电力系统分析第十二章电力系统的无功功率平衡和电课件.ppt

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1、第十二章 电力系统的无功功率平衡和电压调整,电压是衡量电能质量的一个重要指标。 质量合格的电压包括四个指标:电压偏移电压波动和闪变;电网谐波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。影响电压指标的主要因素是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等。,本节主要内容一、无功功率负荷和无功功率损耗 二、无功功率电源三、无功功率平衡四、无功功率平衡和电压水平的关系,12-1 电力系统的无功功率平衡,一、无功功率负荷和无功功率损耗,无功功率平衡,无功负荷与无功电源失去平衡时，会 引起系统电压的升高或下降,无功功率的平衡应本着分层、分区、 就地平衡的原则,无功电源的无功

2、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 率的需求,1无功功率负荷,1无功功率负荷异步电动机是电力系统主要的无功负荷.系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定.异步电动机的简化等值电路示于图12-1:,1无功功率负荷,1无功功率负荷异步电动机消耗的无功功率为:其中， 为励磁功率，它同电压平方成正比:当电压较高时，由于饱和影响，励磁电抗 的数值还有所下降，因此，励磁功率 随电压变化的曲线稍高于二次曲线； 为漏抗 中的无功损耗，如果负载功率不变，则 常数.,(12-1),当电压降低时，转差将要增大，定子电流随之增大，相应地，在漏抗中的无功损耗也要增大。综合这两部分无功功率的变化特点，

3、可得图12-2所示的曲线，其中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。当电压明显地低于额定值时，无功功率主要由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。,1无功功率负荷,2变压器的无功损耗,2变压器的无功损耗变压器的无功损耗 包括励磁损耗 和漏抗中的损耗 。 (12-2) 励磁功率大致与电压平方成正比。当通过变压器的视在功率不变时，漏抗中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 ，短路

4、电压 ，由式(12-2)可知，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。,2变压器的无功损耗,3输电线路的无功损耗,3输电线路的无功损耗输电线路用 形等值电路表示(见图12-3).线路串联电抗中的无功功率损耗 与所通过电流的平方成正比:,线路电容的充电功率 与电压平方成正比，当作无功损耗时应取负号。 为 型电路中的等值电纳。线路的无功总损耗为: (12-3)35kV及以下的架空线路的充电功率甚小，一般说，这种线路都是消耗无功功率的。,3输电线路的无功损耗,110kV及以上的架空线路当传输功率较大时，电抗中

5、消耗的无功功率将大于电纳中产生的无功功率，线路成为无功负载；当传输的功率较小(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，这时线路就成为无功电源。为吸收超高压输电线路充电功率而装设的并联电抗器也属于系统的无功负荷。,3输电线路的无功损耗,二、无功功率电源,二、无功功率电源 电力系统的无功功率电源:发电机;同步调相机;静电电容器;静止无功补偿器静止无功发生器.后四种装置又称无功补偿装置。静电电容器只能吸收容性无功功率(即发出感性无功功率)，其余几类补偿装置既能吸收容性无功，亦能吸收感性无功。,1发电机,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

6、。发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率: (12-4) 式中， 、 、 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。,下面讨论发电机在非额定功率因数下可能发出的无功功率。假定隐极发电机联接在恒压母 线上，母线电压为 。发电机 的等值电路和相量图示于图12-4。C点是额定运行点。电压降相量 的长度代表 ，正比于定 子额定全电流，也可以说， 以一定的比例代 表发电机的额定视在功率 . 在纵轴上的投影的长度 代表 ，在横轴上的投影 的长度则代表 。,1发电机,相量 的长度代表空载电势 ，它正比于发电机的额定励磁电流。当改变功率因数时，发电机发出的有功功率P和无功功率Q要受定子电流额

7、定值(额定视在功率)、转子电流额定值(空载电势)、原动机出力(额定有功功率)的限制。,1发电机,在图12-4(b)中，以A为圆心，以AC为半径的圆弧表示额定视在功率的限制；以O为圆心，以OC为半径的圆弧表示额定转子电流的限制；水平线DC表示原动机出力的限制。这些限制条件在图中用粗线画出，这就是发电机的P-Q极限曲线。,1发电机,从图中可以看到，发电机只有在额定电压、电流和功率因数(即运行点C)下运行时视在功率才能达到额定值，使其容量得到最充分的利用。发电机降低功率因数运行时，其无功功率输出将受转子电流的限制。,1发电机,发电机正常运行时以滞后功率因数运行为主，必要时也可以减小励磁电流在超前功率

8、因数下运行，即所谓进相运行，以吸收系统中多余的无功功率。当系统低负荷运行时，输电线路电抗中的无功功率损耗明显减少，线路电容产生的无功功率将有大量剩余，引起系统电压升高。在这种情况下有选择地安排部分发电机进相运行将有助于缓解电压调整的困难。进相运行时，发电机的角增大，为保证静态稳定，发电机的有功功率输出应随着电势的下降(即发电机吸收无功功率的增加)逐渐减小。,1发电机,图12-4(b)中在P-Q平面的第象限用虚线示意地画出了按静态稳定约束所确定的运行范围。进相运行时，定子端部漏磁增加，定子端部温升是限制发电机功率输出的又一个重要因素。发电机进相运行对定子端部温升的影响随发电机的类型、结构、容量和

9、冷却方式的不同而异，不易精确计算。对于具体的发电机一般要通过现场试验来确定其进相运行的容许范围。,1发电机,2同步调相机,2同步调相机同步调相机相当于空载运行的同步电动机。工作原理:1)在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率起无功电源的作用；2)在欠励磁运行时，它从系统吸取感性无功功率起无功负荷作用。作用:能根据装设地点电压的数值平滑改变输出(或吸取)的无功功率，进行电压调节。由于实际运行的需要和对稳定性的要求，欠励磁最大容量只有过励磁容量的5065。,主要特点1)同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂。2)有功功率损耗较大，在满负荷时约为额定容量的1.55，容量越小，百分值越大。3)小容量

10、的调相机每kVA容量的投资费用也较大。4)同步调相机的响应速度较慢，难以适应动态无功控制的要求。应用1)同步调相机宜于大容量集中使用。2)20世纪70年代以来已逐渐被静止无功补偿装置所取代。,2同步调相机,3静电电容器,3静电电容器静电电容器供给的无功功率与所在节点的电压V的平方成正比:式中， 为静电电容器的容抗。作用:1)向电网提供无功功率,调节系统电压.2)降低网络的电能损耗电压调节特性:电容器的无功功率调节性能比较差.当节点电压下降时，它供给系统的无功功率将减少。当系统发生故障或由于其他原因电压下降时，电容器无功输出的减少将导致电压继续下降。,应用特点静电电容器的装设容量可大可小;可集中

11、使用，又可分散装设;电容器每单位容量的投资费用较小且与总容量的大小无关，运行时功率损耗亦较小，约为额定容量的(0.30.5)。由于它没有旋转部件，维护也较方便。可分组投入或切除，实现补偿功率的不连续调节,以适应负荷的变化。,3静电电容器,4静止无功补偿器,4静止无功补偿器构成: 静止无功补偿器(Static Var Compensator，SVC)简称静止补偿器，由静电电容器与电抗器并联组成。作用:1)电容器可发出无功功率;2)电抗器可吸收无功功率;3)电容器和电抗器结合，再配以适当的调节装置，实现平滑地改变输出或吸收)无功功率。,组成的部件1)饱和电抗器2)固定电容器3)晶闸管控制电抗器4)

12、晶闸管投切电容器。分类:实际上应用的静止补偿器大多是由上述部件组成的混合型静止补偿器。常见的几种:1)饱和电抗器与固定电容器并联组成(带有斜率校正)的静止补偿器2)由晶闸管控制电抗器TCR与固定电容器并联组成的静止补偿器3)晶闸管控制电抗器与晶闸管投切电容器TSC并联组成静止补偿器.4)由晶闸管投切电容器单独组成的静止补偿器.,4静止无功补偿器,1)由饱和电抗器与固定电容器并联组成(带有斜率校正)的静止补偿器原理图和伏安特性示于图12-5。工作特性1)当电压大于某值后，随着电压的升高，铁芯急剧饱和。2)从补偿器的伏安特性可见，在补偿器的工作范围内，电压的少许变化就会引起电流的大幅度变化。3)与

13、SR串联的电容C，是用于斜率校正的，改变的大小可以调节补偿器外特性的斜率(见图12-5(b)中的虚线)。,4静止无功补偿器,2)由晶闸管控制电抗器TCR与固定电容器并联组成的静止补偿器原理图:图12-6。工作原理1)电抗器与反相并联连接的晶闸管相串联，利用晶闸管的触发角控制来改变通过电抗器的电流，就可以平滑地调整电抗器吸收的基波无功功率。2)触发角从90变到180时，可使电抗器的基波无功功率从其额定值变到零。,4静止无功补偿器,3)由晶闸管控制电抗器与晶闸管投切电容器TSC并联组成静止补偿器原理图:图12-7(a)。结构:3组晶闸管投切电容器和1组固定电容器与电抗器并联。工作原理1)固定电容器

14、组串联接入电感 ，兼起高次谐波滤波器作用。2)每组晶闸管投切电容器都串联接入一小电感Ls，其作用是降低晶闸管开通时可能产生的电流冲击。伏安特性:如图12-7(b)所示，图中数字表示电容器投入的组数。,4静止无功补偿器,4) 晶闸管投切电容器单独组成的静止补偿器作用:作为无功功率电源，发出感性无功.特点:1)不能平滑地调节输出的功率2)晶闸管对控制信号的响应极为迅速，通断次数又不受限制，其运行性能还是明显优于机械开关投切的电容器。3)晶闸管投切电容器不会产生谐波.,4静止无功补偿器,谐波及其消除1)各类静止补偿器中，晶闸管投切电容器不会产生谐波;2)含晶闸管控制电抗器的静止补偿器不会产生谐波,一

15、般需要装设滤波器以消除高次谐波.图12-6和12-7的原理图中与电容C串联的电感Lh就是高次谐波的调谐电感。饱和电抗器可以利用多铁芯和绕组的特殊排列来消除谐波，一种三三柱式饱和电抗器能够消除18k1(k=1，2，3，)以外的一切奇次电流谐波。,4静止无功补偿器,与补偿器相比,静止补偿器的优势:1)电压变化时，静止补偿器能快速地、平滑地调节无功功率，以满足动态无功补偿的需要。2)与同步调相机相比较，运行维护简单，功率损耗较小，响应时间较短.3)对于冲击负荷有较强的适应性;4)TCR型和TSC型静止补偿器还能做到分相补偿以适应不平衡的负荷变化。应用: 20世纪70年代以来，静止补偿器在国外已被大量

16、使用，在我国电力系统中也将得到日益广泛的应用。,4静止无功补偿器,5静止无功发生器,5静止无功发生器产生:20世纪80年代以来出现了一种更为先进的静止型无功补偿装置，这就是静止无功发生器(Static Var Generator，SVG)。构成:电压源型逆变器，其原理图示于图12-8。逆变器中六个可关断晶闸管(GTO)分别与六个二极管反向并联.工作原理 适当控制GTO的通断，可以把电容C上的直流电压转换成与电力系统电压同步的三相交流电压，逆变器的交流侧通过电抗器或变压器并联接入系统。,适当控制逆变器的输出电压，就可以灵活地改变SVG的运行工况，使其处于容性负荷、感性负荷或零负荷状态。忽略损耗时

17、，SVG稳态等值电路和不同工况下的相量图示于图12-9。静止无功发生器也被称为静止同步补偿器(STATCOM)或静止调相机(STATCON)。,5静止无功发生器,5静止无功发生器,静止无功发生器的优点1)响应速度更快2)运行范围更宽3)谐波电流含量更少4)电压较低时仍可向系统注入较大的无功电流，它的储能元件(如电容器)的容量远比它所提供的无功容量要小。,三、无功功率平衡,三、无功功率平衡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负荷所需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。令 为电

18、源供应的无功功率之和， 为无功负荷之和， 为网络无功功率损耗之和， 为无功功率备用，则系统中无功功率的平衡关系式为: 0表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用; O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 包括发电机的无功功率 和各种无功补偿设备的无功功率 : (12-6)无功电源无功功率的计算方法:1)当发电机在接近于额定功率因数运行时，无功功率按额定功率因数计算。 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。2)调相机和静电电容器等无功补偿装置按额定容量来计算其无功功率。,三、无功功率平衡,无功负荷无

19、功功率的计算方法:总无功负荷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1)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;2)对其他负荷，功率因数不低于0.85。网络的总无功功率损耗 包括变压器的无功损耗 、线路电抗的无功损耗 和线路电纳的无功功率 =(一般只计算110kV及这以上电压线路的充电功率):,三、无功功率平衡,无功功率平衡的原则:1)从改善电压质量和降低网络功率损耗考虑，应该尽量避免通过电网元件大量地传送无功功率。2)分地区分电压级地进行无功功率平衡. 仅从全系统的角度进行无功功率平衡是不够的。3)就地平衡(补偿).

20、(1)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。(2)小容量的、分散的无功补偿可采用静电容电器；大容量的、配置在系统中枢点的无功补偿则宜采用同步调相机或静止补偿器。4)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。,三、无功功率平衡,5)电力系统在不同的运行方式下，可能分别出现无功功率不足和无功功率过剩的情况，应选用既能发出又能吸收无功功率的补偿设备。6)在现代大型电力系统中，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

21、设并联电抗器予以吸收，根据我国有关技术导则，330500kV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充电功率的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要配置必要的并联电容补偿，这种情况是正常的。,三、无功功率平衡,例 12-1,例12-1 某输电系统的接线图示于图12-10(a)，各元件参数如下： 发电机 PN=50MW，cos =0.85， =10.5kV 变压器T-1 每台 =31.5MVA， =38.5kW，Ps=148kW， =0.8%，Vs=10.5， =12110.5 变压器T-

22、2变比 =11011，其余参数同T-1,线路每回每公里 =0.165， =0.409， =2.82 S试根据无功功率平衡的需要确定无功补偿容量。,例 12-1,例 12-1,例 12-1,解 (一)输电系统参数计算变压器T-1两台并联,例 12-1,变压器T-2两台并联,例 12-1,输电线路,例 12-1,(二)无补偿的功率平衡计算 作为初步估算，先用负荷功率计算变压器绕组损耗和线路损耗。,例 12-1,累计到发电机端的输电系统的总功率需求为,例 12-1,若发电机在满足有功需求时按额定功率因数运行,其输出功率为此时无功缺额达到,例 12-1,根据以上对无功功率缺额的初步估算，拟在变压器T-

23、2的低压侧设置10Mvar补偿容量。补偿前负荷功率因数为0.8，补偿后可提高到0.895。计及补偿后线路和变压器绕组损耗还会减少，发电机将能在额定功率因数附近运行。,例 12-1,(三)补偿后的功率平衡计算 补偿后负荷功率为,例 12-1,例 12-1,输电系统要求发电机输出的功率为 此时发电机的功率因数cos =0856。计算结果表明，所选补偿容量是适宜,例 12-1,四、无功功率平衡和电压水平的关系,在电力系统运行中，电源的无功出力在任何时刻都同负荷的无功功率和网络的无功损耗之和相等，即 (12-8)问题在于无功功率平衡是在什么样的电压水平下实现的。现在以一个最简单的网络为例来说明。,隐极

24、发电机经过一段线路向负荷供电，略去各元件电阻，用X表示发电机电抗与线路电抗之和，等值电路示于图12-11(a)。假定发电机和负荷的有功功率为定值。根据相量图图12-11(b):发电机送到负荷节点的有功功率:,四、无功功率平衡和电压水平的关系,根据相量图图12-11(b):发电机送到负荷节点的无功功率:,四、无功功率平衡和电压水平的关系,当P为一定值时，有: 从而得到: (12-9),四、无功功率平衡和电压水平的关系,当电势E为一定值时，Q同V的关系如图12-12曲线1示，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。这两条曲线的交点a确定了负荷节点的电压值

25、Va，或者说，系统在电压Va下达到了无功功率的平衡。,四、无功功率平衡和电压水平的关系,当负荷增加时，其无功电压特性如曲线2所示。如果系统的无功电源没有相应增加(发电机励磁电流不变，电势也就不变)，电源的无功特性仍然是曲线1。这时曲线1和2的交点a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 。,四、无功功率平衡和电压水平的关系,这说明负荷增加后，系统的无功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。如果发电机具有充足的无功备用，通过调节励磁电流，增大发电机的电势E，则发电机的无功特性曲线将上移到曲线1的位置，从而使曲线1和2的交点

26、c所确定的负荷节点电压达到或接近原来的数值 。,四、无功功率平衡和电压水平的关系,由此可见，系统的无功电源比较充足，能满足较高电压水平下的无功平衡的需要，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。,四、无功功率平衡和电压水平的关系,电力系统的供电地区幅员宽广，无功功率不宜长距离输送，负荷所需的无功功率应尽量做到就地供应。因此，不仅应实现整个系统的无功功率平衡，还应分别实现各区域的无功功率平衡。总之，实现无功功率在额定电压下的平衡是保证电压质量的基本条件。,四、无功功率平衡和电压水平

27、的关系,本节主要内容 一、允许电压偏移 二、中枢点的电压管理 三、电压调整的基本原理,12-2 电压调整的基本概念,一、允许电压偏移,一、允许电压偏移各种用电设备都是按额定电压来设计制造的。这些设备在额定电压下运行将能取得最佳的效果。电压过大地偏离额定值将对用户产生不良的影响。电力系统常见的用电设备:异步电动机;电热设备;照明灯;家用电器等。,电压偏移的危害:1)影响异步电动机的电磁转矩.(1)异步电动机的电磁转矩是与其端电压的平方成正比的，当电压降低10时，转矩大约要降低19(图12-15)。(2)如果电动机所拖动的机械负载的阻力矩不变，电压降低时，电动机的转差增大，定子电流也随之增大，发热

28、增加，绕组温度增高，加速绝缘老化，影响电动机的使用寿命。(3)当端电压太低时，电动机可能由于转矩太小而失速甚至停转。(4)电炉等电热设备的出力大致与电压的平方成正比，电压降低就会延长电炉的冶炼时间，降低生产率。,一、允许电压偏移,(5)电压降低，会使网络中的功率损耗和能量损耗加大;(6)电压过低还可能危及电力系统运行的稳定性；(7)电压过高时，各种电气设备的绝缘可能受到损害，在超高压网络中还将增加电晕损耗等。在电力系统的正常运行中，随着用电负荷的变化和系统运行方式的改变，网络中的电压损耗也将发生变化。要严格保证所有用户在任何时刻都有额定电压是不可能的，因此，系统运行中各节点出现电压偏移是不可避

29、免的。实际上，大多数用电设备在稍许偏离额定值的电压下运行，仍有良好的技术性能。从技术上和经济上综合考虑，合理地规定供电电压的允许偏移是完全必要的。,一、允许电压偏移,我国规定的在正常运行情况下供电电压的允许偏移如下:(1)35kV及以上供电电压正、负偏移的绝对值之和不超过额定电压的10，如供电电压上下偏移同号时，按较大的偏移绝对值作为衡量依据；(2)10kV及以下三相供电电压允许偏移为额定电压的7；(3)220V单相供电电压允许偏移为额定电压的+7和10。要使网络各处的电压都达到规定的标准，必须采取各种调压措施。,一、允许电压偏移,二、中枢点的电压管理,电力系统调压的目的:保证系统中各负荷点的

30、电压在允许的偏移范围内。电力系统的中枢点:(1)区域性水、火电厂的高压母线；(2)枢纽变电所的二次母线；(3)有大量地方负荷的发电机电压母线。电力系统电压调节的方法:调节中枢点的电压.对于一个电力系统,由于负荷点数目众多又很分散，不可能也没有必要对每一个负荷点的电压进行监视和调整。因此,只要监控电力系统中枢点,就能监控整个系统的电压。,中枢点电压的允许变化范围假定由中枢点O向负荷点A和B供电见图12-16(a)，两负荷点电压 和 的允许变化范围相同，都是(0.951.05)V。当线路参数一定时，线路上电压损耗 和 分别与A点和B点的负荷有关。,二、中枢点的电压管理,假定两处的日负荷曲线呈两级阶

31、梯形见图12-16(b)，那么两段线路的电压损耗的变化曲线如图12-16(c)所示。,为了满足负荷节点A的调压要求，中枢点o电压应该控制的变化范围：在08时，在824时，,二、中枢点的电压管理,负荷节点B对中枢点o电压变化范围的要求： 在016时: 在1624时:,二、中枢点的电压管理,将上述要求表示在同一张图上见图12-16(d)。图中的阴影部分就是同时满足A、B两负荷点调压要求的中枢点电压的允许变化范围。,二、中枢点的电压管理,由图可见，尽管AB两负荷点的电压有10的变化范围，但是由于两处负荷大小和变化规律不同，两段线路的电压损耗数值及变化规律亦不相同。为同时满足两负荷点的电压质量要求，中

32、枢点电压的允许变化范围就大大地缩小了，最大时为7，最小时仅有1。,二、中枢点的电压管理,中枢点电压的确定原则：(1)在地区负荷最大时，电压最低的负荷点的允许电压下限加上到中枢点的电压损耗等于中枢点的最低电压；(2)在地区负荷最小时，电压最高的负荷点的允许电压上限加上到中枢点的电压损耗等于中枢点的最高电压。(3)对于发电机电压母线中枢点，其电压还应受厂用电设备与发电机的最高允许电压以及为保持系统稳定的最低允许电压的限制。(4)对于负荷点的中枢点, 调整中枢点的电压在公共的允许范围内变动，就可以满足各负荷点的调压要求，而不必在各负荷点再装设调压设备。,二、中枢点的电压管理,(5)如果由同一中枢点供

33、电的各用户负荷的变化规律差别很大，需要针对不同的负荷点电压变化情况增设必要的调压设备. 因为,在某些时间段内，各用户的电压质量要求反映到中枢点的电压允许变化范围没有公共部分。这种情况下，仅靠控制中枢点的电压并不能保证所有负荷点的电压偏移都在允许范围内。因此为了满足各负荷点的调压要求，还必须在某些增设必要的调压设备来加以调压。,二、中枢点的电压管理,中枢点的调压方式:(1)逆调压:在大负荷时升高电压，小负荷时降低电压的调压方式.(2)顺调压:在大负荷时降低电压，小负荷时升高电压的调压方式.(3)常调压:在任何负荷下,保持中枢点电压为恒定值.,二、中枢点的电压管理,(1)逆调压方法:(1)在大负荷

34、时，线路的电压损耗也大，如果提高中枢点电压，就可以抵偿掉部分电压损耗，使负荷点的电压不致过低。(2)小负荷时，线路电压损耗也小，适当降低中枢点电压就可使负荷点电压不致过高。逆调压中中枢点电压值的确定:(1)在最大负荷时可保持中枢点电压比线路额定电压高5;(2)在最小负荷时保持为线路额定电压。中枢点逆调压的应用场合:供电线路较长、负荷变动较大的中枢点.,二、中枢点的电压管理,(2)顺调压在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1025；小负荷时允许其电压高一些，但不超过线路额定电压的1075。(3)恒调压(常调压)在任何负荷下，中枢点电压保持为大约恒定的数值，一般较线路额定电压高2

35、5。当系统发生事故时，电压损耗比正常情况下的要大，因此对电压质量的要求允许降低一些，通常允许事故时的电压偏移较正常情况下大5。,二、中枢点的电压管理,三、电压调整的基本原理,以图12-17所示的简单电力系统为例，说明常用的各种调压措施所依据的基本原理。发电机通过升压变压器、线路和降压变压器向用户供电。要求调整负荷节点b的电压。为简单起见，略去线路的电容功率、变压器的励磁功率和网络的功率损耗。,变压器的参数已归算到高压侧。b点的电压为 (12-10) 式中k 和k 分别为升压和降压变压器的变比；R和X分别为变压器和线路的总电阻和总电抗。,三、电压调整的基本原理,由公式(12-10)可见，为了调整

36、用户端电压V 可以采取以下的措施： (1)调节励磁电流以改变发电机端电压V ; (2)适当选择变压器的变比； (3)改变线路的参数； (4)改变无功功率的分布。 这些措施将在下面分别进行比较详细的讨论。,三、电压调整的基本原理,123 电压调整的措施,一、发电机调压二、改变变压器变比调压三、利用无功功率补偿调压四、线路串联电容补偿调压,123 电压调整的措施,电压调整的主要措施有四种:1.发电机调压;2.改变变压器变比调压;3.利用无功功率补偿调压;4.线路串联电容补偿调压.,一、发电机调压,发电机调压的作用:（1）由孤立的发电厂不经升压直接供电的小型电力网，改变发电机端电压就可以满足负荷点的

37、电压质量要求，不必另外在增加调压设备。（2）对于线路较长、供电范围交大、有多级变压的供电系统，发电机调压主要是为了满足近处地方负荷的电压质量要求。,一、发电机调压,图1218所示为一多级变压供电系统,图中为电压损耗分布。 从发电机端到最远处负荷点之间在最大负荷时的总电压损耗达35，最小负荷时为15，其变化幅度达20。 这时调压的困难不仅在于电压损耗的绝对值过大，而且更主要的是在于不同运行方式下电压损耗之差(即变化幅度)太大。因而单靠发电机调压是不能解决问题的。 在上述情况下，发电机调压主要是为了满足近处地方负荷的电压质量要求，发电机电压在最大负荷时提高5，最小负荷时保持为额定电压，采取这种逆调

38、压方式，对于解决多级变压供电系统的调压问题也是有利的。,一、发电机调压,（3）对于由若干发电厂并列运行的电力系统，进行电压调整的电厂需有相当充裕的无功容量储备，一般不易满足。另外调整个别发电厂的母线电压，会引起无功功率重新分配，可能同无功功率的经济分配发生矛盾。所以在大型电力系统中发电机调压一般只作为一种辅助性的调压措施.,二、改变变压器变比调压,改变变压器变比可以升高或降低次级绕组的电压。改变变压器的变比调压实际上是根据调压要求来适当地选择分接头。（1）降压变压器分接头的选择,图1219为一降压变压器。若通过功率为 ，高压 侧实际电压为 ，归算到高压侧的变压器阻抗为 ，归算到高压侧的变压器电

39、压损耗为 ，低压侧要求得到的电压为 ，则,式中， 是变压器的变比，即高压绕组分接头电压 和低压绕组额定电压 之比。将 代人式(1211)，便得高压侧分接头电压:可见:当变压器通过不同的功率时，高压侧电压 、电压损耗 ，以及低压侧所要求的电压 都要发生变化,从而在保持低压侧电压不变下,高压侧分接头电压将取不同的值。通过计算可以求出在不同的负荷下为满足低压侧调压要求所应选择的高压侧分接头电压。,二、改变变压器变比调压,对于普通的双绕组变压器,其分接头只能在停电的情况下改变。在正常的运行中无论负荷怎样变化只能使用一个固定的分接头。这时可以分别算出最大负荷和最小负荷下所要求的分接头电压:然后取它们的算

40、术平均值，即普通的双绕组变压器调压方法(两个步骤): (1)根据 值可选择一个与它最接近的分接头。(2)根据所选取的分接头校验最大负荷和最小负荷时低压母线上的实际电压是否符合要求。,二、改变变压器变比调压,例12-3降压变压器及其等值电路不于图12- 20 (a)、(b)。归算至高压侧的阻抗(2.44+j40) 。已知在最大和最小负荷时通过变压器的功率分别为(28+j14)MVA和(10+j6)MVA，高压侧的电压分别为110kV和113kV。要求低压母线电压变化不超出(6.06.6) 的范围，试选择分接头。,例12-3,解：先计算最大负荷及最小负荷时变压器的电压损耗假定变压器在最大负荷和最小

41、负荷运行时低压侧的电压分别取为6kV和6.6kV，则由式（12-13）和（12-14）可得,例12-3,取算术平均值选最接近的分接头107.25kV.按所选分接头校验低压母线的实际电压。可见所选分接头是能满足要求的。,例12-3,（2）升压变压器分接头的选择 升压变压器分接头的选择:(1)选择升压变压器分接头的方法与选择降压变压器的基本相同(2)由于升压变压器中功率方向是从低压侧送往高压侧的，故公式中 前的符号应相反，即应将电压损耗和高压侧电压相加:,二、改变变压器变比调压,式中， V2为变压器低压侧的实际电压或给定电压； V1为高压侧所要求的电压。注意:升压变压器与降压变压器绕组的额定电压是

42、略有差别的(见表11)。升压变压器分接头的原则:(1)选择发电厂中升压变压器的分接头时，在最大和最小负荷情况下，要求发电机的端电压都不能超过规定的允许范围。(2)如果在发电机电压母线上有地方负荷，则应当满足地方负荷对发电机母线的调压要求，一般可采用逆调压方式调压。,二、改变变压器变比调压,三、利用无功功率补偿调压,三、利用无功功率补偿调压无功功率的产生基本上不消耗能源，但是无功功率沿电力网传送却要引起有功功率损耗和电压损耗。合理的配置无功功率补偿容量，可改变电力网的无功潮流分布,以减少网络中的有功功率损耗和电压损耗，从而改善用户处的电压质量。图1222所示为一简单电力网，供电点电压 ，和负荷功

43、率 已给定，线路电容和变压器的励磁功率略去不计。,在未加补偿装置前若不计电压降落的横分量，根据图12-22有: 式中 为归算到高压侧的变电所低压母线电压。在变电所低压侧设置无功补偿设备,容量为 ，网络传送到负荷点的无功功率将变为 ，变电所低压母线的归算电压变为 设置无功补偿设备后,母线1电压为:,三、利用无功功率补偿调压,如果补偿前后母线1电压 保持不变，则有:由式(12-17)知道,变电所低压母线归算电压从 改变到 时所需要的无功补偿容量为:式(12-18)方括号中第二项的数值一般很小，可以略去，则式(12-18)便简化为: (2-19),三、利用无功功率补偿调压,若变压器的变比选为 ，经过

44、补偿后变电所低压侧要求保持的实际电压为 ，则 高压侧电压为: 将其代入式(1219)，可得:由式(1220)看出，影响补偿容量的因素有4个:1)补偿前低压母线电压 2)补偿后所期望的低压母线电压 3)降压变压器的变比 .4)支路电抗 .,三、利用无功功率补偿调压,变比的选择原则是：在满足调压的要求下，使无功补偿容量为最小。下面,针对不同无功补偿设备的性能,说明如何选取变压器变比:（1）补偿设备为静电电容器通常在大负荷时降压变电所电压偏低，小负荷时电压偏高。电容器只能发出感性无功功率以提高电压，但电压过高时却不能吸收感性无功功率来使电压降低。静电电容器补偿原则:在最大负荷时电容器应全部投入，在最

45、小负荷时全部退出。,三、利用无功功率补偿调压,采用静电电容器时,计算步骤如下: 根据调压要求，按最小负荷时没有补偿情况来确定变压器分接头. 设 为最小负荷时低压母线归算到高压侧的电压, 为最小负荷时低压母线实际要求的电压, 为最小负荷时所要计算的高压母线的电压 为低压母线额定电压. 则有:,三、利用无功功率补偿调压,选取与 最接近的高压侧电压 ,并计算变压器变比: 按最大负荷时的调压要求选择补偿容量: 为最大负荷时低压母线归算到高压侧的电压, 为最大负荷时低压母线实际要求的电压, 校验实际电压是否满足要求.,三、利用无功功率补偿调压,（2）补偿设备为同步调相机调相机的特点是既能过励磁运行，又能

46、欠励磁运行。调相机无功功率补偿调压原则:在最大负荷时按额定容量过励磁运行，在最小负荷按0.50.65额定容量欠励磁运行。采用同步调相机调压时,计算步骤如下:(1)最大负荷时，同步调相机容量为:(2)最小负荷时，同步调相机容量为:,三、利用无功功率补偿调压,其中 为常数值,其范围:0.5O.65.式(12-22)和式(12-23)相除，得:由式(1224)可解出:按式(12-25)计算变压器变比 ,按式(12-22)计算同步调相机容量 。,三、利用无功功率补偿调压,例125简单输电系统的接线图和等值电路分别示于图12-23(a)和(b)。变压器励磁支路和线路电容被略去。节点1归算到高压侧的电压为

47、118kV，且维持不变。受端低压母线电压要求保持为105kV。试配合降压变压器T-2的分接头选择，确定受端应装设的如下无功补偿设备：(1)静电电容器；(2)同步调相机。,例125,例125,解 (一)计算补偿前受端低压母线归算到高压侧的电压 因为首端电压已知，宜用首端功率计算网络的电压损耗。为此，先按额定电压计算输电系统的功率损耗：,例125,于是利用首端功率可以推出：,例125,(二)选择静电电容器的容量 (1)按最小负荷时无补偿确定变压器的分接头电压,例125,最接近的抽头电压为110kV，由此可得降压变压器的变比为 。 (2)按公式(12-21)求补偿容量 (3)取补偿容量 =12Mva

48、r，验算最大负荷时受端低压侧的实际电压,例125,故,例125,(三)选择同步调相机的容量(1)按公式(12-25)确定降压变压器变比 当 分别取为0.5和0.65时，可相应算出变比 分别为9.54和9.45，选取最接近的标准分接头变比 =9.5。 (2)按公式(12-22)确定调相机容量,例125,选取最接近标准容量的同步调相机，其额定容量为7.5MVA。(3)验算受端低压侧电压。最大负荷时调相机按额定容量过励磁运行，因而有,例125,最小负荷时调相机按50额定容量欠励磁运行 =-3.75MV.A。,例125,例125,在最小负荷电压略高于10.5kV，如果调相机按60%额定容量欠励运行，便

49、得 =10.48kV。,例125,四、线路串联电容补偿调压,原理: 在线路上串联接入静电电容器，利用电容器的容抗补偿线路的感抗，使电压损耗中 分量减小，从而可提高线路末端电压.对图1224所示的架空输电线路，未加串联电容补偿前有:线路上串联了容抗 后就改 变为:,从而得到:进而,利用电压损耗之差、 线路无功功率、 线路首端电压,得到串联电容器容抗:,四、线路串联电容补偿调压,电压减少百分比 :,四、线路串联电容补偿调压,四、线路串联电容补偿调压,定义补偿度,欠补偿,过补偿,全补偿,12-4 调压措施的应用,本节主要内容:一、各种调压措施的合理应用 二、各种措施调压效果的综合分析,一、各种调压措

50、施的合理应用,一、各种调压措施的合理应用 电压质量问题，从全局来讲是电力系统的电压水平问题。为了确保运行中的系统具有正常电压水平，系统拥有的无功功率电源必须满足在正常电压水平下的无功需求。 调压的原则:（1） 利用发电机调压不需要增加费用，是发电机直接供电的小系统的主要调压手段。在多机系统中，调节发电机的励磁电流要引起发电机间无功功率的重新分配，应该根据发电机与系统的联接方式和承担有功负荷情况，合理地规定各发电机调压装置的整定值。利用发电机调压时，发电机的无功功率输出不应超过允许的限值。,（2）无功功率供应比较充裕时，各变电所的调压问题可以通过选择变压器的分接头来解决。当最大负荷和最小负荷两种