1、电力系统基础电力系统基础湖南大学：帅智康湖南大学：帅智康 2019年年2月月 第七章第七章 电力系统的无功功率平衡和电压调整电力系统的无功功率平衡和电压调整电力系统正常运行状况调整的内容与意义：电力系统正常运行状况调整的内容与意义：(1)潮流计算确定正常运行状态正常负荷条件下的运行状态，必须满足电能质量要求。否则必须调整。电能质量：频率质量频率偏移 电压质量电压偏移、电压波动与闪变、电网谐波、三相不对称程度(2)正常运行状况调整的内容 电压调整无功功率分布调整（假定频率恒定 fN）频率调整有功功率分布调整（假定电压恒定 VN）运行状态的优化经济运行(3)本章主要内容：无功特性、无功平衡、电压调
2、整7.1 电力系统的无功功率特性与无功功率平衡电力系统的无功功率特性与无功功率平衡7.1.1 无功功率负荷与无功功率损耗无功功率负荷与无功功率损耗(1)无功功率负荷：无功功率负荷：用电设备消耗的无功功率，比重大的有三：用电设备消耗的无功功率，比重大的有三：IM、荧光灯、整流设备。、荧光灯、整流设备。IM的无功特性的无功特性 决定决定 系统无功负荷特性系统无功负荷特性 Qm:V升高，升高，Xm减小，减小，Qm的曲线略高于二次函数曲线；的曲线略高于二次函数曲线；Q：V降低，定子电流降低，定子电流I升高，升高，Q增大。增大。7.1 电力系统的无功功率特性与无功功率平衡电力系统的无功功率特性与无功功率
3、平衡7.1.1 无功功率负荷与无功功率损耗无功功率负荷与无功功率损耗7.1 电力系统的无功功率特性与无功功率平衡电力系统的无功功率特性与无功功率平衡7.1.1 无功功率负荷与无功功率损耗无功功率负荷与无功功率损耗7.1 电力系统的无功功率特性与无功功率平衡电力系统的无功功率特性与无功功率平衡7.1.2 电力系统的无功功率电源电力系统的无功功率电源 无功电源种类：同步发电机、无功补偿装置无功电源种类：同步发电机、无功补偿装置(调相机、调相机、C、SVC、SVG)(1)同步发电机：同步发电机：同步发电机安全运行极限曲线：同步发电机安全运行极限曲线：OC圆弧：额定转子电流的限制圆弧：额定转子电流的限
4、制EC直线：原动力出力限制直线：原动力出力限制AC圆弧：额定视在功率限制。圆弧：额定视在功率限制。E7.1 电力系统的无功功率特性与无功功率平衡电力系统的无功功率特性与无功功率平衡7.1.2 电力系统的无功功率电源电力系统的无功功率电源(2)同期调相机：同期调相机：相当于空载运行的同步电动机相当于空载运行的同步电动机 7.1 电力系统的无功功率特性与无功功率平衡电力系统的无功功率特性与无功功率平衡7.1.2 电力系统的无功功率电源电力系统的无功功率电源7.1 电力系统的无功功率特性与无功功率平衡电力系统的无功功率特性与无功功率平衡7.1.2 电力系统的无功功率电源电力系统的无功功率电源(4)静
5、止无功补偿器静止无功补偿器(SVC)：原理构成原理构成（饱和电抗器型）（饱和电抗器型）7.1 电力系统的无功功率特性与无功功率平衡电力系统的无功功率特性与无功功率平衡7.1.2 电力系统的无功功率电源电力系统的无功功率电源(5)静止无功发生器静止无功发生器(SVG)：原理构成原理构成 7.1 电力系统的无功功率特性与无功功率平衡电力系统的无功功率特性与无功功率平衡7.1.3 电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡(1)无功平衡要求：无功平衡要求：7.1 电力系统的无功功率特性与无功功率平衡电力系统的无功功率特性与无功功率平衡7.1.3 电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡(2)无
6、无功功平平衡衡与与电电压压水水平平的的关关系系：分分 析析：jXEIVP+j QVjXIE2cos(/)sinsin(/)cos/PVIEV XQVIEV XVX222E VVQPXX Q VaV aV a 1 212ac结结论论：必必须须保保证证较较高高电电压压水水平平的的Q平平衡衡，否否则则，无无功功负负荷荷增增加加将将致致运运行行电电压压水水平平降降低低7.1 电力系统的无功功率特性与无功功率平衡电力系统的无功功率特性与无功功率平衡7.1.3 电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡(3)无功平衡要注意的基本问题：无功平衡要注意的基本问题：a)满足额定电压水平下运行时的平衡关系 正常
7、负荷水平下，有适当的无功备用 最大负荷水平下有要求的电压水平 b)尽可能通过分散补偿，使末端功率因素达到较高水平(专用负荷0.9)c)分区、分层就地平衡，避免无功远距离传输和跨电压等级流动 最大负荷时，合理利用负荷中心的机组无功出力 最小负荷时，合理安排机组进相运行 d)最小负荷时，220kV以上输电网安排适当的并联电抗器补偿7.2 电压调整的基本概念电压调整的基本概念7.2.1 电力系统电压调整的意义电力系统电压调整的意义 电压偏移对用户与电力系统的影响电压偏移对用户与电力系统的影响(1)对用户的影响：对用户的影响：IM：MeV2 V产品产量、质量产品产量、质量，太低压会烧坏，太低压会烧坏I
8、M 电热设备：电热设备：VP产品产量、质量产品产量、质量 照明：照明：V光通光通 电子仪器设备：过高电子仪器设备：过高/低的电压影响精度甚至损坏设备低的电压影响精度甚至损坏设备(2)对系统的影响：对系统的影响：VP，运行经济性，运行经济性；运行稳定性；运行稳定性 V过高：危及绝缘、超高压电网电晕损失过高：危及绝缘、超高压电网电晕损失(3)电压偏移要求：电压偏移要求：35kV及以上：正、负偏移之绝对值和及以上：正、负偏移之绝对值和10%VN10kV及以下：及以下：10%VN 380V/220V单相：单相：-10%+7%VN(4)电压调整目的：电压调整目的：保证各负荷点电压偏移在允许范围内保证各负
9、荷点电压偏移在允许范围内7.2 电压调整的基本概念电压调整的基本概念7.2.2 中枢点的电压管理中枢点的电压管理(1)电压中枢点及其选择电压中枢点及其选择 电压中枢点：对供电区域各负荷点电压有显著调控作用节点电压中枢点：对供电区域各负荷点电压有显著调控作用节点 中枢点选择：区域性电厂高压母线；中枢点选择：区域性电厂高压母线；枢纽变二次母线；枢纽变二次母线；有大量直馈负荷的有大量直馈负荷的G母线母线(2)中枢点电压允许变化范围的确定中枢点电压允许变化范围的确定 I)方法与步骤：方法与步骤：由各负荷点由各负荷点 S(t)计算计算 中枢点中枢点负荷点的负荷点的V(t)由各负荷点允许偏移由各负荷点允许
10、偏移 中枢点要求范围中枢点要求范围 确定同时满足各负荷点确定同时满足各负荷点 要求的中枢点允许范围要求的中枢点允许范围 例：例：VO(A)=VA+VOA VO(B)=VB+VOB7.2 电压调整的基本概念电压调整的基本概念7.2.2 中枢点的电压管理中枢点的电压管理(2)中枢点电压允许变化范围的确定中枢点电压允许变化范围的确定 II)应用注意：应用注意：VCentr变化范围小于各负荷点的允许变化范围变化范围小于各负荷点的允许变化范围 确定确定Vcentr变化范围的近似方法：变化范围的近似方法：VCentr-min取决于取决于MaxVCentri-min；VCentr-max取决于取决于MinV
11、Centri-max 按按 2 种极限情况种极限情况 近似确定近似确定VCentr范围范围 a)中枢点供电负荷最大时中枢点供电负荷最大时:各负荷点中运行电压最低者之允许下限各负荷点中运行电压最低者之允许下限 +相应相应Vi=VCentr-min b)中枢点供电负荷最小时中枢点供电负荷最小时:运行电压最高之负荷点的允许上限运行电压最高之负荷点的允许上限 +相应相应Vi=VCentr-max 如果中枢点供电的各负荷点电压要求相近，各自负荷变化规律及如果中枢点供电的各负荷点电压要求相近，各自负荷变化规律及 幅度相近，则中枢点幅度相近，则中枢点 有有 满足各负荷点的公共调压范围；满足各负荷点的公共调压
12、范围；反之，可能找不到中枢点的公共范围，必须在负荷点增加调压设备反之，可能找不到中枢点的公共范围，必须在负荷点增加调压设备7.2 电压调整的基本概念电压调整的基本概念7.2.2 中枢点的电压管理中枢点的电压管理(3)中枢点的调压方式中枢点的调压方式 逆调压：大负荷时，提高中枢点电压，一般逆调压：大负荷时，提高中枢点电压，一般VCentr1.05VN 小负荷时，降低中枢点电压，一般小负荷时，降低中枢点电压，一般VCentr1.0VN 适应：供电线路长、负荷变动大适应：供电线路长、负荷变动大 调压要求最高，需要附加调压设备调压要求最高，需要附加调压设备(OLTC)顺调压：顺调压：大负荷时，允许中枢
13、点电压低些。大负荷时，允许中枢点电压低些。VCentr1.025VN；小负荷时，允许中枢点电压高些。小负荷时，允许中枢点电压高些。VCentr1.075VN 适应：供电线路短、负荷变动小适应：供电线路短、负荷变动小 调压要求最低，不需要附加调压设备调压要求最低，不需要附加调压设备 常调压：各种负荷水平下，使常调压：各种负荷水平下，使VCentr 保持基本恒定：保持基本恒定：(1.021.05)VN 适应性、调压要求适应性、调压要求 居中居中 7.2 电压调整的基本概念电压调整的基本概念7.2.3 电压调整基本原理与措施概述电压调整基本原理与措施概述P+jQVLVGR+jX1:k1k2:1LG1
14、2G12PR+QXVV k-V/k=V k-/kV调调整整负负荷荷电电压压VL的的措措施施：(1)改改变变VG（AVR调调节节If）(2)合合理理选选择择k1、k2 (3)改改变变线线路路参参数数(R、X)，如如串串补补 (4)改改变变无无功功分分布布（如如QC补补偿偿）7.3 电压调整的措施电压调整的措施7.3.1 发电机调压发电机调压(1)原理：原理：调调 If ，5%VN ；实质改变；实质改变 QG (2)优点：优点：简便，无需附加投资简便，无需附加投资(3)应用注意：应用注意：适应直供负荷，线路短，负荷变化小；适应直供负荷，线路短，负荷变化小；多电压等级网作为辅助手段。多电压等级网作为
15、辅助手段。改变闭式网改变闭式网 Q 分配，甚至与经济分配，甚至与经济 Q 分配矛盾；分配矛盾；VG QG(降低功率因数降低功率因数)机组有足够无功储备，系统有功备用充分机组有足够无功储备，系统有功备用充分EX：110kV4%610kV310kV0.38kV2%5%10%4%2%8%3%1%3%6%2%maxV%=35%minV%=15%1.100.901.010.961.061.050.921.020.940.911.010.951.031.001.081.031.011.111.081.071.171.1520%0.981.030.980.961.061.031.021.121.1015%最
16、大负荷、常调压最大负荷、常调压&最大负荷、逆调压最大负荷、逆调压最小负荷、逆调压最小负荷、逆调压最小负荷、常调压最小负荷、常调压7.3 电压调整的措施电压调整的措施7.3.2 改变变压器变比调压改变变压器变比调压 概述：概述：(1)变压器分接头设置：变压器分接头设置：双绕组双绕组高压侧高压侧 ；三绕组三绕组高、中压侧高、中压侧 普通变压器：普通变压器：6300KVA及以下，及以下，3 VTN(H)5%8000KVA及以上，及以上，5 VTN(H)2 2.5%有载调压变：有载调压变：110KV 及以下，至少及以下，至少 7 VTN(H)3 2.5%220KV 及以上，至少及以上，至少 9 VTN
17、(H)4 2.0%(2)调压原理：调压原理：Vt=V(H)=VLV(L)=VGk=Vt/VGN1:kk=Vt/V(L)NVt=V(H)V(L)=VLk:1改改变变k调调整整VLoadkVLkVLVL=kVGVL=Vt/k合合理理选选择择 k满满足足负负荷荷侧侧调调压压要要求求7.3 电压调整的措施电压调整的措施7.3.2 改变变压器变比调压改变变压器变比调压(1)降压变压器分接头选择：降压变压器分接头选择：k=V1t/V2N设设 ZT、VT归归算算到到高高压压侧侧 V1：高高压压侧侧实实际际运运行行电电压压；V1t：分分接接头头电电压压 V2：低低压压侧侧要要求求电电压压；V2N：T低低压压侧
18、侧额额定定电电压压TT1T1TT21t2N12PR+QXV-VV-VV=V=V=VVkV.&1 maxT max1 minT min1t max2N1t min2N2 max2 minV-VV-VV=V V=VVV分分接接头头选选择择步步骤骤：最最大大负负荷荷条条件件(V1.max、Smax)计计算算VTmax；最最小小负负荷荷条条件件(V1.min、Smin)计计算算VTmin最最大大、最最小小负负荷荷时时调调压压要要求求 V2.max、V2.min计计算算V1t.max、V1t.min求求V1t.max、V1t.min的的平平均均分分接接头头电电压压：V1t.av=(V1t.max+V1t
19、.max)/2选选择择1个个最最接接近近V1t.av的的分分接接头头V1t用用所所选选择择的的V1t，校校验验Smax、Smin条条件件下下的的V2.max、V2.min是是否否满满足足调调压压要要求求举例举例7.3 电压调整的措施电压调整的措施7.3.2 改变变压器变比调压改变变压器变比调压(2)升压变压器分接头选择：升压变压器分接头选择：1t2N1T21t1T2N2V/V=(V+V)/V&V=(V+V)V/V/1T121t2NVVVVV=kVV分分接接头头选选择择步步骤骤：计计算算()/()/T maxmaxTmaxT1 maxT minminTminT1 minV=P R+Q XV&V=
20、P R+Q XV 计计算算Smax、Smin对对应应的的V1t()/()/1t max1maxTmax2N2 max1t min1minTmin2N2 minV=V+VVV&V=V+VVV 计计算算V1t的的平平均均值值V1t.av=(V1t.max+V1t.max)/2选选择择1个个最最接接近近V1t.av的的分分接接头头V1t 1 maxT max1 minT min2 max2 min1t2N1t2NV+VV+VV=&V=V/VV/V 校校验验要要求求在在VG允允许许范范围围内内V1.max：Smax时时高高压压侧侧要要求求电电压压；V1.min：Smin时时高高压压侧侧要要求求电电压压
21、V2.max：Smax时时低低压压侧侧允允许许电电压压；V2.min：Smin时时低低压压侧侧允允许许电电压压基基本本关关系系：举举 例例：7.3 电压调整的措施电压调整的措施7.3.2 改变变压器变比调压改变变压器变比调压(3)变压器分接头选择应注意的问题：变压器分接头选择应注意的问题：1 maxT max1 minT min1N1NV-VV-V100%100%VV2 max2 min2NV-V100%V且且变变化化方方向向相相同同则则 普普通通变变压压器器变变比比选选择择可可以以满满足足调调压压要要求求如如果果1 maxT max1 minT min1N1NV+VV+V100%100%VV
22、2 max2 min2NV-V100%V降降压压变变升升压压变变 如如果果负负荷荷变变化化大大或或调调压压要要求求与与电电压压变变化化方方向向相相反反，则则必必须须有有专专门门调调压压装装置置 变变比比调调压压只只改改变变无无功功分分布布，系系统统必必须须有有充充裕裕的的无无功功备备用用容容量量；升升压压变变变变比比下下调调会会限限制制机机组组无无功功送送出出 三三 绕绕 组组 变变 压压 器器 变变 比比 选选 择择：举举 例例7.3 电压调整的措施电压调整的措施7.3.2 改变变压器变比调压改变变压器变比调压(4)自动调压装置简介：自动调压装置简介：有载调压变压器、加压调压变压器、有载调压
23、变压器、加压调压变压器、SSSC、TCSC、TCPST、UPFC共同机理引入附加电势，产生循环功率，改变功率分布；对调整电压起关键作用是改变无功分布7.3 电压调整的措施电压调整的措施7.3.3 无功补偿调压无功补偿调压(1)基本原理：基本原理：P+jQV2V1R+jXk:1jQC问题：V2母线补偿QC 使V2提高到V2C？QC0 0时时122P R+Q XV=V+VQC0时0时c12 C2 CP R+Q-QXV=V+VLet V1const2C2CC2C22C22C2VPR+QXPQ+QXVQ=V-V+-V-VxVVx考考虑虑合合理理选选择择 k 的的作作用用：222C2C2C2C2C22C
24、22CkVk Vk VVQ=kV-kV=V-V=V-XXXk结结论论：已已知知调调压压要要求求(V2V2C)前前提提下下，补补偿偿容容量量与与k有有关关！2C2CV=kV7.3 电压调整的措施电压调整的措施7.3.3 无功补偿调压无功补偿调压(2)应用原则：应用原则：原则原则在满足调压要求的前提下在满足调压要求的前提下 k 的选择应当使的选择应当使 QC 最小最小 (a)在在Smin下，无功补偿设备按出力下限下，无功补偿设备按出力下限 QC.min 运行运行 合理选择合理选择 k 以满足所要求的以满足所要求的V2.min (b)在在Smax下，使下，使 k 按按(a)固定固定确定确定 QC 上
25、限以满足所要求的上限以满足所要求的V2.max 无功补偿设备出力下限无功补偿设备出力下限 QC.min：(a)静电电容器：静电电容器：QC.min0 (b)同步调相机：同步调相机：QC.minQCon.max QCon.N；0.50.6 (c)SVC：根据给定特性，类似于调相机处理：根据给定特性，类似于调相机处理(3)注意点：注意点：无功补偿调压的实质无功补偿调压的实质减小网络无功传输在减小网络无功传输在X上的电压损耗上的电压损耗 V(PR+QX)/V效果与负荷功率因数以及网络性质有关效果与负荷功率因数以及网络性质有关 高压网：效果显著高压网：效果显著；低压网：效果相对较差低压网：效果相对较差
26、(4)应用举例：应用举例：7.3 电压调整的措施电压调整的措施7.3.4 线路串联电容补偿调压线路串联电容补偿调压(1)基本原理基本原理V=(PR+QX)/V改变网络改变网络(线路线路)参数调压参数调压(2)补偿容量的确定：补偿容量的确定：R+jXR+j(X-XC)-jXCP1+jQ1P1+jQ1V1V1V2V2CP1R+Q1XP1R+Q1(X-XC)VVCV1V1Let V1=const thenXC=V1(V-VC)/Q1V2C V2=V-VC=Q1XC/V1mnIC.maxXCINC、VNCQNC=VNCINCmINCIC.maxnVNCXCIC.maxQC=3mnQNC=3mnVNCI
27、NCINC、VNC、IC.max、XC已已知知m、n可可定定注注意意：实实际际应应用用时时一一般般先先选选定定 VNC、QNC；再再计计算算 出出INCIC.max由由负负荷荷条条件件确确定定7.3 电压调整的措施电压调整的措施7.3.4 线路串联电容补偿调压线路串联电容补偿调压(3)应用注意：应用注意：XC地点：使沿线电压尽量均匀分布，各负荷点电压均在允许范围内。地点：使沿线电压尽量均匀分布，各负荷点电压均在允许范围内。a)负荷集中于线末时，负荷集中于线末时，XC宜集中于末端宜集中于末端 始端避免过电压、减少通过始端避免过电压、减少通过XC的短路电流的短路电流 b)负荷沿线分布时，负荷沿线分
28、布时，XC宜置于补偿前的宜置于补偿前的V/2处处 沿线负荷均在允许范围内沿线负荷均在允许范围内 串串XC补偿调节特性好补偿调节特性好提高末端电压，减小负荷变化时的电压波动提高末端电压，减小负荷变化时的电压波动 调压效果调压效果 VVC=QXC/V1 QQ越大、越大、X越大，效果越好越大，效果越好 一般应用于一般应用于35kV、10kV配电网络配电网络 特别是荷波动大而频繁、功率因数低的配电线路特别是荷波动大而频繁、功率因数低的配电线路 补偿度：补偿度：kC=XC/XL用于调压：用于调压：kC 接近或略大于接近或略大于 1 串联串联XC补偿可用于超高压输电线路补偿可用于超高压输电线路提高输送容量
29、、提高系统运行提高输送容量、提高系统运行稳定性稳定性7.3 电压调整的措施电压调整的措施7.3.5 几种调压措施的比较几种调压措施的比较(1)改变改变VG：经济方便、无需附加投资，优先应用，但调整范围小。：经济方便、无需附加投资，优先应用，但调整范围小。(2)改变改变k：系统、区域无功电源充足时，优先考虑。：系统、区域无功电源充足时，优先考虑。普通变压器，调压范围小，频繁调整普通变压器，调压范围小，频繁调整 k 则很不方便则很不方便 系统无功不充足时，改变系统无功不充足时，改变k使局部地区电压合格，但可能恶化其他区域使局部地区电压合格，但可能恶化其他区域 OLTC调节灵活、调压范围大，但需要附
30、加投资，前提也是系统无功电源充足调节灵活、调压范围大，但需要附加投资，前提也是系统无功电源充足(3)补偿调压：补偿调压：无功电源不足的系统，并联补偿调压为最根本措施。无功电源不足的系统，并联补偿调压为最根本措施。电容补偿：投资少、易维护，可集、散，应用灵活；调节性能差电容补偿：投资少、易维护，可集、散，应用灵活；调节性能差 调相机：投资大、维护难，调节性能好。集中使用调相机：投资大、维护难，调节性能好。集中使用已经备已经备SVC取代取代 SVC：有：有QCon同样性能；运行维护技术高，有谐波污染问题。集中使用同样性能；运行维护技术高，有谐波污染问题。集中使用 串补串补与并补的比较：与并补的比较
31、：a)调压性能：串调压性能：串 优于优于 并并(提高传输能力与稳定性：串提高传输能力与稳定性：串 优于优于 并并)b)串补不能减少网损，并补可降低网损。串补不能减少网损，并补可降低网损。c)场合：串补宜用于低功率因数配电线路；并补对于场合：串补宜用于低功率因数配电线路；并补对于X大的线路调压效果更好大的线路调压效果更好 d)达到同样的调压效果达到同样的调压效果QC.SQC.P(一般一般 QC.S=(1725)%QC.P)7.3 电压调整的措施电压调整的措施7.3.5 几种调压措施的比较几种调压措施的比较 改改变变VG 改改变变kT 并并联联QC 改改变变 网网络络 参参数数普普通通变变OLTC加加压压调调压压变变压压器器自自然然调调压压无无附附加加设设备备投投资资调调压压范范围围小小串串联联电电容容器器增增大大导导线线截截面面效效果果不不显显著著附附加加设设备备投投资资调调压压范范围围大大技技术术、经经济济比比较较调调压压效效果果运运行行维维护护对对系系统统影影响响附附加加投投资资运运行行费费用用调调压压措措施施小小结结
