1、第12章電力系統的無功功率平衡及電壓調整上一章我們學習了電力系統正常、穩態運行狀況的分析和計算。本章和下一章是上章的繼續和發展。因這兩章將闡述正常、穩態運行狀況的優化和調整，亦即保證正常、穩態運行時的電能質量和經濟性問題。衡量電能質量的指標是頻率和電壓的偏移。頻率偏移以Hz表示，例如±).2Hz。電壓偏移以百分數表示，例如±).5%°衡量運行經濟性的主要指標是比耗量和線損率。這些技術經濟指標的優劣與系統中有功、無功功率的分配以及頻率、電壓的調整有吳。而這兩方面正分別是接下來兩章中將討論的主要內容。本章主要闡述電力系統中無功功率平衡和電力系統的電壓調整兩個問題。包括

2、圖12-1所示內容。圖12-1第12章結構圖12-1電力系統的無功功率平衡電力系統的運行電壓水平取決于無功功率的平衡。系統中各種無功電源的無功功率輸出（簡稱無功出力）應能滿足系統負荷和網絡損耗在額定電壓下對無功功率的需求，否則電壓就會偏離額定值。為此，先對無功負荷、網絡損耗和各種無功電源的特點作一些說明，并得到系統無功和電壓特性圖。一無功負荷和無功損耗大多數用電設備都要消耗無功功率。白熾燈和一些電熱設備不消耗無功功率；同步電機可以消耗也可以發出無功功率；而用電設備中的異步電動機消耗的無功功率最大。未經補償的綜合負荷的自然功率因數一般為0.60.9，低值對應于異步電動機比例較高的負荷。這些在運行

3、中要消耗無功功率的負荷，即為無功負荷。無功損耗主要是指電力線路上的無功損耗和變壓器的無功損耗。1無功負荷異步電動機在電力系統負荷（特別是無功負荷）中占的比重很大。系統無功負荷的電壓特性主要由異步電動機決定，其等值電路如圖12-2所示。其中X。為定子和轉子漏抗，R為轉子電阻，Xm為勵磁電抗，S為轉差率。電動機從電網中吸收的無功功率為：5V2段(12-1)XmjX.T圖12-2第12章結構圖其中Qm為勵磁無功功率損耗，與電壓的平方成正比。Q°為漏抗Xb上的無功功率損耗，當負載功率不變時，隨電壓的降低Qb要增大。綜合這兩部分無功功率的變化特點，可得圖12-3所示曲線，其中B為電動機實際負荷

4、與額定負荷之比，稱為電動機的受載系數。圖12-3第12章結構圖由圖12-3可見，在額定電壓附近，電動機吸收的無功功率隨電壓的降低而明顯下降，隨電壓的升高而明顯升高；當電壓明顯低于額定值時，電動機吸收的無功功率隨電壓的下降反而具有上升的趨勢。另外，無功功率的電壓特性和電動機的受載系數B有很大關系，B高時，漏抗中的無功功率損耗Qb在電動機總的無功功率中占的比例要高一些。2變壓器的無功損耗變壓器中的無功功率損耗包括勵磁損耗抗AQ。與繞組漏損耗AQt,由等值電路圖12-4,可得O11_g-Or-LnRrjXTV Gt4-jBt圖12-4第12章結構圖Q。V2BtV2席垓沽si(12-2)Qti2Xts

5、iVs%VAMvar(12-3)V2100SN其中Sn為變壓器的額定容量；S為變壓器負載量；I。為變壓器的空載電流；Vs%為變壓器的短路電壓百分比。可見，勵磁功率大致與電壓平方成正比；當通過變壓器的視在功率不變時，漏抗中損耗的無功功率與電壓平方成反比。因此變壓器的無功損耗電壓特性也與異步電動機的相變壓器的無功功率損耗在系統的無功需求中占有相當的比重。對于單個變壓器，滿載時的無功功率損耗占無功負荷的11%12%。如果從電源到用戶需要經過好幾級變壓，則變壓器中無功功率損耗的數值相當可觀，總和占無功負荷的50%75%。以5級變壓網絡(10/220,220/110,110/35,35/10,10/0.

6、4kV）為例，統計結果如表12-1所示表12-15級變壓網絡的變壓器損耗所有變壓器滿載/%所有變壓器半載/%勵磁損耗77繞組漏抗損耗5012.5總損耗5719.5損耗/負荷5739.03輸電線路的無功損耗輸電線路用II形等值電路表示如圖12-5Pl+jQ1P2+jQ2RjX-TVI jB/2jB/2V2圖12-5第12章結構圖線路串聯電抗中的無功功率損耗 平方成正比，即Ml與所通過電流的p82Ql l2X V1P22 Q22V22(12-4)線路電容的充電功率Qb與電壓平方成正比，當作無功損耗時應取負號。0BV22)(12-5)線路的無功總損耗為22QLB2(12-6)35kV及以下的架空線路

7、的充電功率甚小，一般說，這種線路都是消耗無功功率的。110kV及以上的架空線路當傳輸功率較大時，電抗中消耗的無功功率將大于電納中產生的無功功率，線路成為無功負載。110kV及以上的架空線路當傳輸功率較小時，電納中產生的無功功率，除了抵償電抗中的損耗以外，還有多余，此時線路就為無功電源。此外，為吸收超高壓輸電線路充電功率而裝設的并聯電抗器也屬于系統的無功負荷。二無功功率電源電力系統中的無功電源向系統發出感性無功功率。無功電源主要有以下三類：a發電機；b無功補償電源，包括同步調相機、靜電電容器、靜止無功補償器和靜止無功發生器；c110kV及以上電壓線路的充電功率。1發電機發電機既是唯一的有功功率電

8、源，又是最基本的無功功率電源。通過調節發電機的勵磁電流，改變發電機發出的無功功率。增加勵磁電流（電壓），則可以增大無功輸出；減小勵磁電流（電壓），則可減小無功輸出。發電機在額定運行狀態下可發出最大的無功功率為：°GNSgNsinNPGNN7)(12-式,中，Sgn、Pgn、拆分別為發電機的額定視在功率、額定有功功率和額定功率因數角。發電機在非額定功率因數下運行時可能發出的有功、無功和視在功率需要運用發電機的運行極限圖進行分析。假定隱極發電機聯接在恒壓母線上，母線電壓為發電Vn。E-理In機的等值電路和相量圖示于圖12-6。圖12-6發電機的等值電路和相量圖圖12-6中C點為額定運行點

9、。電壓降相量AC的長度代表Xn，正比于定子額定全電流，也可以說，正比于發電機的額定視在功率Sgn，它在縱軸上的投影AD代表Pgn，在橫軸上的投影AB代表Qgn。相量0C的長度代表空載電勢E，它正比于發電機的額定勵磁電流。當改變功率因數時，發電機發出的有功功率P和無功功率Q要受定子電流額定值（額定視在功率）、轉子電流額定值（空載電勢）、原動機出力（額定有功功率）的限制。在圖12-6中，以A為圓心，以AC為半徑的圓弧表示額定視在功率的限制；以0為圓心，以OC為半徑的圓弧表示額定轉子電流的限制；而水平線DC表示原動機出力的限制。這些限制條件在圖中用粗線畫出，這就是發電機的運行極限圖。從圖12-6中可

10、以看到，發電機只有在額定電壓、電流和功率因數（即運行點C）下運行時視在功率才能達到額定值，使其容量得到最充分的利用。發電機降低功率因數運行時，其無功功率輸出將受轉子電流的限制。當系統無功電源不足，而有功備用容量較充裕時，可利用靠近負荷中心的發電機降低功率因數，使之在低功率因數下運行，從而多發出無功功率以提高電力網的電壓水平，但發電機的運行點不能躍出P-Q極限曲線的范圍。2無功補償裝置a同步調相機同步調相機實質上相當于專用的空載運行的大容量同步電動機。同步調相機有三種運行狀態如圖12-7所示，分別為：（1）正常：與系統間無無功功率的交換；（2）過勵磁：向系統供給感性無功功率，起無功電源的作用，提

11、高系統電壓，所能提供的最大無功功率取決于它的額定容量；（3）欠勵磁：從系統吸取感性無功功率，起無功負荷的作用，降低系統電壓，由于實際運行的需要和對穩定性的要求，欠勵磁最大容量只有過勵磁容量的50%65%。(=)(=)©圖12-7同步調相機的三種工作狀態裝有自動勵磁調節裝置的同步調相機，能根據裝設地點電壓的數值平滑地改變輸出（或吸收）的無功功率，進行電壓調節。特別是有強行勵磁裝置時，在系統故障情況下，還能調整系統的電壓，有利于提高系統的穩定性。但是同步調相機是旋轉機械，運行維護比較復雜。它的有功功率損耗較大，在滿負荷時約為其額定容量的L53%,容量越小，百分比越大。小容量的調相機每kV

12、A容量的投資費用也較大。故同步調相機宜于大容量集中使用。此外，同步調相機的響應速度較慢，難以適應動態無功控制的要求。20世紀70年代以來以逐漸被靜止無功補償裝置所取代。b靜電電容器靜電電容器是電力系統中的一種重要的無功功率電源，廣泛地應用于改善負荷的功率因數。額定電壓VN=3.1510.5kV的靜電電容器均為單相式的，單臺容量可達40kvar；額定電壓Vn小于525V的多為三相式，單臺容量可達25-30kvar。由于單臺容量有限制，靜電電容器一般按三角形和星形接法連接在變電所母線上。用于35kV電力網時，除了并聯以外還要多個串聯。大容量并聯電容裝置一般還分為數組，各設有開關，操作開關就可分級調

13、節輸出的無功功率。靜電電容器只能向系統供給感性的無功功率，所供給的無功功率Qc值與所在節點的電壓V的平方成正比，即Qc=V2/Xc（12-8）其中Xc為靜電電容器的容抗。在電力系統常用的無功補償設備中，靜電電容器的單位容量費用最低，有功功率損耗最小（約為額定容量的0.3%0.5%），運行維護最簡單。它可分散安裝在用戶處或靠近負荷中心的地點，實現無功功率的就地補償，獲得最好的技術經濟效果。此外，改變容量方便，還可根據需要分散拆遷到其它地點。但是，當節點電壓下降時，它所供給系統的無功功率將減小。因此，當系統發生故障或由于其他原因電壓下降時，電容器無功輸出的減小將導致電壓繼續下降，即電容器的無功功率

14、調節性能比較差。c靜止無功補償器靜止無功補償器（SVC,StaticVarCompensator屬于靈活交流輸電系統的一員，它由靜電電容器和電抗器并聯組成。電容器可發出無功功率，電抗器可吸收無功功率，兩者結合起來，再配以適當的調節裝置，就既可以發出無功功率，也可以吸收無功功率，從而能夠平滑地改變輸出或吸收的無功功率。各類靜止無功補償器在正常工作范圍內的無功功率電壓靜特性如下。1111Vov-圖12-8靜止無功補償器在正常工作范圍內的無功-電壓特性因此近似計算中可以把靜止補償器當作恒電壓的無功功率電源。電壓變化時，靜止補償器能夠快速、平滑地調節無功功率，以滿足動態無功補償的需要。與同步調相機相比

15、較，運行維護簡單，功率損耗較小，能作到分相補償以適應不平衡的負荷變化，對于沖擊負荷也有較強的適應性。d靜止無功發生器20世紀80年代以來出現了一種更為先進的靜止型無功補償裝置，這就是靜止無功發生器(StaticVarGenerator,SVG)，也被稱為靜止同步補償器(STATCOM)或靜止調相機(STATCON)0它的主體部分是一個電壓源型逆變器。與靜止補償器相比，靜止無功發生器的優點是，響應速度更快，運行范圍更寬，諧波電流含量更少，尤其重要的是，電壓較低時仍可向系統注入較大的無功電流，它的儲能元件(如電容器)的容量遠比它所提供的無功容量要小。3高壓輸電線路的充電功率實際上，超高壓輸電網的線

16、路分布電容產生大量的無功功率，從系統安全運行考慮，需要裝設并聯電抗器予以吸收。三無功功率平衡無功功率平衡，指電力系統內所有無功電源可能發出的無功功率應該大于或至少等于負荷無功功率與變壓器、電力線路消耗的無功功率之和。它是在一定節點電壓下的平衡。無功功率電源不足將導致節點電壓下降。因此，為了保證運行可靠性和適應無功負荷的增長，系統還必須配置一定的無功備用容量，一般取最大無功負荷的7%8%。令電源可供應的無功功率之和為Qgc,無功負荷之和為QLD,QL為網絡無功功率損耗之和，Qres為無功功率備用，我們得到系統中無功功率平衡方程式為：QGc-Ql_D-Ql_=Qres(12-9)Qres>0

17、表示系統中無功功率可以平衡且有適量的備用；如Qres<0表示系統中無功功率不足，應考慮加設無功補償裝置。系統無功電源的總出力QGc包括發電機的無功功率Qg工和各種無功補償設備的無功功率Qct.，即Qgc=Qge+Qce(12-10)一般要求發電機接近于額定功率因數運行，故可按額定功率因數計算它所發出的無功功率。此時如果系統的無功功率能夠平衡，則發電機就保持有一定的無功備用，這是因為發電機的有功功率是留有備用的。調相機和靜電電容器等無功補償裝置按額定容量來計算其無功功率。總無功負荷Qld按負荷的有功功率和功率因數計算。為了減少輸送無功功率引起的網損，我國有關技術導則規定，以35kV及以上電

18、壓等級直接供電的工業負荷，功率因數要達到0.90以上，對其它負荷，功率因數不低于0.85。網絡的總無功功率損耗Ql包括變壓器的無功損耗Ql“、線路電抗的無功損耗？Ql工和線路電納的無功功率?QB«-般只計算11OkV及以上電壓線路的充電功率)，即Ql=Qltx+?Qlx+?Qb2(12-11)在進行無功功率平衡計算和對無功功率的傳輸進行規劃時，從改善電壓質量和降低網絡功率損耗考慮，應該盡量避免通過電網元件大量地傳送無功功率。因此，僅從全系統的角度進行無功功率平衡是不夠的，更重要的是還應該分地區分電壓級地進行無功功率平衡，也就是要就地補償。四系統無功功率-電壓特性在電力系統運行中，電源

19、的無功出力在任何時刻都同負荷的無功功率和網絡的無功損耗之和相等。即Qgc=Qld+Ql(12-12)那么上述的無功功率平衡是在什么樣的電壓水平下實現的呢？下面以一簡單的網絡為例來說明。隱極發電機經過一段線路向負荷供電，略去各元件電阻，用X表示發電機電抗與線路電抗之和，等值電路如圖12-9所示。假定發電機和負荷的有功功率為定值。根據相量圖可以確定發電機送到負荷節點的功率為jxP+jQ圖12-9簡單電力系統及相量圖PjQ VIEVsinvi vE ( ) vjX/EV i ( cosXjXVE () V2jx (12-13)ViX(12-14)當P為一定值時，得:EV2。忖。當電勢E為一定值時，Q

20、和V的關系如圖12-10所示，為一條向下開口的拋物線，在額定值附近，隨著電壓的升高，把電源向系統提供的無功功率與電壓的關系和綜合負荷的無功功率與電壓的關系畫在同一個坐標中，得到系統的無功-電壓特性如圖12-11。對于負荷來說，由于主要成分是異步電動機，前面已經學習過，異步電劫機無功-電壓特性正是圖12-11中曲線2。其中曲線1表示電源的無功-電壓特性，曲線2表示綜合負荷的無功-電壓特性。兩條曲線的交點a確定了負荷節點的電壓值八或者說，系統在電壓Va下達到了無功功率的平衡。圖12-11系統無功功率-電壓特性當負荷增加時，其無功電壓特性如曲線2'所示。如果系統的無功電源沒有相應增加，電源的

21、無功特性仍然是曲線1。這時曲線1和曲線2'的交點a代表了新的無功平衡點，此時負荷點的電壓為Va'，可見，負荷增加后，系統的無功電源已不能滿足在電壓Va下的無功功率的需要，因此只有降低電壓運行，以取得在較低電壓下的無功功率平衡。如果發電機具有充足的無功備用，通過調節使發電機的無功特性曲線上移到曲線1'的位置，從而使曲線1和曲線2'的交點c所確定的負荷節點電壓達到或接近原來的數值Va。可見系統的無功電源比較充足，能滿足較高的電壓水平下的無功功率的需要，系統就有較高的運行電壓水平；反之無功不足就反映為運行電壓水平偏低。12-2電壓調整的基本概念各種用電設備都是按額定電

22、壓來設計制造的。這些設備在額定電壓下運行將能取得最佳效果。但是要嚴格保證所有用戶在任何時刻都有額定電壓是不可能的，考慮到大多數用電設備在稍許偏離額定值的電壓下運行仍有良好的技術性能，合理地規定供電電壓的允許偏移是完全必要的，要使網絡各處的電壓都達到規定的標準，必須采取各種調壓措施。一允許電壓偏移1電壓偏移的影響各種用電設備都是按照額定電壓設計的，當它們在額定電壓下運行時，處于最佳運行狀態，即具有最佳的技術經濟指標。當運行電壓偏離額定值較大時，技術經濟指標就會惡化。具體表現在：照明負荷中的白熾燈，對電壓反應靈敏。當運行電壓低于額定值的5%，光通量減少至82%；當運行電壓低于額定值的10%，光通量

23、減少至70%，發光效率減少至80%；當運行電壓高于額定值的5%，使用壽命減少一半；當運行電壓高于額定值的10%，使用壽命減少2/3。日光燈對電壓變動的反應較不靈敏，但運行電壓低于額定值時光通量也將減少，運行電壓高于或低于額定值時壽命將縮短。負荷中占有很大比重的異步電動機的電磁轉矩與端電壓的平方成正比。當運行電壓降低10%，轉矩下降至81%。若負荷阻力矩不變，電壓降低將使電動機的轉差增大，定子電流也隨之增大，發熱增加，效率下降，繞組溫度增高，加速絕緣老化，影響電動機的使用壽命，且起動過程加長，由于溫度過高，易于燒毀。當端電壓太低時，電動機可能由于轉矩太小而失速甚至停轉。發電廠廠用電中由電動機驅動

24、的輔機，其機械轉矩與轉速的高次方成正比，電壓降低滑差增大，轉速降低，輸出功率迅速減少，將影響汽輪、鍋爐的工作，嚴重情況下將造成安全問題。變壓器的運行電壓偏低，若負載功率不變，會導致輸出電流增加，使繞組過熱。電壓偏高，勵磁電流增大，鐵芯損失增加，溫升增高，嚴重情況下引起高次諧波共振。電壓偏移過大，除了影響用戶的正常工作以外，對電力系統本身也有不利影響。電壓降低，會使網絡中的功率損耗和能量損耗加大，由于局部地區無功不足，運行電壓嚴重低下，一些變電所在負荷的微小擾動下會出現電壓大幅度下滑，以至失壓，即所謂電壓崩潰。而電壓過高時，各種電氣設備的絕緣可能受到損害，在超高網絡中還將增加電暈損耗等。因此，供

25、電管理部門需規定變電所母線的允許電壓偏移范圍。2允許電壓偏移在電力系統的正常運行中，隨著用電負荷的變化和系統運行方式的改變，網絡中的電壓損耗也將發生變化。要嚴格保證所有用戶在任何時刻都有額定電壓是不可能的，因此，系統運行中各節點出現電壓偏移是不可避免的。實際上，大多數用電設備在稍許偏離額定值的電壓下運行，仍有良好的技術性能。從技術上和經濟上綜合考慮，合理地規定供電電壓的允許偏移是完全必要的。目前，我國規定的在正常運行情況下供電電壓的允許偏移如下：35kV及以上供電電壓正、負偏移的絕對值之和不超過額定電壓的10%，如供電電壓上下偏移同號時，按較大的偏移絕對值作為衡量依據；10kV及以下三相供電電

26、壓允許偏移為額定電壓的±7%；220V單相供電電壓允許偏移為額定電壓的+7%和-10%。要使網絡各處的電壓都達到規定的標準，必須采取各種管理方法，以保證系統中各負荷點的電壓在允許的偏移范圍內。二中樞點電壓管理1概念中樞點：電力系統中許多發電廠、變電所和大型用戶節點，要全部監視、控制這些節點的電壓是不可能的，也是不必要的。通常在電力系統的大量節點中選擇一些具有代表性的節點加以監視、控制，如果這些節點的電壓滿足要求，則該節點鄰近的其他節點的電壓基本上也滿足要求，這些節點稱為電壓監視中樞點。電壓中樞點一般選擇在（1）區域性發電廠的高壓母線；（2）有大量地方性負荷的發電廠母線；（3）區域變電

27、所的二次母線。那么中樞點母線電壓和負荷點母線電壓具有什么關系呢？我們通過計算說明。2計算方法各個負荷點都允許電壓有一定的偏移，計及由中樞點到負荷點的線路上的電壓損耗，便可確定每個負荷點對中樞點電壓的要求。舉例說明。A/ik假定由中樞點i向負荷點j和k供電，兩負荷點電壓Vj和Vk的允許變化范圍相同，都是0.951.05Vn。當線路參數一定時，線路上電壓損耗AVj和AZk分別與j和k點的負荷有關，假定如圖12-12。AVijt/ht/h 0 8 16 24圖12-12中樞點系統及線路電壓損耗為了滿足負荷節點j的調壓要求，中樞點電壓應該控制的變化范圍為：在08時內，Vi（j）=M+AVij=（0.9

28、5-1.05）+0.04=0.99-1.09在824時內，Vi（j尸jAVij=O951.05）+0.1=1.051.15為了滿足負荷節點k的調壓要求，中樞點電壓應該控制的變化范圍為：在016時內，Vi(k)=Vk+AVik=(0.951.05)+0.0仁0.961.06在16-24時內，Vi(k)=Vk+AVik=(0.95-1.05)+0.03=0.98-1.08要求在同一張圖中表示如圖12-13。圖中的陰影部分就是同時滿足j和k兩負荷點調壓要求的中樞點電壓的允許變化范圍。由圖12-13可見，盡管j和k兩負荷點的電壓有10%的變化范圍，但是由于兩處負荷大小和變化規律不同，兩段線路的電壓損耗

29、數值及變化規律亦不相同，為了1.091.061.151.081.050.98同時滿足兩負荷點的電壓質量要求，中樞點電壓的允許變化范圍就大大縮小了，最大時為7%，最小時僅有1%。1.00.990.96081624 t/h圖12-13中樞點電壓管理實際的電力系統中，由同一中樞點母線供電的負荷很多，若中樞點到各負荷點線路上的電壓損耗的數值和變化規律差別很大，完全可能出現在某些時間段內，中樞點的電壓允許變動范圍沒有公共部分。此時僅借控制中樞點電壓已不足以控制所有負荷處電壓，必須考慮在某些負荷點采取其它調壓措施。3調壓方式在進行電力系統規劃設計時，由于各負荷對電壓質量的要求不明確，所以難于具體確定各中樞

30、點電壓控制的范圍。為此規定了中樞點電壓的三種調節方式如表12-2。表12-2三種調壓方式方式標幺值（Vn）解釋適用場所高峰低谷逆調壓1.051周峰負何時提圖中樞點母線電壓，低谷負荷時降低中樞點母線電壓適用于由該中樞點供電的線路較長，負荷變化范圍較大等場合順調壓>1.025<1.075高峰負荷時允許中樞點母線電壓略低，低谷時允許中樞點母線電壓略高適用于用戶對電壓要求不圖或線路較短、負何變動不大的場合恒調壓不變且略1要求在任何負荷時中樞點電壓基本保持不變且略大于Vn適用于線路長度、負荷變動情況介于上述兩者間的情況三電壓調整的基本原理以圖1214所示的簡單電力系統為例，說明常用的各種調壓

31、措施所依據的基本原理。發電機通過升壓變壓器、線路和降壓變壓器向用戶供電。要求調整負荷節點b的電壓。為了簡單起見，略去線路的電容功率、變壓器的勵磁功率和網絡的功率損耗。變壓器的參數已歸算到高壓側。b點的電壓為：Vg1：kik2：1Vb'-I-：-P+jQxyzR+jX圖12.14簡單電力系統PRQXVb(VGkiV)/k2(Vgki)/k2(12-15)vb式中，ki和電分別為升壓和降壓變壓器的變比；R和X分別為變壓器和線路的總電阻和總電抗。可見，為了調整用戶端電壓Vb,可以采取以下措施：(1)調節勵磁電流以改變發電機端電壓Vg；(2)適當選擇變壓器的變比；(3)改變線路的參數；(4)改

32、變無功功率的分布。12-3電壓調整的措施一發電機調壓發電機不僅是有功電源，也是無功電源，所以可用調整發電機端電壓的方式進行調壓。這是一種充分利用發電機設備，不需額外投資的調壓手段。現在同步發電機都裝有自動勵磁調節設備，可以自動調整發電機的機端電壓、分配無功功率并提高電機同步運行的穩定性。按規定，發電機運行在端電壓偏離額定值不超過±5%的范圍內，能夠以額定功率運行。對于供電線路不長、線路上電壓損耗不大的系統，通過改變發電機端電壓就可以滿足負荷點的電壓質量要求，不必另外增加調壓設備，是最經濟合理的調壓方式。但是對于線路較長、供電范圍較大、由多級變壓的供電系統，從發電廠到最遠處的負荷點之間

33、，電壓損耗的數值和變化幅度都比較大，因而單靠發電機調壓是不能解決問題的。因此發電機調壓主要是為了滿足近處地方負荷電壓質量的要求。對于有若干發電廠并列運行的電力系統，利用發電機調壓會出現新的問題。前面提到過，節點的無功功率與節點的電壓有密切的關系。要求進行電壓調整的電廠需要有相當充裕的無功容量儲備，一般這是不易滿足的。此外，在系統內并列運行的發電廠中，調整個別發電廠的母線電壓，會引起系統中無功功率的重新分配，這還可能同無功功率的經濟分配發生矛盾。所以在大型電力系統中發電機調壓一般只作為一種輔助性的調壓措施。二改變變壓器變比調壓改變變壓器的變比可以升高或降低次級繞組的電壓。為了實現調壓，在雙繞組變

34、壓器的高壓繞組上設有若干個分接頭以供選擇，其中對應額定電壓Vn的稱為主接頭。變壓器的低壓繞組不設分接頭，對于三繞組變壓器，一般是在高壓繞組和中壓繞組設置分接頭。改變變壓器的變比調壓實際上就是根據調壓要求適當選擇分接頭，選擇變壓器抽頭，即選擇合適的高壓繞組分接頭電壓Vit以滿足低壓的希望值V2。變壓器一般分為兩種：一種是普通變壓器，這種變壓器的分接頭開關無消弧能力，只能在停電時切換，所以必須事先選擇一個合適的分接頭。另一種是有載調壓變壓器，能夠帶負載調節分接頭，可以隨時根據需要調節變壓器分接頭以滿足調壓要求。我們重點討論普通變壓器如何根據系統運行狀態和調壓要求選擇分接頭。1降壓變壓器分接頭的選擇

35、如圖所示降壓變壓器，若通過的功率為P+jQ，高壓側實際電壓為心歸算到高壓側的變壓器阻抗為Rt+jXt，低壓側要求得到的電壓為V2，k=Vlt/V2N是變壓器的變比，即高壓繞組分接頭電壓Vit和低壓繞組額定電壓V2N之比，則有Vt(PRtQXt)/ViV2 (Vl把 k=Vlt/V2N 代入 V2(Vl 頭電壓VT)/k(12-16)VT)/k,便可求得高壓側分接V2(12-17)注意，普通的雙繞組變壓器的分接頭只能在停電的情況下改變。在正常的運行中無論負荷怎樣變化都只能使用一個固定的分接頭。而當變壓器通過不同的功率時，高壓側電壓V1、電壓損耗AVt以及低壓側所要求的電壓V2都要發生變化，使得滿

36、足要求的高壓側分接頭電壓也在發生變化。這時的分接頭可以這樣求得。分別算出最大負荷和最小負荷下所要求的分接頭電壓：V1maxVTmaxV11 maxtmax2N max(12-18)inininV1min叮minV.V2Nv2min然后取它們的算術平均值，即v1tmax v1tmin(12-19)根據此wt選擇一個與它最接近的分接頭，然后根據所選取的分接頭校驗最大負荷和最小負荷時低壓母線上的實際電壓是否符合要求。2升壓變壓器分接頭的選擇與降壓變壓器分接頭的選擇方法相同。注意，如圖12-15所示，由于此時電流從低壓側流向高壓側，而且只有高壓側才能調節分接頭，故V21：kRT+jXTV1P+jQ圖1

37、2-15含升壓變壓器的系統V2MVT)/k(12-20)對應的有(12-21)注意：升壓變壓器與降壓變壓器繞組的額定電壓是略有差別的。此外，選擇發電廠升壓變壓器的分接頭時，在最大和最小負荷情況下，要求發電機的端電壓都不能超過規定的允許范圍。如果在發電機電壓母線上有地方負荷，則應當滿足地方負荷對發電機母線的調壓要求，一般可采用逆調壓方式調壓。有載調壓變壓器能夠在電力網電壓變化和負荷變化時，不停電地改變分接頭位置滿足調壓要求，調節速度也較快，改變一檔分接頭約需25s,而且便于實現自動化，是一種有效的調壓措施。但它的價格較高，運行維護較復雜，所以應首先用在確有必要的地方。例如兩個電力網間的聯絡變壓器

38、，如果負荷方向是變化的或負荷變動范圍很大，就需要采用有載調壓變壓器。同時，還可利用有載調壓變壓器改變電網間無功功率的分布。對于樞紐變電所，一般需要使用有載調壓變壓器，作為控制中樞點電壓的手段。此外，負荷變化大或調壓要求高的變電所，用普通變壓器不能滿足調壓要求時，也可應用有載調壓變壓器。選擇有載調壓變壓器時，要根據調壓要求和負荷變化情況，確定所需的分接頭調節范圍和每檔分接頭的調節量。改變變壓器變比調壓雖然是一種尋常的調壓方法，但其先決條件是電網的無功電源容量充裕。如果電網的無功電源容量不足，采用變壓器調壓，相當于改變電網無功功率的分配，雖然可能提高局部電網的電壓水平，但有可能降低主網的電壓水平，

39、不利于全網的電壓穩定。三利用無功功率補償調壓無功功率的產生基本上不消耗能源，但是無功功率沿電力網傳送卻要引起有功功率損耗和電壓損耗。在電力網絡適當的地點接入并聯無功功率補償裝置，能夠減小線路和變壓器輸送的無功功率，因而可減小線路和變壓器的電壓損耗和提高電力網的電壓水平。當系統負荷變化時，通過調節無功功率補償裝置輸出的無功功率，就能控制電力網的電壓。常用的無功功率補償設備有靜電電容器、同步調相機和靜止補償器。1原理圖圖12-16中，R+jX為電源、線路和變壓器歸算到高壓側的阻抗之和，k為變壓器T的變比，V2為變壓器低壓母線電壓，V2'=kV2為V2歸算到高壓側的值V2P+jQIjQc無功

40、補償 ®-ViIVk:1'<JQDYTR+jX圖12-16無功補償原理圖2補償功率Qc的確定補償前，有(12-22)PRQXV2'加上并聯補償后，如變壓器低壓母線電壓的期望值為V2R，則有PR (Q QJXVi kV2R kV2RkV2RVc(12-23)式(12-23)中，Vi不變，可以用改變M，即改變Qc的方法使變壓器低壓母線電壓V2等于要求的值V2R。利用V1不變繼續求解，有PR (Q QJX% *(12-24)(12-25)kV2RPRQXkV2RQc二(kV2RV21)(1-X式(12-25)等號右邊第二項比較小，略去后式(12-25)可簡化為:Qc2

41、R(kV2RV2')(12-26)X可見，補償容量Qc不僅與調壓要求V2R而且和變壓器變比k的選擇均有關。變比k的選擇原則是：在滿足調壓的要求下，使無功補償容量Qc為最小。由于補償設備的性能不同，選擇變比的條件也不相同，分別闡述如下。3靜電電容器通常在大負荷時降壓變電所電壓偏低，小負荷時電壓偏高。電容器只能發出感性無功功率以提高電壓，但電壓過高時卻不能吸收感性無功功率來使電壓降低。為了充分利用補償容量，在最大負荷時電容器應全部投入，在最小負荷時全部退出。計算步驟如下。首先，根據調壓要求，按最小負荷時沒有補償的情況確定變壓器的分接頭。令V2min為最小負荷時低壓母線歸算到高壓側的電壓，此時低壓側的實際電壓為V2min，則V2min7V2min=Vt/V2N，由此可算出變壓器的分接頭電壓為Vt=V2NV2min7V2min(12-27)選定與Vt最接近的分接頭Vif并由此確定變比kk=Vit/V2N(12-28)其次，按最大負荷時的調壓要求計算補償容量，即kv2RmaxX(kV2Rmaxv2max)(12-29)式中，V2max'為補償前變電所低壓母線歸算到高壓側的電壓，V2Rmax為補償后要求保持的實際電壓。按上式算出補償容量后，就可以從產品目錄中選擇合適的設備了。最后，根據確定的變比和選定的靜電電容器容量，校驗實際的電壓變化。4同步調相機調相