端电压下降而减少。但是当端电压下降到70%80%额定电压时，异额定电压时，异步电动机所消耗的无功功率反而增加。这一特性对电力系统运行的稳定步电动机所消耗的无功功率反而增加。这一特性对电力系统运行的稳定性有重要影响。性有重要影响。5.2.3电力系统无功损耗电力系统无功损耗1.变压器变压器上一页 下一页返回5.2 电力系统无功电源及无功功率损耗电力系统无功电源及无功功率损耗变压器的无功功率损耗在系统的无功功率需求中占有相当大的比重，假变压器的无功功率损耗在系
34、统的无功功率需求中占有相当大的比重，假定一台变压器的空载电流定一台变压器的空载电流I0%-1.5,短路电压短路电压U%=12.5，在额定满载下，在额定满载下运行时，无功功率的消耗将达到额定容量的运行时，无功功率的消耗将达到额定容量的14%。如果从电源到用户需。如果从电源到用户需要经过几级变压，则变压器中无功功率损耗的数值是相当可观的。要经过几级变压，则变压器中无功功率损耗的数值是相当可观的。2.输电线路的无功损耗输电线路的无功损耗输电线路的无功功率损耗分为两部分，即并联电纳和串联电抗中的无功输电线路的无功功率损耗分为两部分，即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。并联电纳中的无功功率与线路电压的
35、平方成正比，呈容性，功率损耗。并联电纳中的无功功率与线路电压的平方成正比，呈容性，又称为线路的充电功率又称为线路的充电功率;串联电抗中的无功功率损耗与负荷电流的平方成串联电抗中的无功功率损耗与负荷电流的平方成正比，呈感性。这两部分功率是互为补偿的。线路究竟是呈容性以无功正比，呈感性。这两部分功率是互为补偿的。线路究竟是呈容性以无功电源状态运行，还是呈感性以无功负载状态运行，应视具体情况而定。电源状态运行，还是呈感性以无功负载状态运行，应视具体情况而定。上一页 下一页返回5.2 电力系统无功电源及无功功率损耗电力系统无功电源及无功功率损耗一般来说，当线路较短，电压较低时，线路的充电无功功率较小，
36、这时一般来说，当线路较短，电压较低时，线路的充电无功功率较小，这时线路的无功功率损耗为正值，线路要消耗无功功率线路的无功功率损耗为正值，线路要消耗无功功率;当线路较长，电压较当线路较长，电压较高时，线路的充电无功功率很大，可能超过线路电抗所消耗的无功功率，高时，线路的充电无功功率很大，可能超过线路电抗所消耗的无功功率，这时线路的无功功率损耗为负值，线路发出无功功率。这时线路的无功功率损耗为负值，线路发出无功功率。一般情况下，一般情况下，35 kV及以下的架空线路的充电无功功率小，这种线路都及以下的架空线路的充电无功功率小，这种线路都是消耗无功功率的。是消耗无功功率的。110 kV架空线路，当传
37、输功率较大时，电抗中消耗架空线路，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，这时线路将消耗无功功率，的无功功率将大于电纳中产生的无功功率，这时线路将消耗无功功率，成为无功负荷成为无功负荷;当传输的功率较小时，线路的充电无功功率将大于电抗中当传输的功率较小时，线路的充电无功功率将大于电抗中消耗的无功功率，这时线路将发出无功功率，成为无功电源。消耗的无功功率，这时线路将发出无功功率，成为无功电源。上一页 下一页返回5.2 电力系统无功电源及无功功率损耗电力系统无功电源及无功功率损耗220 kV架空线路，当长度不超过架空线路，当长度不超过100 km时，线路将呈感性，消耗无功
38、时，线路将呈感性，消耗无功功率功率;当长度为当长度为300 km左右时，线路单位长度上的无功功率损耗与电容左右时，线路单位长度上的无功功率损耗与电容功率基本上自行平衡，既不消耗无功功率，也不发出无功功率，呈电阻功率基本上自行平衡，既不消耗无功功率，也不发出无功功率，呈电阻性性;当长度大于当长度大于300 km时，输电线路呈容性。时，输电线路呈容性。330 500 kV超高压输电线超高压输电线路，由于线路长，电压高，线路的充电无功功率大于电抗中消耗的无功路，由于线路长，电压高，线路的充电无功功率大于电抗中消耗的无功功率，输电线路呈容性，发出无功功率。功率，输电线路呈容性，发出无功功率。上一页返回
39、5.3 无功功率的平衡与电压水平的关系无功功率的平衡与电压水平的关系5.3.1无功功率的平衡无功功率的平衡电力系统无功功率的平衡是指无功功率电源发出的无功功率应该大于或电力系统无功功率的平衡是指无功功率电源发出的无功功率应该大于或等于负荷所需要的无功功率与网络无功功率损耗之和。为保证系统运行等于负荷所需要的无功功率与网络无功功率损耗之和。为保证系统运行的稳定性和无功负荷增长的要求，系统中应保证有充足的无功备用容量。的稳定性和无功负荷增长的要求，系统中应保证有充足的无功备用容量。设系统中无功电源提供的无功功率之和为设系统中无功电源提供的无功功率之和为Qs，无功负荷之和为，无功负荷之和为QL，网络
40、，网络的无功损耗之和为的无功损耗之和为Q1，无功备用为，无功备用为Qr，则系统无功功率平衡关系式为，则系统无功功率平衡关系式为:系统无功电源包括发电机、调相机和各种无功补偿设备等，对于发电机系统无功电源包括发电机、调相机和各种无功补偿设备等，对于发电机一般要求在接近额定功率因数时运行，因此可按额定功率因数计算发电一般要求在接近额定功率因数时运行，因此可按额定功率因数计算发电机所发出的无功功率。机所发出的无功功率。下一页返回5.3 无功功率的平衡与电压水平的关系无功功率的平衡与电压水平的关系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，此时如果系统的无功功率能够平衡，则发电机就
41、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，调相机和无功补偿装置可按这是因为发电机的有功功率是留有备用的，调相机和无功补偿装置可按额定容量计算其无功功率。额定容量计算其无功功率。系统无功负荷大小按负荷的有功功率和功率因数计算。为了减少输送无系统无功负荷大小按负荷的有功功率和功率因数计算。为了减少输送无功功率引起的网损，我国规定，高压供电的工业企业及装有带负荷调整功功率引起的网损，我国规定，高压供电的工业企业及装有带负荷调整电压设备的用户，功率因数不得低于电压设备的用户，功率因数不得低于0.95;其他电力用户功率因数不得其他电力用户功率因数不得低于低于0.9;夏售和农业用户功率因
42、数为夏售和农业用户功率因数为0.8以上。以上。网络的无功功率损耗包括变压器的无功损耗、线路电抗的无功损耗。从网络的无功功率损耗包括变压器的无功损耗、线路电抗的无功损耗。从改善电压质量和降低网络功率损耗出发，应尽量避免通过电网进行大量改善电压质量和降低网络功率损耗出发，应尽量避免通过电网进行大量的无功功率传送。的无功功率传送。上一页 下一页返回5.3 无功功率的平衡与电压水平的关系无功功率的平衡与电压水平的关系对于无功功率的平衡问题，仅从全系统的角度考虑是不够的，更重要的对于无功功率的平衡问题，仅从全系统的角度考虑是不够的，更重要的是应该分地区、分电压等级进行无功功率的平衡。在现代大型电力系统是
43、应该分地区、分电压等级进行无功功率的平衡。在现代大型电力系统中，超高压输电线路的分布电容产生大量的无功功率，从系统安全运行中，超高压输电线路的分布电容产生大量的无功功率，从系统安全运行考虑，需要装设并联电抗器予以吸收多余的无功功率。我国规定，考虑，需要装设并联电抗器予以吸收多余的无功功率。我国规定，330500 kV电网应按无功功率就地平衡的基本要求配置高、低压并联电电网应按无功功率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线路充电功率抗器。一般情况下，高、低压并联电抗器的总容量应达到线路充电功率的的90%以上。在超高压电网装设并联电抗补偿的同时，在
44、较低电压等级以上。在超高压电网装设并联电抗补偿的同时，在较低电压等级的配电网络则可能需要装设必要的无功补偿装置，这种情况是正常的。的配电网络则可能需要装设必要的无功补偿装置，这种情况是正常的。电力系统的无功功率的平衡应分别按正常最大和最小负荷的运行方式分电力系统的无功功率的平衡应分别按正常最大和最小负荷的运行方式分别进行计算别进行计算.上一页 下一页返回5.3 无功功率的平衡与电压水平的关系无功功率的平衡与电压水平的关系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的平衡。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的平衡。根据无功功率平衡的要求，增加必要的无功补偿容量，
45、并按无功功率就根据无功功率平衡的要求，增加必要的无功补偿容量，并按无功功率就地平衡的原则进行补偿容量的分配。小容量的、分散的无功补偿可采用地平衡的原则进行补偿容量的分配。小容量的、分散的无功补偿可采用静电容电器静电容电器;大容量的、配置在系统中枢点的无功补偿宜采用静止补偿器。大容量的、配置在系统中枢点的无功补偿宜采用静止补偿器。电力系统在不同的运行方式下，可能会出现无功功率过剩和无功功率缺电力系统在不同的运行方式下，可能会出现无功功率过剩和无功功率缺额的情况，在采取补偿措施时应该统筹兼顾，采用既能发出无功功率又额的情况，在采取补偿措施时应该统筹兼顾，采用既能发出无功功率又能吸收无功功率的补偿设
46、备。拥有大量超高压线路的大型电力系统在低能吸收无功功率的补偿设备。拥有大量超高压线路的大型电力系统在低谷负荷时，无功功率往往过剩，导致电压升高超出容许范围，如不妥善谷负荷时，无功功率往往过剩，导致电压升高超出容许范围，如不妥善解决，将危及系统及用户的用电设备的安全运行。为了改善电压质量，解决，将危及系统及用户的用电设备的安全运行。为了改善电压质量，除了借助各类补偿装置以外，还应考虑发电机进相运行的可能性。除了借助各类补偿装置以外，还应考虑发电机进相运行的可能性。上一页 下一页返回5.3 无功功率的平衡与电压水平的关系无功功率的平衡与电压水平的关系5.3.2无功功率的平衡和电压水平的关系无功功率
47、的平衡和电压水平的关系1.按无功功率的平衡确定电压按无功功率的平衡确定电压在电力系统运行中，电源的无功功率在任何时刻都与负荷的无功功率和在电力系统运行中，电源的无功功率在任何时刻都与负荷的无功功率和网络的无功损耗之和相等，问题在于这种平衡是在什么样的电压水平下网络的无功损耗之和相等，问题在于这种平衡是在什么样的电压水平下实现的。下面以一个最简单的网络为例来说明。实现的。下面以一个最简单的网络为例来说明。用一台等值发电机来代表系统中的一组发电机，并经一段线路向负荷供用一台等值发电机来代表系统中的一组发电机，并经一段线路向负荷供电，略去各元件电阻，等值发电机电抗与线路电抗之和用电，略去各元件电阻，
48、等值发电机电抗与线路电抗之和用x表示，其等表示，其等值电路图与各参数相量图值电路图与各参数相量图如图如图5-7 (a)、图、图5-7 (b)所示所示。上一页 下一页返回5.3 无功功率的平衡与电压水平的关系无功功率的平衡与电压水平的关系当电动势当电动势E为一定值时，得到无功功率和电压的关系式为一定值时，得到无功功率和电压的关系式Q=f(U)，如图如图5-8曲线曲线1所示所示，是一条向下开口的抛物线。负荷的主要成分是异步电动机，是一条向下开口的抛物线。负荷的主要成分是异步电动机，这类负荷的无功一电压特性这类负荷的无功一电压特性如图如图5-8曲线曲线2所示所示。当负荷本身没有变化时，。当负荷本身没
49、有变化时，电压降低会使负荷所吸取的无功功率随之减小。曲线电压降低会使负荷所吸取的无功功率随之减小。曲线1,2的交点的交点a确定了确定了负荷节点的电压值负荷节点的电压值U，系统在此电压下达到了无功功率的平衡。，系统在此电压下达到了无功功率的平衡。当负荷增加时当负荷增加时(为简化分析起见考虑为简化分析起见考虑Q增大而增大而P仍保持不变仍保持不变)，其无功一电，其无功一电压特性如曲线压特性如曲线2所示。所示。当系统的无功电源比较充足时，能满足负荷在较高电压水平下的无功功当系统的无功电源比较充足时，能满足负荷在较高电压水平下的无功功率平衡的需要，系统电压就会有较高的运行水平，相反，无功功率不足率平衡的
50、需要，系统电压就会有较高的运行水平，相反，无功功率不足就会造成运行电压水平偏低。就会造成运行电压水平偏低。上一页 下一页返回5.3 无功功率的平衡与电压水平的关系无功功率的平衡与电压水平的关系由此可见，电压的变化是因为无功功率平衡状态发生了变化，因此电压由此可见，电压的变化是因为无功功率平衡状态发生了变化，因此电压的调整应从改变无功功率平衡状态着手。的调整应从改变无功功率平衡状态着手。2.无功就地平衡无功就地平衡一般情况下，系统的无功功率备用容量取为最大无功功率负荷的一般情况下，系统的无功功率备用容量取为最大无功功率负荷的7%8%,就可以满足系统维持正常电压水平的需要。无功功率就地平衡就可以满
