第二节电力系统无功功率平衡与电压的关系

第二节电力系统无功功率平衡与电压的关系无功功率的平衡：电力系统无功功率平衡的基本要求：系统中的无功电源可以发出的无功功率应该大于或至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗。无功功率负荷：无功功率负荷是以滞后功率因数运行的用电设备（主要是异步电动机，特别是当异步电动机轻载时，所吸收的无功功率较多。）所吸收的无功功率。一般未经补偿的综合负荷的自然功率因数为0.6~0.9，以滞后功率因数运行，低值对应与异步电动机比例较高的负荷，高值对应于采用大容量同步电动机的场合。负荷的无功功率的峰值与有功功率的峰值不一定同时出现，其峰值出现在工业负荷最大的时刻，一般在白天。（异步电动机在无功负荷中占的比重很大。系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定，异步电动机的无功功率：200)(NmNPPQQQQ）无功功率损耗：变压器中的无功功率损耗TQ包括两部分：①励磁支路的功率损耗：其百分值基本上等于空载电流I0的百分值，约为1%—2%。②绕组漏抗中的功率损耗：在变压器满载时，基本上等于短路电压Uk的百分值，约为10%。20%%100100kTNNIUSQSS。如果有n台容量和其他参数都相同的变压器并列运行，且总负荷为S时，则总无功损耗为：20100%100%NNKNTnSSSUnSInQ线路上的无功功率损耗：电力线路的无功损耗也分两部分：并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。并联电纳的无功功率损耗（充电功率），与线路电压的平方成正比，为容性；串联电抗的无功功率，与负荷电流的平方成正比，为感性；22221112212LBPQUUQQXBU对线路不长，长度不超过100Km，电压等级为220Kv电力线路，线路将消耗感性无功功率；对线路较长，其长度为300Km左右时，对220Kv电力线路，线路基本上既不消耗感性无功功率也不消耗容性无功功率，呈电阻性；线路大于300Km时，线路为电容性的。无功功率电源：电力系统的无功功率电源包括同步发电机、同步调相机、并联电容器和静止补偿器等。1，发电机。基本的无功功率电源，可以通过调节发电机的励磁电流来改变发电机发出的无功功率，增加励磁电流，可以增加无功功率的输出；反之，减少无功功率输出。发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率：sinGNGNNGNNQSPtg。当系统中无功电源不足，而有功备用容量又较充足时，可利用靠近负荷中心的发电机降低功率因数运行，多发无功功率以提高电力系统的电压水平。2，同步补偿机（调相机）。它是专门用来生产无功功率的一种同步电机，实质上是只能发无功功率的发电机。在过励磁、欠励磁的不同情况下，它可分别发出或吸收感性无功功率。而且，只要改变它的励磁，就可以平滑地调节无功功率输出，单机容量也可以做得较大。通常，它可以直接装设在用户附近就近供应无功功率，从而减少输送过程中的损耗。但由于它是旋转电机，故有功功率损耗较大。运行方式：过励磁运行，向电网输出感性无功功率；欠励磁运行，从电网吸收感性无功功率；欠励磁最大容量为过励磁容量的50%~65%；特点：可实现无功电压连续调节；具有强励功能，有利于提高稳定性。旋转元件，运行维护复杂；有功损耗较大，满负荷时约为额定容量的1.5%~5%，容量越小，比例越大；小容量机组投资费用高（每kVA），仅利于集中大容量使用；响应速度较慢，难以适应动态无功控制的要求。3，静电电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上。它供给的无功功率QC值与所在节点电压的平方成正比，即：ccXUQ/2。缺点：输出无功与节点电压平方成正比，无功功率调节性能较差，由于根据负荷变化，分组投切电容器，实现补偿功率的分级调节，因而不能连续调节；优点：静电电容器的装设容量可大可小，既可集中使用，又可以分散安装。且电容器每单位容量的投资费用较小，运行时有功功率损耗较小约为额定容量的0.3%~0.5%，无旋转元件维护也较方便。4，静止补偿器是20世纪60年代起发展起来的一种新型可控的静止无功补偿装置，它简称为SVC。其特点是：利用晶闸管电力电子元件所组成的电子开关来分别控制电容器组与电抗器的投切，这样它的性能完全可以做到和同步补偿机一样，既可发出感性无功，又可发出容性无功，并能依靠自身装置实现快速调节，从而可以作为系统的一种动态无功电源，对稳定电压、提高系统的暂态稳定性以及减弱动态电压闪变等均能起着较大的作用。优点：能快速平滑地调节无功，运行维护简单，损耗较小，能分相补偿；会产生高次谐波。如前所述，要保持节点的电压水平就必须维持无功平衡，因而保持充足的无功电源是维持电压质量的关键。由于负荷的综合功率因数一般在0.6~0.9之间，多数在0.7~0.8之间，加之线路无功损耗约为总无功负荷的25%，变压器的总无功损耗最多可达总无功负荷的75%。因而，需要由系统中各类无功电源所供给的无功负荷最多可达系统总无功负荷的两倍左右，而从数量级上看甚至与有功负荷的两倍相接近。绝大多数电力系统必须采取专门的无功功率补偿措施，才能达到维持电压水平的目的。