電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)第六章第1頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一第六章電力系統(tǒng)的無功功率與電壓調(diào)整本章主要內(nèi)容：1、無功負(fù)荷和無功電源及無功功率平衡

2、電壓降落（損耗、偏移）、功率損耗的計(jì)算

3、無功功率的經(jīng)濟(jì)分布；無功電源的最優(yōu)分布 ；無功負(fù)荷的最優(yōu)補(bǔ)償頻率調(diào)整和電壓調(diào)整的相同和不同之處調(diào)頻頻率唯一集中調(diào)整只能調(diào)原動(dòng)機(jī)功率調(diào)壓電壓水平各點(diǎn)不同調(diào)整分散手段多樣（有多種無功電源）第2頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一由上可以看出：維持電壓穩(wěn)定，應(yīng)該盡量減少無功的傳輸，采取就地平衡。

分析無功功率和電壓分布之間的關(guān)系無功損耗﹥﹥有功損耗;電壓降受無功功率的影響較大;無功功率的流動(dòng)從Uh→UL第3頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)電力系統(tǒng)無功功率的平衡一、概念性問題:無功功率無功電源QG無功負(fù)荷QL無功損耗ΔQΣ無功功率平衡運(yùn)行中的平衡：ΣQG=ΣQL+ΔQΣ規(guī)劃中的平衡：無功容量=無功電源功率+ 備用無功電源功率（7?8%）第4頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一二、無功功率負(fù)荷和無功功率損耗1、無功功率負(fù)荷負(fù)荷在端電壓變化時(shí)，出力、效率影響較大白熾燈的電壓特性異步電機(jī)的電壓特性轉(zhuǎn)矩∝U2,U↓帶不動(dòng)啟動(dòng)不了燒電機(jī)第5頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一吸收無功（異步電機(jī)）對(duì)于QX，當(dāng)U↑轉(zhuǎn)動(dòng)力矩增大，S↓→r’2（1-s）/s↑→I↓→QX↓對(duì)于QU，由于XU的飽和，XU↓→QU↑↑異步電機(jī)的無功功率特性綜合無功負(fù)荷的靜態(tài)特性第6頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一2、變壓器的無功功率損耗勵(lì)磁支路—空載電流I0的百分比值，約1-2%繞組漏抗—滿載時(shí)基本上等于短路電壓UK的百分 比值，約10%對(duì)多級(jí)電壓網(wǎng)—相當(dāng)可觀，可達(dá)負(fù)荷的57%3、電力線路上的無功功率損耗并聯(lián)電納—充電功率∝U2，容性并聯(lián)電抗—感性∝I235KV及以下—感性無功110KV及以上傳輸功率較大時(shí)—感性無功傳輸功率較小時(shí)—容性無功第7頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一三、無功功率電源定子繞組不超過額定電流勵(lì)磁繞組不超過額定電流受原動(dòng)機(jī)出力限制進(jìn)相運(yùn)行時(shí)受定子端部發(fā)熱限制留穩(wěn)定儲(chǔ)備發(fā)電機(jī)、調(diào)相器靜止電容器、靜止補(bǔ)償器1、發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)只有在額定電壓、電流、功率因數(shù)下運(yùn)行時(shí)，視在功率才能達(dá)到額定值，其容量才能最充分地利用系統(tǒng)中有功功率備用容量充裕時(shí)，可使靠近負(fù)荷中心的發(fā)電機(jī)在降低有功負(fù)荷的條件下運(yùn)行，這時(shí)發(fā)電機(jī)的視在功率雖較額定值小，但可利用的無功功率卻較在額定有功負(fù)荷下大。第8頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一實(shí)質(zhì)上是只發(fā)無功功率的發(fā)電機(jī)2、同步調(diào)相機(jī)不帶有功負(fù)荷的同步發(fā)電機(jī)不帶機(jī)械負(fù)荷的同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過激運(yùn)行—向系統(tǒng)發(fā)出無功欠激運(yùn)行—向系統(tǒng)吸收無功（容量為過激的50%）優(yōu)點(diǎn)平滑調(diào)節(jié)—既發(fā)無功，又可吸收無功裝有勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置時(shí)，維持系統(tǒng)電壓不變裝有強(qiáng)磁時(shí)，故障情況下，調(diào)整電壓，維持穩(wěn)定缺點(diǎn)消耗一定的有功，容量越小，比重越大(1.5-5%)小容量單位投資費(fèi)用大，宜集中使用水輪機(jī)有時(shí)作調(diào)相運(yùn)行，汽輪機(jī)較難損耗大內(nèi)部發(fā)熱內(nèi)部膨脹增大系統(tǒng)中短路時(shí)的短路電流第9頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一3、靜電電容器QC=U2/XC，只能向系統(tǒng)提供無功，不能吸收無功可集中使用，可分散使用功耗小，0.3%--0.5%（額定容量）調(diào)節(jié)不是連續(xù)的，不平滑，調(diào)節(jié)范圍小電壓下降時(shí)，QC下降，導(dǎo)致U進(jìn)一步下降單位容量投資比調(diào)相機(jī)便宜4、靜止補(bǔ)償器電容與電抗并聯(lián)，配以調(diào)接裝置，可平滑地改變輸出70年代開始使用，有前途的三種類型為：類型直流助磁飽和電抗器型可控硅控制電抗器型自飽和電抗器型第10頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一共同點(diǎn)：電容支路同步頻率下感性無功功率電源C和Lf構(gòu)成諧振，兼作高次諧波濾波器不可控不同點(diǎn)：電抗器支路可控硅——————直流助磁—————自飽和———不可控飽和電抗器可控的不飽和第11頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一優(yōu)點(diǎn)：極好的調(diào)節(jié)性能可用于沖擊性負(fù)荷的無功補(bǔ)償維護(hù)簡(jiǎn)單原理：自飽和型損耗小，不超過1%應(yīng)用越來越多第12頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一四、無功功率的平衡系統(tǒng)中功率平衡：ΣQGC-ΣQL-ΔQΣ=0電源：ΣQGC=ΣQG+ΣQC=ΣQG+ΣQC1+ΣQC2+ΣQC3發(fā)電機(jī)調(diào)相機(jī)電容器靜止補(bǔ)償器負(fù)荷：未改善COSΦ=0.6-0.9規(guī)程規(guī)定不低于0.9,可按此取QL損耗：ΔQΣ=ΔQT+ΔQX+ΔQb變壓器線路電抗線路電納無功備用:為最大無功負(fù)荷的7%--8%注意：系統(tǒng)中無功率平衡的前提是系統(tǒng)的電壓水平正常無功不足時(shí)應(yīng)就地補(bǔ)償?shù)?3頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)電力系統(tǒng)無功功率的經(jīng)濟(jì)分布一、無功功率電源的最優(yōu)分布無功經(jīng)濟(jì)分布無功電源的最優(yōu)分布—等網(wǎng)損微增率無功負(fù)荷的最優(yōu)補(bǔ)償—無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量目標(biāo)函數(shù)：ΔPΣ=ΔPΣ(QGi)目的：降低網(wǎng)絡(luò)中的有功損耗等約束條件：不等約束條件：拉格朗日函數(shù)：第14頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一最優(yōu)分布——求拉格朗日函數(shù)的極值：可改寫為：無功網(wǎng)損微增率有功網(wǎng)損微增率二、如何進(jìn)行無功功率最優(yōu)分布的計(jì)算第15頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一一般的原則是：計(jì)算 潮流 分布按有功最優(yōu)分布結(jié)果給出各節(jié)點(diǎn)（除平衡節(jié)點(diǎn)外）的P給出P、Q節(jié)點(diǎn)的Q給出P、U節(jié)點(diǎn)的U計(jì)算 網(wǎng)損 微增 率由潮流計(jì)算得各無功電源點(diǎn)的λ值λ<0時(shí)，增大該電源的Q，可降低網(wǎng)損λ>0時(shí)，減少該電源的Q，可降低網(wǎng)損進(jìn)行調(diào)整重設(shè)電源節(jié)點(diǎn)的無功QGi和PU節(jié)點(diǎn)的電壓，進(jìn)行潮流計(jì)算，求總網(wǎng)損、網(wǎng)損微增率，判斷平衡節(jié)點(diǎn)的P，直到P最小當(dāng)ΔPΣ不再減小時(shí)，各節(jié)點(diǎn)網(wǎng)損微增率未必相等，因?yàn)槭懿坏葪l件限制第16頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一例題：如圖，有功功率兩電廠均分，求最優(yōu)無功分配解：第17頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一按網(wǎng)損等微增率準(zhǔn)則確定無功功率分配：由功率平衡條件得：聯(lián)合求解得：Q1≈0.248，Q2≈0.688不計(jì)無功網(wǎng)損修正時(shí)：得：Q1≈0.268，Q2≈0.670第18頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一三、無功功率負(fù)荷的最優(yōu)補(bǔ)償負(fù)荷的自然功率因數(shù)電動(dòng)機(jī)容量不能太大（重要措施）限制電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行同步電機(jī)代替異同步電機(jī)（收、發(fā)）(補(bǔ)償前0.6-0.9)最優(yōu)補(bǔ)償補(bǔ)償容量的確定補(bǔ)償設(shè)備的分布補(bǔ)償順序的選擇規(guī)劃階段年節(jié)約費(fèi)用:β為單位電能損耗價(jià)格(元/kw·h),τmax最大負(fù)荷損耗小時(shí)數(shù)裝設(shè)補(bǔ)償設(shè)備的投資費(fèi)用:α為折舊維修率,γ投資回收率,KC為單位容量補(bǔ)償設(shè)備投資(元/kvar)第19頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一結(jié)論最有網(wǎng)損微增率（也稱無功經(jīng)濟(jì)當(dāng)量）最優(yōu)網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則：只有在網(wǎng)損微增率具有負(fù)值且小于req的節(jié)點(diǎn)設(shè)置先后順序：以網(wǎng)損微增率的大小為序，首先從最小的開始第20頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一第三節(jié)電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整一、電力系統(tǒng)電壓偏移的原因及影響無功充足—電壓水平較好的必要條件，不是充分條件調(diào)壓———合理分布無功，維持電壓質(zhì)量原因（隨運(yùn)行方式的改變而改變）由于R很小，ΔU主要受Q的影響負(fù)荷大小的變化電力網(wǎng)阻抗參數(shù)的變化（設(shè)備故障或檢修退出）電力系統(tǒng)接線的改變第21頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一偏移的影響電壓過低發(fā)電機(jī)：U↘，δ↗，I↗→發(fā)電機(jī)過熱異步電機(jī)：U↘，轉(zhuǎn)差率σ↗，各繞組I↗，溫升↗，μ↘，壽命↘，出力P↘，起動(dòng)過程長(zhǎng)→燒電機(jī)電爐：P∝U2電燈：亮度和發(fā)光效率大幅下降電壓過低設(shè)備絕緣受損變壓器、電動(dòng)機(jī)鐵芯飽和，損耗↗，壽命↘白熾燈壽命大為縮短嚴(yán)重時(shí)，無功不足，電壓崩潰第22頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一電力系統(tǒng)允許的電壓偏移35KV及以上電壓供電的負(fù)荷 ±5%10KV及以下電壓供電的負(fù)荷 ±7%低壓照明負(fù)荷 +5%—-10%農(nóng)村電網(wǎng) +5%—-10%事故狀態(tài)下，允許在上述基礎(chǔ)上再增加5%，但正偏 移不超過+10%二、中樞點(diǎn)的電壓管理電壓中樞點(diǎn)的選擇集中負(fù)荷的母線作為電壓中樞點(diǎn)大型發(fā)電廠的高壓母線樞紐變電所的二次母線有大量負(fù)荷的發(fā)電廠母線第23頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一中樞點(diǎn)電壓與負(fù)荷的關(guān)系適應(yīng)：線路長(zhǎng)，負(fù)荷變化大方式：難易程度：實(shí)現(xiàn)較難有時(shí)中樞點(diǎn)電壓不能滿足要求，見書上P226-227的例子中樞點(diǎn)電壓調(diào)整方式逆調(diào)壓最大負(fù)荷時(shí)提高中樞點(diǎn)電壓 1.05UN最小負(fù)荷時(shí)降低中樞點(diǎn)電壓 1.00UN適應(yīng)：線路不長(zhǎng)，負(fù)荷變化不大方式：難易程度：最易實(shí)現(xiàn)順調(diào)壓最大負(fù)荷時(shí)允許中樞點(diǎn)電壓低一些1.025UN最小負(fù)荷時(shí)允許中樞點(diǎn)電壓高一些1.075UN適應(yīng)：中型網(wǎng)絡(luò)，負(fù)荷變化繳小方式：保持在較線路額定高2%-5%難易程度：較易實(shí)現(xiàn)常調(diào)壓第24頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一三、電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整忽略：線路對(duì)地電容、變壓器勵(lì)磁支路參數(shù)、橫向壓降調(diào)壓比調(diào)頻復(fù)雜，頻率系統(tǒng)為一，電壓不為一改變電壓水平調(diào)壓措施利用發(fā)電機(jī)調(diào)壓UG—改變勵(lì)磁電流改變變壓器分接頭k1，k2改變電壓損耗改變功率分布（主要是Q）—使ΔU減少改變線路參數(shù)R+jX（主要是X）—減少ΔU第25頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一改變發(fā)電機(jī)端電壓調(diào)壓發(fā)電機(jī)電壓UG可在5%的范圍內(nèi)保持發(fā)額定功率發(fā)電機(jī)直接供電系統(tǒng)（線路不長(zhǎng)，損耗不大）調(diào)節(jié)勵(lì)磁，改變機(jī)端電壓，實(shí)現(xiàn)逆調(diào)壓滿足電壓的要求例：最大負(fù)荷時(shí)：ΣΔUmax=20%，最大負(fù)荷時(shí)：ΣΔUmin=8%ΣΔUmax-ΣΔUmin=12%，發(fā)電機(jī)逆調(diào)5%故最終相差7%，在10%的范圍內(nèi)第26頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一調(diào)節(jié)原理：轉(zhuǎn)子電壓負(fù)反饋的作用是提高調(diào)節(jié)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，它的輸出正比于轉(zhuǎn)子電壓的變化率例：發(fā)電機(jī)經(jīng)多級(jí)電壓向負(fù)荷供電，不能保證電壓質(zhì)量要求最大負(fù)荷時(shí)：ΣΔUmax=34%，最大負(fù)荷時(shí)：ΣΔUmin=14%ΣΔUmax-ΣΔUmin=20%，發(fā)電機(jī)逆調(diào)5%故最終相差15%，超出10%的范圍內(nèi)第27頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一改變變壓器分接頭進(jìn)行調(diào)壓雙繞組變壓器分接頭選擇最大負(fù)荷時(shí)：UImax，ΔUImax，Uimax，

U’imax為已知雙繞組變壓器高壓側(cè)6300KVA以下三個(gè)分接頭 UN

±5%三繞組變壓器高、中壓側(cè)8000KVA以上五個(gè)分接頭 UN

±2.5%裝有3-5個(gè)分接頭最小負(fù)荷時(shí)：第28頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一選一接近值作分接頭UtImax，UtImin，UtI對(duì)于升壓變壓器：因正常運(yùn)行時(shí)，變壓器分接頭不能調(diào)整，故取平均值返回校驗(yàn)求低壓母線電壓計(jì)算電壓偏移%第29頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一選分接頭110KV例子：UI在113-115KV時(shí)，允許U’i在10-11KV，求變壓器分接頭校驗(yàn)：解：第30頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一普通三繞組變壓器分接頭的選擇高、中壓側(cè)有分接頭，低壓側(cè)沒有高、低壓側(cè)——確定高壓繞組的分接頭（低壓側(cè)要求）高、中壓側(cè)——確定中壓繞組的分接頭例題：P233，例8-3有載調(diào)壓變壓器調(diào)整分接頭帶電調(diào)整，允許最大、最小負(fù)荷時(shí)分設(shè)不同抽頭計(jì)算方法同雙繞組，可分設(shè)調(diào)整范圍大15%以上110KV，UN32.5%（七級(jí)）220KV，UN42.5%（九級(jí)）三繞組高壓側(cè)裝有載調(diào)壓分接頭低壓側(cè)裝有普通分接頭第31頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一有載調(diào)壓原理無功功率充足時(shí)，采用有載調(diào)壓可滿足一般的調(diào)壓要求長(zhǎng)線供電負(fù)荷變化大聯(lián)絡(luò)線兩端某些發(fā)電廠的變壓器無功功率充足時(shí)并補(bǔ)串補(bǔ)第32頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一利用并聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備調(diào)壓調(diào)相機(jī)作用發(fā)無功，就地補(bǔ)償，減少壓降各種補(bǔ)償設(shè)備的調(diào)節(jié)方式截面積小R>X，不可用并補(bǔ)截面積大R<X，明顯靜止補(bǔ)償器電容器調(diào)相機(jī)改變勵(lì)磁電流if靜止補(bǔ)償器（直流助磁）改變助磁電流if電容全部投入電容全部退出靜止補(bǔ)償器（可控硅）改變可控角α第33頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一補(bǔ)償設(shè)備容量的確定補(bǔ)償前：補(bǔ)償后：補(bǔ)償容量QC與補(bǔ)償前后低壓母線電壓Ui，Uic有關(guān)：第34頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一QC的確定應(yīng)滿足調(diào)壓要求，設(shè)低壓母線調(diào)壓要求電壓為 U’ic，則Uic=kU’ic。存在QC與k的選擇配合問題最小負(fù)荷時(shí)：將電容器全部切除，選變壓器分接頭 UtI=UiminUNi/U’imin，從而k=UtI/UNi最大負(fù)荷時(shí)：發(fā)額定容量的無功最大負(fù)荷時(shí)：全部投入電容最小負(fù)荷時(shí)：吸收（50%-60%）QNC同步調(diào)相機(jī)第35頁，共39頁，2023年，2月20日，星期一改變輸電線路參數(shù)進(jìn)行調(diào)壓對(duì)