电力系统分析设计无功功率补偿Word文档格式.docx

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2.4.2低压补偿 10

3.计算过程及步骤 12

3.1已知的系统参数 12

3.2各系统元件参数计算 12

3.3无补偿的功率平衡估算 14

3.4补偿后的功率平衡计算 17

4.计算结果分析 19

5.体会小结 20

参考文献 21

附录：

无功功率计算源程序 22

本科生课程设计成绩评定表 39

摘要

电压是衡量电能质量的一个重要指标。

质量合格的电压应该在供电电压偏移，电压波动和闪变，电网谐波和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。

本课程设计能容为电力系统各元件的无功功率电压特性，无功功率平衡和各种调压手段的原理及应用。

保证用户的电压接近额定值是电力系统运行调整的基本任务之一。

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功率的输出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要求，否则电压就会偏离额定值。

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符合所需要的无功功率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，系统还必须配置一定的无功备用容量。

关键词：

无功功率平衡，电压调整，无功补偿

1.任务及题目要求

系统如图所示，电力系统电压为110KV，有电源G1和G2，变压器T1,T2和T3，以及双回路L1和L2。

负载都为30+22.5MVA。

令QGC为电源供应的无功功率之和，QLD为无功负荷之和，QL为网络无功功率损耗之和，Qres为无功功率备用，则系统中无功功率的平衡关系式为

QGC-QLD-QL=Qres

Qres>

0表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用；

如Qres<

0表示系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装置。

系统无功电源的总出力QGC包括发电机的无功功率QG∑和各种无功补偿设备的无功功率QC∑，即

QGC=QG∑+QC∑

一般要求发电机接近于额定功率因数运行，故可按额定功率因数计算它所发出的无功功率。

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。

调相机和静电电容器等无功补偿装置按额定容量计算器无功功率。

2.设计原理

总无功负荷QLD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，我国有关技术导则规定，以35kV及以上电压等级直接供电的工业负荷功率因数要达到0.90以上，对其他负荷，功率因数不低于0.85。

网络的总无功功率损耗QL暴多变压器的无功损耗QLT∑、线路电抗的无功损耗ΔQL∑和线路电纳德尔无功功率ΔQB∑（一般只计算110kV及以上电压线路的充电功率），即

QL=QLT∑+ΔQL∑+ΔQB∑

从改善电压质量和降低网络损耗考虑，应该尽量避免通过电网元件大量地传送无功功率。

因此，仅从全系统的角度进行无功功率平衡是不够的，更重要的是还应该分电压等级地进行无功功率平衡。

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。

在现代大型地理系统中，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，需要装设并联电抗器予以吸收，根据我国有关技术导则，330~500kV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。

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补偿功率的90%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需要配置必要的并联电容补偿，这样情况是正常的。

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备检修时或故障后运行方式下的无功功率平衡。

根据无功平衡的需要，增添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、分散的无功补偿可以采用静电容电器；

大容量的、配置则在系统中枢点的无功补偿则应采用同步调相机或静止补偿器。

电力系统在不同运行方式下，可能分别出现无功功率不足和无功功率过剩的情况，在采取补偿措施时应该统筹兼顾，选用技能发出又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，无功功率往往是过剩的，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，除了借助各类补偿装置意外，还应考虑发电机进相运行（即功率因数超前）的可能性。

电力系统的电压运行水平取决于无功功率平衡，为了确保系统的运行电压具有正常水平，系统拥有的无功功率电源必须满足正常电压水平下的无功功率需求，并留有必要的备用容量。

电力系统中既有有功功率电源，又有无功功率电源，为保证电能的质量，系统内的功率必须保持平衡。

无功功率平衡的基本原理是：

把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。

这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。

电网中的许多用电设备是根据电磁感应原理工作的。

它们在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫无功功率。

电力系统中，不但有功功率平衡，无功功率也要平衡。

有功功率、无功功率、视在功率之间的关系为：

S=P2+Q2

图1各功率几何关系

其中：

S为视在功率（kVA）；

P为有功功率（kW）；

Q为无功功率（kVar）；

φ角为功率因数角，它的余弦cosφ是有功功率与视在功率之比，即cosPS。

由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用电企业功率因数cosφ越小，则所需的无功功率越大。

如果无功功率不是由电容器提供，则必须由输电系统供给，为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量需要增大。

这样，不仅增加供电投资、降低设备的利用率，也将增加线路损耗。

为此，国家供用电规则规定：

无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功倒送。

还规定用户的功率因数应达到相应的标准，否则供电部门可以拒绝供电。

因此，无论对供电部门还是用电部门，对无功功率进行自动补偿以提高功率因数，防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的意义。

2.1无功功率对电压的影响

在电力系统运行中，要求电源的无功出力在任何时刻都同负荷的无功功率和网络无功损耗之和相等。

即：

QGC=QLD+QL

现以一发电机经过一段线路向负荷供电来说明无功电源对电压的影响。

略去各元件电阻，用表示发电机电抗与线路电抗之和，等值电路如下图所示：

图2无功功率和电压关系的解释图

假定发电机和负荷的有功功率为额定值，根据向量图可以确定发电机送到负荷节点的功率为

P=VIcosφ=EVXsinδ

Q=VIsinδ=EVXcosδ-V2X

Q=（EVX）2-P2-V2X

负荷增加时，其无功电压特性如曲线所示，如果系统的无功电源没有相应增加，电源的无功特性仍然是曲线1，这时曲线1和曲线的交点就代表了新的无功平衡点，并由此决定了负荷点的电压为，显然<

，这说明负荷增加后，系统的电源已不能满足在电压下无功平衡的需要，因而只好降低电压运行，以取得在较低电压下的无功平衡。

当电势为一定值是，同的关系是一条向下开口的抛物线。

负荷的主要成分是异步电动机，其无功电压特性如图中曲线2所示。

图3按无功功率平衡确定电压

如果发电机具有充足的无功备用，通过调节励磁电流增大发电机电势Ｅ，则发电机的无功特性曲线将上移到曲线的位置，从而使曲线与曲线的交点所确定的负荷节点电压达到或接近原来的数值。

同样，如果发电机的电势Ｅ增大而负荷没有增加，则由发电机的无功特性曲线与负荷无功特性曲线2的交点为，决定了负荷点的电压为，此时>

，负荷点的电压偏高。

由此可见，系统中的无功电源对系统中的电压的影响为当无功电源比较充足时，能满足较高电压水平下的无功平衡需要，系统就有较高的运行电压水平；

反之，无功不足就反映为运行电压水平偏低。

因此，应该力求实现在额定电压下的系统无功功率平衡，并根据这个要求装设必要的无功补偿装置。

2.2无功功率负荷

异步电动机在电力系统负荷（特别是无功负荷）中占得比重很大。

系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机绝帝国。

异步电动机的简化等值电路如图，它所消耗的无功功率为

QM=Qm+Qσ=V2Xm+I2Xσ

其中，Qm为励磁功率，它同电压平方成正比，实际上，当电压比较高时，由于饱和影响，励磁电抗Xm的数值还有所下降，因此，励磁功率Qm随电压变化的曲线稍高于二次曲线；

Qσ为漏抗Xσ中的无功损耗，如果负载功率不变，则PM=I2R（1+s）/s=常数，当电压降低时，砖茶将要增大，定子电流随之增大，相应的，在漏抗中的无功损耗Qσ也要增大。

综合这两部分无功功率的变化特点，其中β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。

在额定电压附近，电动机的无功功率随电压的升降而增减。

当电压明显的低于额定值时，无功功率主要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。

变压器的无功损耗QLT包括励磁损耗ΔQ0和漏抗中的损耗ΔQT。

QLT=ΔQ0+ΔQT=V2BT+（SV）2XT≈I0%100SN+Vs%S2100SN（VNV）2

励磁功率大致与电压平方成正比。

当通过变压器的是在功率不变时，漏抗中的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。

变压器的无功功率损耗在系统的无功需求中占有相当的比重。

假定一台变压器的空载电流I0%=1.5，短路电压Vs%=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12%。

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。

输电线路用π型等值电路表示，线路串联电抗中的无功功率损耗ΔQL与通过电流的平方成正比，即

ΔQL=P12+Q12V12X=P22+Q22V22X

线路电容的充电功率ΔQB与电压平方成正比，当作无功损耗时应取负号。

ΔQB=-B2（V12+V22）

B/2为π型电路中的等值电纳。

线路的武功总损耗为

ΔQL+ΔQB=P12+Q12V12X-B2（V12+V22）

35kV及以下的架空线路的充电功率甚小，一般说，这种电路都是消耗无功功率的。

110kV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抗中产生的无功功率，线路成为无功负载；

当传输的无功较小（小于自然功率）时，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，这是线路就成为无功电源。

2.3无功功率电源

电力系统的无功功率电源，除了发电机外，还有同步调相机、静电电容器、静止无功补偿器和近年发展起来的静止无功发生器，这四种装置又称为补偿装置。

静电电容器只能吸收容性无功功率（即发出感性无功功率），其余既能补偿装置既能吸收容性无功，亦能吸收感性无功。

2.3.1发电机

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，可发出无功功率

QGN=SGNsinφN=PGNtanφN

SGN、PGN、φN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。

发电机正常运行时以滞后功率因数运行为主，必要时也可以减少励磁电流在超前功率因数下运行，即