电力系统无功功率平衡和电压调整

电力系统的无功功率平衡无功负荷和无功电源及其无功电压特性无功功率平衡与电网电压水平的关系电压调整的基本概念允许电压偏移中枢电压管理电压调整的措施调压措施的应用CH12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—无功功率负荷异步电动机等值电路因为异步电动机在电力系统负荷（特别是无功负荷）中占比重很大，系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定mjXjXRsIIV22MmmVQQQIXX异步电动机的无功功率和有功功率异步电动机的无功电压特性受载系数负载不变电压降低无功损耗反而升高2M(1)IRPssMNPP受饱和影响，励磁功率稍高于二次曲线电力系统的无功功率平衡和电压调整—无功功率负荷变压器的无功损耗TjBTTRjXITG1V2V22LT0TTT220SNNN%%100100SQQQVBXVIVSVSSV变压器的无功损耗变压器等值电路输电线路的无功损耗22221122L221222B122PQPQQXXVVBQVV输电线路的无功消耗输电线路等值电路2BjLLRjX1V2V11PjQ22PjQ2Bj35kV线路充电功率很小；110kV及以上线路轻载时为无功电源，重载时消耗无功功率。电力系统的无功功率平衡和电压调整—无功功率电源发电机—P-Q极限djXNIENV__________sincosdNNGNdNNGNABXIQADXIP受额定励磁电流限制，发电机电抗压降限值，以O点为圆心，OC为半径进相运行的稳定约束和定子绕组端部温升受定子额定电流限制，发电机电抗压降限值，以A点为圆心，AC为半径OC—空载电势OA—机端电压AC—发电机电抗压降，正比于视在功率；AD—正比于机端有功功率AB—正比于机端无功功率DC—原动机输入功率（额定有功功率）约束电力系统的无功功率平衡和电压调整—无功功率电源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20世纪70年代后，逐渐为静止无功补偿器取代；djXIEVEVIdjXIVEIdjXI同步调相机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%；可实现无功电压连续调节；具有强励功能，有利于提高稳定性电力系统的无功功率平衡和电压调整—无功功率电源静电电容器输出无功与节点电压平方成正比，无功功率调节性能较差；装设容量可达可小，既可集中安装，亦可分散安装；单位容量投资费用较小，与总容量无关；运行损耗约为额定容量的0.3%~0.5%；无旋转元件，运行维护方便；可根据负荷变化，分组投切电容器，实现补偿功率的分级调节（不连续）；目前广泛低压配网中广泛采用的无功补偿技术工程上遇到由于谐波引起的电容器损坏事故较为突出，值得关注电力系统的无功功率平衡和电压调整—无功功率电源静止无功补偿器—饱和电抗器型静止补偿器电力系统的无功功率平衡和电压调整—无功功率电源静止无功补偿器—晶闸管控制电抗器型静止补偿器TCR支路正负半周内部分导通等值电感可连续调节有谐波电力系统的无功功率平衡和电压调整—无功功率电源静止无功补偿器—晶闸管投切电容器型静止补偿器TSC：整周波投切，不产生谐波分级调节快速响应电力系统的无功功率平衡和电压调整—无功功率电源静止无功补偿器—静止无功发生器（SVG：StaticVarGenerator）djXIAVSVAVSVIdjXISVAVIdjXI与SVC相比，响应速度更快，运行范围更宽，谐波电流含量更少电压较低时仍可向系统注入较大的无功电流储能电容的容量远小于装置无功容量电力系统的无功功率平衡和电压调整—无功功率平衡风电场无功功率平衡的基本概念风电场无功电源容量等于风电内部无功损耗及传输线路无功损耗之和，并具有备用容量GCSLLresQQQQ风电场无功电源包括风机无功功率和风电场集中无功补偿设备无功功率GCGCQQQ风电场无功负荷总出力包括变压器无功损耗、线路无功损耗及充电效应LLTLBQQQQ无功功率就地平衡—避免无功大容量远距离传送222LPQPRVPRQXVV电力系统的无功功率平衡和电压调整—无功功率平衡无功功率平衡与电压水平的关系sinEVPX2cosEVVQXXjXIEVPjQEVIjXIQVaVaV1122aacO222EVVQPXXP为一定值，Q(V)特性曲线为下开口抛物线；调节励磁电流，改变E可调整Q(V)特性系统无功电源输出不足，运行电压水平偏低；系统无功电源输出过剩，运行电压水平偏高；实现额定电压水平下的无功功率平衡，据此配置无功电源设备电力系统的无功功率平衡和电压调整—无功功率平衡无功功率平衡与电压水平的关系-Ex12-240XPjQ1V2VLDLDPjQ222122VVVQPXX21LDLDLD-NNLDNLDN115kV,40MW,MMvarVVPQQVQVQV-2-2已知：；（1）若=20var，试根据无功功率平衡条件确定；（2）若增加10，试确定22LD-2LD-N110VQQMvarQkVV3025201510102104106108110LD-1()QVLD-2()QV()QVV2/kV103104105106107Q/Mvar28.1925.9123.5921.2118.79QLD-117.5417.8818.2218.5718.92QLD-226.3026.8227.3327.8628.39电力系统的无功功率平衡和电压调整—电压调整的基本概念电压偏移过大的危害电压偏低对系统和用户的影响电动机输出转矩降低或定子电流增大，失速甚至停转；电热设备生产效率降低照明光线不足，影响人的视力网络功率和能量损耗增加降低系统运行的稳定性电压偏高对系统和用户的影响电气设备绝缘受损，寿命缩短超高压网络电晕损耗允许电压偏移35kV及以上供电电压：正、负偏移的绝对值之和不超过10%VN；上下偏移同号时，按较大偏移绝对值衡量10kV及以下三相供电电压：±7%VN220V单相供电电压：+7%~-10%VN中枢点的电压管理中枢点的概念区域性水、火电厂高压母线枢纽变电所的二次母线有大量地方负荷的发电机电压母线电力系统的无功功率平衡和电压调整—电压调整的基本概念中枢点的电压管理—确定允许电压运行范围OAASBBSVA：(0.95~1.05)VN时间△VOAVOA0~80.040.99~1.098~240.11.05~1.15VB：(0.95~1.05)VN时间△VOBVOB0~160.010.96~1.068~240.030.98~1.08N0.01VN0.03VN0.1VN0.04VVAVBV081624/th081624/th0.960.991.061.090.981.051.081.15NVV081624/thminASmaxASminBSmaxBSS1%电力系统的无功功率平衡和电压调整—电压调整的基本概念中枢点的电压管理—调压方式逆调压大负荷时，线路电压损耗大，提高中枢点电压，使负荷点电压不至太低；小负荷时，线路电压损耗小，降低中枢点电压，使负荷点电压不至太高；考虑发电机电压一定，大负荷时中枢点电压会低一些，小负荷时则高一些，因此，逆调压要求较高，较难实现；顺调压大负荷时，允许中枢点电压低一些，但不低于线路额定电压的102.5%；小负荷时，允许中枢点电压高一些，但不高于线路额定电压的107.5%；恒调压任何情况下，维持中枢点电压大约恒定，一般较线路额定电压高2%~5%；电力系统的无功功率平衡和电压调整—电压调整的原理和措施电压调整的基本原理调节励磁电流改变VG适当选择变压器变比k改变线路参数改变无功功率分布1:k1VGk2:1VbGR+jXP+jQ1212bGGPRQXVVkVkVkkV电压调整的措施发电机调压改变变压器变比无功补偿调压采用静电电容器采用同步调相机4%2%G4%2%3%1%10%5%8%3%6%2%110kV3~10kV380V多级变压供电系统的电压损耗分布与发电机调压机端电压允许偏移：±5%VGN，可采用逆调压；复杂电力系统中，发电机调压一般作为辅助性调压措施电力系统的无功功率平衡和电压调整—电压调整的原理和措施2121121;tTTTTTNVVVVVPRQXVVVVVk改变变压器变比调压降压变压器分接头选择1max1maxmax22max1min1minmin22min11max1min2tTNtTNtavttVVVVVVVVVVVVVV1RT+jXTP+jQV221tNkVV升压变压器分接头选择2121121;tTTTTTNVVVVVPRQXVVVVVk1max1maxmax22max1min1minmin22min11max1min2tTNtTNtavttVVVVVVVVVVVVVk:1V2RT+jXTP+jQV112NtVV1:kG根据计算得到的分接头电压选择最接近的变压器分接头额定电压；电力系统的无功功率平衡和电压调整—电压调整的原理和措施改变变压器变比调压采用固定分接头的变压器调压，电压损耗不会改变，负荷变化时次级电压变化幅度也不会改变；如果电压损耗超过分接头可调整范围（±5%），或者调压要求与实际的相反（如逆调压），采用普通变压器的分接头调整将无法满足调压要求；采用有载调压方式，可根据负荷状态确定合适分接头，从而缩小次级电压变化幅度，甚至改变电压变化趋势；可用于有载调压的有：载调压变压器和加压调压变压器；有载调压变压器：可带负载调节分接头，分接头调节范围比较大；加压调压器：与主变压器配合使用，相当于有载调压变压器；电力系统的无功功率平衡和电压调整—电压调整的原理和措施122122CccPRQXVVVPRQQXVVV利用无功补偿调压V1V2R+jXP+jQjQCV1k:1V2=V2cR+jXP+jQjQC2cV22222cCccVPRQXPRQXQVVXVV222cCcVQVVX22ccVkV2222222ccCcckVkVVQkVVVXXk补偿容量与调压要求和变压器变比选择均有关变比k选取原则：满足调压要求的前提下，使得无功补偿容量最小低压配电线路和电缆线路，RX，PR/V占电压损耗较大，无功补偿调压效果一般；电力系统的无功功率平衡和电压调整—电压调整的原理和措施利用无功补偿调压—静电电容器最小负荷时，无电容器补偿，确定变压器分接头位置；最大负荷时，全部电容器投入，按调压要求确定补偿容量利用无功补偿调压—同步调相机最小负荷时，调相机按(0.5~0.65)额定容量欠励磁运行；最大负荷时，调相机按额定容量过励磁运行V1k:1V2=V2cR+jXP+jQjQC2cV22max2max2maxcCcVVQVkXk22min2min2min22minNtNtVVVVVVVV12tNVkV22max2max2max22min2min2mincCccCcVVQVkXkVVQVkXk2max2max2min2min222max2minccccVVVVkVV电力系统的无功功率