无功平衡与电压调整.ppt

1、电力系统的无功功率平衡和电压调整 2016.10.26目录目录n1.无功功率的一些问题无功功率的一些问题n2.电力系统的无功功率特性和无功功率平衡电力系统的无功功率特性和无功功率平衡n3.电压调整的基本概念电压调整的基本概念n4.电压调整的措施电压调整的措施1.无功功率的一些问题无功功率的一些问题n1.1什么是无功功率？n 许多用电设备均是根据电磁感应原理工作的，如配电变压器，电动机等，它们都是依靠建立交变磁场才能进行能量的转换和传递。为建立交变磁场和感应磁通而需要的电功率称为无功功率。因此所谓的“无功”并不是“无用”的电功率，只不过它的功率并不转化为机械能，热能而已，因此在供用电系统中除了需

2、要有功电源外还需要无功电源。可以这么理解：电路中感性元件中的电磁场能与电路中的电能相互转化所需的功率。或者说电网的无功功率就是交流与电感或者电容电流的互相交换的过程。无功功率是一个提供能量交换的空间，而没有直接做有用的功。1.1.无功功率的一些问题无功功率的一些问题1.2 感性无功和容性无功？n感性无功：变压器、异步电动机、电焊机等设备为了建立磁场所需要的无功。指电流滞后电压所消耗的无功功率。n容性无功：电力线路，无功设备发出的无功，指电流超前电压，所得到的无功。左图:R消耗有功功率P P，L消耗无功功率Q QS是复功率，与P和Q有如下关系1.无功功率的一些问题无功功率的一些问题n1.31.3

3、一点准备工作一点准备工作n1.3.1网络元件中的电压降落 电力网络中的元件主要有电力线路、变压器和电抗器等，每个元件的单相等值电路中都包含有阻抗的串联环节，如果忽略等值电路中并联接地之路的导纳，则任意一个元件的等值电路均可简化为一个简单的阻抗串联电路，见右图。网络元件上的电压降落就是指串联阻抗元件首末两端电压的相量差。由图可知电压降落的表达式为 式中：为电压降落相量；、为首末端 节点线电压相量；、为支路电流相量，（1）1.无功功率的一些问题无功功率的一些问题n已知元件首端或末端的电压和功率时求元件上的电压降落 有两种计算方法也即两种已知条件，如已知末端（或首端）电压、功率求首端（或末端）电压、

4、功率和电压降落。电力系统中一般采用等效Y形接线作出单相参数的等值电路，并且通常是采用线电压、三相功率进行计算。因此在采用有名制进行计算时，借用单相电路图进行三相计算。在图（1）中，U1,U2为节点的线电压相量；S1,S2为支路两侧的三相复功率。其中 式中：dU为电压降落，为电压降落纵分量，为电压降落的横分量。1、已知末端 、S2计算 取 与实轴重合，即 则电压相量见图（2），由 解得 1.无功功率的一些问题无功功率的一些问题则令 ；则2、已知首端 、计算 取 与实轴重合，即 ，相量图见图（3）。与上述类似可得 1.无功功率的一些问题无功功率的一些问题n令 则 以上两种条件下分别是将电压 、与实

5、轴重合得出的结果，这两种结果应符合电路的规律，即 但式中 ，。两种情况下相量之间的关系如图（4）在使用式（1-1）、式（1-2）时，其功率与电压必须是同一侧的数值；在同一节点有多条支路时，使用的功率值必须是通过所求的电压降落的支路元件中的功率。这两式可统一，统一式为:1.无功功率的一些问题无功功率的一些问题 ;（1-3）在使用以上各式进行计算时，对于电感性负荷Q以正值代入，对于电容性负荷Q应以负值代入。因此，当负荷为容性时，式（1-3）的 可能为负值，则末端电压U2可能大于始端。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：(1)潮流计算

6、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)本文主要内容：无功特性、无功平衡、电压调整2 电力系统的无功功率特性与无功功率平衡2.1 无功功率负荷与无功功率损耗(1)无功功率负荷：用电设备消耗的无功功率，比重大的有三：IM（异步电动机）、荧光灯、整流设备。IM的无功特性 决定系统无功负荷特性 总无功：励磁无功：当 时漏抗无功：

7、当 时（2）变压器的无功损耗 V较低时近似 且 ，V较高时近似 且 所以 类似 的特性。系统（尤其配网）变压器台数多，在系统总无功需求中占相当比重。2 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2.1 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(3(3）输电线路的无功功率损耗）输电线路的无功功率损耗 35KV线路：很小，消耗无功，也即配网线路消耗无功。110KV及以上线路：较大。重载时，线路为无功负载。轻载（小于自然功率时）线路为无功电源。（4 4）电力系统总无功负荷：）电力系统总无功负荷：静态V、Q特性类似于IM。2 电力系统的无功功率特性与无功功率平

8、衡2.2 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(调相机、C、SVC、SVG)(1)同步发电机：同步发电机安全运行极限曲线：额定运行状态：基本关系：，全运行极限：降低 运行 限制：；提高 运行 限制：；超前 进相稳定、定子端部温升限制：，优点：改变 平滑、连续调节，灵活、范围广大：系统唯一有功电源。无需专门投资。2 电力系统的无功功率特性与无功功率平衡2.2 电力系统的无功功率电源(2)同期调相机：相当于空载运行的同步电动机 过激运行：向系统发出感性无功无功电源 欠激运行：从系统吸收感性无功无功负荷 无功调节特点、范围:，平滑，连续；向系统输出无功：优缺点：连续、平滑、

9、范围宽、性能好；动态无功支撑，稳定电压。消耗少量有功（1.5%5%）运行维护复杂；投资大。应用：集中、大容量、枢纽变电站，容量小于5MVA的一般不装设。已基本被SVC取代。2 电力系统的无功功率特性与无功功率平衡2.2 电力系统的无功功率电源（3）静电电容器 静态电压无功特性 其中 为额定容量，为额定电压 优缺点：优点：设置灵活，集中/分散；容量大/小 投资小，运行损耗小：运行维护方便。缺点：离散调节；调节性能差反电压特性；动（暂）态电压支 撑能力差。应用：集中220KV站10KV侧；分散10KV配网、低压用户母线、大型IM机端补偿。2 电力系统的无功功率特性与无功功率平衡2.2 电力系统的无

10、功功率电源(4)静止无功补偿器(SVC)：原理构成（饱和电抗器型）静电电容器C：吸收容性无功发出感性无功 饱和电抗器SR：吸收感性无功。电容器CS：校正调节特性斜率。工作原理与调节特性 普通静电电容器 SR：当VVsa，铁芯急剧饱和。急剧增大。优点：调节性能好，连续、平滑 可吸收/发出感性无功，调节范围大 动态无功支撑能力强，稳定电压 性能与调相机相当 造价低，运行维护方便 应用：枢纽变电站，集中补偿。2 电力系统的无功功率特性与无功功率平衡2.2 电力系统的无功功率电源(5)静止无功发生器(SVG)：原理构成 工作原理：控制逆变器GTO导通角，改变SVG运行工况。优点 比响应速度快，调节范围

11、宽；谐波成分少，谐波电流小；储能电容工作电压低、容量小；母线电压较低时也可向系统注入少量无功；应用：集中补偿 2 电力系统的无功功率特性与无功功率平衡2.3 电力系统的无功功率平衡(1)无功平衡要求：按额定功率因数计算，：按额定容量计算 已知有功，按额定功率因数计算。（0.850.9）按 计算，线路充电功率只计110KV以上。要求：0无功备用。正常电压水平、最大负荷条件下，充裕的无功备用。2 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2.3 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

12、运行时的平衡关系 正常负荷水平下，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3 电压调整的基本概念3.1 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(1)对用户的影响：IM：MeV2 V产品产量、质量，太低压会烧坏IM 电热设备：VP产品产量、质量 照明：V光通 电子仪器设备：过高/低的电压影响精度甚至损坏设备(

13、2)对系统的影响：VP，运行经济性；运行稳定性 V过高：危及绝缘、超高压电网电晕损失(3)电压偏移要求：35kV及以上：正、负偏移之绝对值和10%VN10kV及以下：10%VN 380V/220V单相：-10%+7%VN(4)电压调整目的：保证各负荷点电压偏移在允许范围内3 电压调整的基本概念3.2 中枢点的电压管理(1)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 中枢点选择：区域性电厂高压母线；枢纽变二次母线；有大量直馈负荷的G压母线(2)中枢点电压允许变化范围的确定 I)方法与步骤：由各负荷点 S(t)计算 中枢点负荷点的V(t)由各负荷点允许偏移 中枢点要求

14、范围 确定同时满足各负荷点 要求的中枢点允许范围 例：VO(A)=VA+VOA VO(B)=VB+VOB3 电压调整的基本概念3.2 中枢点的电压管理(2)中枢点电压允许变化范围的确定 II)应用注意：VCentr变化范围小于各负荷点的允许变化范围 确定Vcentr变化范围的近似方法：VCentr-min取决于MaxVCentri-min；VCentr-max取决于MinVCentri-max 按 2 种极限情况 近似确定VCentr范围 a)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 +相应ViVCentr-min b)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 +相

15、应ViVCentr-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 幅度相近，则中枢点 有 满足各负荷点的公共调压范围；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3 电压调整的基本概念3.2 中枢点的电压管理(3)中枢点的调压方式 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VCentr1.0VN 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(OLTC)顺调压：大负荷时，VCentr1.025VN；小负荷时，VCentr1.075VN 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

16、备 常调压：各种负荷水平下，使VCentr 保持基本恒定：(1.021.05)VN 适应性、调压要求居中 3 电压调整的基本概念电压调整的基本概念3.3 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4 电压调整的措施电压调整的措施4.1 发电机调压发电机调压(1)原理：调 If ，5%VN ；实质改变 QG (2)优点：简便，无需附加投资(3)应用注意：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。改变闭式网 Q 分配，甚至与经济 Q 分配矛盾 VG QG(降低功率因数)机组有足够无功储备，系统有功备用充分EX：4 电压调整的措施4.2 改变变压器变比调压 概述：(1)变压器分接头设置：双绕组高压侧 ；三绕组高、中压侧 普通变压器：6300KVA及以下，3 VTN(H)5%8000KVA及以上，5 VTN(H)2 2.5%有载调压变：110KV 及以下，至少 7 VTN(H)3 2.5%220KV 及以上，至少 9 VTN(H)4 2.0%(2)调压原理：4 电压调整的措施电压调整的措施4.2 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