1、第四章 電力系統無功和電壓控制2功率源：有功和無功運行的不同有功功率電源是集中在各類發電廠中的發電機；有功功率電源需要消耗能源;無功功率電源工作時不消耗能源；運行：由于電網中的線路以及變壓器等設備均以感性元件為主，因此系統中無功功率損耗遠遠大于有功功率損耗。無功功率電源除發電機外，還有調相機、電容器和靜止補償器等，它們分散安裝在各個變電所。3電力系統正常穩定運行時，全系統頻率相同。頻率調整集中在發電廠，調頻控制手段只有調整原動機功率一種。調整：電壓水平在全系統各點不同，并且電壓控制可分散進行，調節控制電壓手段也多種多樣。4電力系統電壓控制的意義 電力系統的電壓和頻率一樣，都是電能質量的重要指標

2、。用電設備只有在額定電壓下運行才能取得最佳的工作效率。當電壓偏離額定值較大時，會對負荷的運行帶來不良影響。影響產品的質量和產量，損壞設備，甚至引起電力系統電壓崩潰，造成大面積停電。5 電力系統電壓降低時，發電機的定子電流增大。如果發電機定子電流原已達到額定值，則因系統電壓降低，使發電機輸出電流超過其額定值。A、對發電機和變壓器的影響為了使發電機定子繞組不致過熱過熱，不得不減少發電機所發有功功率。類似的，電力系統電壓降低后，也不得不減少變壓器所帶的有功負荷。 6電壓降低，異步電動機的轉差率將增大。因而，電動機各繞組中的電流也將增大，溫升溫升將增加，效率將降低，壽命會縮短。 某些電動機驅動的生產機

3、械的機械轉矩與轉速的高次方成正比，所以當轉差增大、轉速下降時，其輸出功率將迅速減少。B、對電動機的影響而電廠廠用電動機輸出功率的減少又將反過來影響鍋爐、汽輪機的工作，最終影響發電廠所發出的功率。7更為嚴重的是，電力系統電壓降低后，電動機的啟動過程將大為增加，電動機可能在啟動過程中因溫度過高而燒毀。而當電壓偏高運行時將加速電器設備的絕緣老化，影響電動機的使用壽命。8電爐等電熱設備的發熱量與電壓平方成正比，電壓降低將大大降低發熱量，使效率降低使效率降低。電壓降低時，會使電網中的有功功率損耗和無功損耗增加，過低還會危及電力系統運行的穩定性；C、對電熱設備的影響照明負荷，尤其是白熾燈，對電壓變化的反應

4、最靈敏。電壓過高，白熾燈的壽命將大為縮短，電壓過低，亮度和發光效率要大幅度下降。而電壓過高，各種電氣設備的絕緣會受到損壞，在超高壓輸電線路中還將增加電暈損耗。 9在事故后運行狀態下，由于電力系統部分設備退出運行，電壓損耗比正常時大。考慮故障時間較短，電壓偏移允許比正常值再多5，但電壓的正偏移不應超過10。 我國規定在正常運行情況下各類用戶允許電壓偏移為： %710kV及以下電壓供電的負荷%535kV及以上電壓供電的負荷%5%10低壓照明負荷%10%5 . 7農村電網（正常）%10%15（事故）1011無功的產生同步發電機目前是電力系統中惟一的有功功率電源，它又是基本的無功功率電源。（1）同步發

5、電機它所提供給電力系統的無功功率與同時輸出的有功功率有一定的關系，由同步發電機的P-Q曲線決定。12QP 圖4-4 同步發電機的P=Q 曲線SN)(MWP)(MVARQPNQN80404085. 0cos8 . 05 . 04 . 013同步發電機以超前功率因數運行時，定子電流和勵磁電流大小都不再是限制條件，而此時并聯運行的穩定性或定子端部鐵芯發熱成了限制條件。當電力系統中有一定備用有功電源時，可以將離負荷中心近的發電機低于額定功率因數運行，適當降低有功功率輸出而多發一些無功功率，這樣有利于提高電力系統電壓水平。 14（2）并聯電容器 提供無功功率和電壓支持最廉價的方法 設在負荷區附近，通過提

6、高受端負荷功率因數可以有效地擴大其電壓穩定極限CUXUQCC22（4-6） 式中 電容器地電抗； 交流電的角頻率; C 電容器的電容量。XC基本工作原理優點： 人工投入，自動切除15 容量可大可小，既可集中使用，又可分散使用，并且可以分相補償，隨時投入、切除部分或全部電容器組，運行靈活。 電容器的有功損耗小（約占額定容量的0.3一0.5），投資也節省。 允許附近的發電機在功率因數為1.0附近運行，增加了系統快速相應的無功儲備，對電壓穩定有利。16 其產生的無功功率正比于電壓的平方，在系統低電壓期間無功輸出反而下降，這是一個惡性循環問題。 缺點： 一個大量應用并聯電容器補償無功的系統，電壓調節能

7、力反而變差； 當電容器安裝節點電壓下降時，其所提供給電力系統的無功功率也將減少，而此時正是電力系統需要無功功率電源的時候，這是其不足之處。 17 靜止無功功率補償器（Static VAR Compensator，簡稱SVC）是一種發展很快的無功功率補償裝置，其工作原理下圖所示。 （3）靜止無功功率補償器（SVC）QiUQLCQDQCLQLC)(aICILUUNI容性感性o12)(bUI容性感性oLCI)(c圖4-5 靜止無功補償器工作原理18靜止無功補償器不僅用于傳輸網絡，而且廣泛用于配電系統中。如在大型電動機的啟動中應用SVC可以降低電壓跌落值；SVC亦可應用于單相負荷入電焊機和電氣化鐵路供

8、電系統中。19SVC能快速、平滑的調節無功功率的大小和方向，以滿足動態無功功率補償要求，尤其是對沖擊性負荷適應性較好。與同步調相機比較，運行維護簡單，功率損耗較小，能夠作到分相補償以適應不平衡的負荷變化。其缺點是最大無功補償量正比于端電壓的平方，在電壓很低時，無功補償量將大大降低。 20同步調相機是特殊運行狀態下的同步電動機，可視為不帶有功負荷的同步發電機或是不帶機械負荷的同步電動機。（4）同步調相機及同步電動機當過激運行時，它向電力系統提供感性無功功率；欠激運行時，從電力系統中吸收感性無功功率。因此，改變同步調相機的勵磁，可以平滑地改變它的無功功率的大小及方向，從而平滑地調節所在地區的電壓。

9、21同步調相機在運行時要產生有功損耗，一般在滿負荷運行時，有功功率損耗為額定容量的1.55，容量越小，有功損耗所占的比重越大。但在欠激狀態下運行時，其輸出功率為過激運行時輸出功率的5060。 22高壓輸電線路，特別是分裂導線，其充電功率相當可觀，是電力系統所固有的無功功率電源。 （5）高壓輸電線路高壓輸電線即產生無功，又消耗無功2CQU B產生無功：2LQI X消耗無功：變化不大隨潮流而變傳輸線無功發出量等于消耗量時所傳輸的負荷叫波阻抗負荷。 22U BI X0 xZb各點電壓電流都一樣，同相位。 23無功的消耗（1）異步電動機 負荷中大部分是電動機；象居民區中的空調、冰箱；工業中的各種泵、鼓

10、風機、風扇等。 電動機選擇通常是容量過大，約有一半的大馬力電動機運行在額定功率的60%以下。 電動機吸收的穩態有功值基本上與電壓無關；但無功值對電壓水平較靈敏。 當電壓開始降低時，無功會瞬時減少；但電壓進一步降低時，無功反而增加。24（2）空調和熱泵 空調屬于電動機一類，但很多空調器不用接觸器，所以發生故障和電壓下降時不會從系統斷開； 電壓不穩現象極易發生在氣溫較高或較低及負荷較重的情況下； 測試表明，當故障清除時間在5周波及以上時，空調在電壓降至60%時減速直至失速； 當故障清除更為緩慢時，空調在較高電壓便可失速；25（3）放電照明設備 照明可能占到商用負荷的20%； 照明基本上是靜態的，但

11、在低電壓期間會熄滅；直至電壓恢復，在一個短時延遲后重新點燃； 當電壓在放電照明設備停止工作點以上時，一般有功部分為恒流，無功部分為電壓四次方；無功特性有助于電壓穩定性 新的電子鎮流器、高效率燈和光控設備接近于恒定視在功率負荷； 白熾燈通常被看作具有恒定阻抗特性；26無功功率的傳輸0rU sUXsSrSsinsrrU UPXsinsrsU UPX(cos)rsrrU UUQX(cos )ssrsU UUQX無功功率傳輸主要取決于電壓幅值，總是從高電壓節點流向低電壓節點()ssrsU UUQX()rsrrU UUQX27例：當Us=1.05p.u.，Ur=0.95p.u.，X=0.5p.u.，兩端

12、角度差為45度，求兩側無功功率。cos450.7601.05(1.050.95 0.760)0.6890.5sQ0.95(1.05 0.7600.95)0.2890.5rQ 如果受端不吸收也不反送無功功率，則有cos0srUUcosrsUU25.21不能在大的角度差下傳輸無功28無功功率傳輸困難在于：（1）無功功率不能在傳輸線兩端間有大的角度下傳輸；（2）大量傳輸無功會導致大的功率損耗和電壓損耗；（3）防范“甩負荷”引起的瞬時過電壓不能大幅度傳輸無功29無功的平衡電源所發出的無功功率必須滿足負荷與損耗的需要電源供應的無功功率，包括發電機供應的無功功率和無功補償設備供應的無功功率，而無功補償設備又可分為調相機、并聯電容器和靜止補償器。QQQLDG（4-1）無功損耗包括三部分：變壓器中的無功損耗、線路電抗中的無功損耗。30電力系統無功平衡與電壓水平的關系GUUQPDDjGUXdYDQPDDjXjUEq圖4-1 電力系統接線圖DNQ XUU31無功功率總是要保持平衡狀態，當電力系統無功功率電源充足，可調節容量大時，電力系統可在較高電