1、電力系統分析基礎Power System Analysis Basis（六） 栗然第六章第六章 電力系統的無功功率與電壓調整電力系統的無功功率與電壓調整本章主要內容：本章主要內容：1 1、無功負荷和無功電源及無功功率平衡無功負荷和無功電源及無功功率平衡 3、電壓的調整、電壓的調整2、無功功率的經濟分布、無功功率的經濟分布: :無功電源的最優分布；無功電源的最優分布；無功負荷的最優補償無功負荷的最優補償 頻率調整和電壓調整的相同和不同之處頻率調整和電壓調整的相同和不同之處調頻調頻頻率唯一頻率唯一集中調整集中調整只能調原動機功率只能調原動機功率調壓調壓電壓水平各點不同電壓水平各點不同調整分散調整分

2、散手段多樣（有多種無功電源）手段多樣（有多種無功電源）由上可以看出：維持電壓穩定，應該盡量減少無由上可以看出：維持電壓穩定，應該盡量減少無功的傳輸，采取就地平衡。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系分析無功功率和電壓分布之間的關系無功損耗無功損耗 有功損耗有功損耗; ;UQXPRU 電壓降受無功功率的影響較大電壓降受無功功率的影響較大; ;無功功率的流動從無功功率的流動從UhUL6.1 電力系統的無功功率平衡電力系統的無功功率平衡 電壓是衡量電壓是衡量電能質量電能質量的重要指標。的重要指標。 電力系統的電力系統的運行電壓水平運行電壓水平取決于取決于無功功率的平衡無功功率的

3、平衡。系統中各種無功電源的無功出力應能滿足系統負荷系統中各種無功電源的無功出力應能滿足系統負荷和網絡損耗和網絡損耗在額定電壓下在額定電壓下對無功功率的需求，否則對無功功率的需求，否則電壓就會偏離額定值。電壓就會偏離額定值。 1無功功率負荷無功功率負荷 22MmmUQQQI XX 一、無功功率負荷和無功功率損耗異步電動機異步電動機圖圖6-1 6-1 異步電動機的簡化等值電路異步電動機的簡化等值電路 jX電壓下降電壓下降, ,轉差轉差增大增大, ,定子電流定子電流增大增大. . 圖圖6-2 6-2 異步電動機的無功功率與端電壓的關系異步電動機的無功功率與端電壓的關系 受載系數受載系數: :實際負載

4、和額定負載之比實際負載和額定負載之比. .在額定電壓附近，電動在額定電壓附近，電動機的無功功率隨電壓的機的無功功率隨電壓的升降而增減升降而增減2變壓器的無功損耗變壓器的無功損耗220220%100100LTTTTkNNNSQQQU BXUIUSUSSU 假定一臺變壓器的空載電流假定一臺變壓器的空載電流I I0 0%=2.5%=2.5，短路電壓，短路電壓U Uk k%=10.5%=10.5，在額定滿載下運行時，無功功率的消耗將達在額定滿載下運行時，無功功率的消耗將達額定容量的額定容量的13%13%。如果從電源到用戶需要經過好幾級變壓，則變壓器中無功如果從電源到用戶需要經過好幾級變壓，則變壓器中無

5、功功率損耗的數值是相當可觀的。功率損耗的數值是相當可觀的。222211222212LPQPQQXXUU 2212()2BBQUU 線路的無功總損耗為線路的無功總損耗為22221112212LBPQUUQQXBU 一般情況下，一般情況下，35kV35kV及以下系統消耗無功功率；及以下系統消耗無功功率；110kV110kV及以上系統，輕載或空載時，成為無功電源，及以上系統，輕載或空載時，成為無功電源，傳輸功率較大時，消耗無功功率。傳輸功率較大時，消耗無功功率。3輸電線路的無功損輸電線路的無功損耗耗電力系統的無功功率電源有電力系統的無功功率電源有發電機發電機、同步調相機同步調相機、靜靜電電容器電電容

6、器及及靜止補償器靜止補償器，后三種裝置又稱為，后三種裝置又稱為無功補償無功補償裝置裝置。1. 發電機發電機發電機在發電機在額定狀態下額定狀態下運行時，可發出無功功率：運行時，可發出無功功率： NGNNGNGNtgPSQ sin二、無功功率電源二、無功功率電源發電機在發電機在非額定功率因數下非額定功率因數下運行時可能發出的無功運行時可能發出的無功功率。功率。圖圖6-4 6-4 發電機的發電機的P-QP-Q極限極限 （1 1）當發電機低于額定功率因數運行時當發電機低于額定功率因數運行時，能增加，能增加輸出的無功功率，但發電機的視在功率因取決于輸出的無功功率，但發電機的視在功率因取決于勵磁電流不超過

7、額定值的條件，將低于其額定值。勵磁電流不超過額定值的條件，將低于其額定值。（2 2）當發電機高于額定功率因數運行時當發電機高于額定功率因數運行時，勵磁電，勵磁電流不再是限制條件，原動機的機械功率又成了限流不再是限制條件，原動機的機械功率又成了限制條件。制條件。（3 3）發電機只有在額定電壓、額定電流和額定功）發電機只有在額定電壓、額定電流和額定功率因數（即運行點率因數（即運行點C C）下運行時視在功率才能達到）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。額定值，使其容量得到最充分的利用。2. 2. 同步調相機同步調相機同步調相機同步調相機相當于空載運行的同步電動機相當于空載運行的

8、同步電動機。在在過勵磁過勵磁運行時，它向系統供給感性無功功率而起運行時，它向系統供給感性無功功率而起無功電源的作用，能提高系統電壓；無功電源的作用，能提高系統電壓；在在欠勵磁欠勵磁運行時（欠勵磁最大容量只有過勵磁容量運行時（欠勵磁最大容量只有過勵磁容量的（的（50% 50% 65%65%）) )，它從系統吸取感性無功功率而起，它從系統吸取感性無功功率而起無功負荷作用，可降低系統電壓。無功負荷作用，可降低系統電壓。它能根據裝設地點電壓的數值平滑改變輸出（或吸它能根據裝設地點電壓的數值平滑改變輸出（或吸取）的無功功率，進行電壓調節。因而取）的無功功率，進行電壓調節。因而調節性能較好調節性能較好。

9、缺點：缺點：同步調相機是旋轉機械，運行維護比較復雜；同步調相機是旋轉機械，運行維護比較復雜；有功功率損耗有功功率損耗較大，在滿負荷時約為額定容量較大，在滿負荷時約為額定容量的的(1.5(1.5 5)%5)%，容量越小，百分值越大；，容量越小，百分值越大；小容量的調相機每小容量的調相機每kVAkVA容量的容量的投資費用投資費用也較大。也較大。故同步調相機宜大容量集中使用，容量小于故同步調相機宜大容量集中使用，容量小于5MVA5MVA的一般不裝設。的一般不裝設。同步調相機常安裝在樞紐變電所同步調相機常安裝在樞紐變電所 。 靜電電容器可按靜電電容器可按三角形三角形和和星形接法星形接法連接在變電所連接

10、在變電所母線上。它供給的無功功率母線上。它供給的無功功率Q QC C值與所在節點電壓的值與所在節點電壓的平方成正比，即平方成正比，即 優點：優點：靜電電容器的裝設容量可大可小，既可集靜電電容器的裝設容量可大可小，既可集中使用，又可分散安裝。且投資費用較小，運行時中使用，又可分散安裝。且投資費用較小，運行時功率損耗亦較小，維護也較方便。功率損耗亦較小，維護也較方便。 缺點：缺點：當節點電壓下降時，它供給系統的無功功當節點電壓下降時，它供給系統的無功功率也將減小，導致系統電壓水平進一步下降；電容率也將減小，導致系統電壓水平進一步下降；電容器分組投切，非連續可調。器分組投切，非連續可調。 QC=U

11、2/XC3. 靜電電容器靜電電容器靜止補償器由靜止補償器由靜電電容器靜電電容器與與電抗器電抗器并聯組成并聯組成電容器電容器可發出無功功率，可發出無功功率，電抗器電抗器可吸收無功功率，可吸收無功功率，兩者結合起來，再配以適當的兩者結合起來，再配以適當的調節裝置調節裝置，就能夠平，就能夠平滑地改變輸出（或吸收）的無功功率。滑地改變輸出（或吸收）的無功功率。優點：優點：快速平滑地調節無功功率，克服了電容器作快速平滑地調節無功功率，克服了電容器作為無功補償裝置只能作電源不能作負荷、調節不連為無功補償裝置只能作電源不能作負荷、調節不連續的缺點；與同步調相機相比較，靜止補償器運行續的缺點；與同步調相機相比

12、較，靜止補償器運行維護簡單、功率損耗小，能做到分相補償以適應不維護簡單、功率損耗小，能做到分相補償以適應不平衡的負荷變化，對于沖擊性負荷也有較強的適應平衡的負荷變化，對于沖擊性負荷也有較強的適應性，因此在電力系統中得到越來越廣泛的應用。性，因此在電力系統中得到越來越廣泛的應用。4. 靜止補償器靜止補償器圖圖6-5 靜止無功補償器的原理圖靜止無功補償器的原理圖 (a)可控飽和電抗器型；(b)自飽和電抗器型；(c)可控硅控制電抗器型；(d) 可控硅控制電抗器和可控硅投切電容器組合型5.5.并聯電抗器并聯電抗器 是感性無功負荷而不是電源，在高壓電網中是感性無功負荷而不是電源，在高壓電網中用以吸收輕載

13、和空載線路的過剩感性無功。用以吸收輕載和空載線路的過剩感性無功。對高壓遠距離輸電可以提高輸送能力，降低對高壓遠距離輸電可以提高輸送能力，降低過電壓等。過電壓等。三、無功功率平衡三、無功功率平衡電力系統無功功率平衡的基本要求電力系統無功功率平衡的基本要求：系統中的無：系統中的無功電源可以發出的無功功率應該大于或至少等于功電源可以發出的無功功率應該大于或至少等于負荷所需的無功功率和網絡中的無功損耗。負荷所需的無功功率和網絡中的無功損耗。 GCLDresLTLBQQQQQQQQ Q Qresres00表示系統中無功功率可以平衡且有適量的表示系統中無功功率可以平衡且有適量的備用；備用；Q Qresre

14、s00.95)(cos0.95)或導線截面小的線路，由于或導線截面小的線路，由于PR/UPR/U分量分量的比重大，串聯補償的調壓效果就很小。的比重大，串聯補償的調壓效果就很小。補償所需的容抗值補償所需的容抗值X XC C和被補償線路原來的感抗和被補償線路原來的感抗值值X XL L之比之比kc=XC/XL稱為稱為補償度補償度。在配電網絡中以調壓為目的的串聯。在配電網絡中以調壓為目的的串聯電容補償，其補償度常接近于電容補償，其補償度常接近于1 1或大于或大于1 1。問題：問題：（1 1）電力線路采用串聯電容補償，也帶來一些特殊問題，）電力線路采用串聯電容補償，也帶來一些特殊問題，因此作為改善電壓質

15、量的措施，串聯電容器只用于因此作為改善電壓質量的措施，串聯電容器只用于110kV110kV以以下電壓等級、長度特別大或有沖擊負荷的架空分支線路上下電壓等級、長度特別大或有沖擊負荷的架空分支線路上。 10kV10kV及以下電壓的架空線路，由于及以下電壓的架空線路，由于R RL L/ /X XL L很大，所以使用很大，所以使用串聯電容補償是不經濟和不合理的。串聯電容補償是不經濟和不合理的。（2 2）220kV220kV以上電壓等級的遠距離輸電線路中采用串聯電以上電壓等級的遠距離輸電線路中采用串聯電容補償，其作用在于提高運行穩定性和輸電能力。容補償，其作用在于提高運行穩定性和輸電能力。（3 3）串聯電容補償容易引起系統諧振。串聯電容補償容易引起系統諧振。（4）如果補償度不合適可能使繼電保護裝置誤動作。）如果補償度不合適可能使繼電保護裝置誤動作。幾種調壓措施的比較幾種調壓措施的比較:l首先考慮發電機調壓，因不需附加投資；首先考慮發電機調壓，因不需附加投資；l無功充足的系統可采用變壓器分接頭調壓；無功充足的系統可采用變壓器分接頭調壓；l無功不足的系統，首要問題是增加無功電源