§2電力系統的無功功率平衡和電壓調整一、電壓調整的必要性和目標①△U偏移過大，引起效率下降，會影響產品的質量和產量；縮短電氣設備壽命，甚至造成損壞損壞設備；影響生活質量（照明）。②對電力系統，過低：使網絡功率損耗加大，危及穩定運行，過高：絕緣，增加電暈損耗。電壓允許偏移：UN≧35kV，±5%；UN≤10kV，±7%UN=220V,+7%，-10%1二、無功負荷及其靜態電壓特性R/sjXaioijXmu異步電動機是電力系統主要的無功負荷系統無功負荷的電壓特性主要由異步電動機決定

?=0.8?=0.6?=0.3QU無功功率負荷2二、無功負荷及其靜態電壓特性RT

jXTGT-jBT

UNjB/2jB/2(b)△Q感性、容性?無功功率損耗3大致估計：當通過線路輸送的有功功率大于自然功率（所謂自然功率是指負荷阻抗為波阻抗時該負荷所消耗的功率。）時，線路將消耗感性無功功率；當通過線路輸送的有功功率小于自然功率時，線路將消耗容性無功功率。4二、無功負荷及其靜態電壓特性負荷類型：恒阻抗、恒電流、恒功率綜合無功負荷具有正的調節效應，dQ/dU>0。綜合負荷靜態電壓特性QP0.40.71U*P*,Q*1.110.60.45二、無功功率電源的功率特性無功功率電源

同步發電機

同步調相機

靜電電容器

靜止無功補償器

靜止無功發生器

6二、無功功率電源的功率特性1.同步發電機和同步調相機(a)

隱機發電機等值電路jxdEIjIXU7FPO’CQBSAO圖運行極限圖轉子電流I2N定子電流IN源動機出力靜態穩定UEINXd8同步調相機（空載同步電機）EqjIxdU(a)

等值電路EqjIxdUI（b)過勵磁IUEqjIxd（c)欠勵磁9同步調相機的特點投資大；運行維護復雜；有功損耗為SN的1.5%-5%；平滑改變無功調壓；安裝在樞紐變電所。102、并聯電容器（又稱靜電電容器）特點：補償方式靈活、投資少、功率損耗少（0.3-0.5%)、但電壓調節效應差,實現無功有級調節。113、靜止無功補償器(SVC)組成：靜電電容器、電抗器、調節裝置特點運行維護簡單；快速平滑地調節無功，功率損耗??；動態補償，對沖擊負荷有較強的適應性；存在諧波問題。12圖5-6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13電壓升高U>=UN自飽和型電抗器電抗器自飽和電抗減少超前滯后UIICILI014可控硅控制電抗器TCR原理分析：用可控硅的導通角控制、調節電抗器上通過的電流。ThyristorControlledReactor15控硅控制電抗器和可控硅投切電容器TSC-TCR全導通或截止導通角控制IL16靜止無功發生器SVG

（staticvargenerator）它是一種更為先進的靜止型無功補償裝置,它的主體是電壓源型逆變器。k:117靜止無功發生器SVG通過逆變器可以將電容C上的直流電壓轉換成與系統同步(同相位）的三相交流電壓，逆變器的交流側通過電抗器或變壓器并聯接入系統。適當控制逆變器的輸出電壓，就可以靈活地改變SVG的運行工況，使其處于容性負荷、零負荷狀態或感性負荷狀態。jx18與SVC比較，SVG具有相應快、運行范圍寬、諧波電流含量少等優點。尤其是電壓較低時仍可向系統注入較大的無功電流.19三、無功平衡和電壓水平的關系EIjIXU

jXEP+jQU20三、無功平衡和電壓水平的關系IjIXU21三、無功平衡和電壓水平的關系要維持正常電壓水平，發電機須有足夠的無功容量。

jXEP+jQ負荷特性發電機特性EE’22三、無功功率平衡和電壓的關系7-8%最大無功負荷無功功率平衡的前提：保證電壓質量。UNQUQLD+QL無功負荷（含網絡損耗）與無功電源失去平衡時，會引起系統電壓的升高或下降。無功功率的平衡應本著分層、分區、就地平衡的原則。23四、中樞點的電壓管理中樞點-----具有代表性的節點。區域發電廠的高壓母線；有大量地方負荷的發電廠母線；樞紐變電所的二次母線。1、中樞點電壓的確定OAB中樞點081624tSSAminSAmaxSBmaxSBmin241、中樞點電壓的確定081624t△U0.04UN0.01UN0.03UN0.01UNOAB中樞點081624tSSAminSAmaxSBmaxSBmin允許偏移±5%25081624t△U0.04UN0.01UN0.03UN0.01UN26081624t△U0.04UN0.01UN0.03UN0.01UN271、中樞點電壓的確定推廣：供多個負荷點的中樞點，選出電壓最高、電壓最低的兩種極端負荷點。081624t(h)U1.15UN1.08UN1.05UN0.98UN1.09UN1.06UN0.99UN0.96UN282、中樞點的調壓方式逆調壓方式高峰負荷---1.05UN;低谷負荷---UN;

適用于：線路較長，負荷范圍變化較大。順調壓方式高峰負荷>=1.025UN;低谷負荷<=1.075UN;適用于：線路較短，負荷范圍變化不大或用戶對電壓要求不高.恒調壓方式電壓維持恒定值（1.02-1.05)UN。29五、電壓調整的方法和分析計算1、調節發電機電壓；2、改變變壓器變比；3、改變線路參數X；4、無功補償。UGUb301、發電機調壓適合場合：直供電的小系統，逆調壓。

jXEP+jQEIjIXU改變勵磁電流3132自動調節勵磁系統的工作原理和框圖現代發電機均裝有由自動調節勵磁系統，其作用：正常運行情況下：根據負荷變化，調整勵磁電流，維持發電機端電壓基本恒定。故障情況下：發電機端電壓急劇下降，強行勵磁動作，迅速將勵磁電流調節到最大，以提高發電機端電壓，較少加速功率，達到提高發電機同步運行穩定性的目的。組成：主勵磁系統和勵磁調節器33主勵磁系統作用：提供勵磁電源，形成一個電壓為Uf、電流為If的直流回路，產生直流磁場，隨著轉子的轉動切割定子繞組，在其中感應出交流電勢分類：有直流發電機供電（直流勵磁機）：自勵和他勵，用于較少容量的發電機（10萬kW）。有交流勵磁機經整流供電:自勵和他勵。34交流勵磁機經整流供電的勵磁方式:副勵機為永磁發電機，發出的交流電經整流后供給勵磁機的勵磁繞組，勵磁機的交流電壓經整流后供給同步發電機勵磁。勵磁調節器比例式：按運行參數（電壓、電流、功率角）與整定值之間的偏差進行調節。分為單參數調節器和多參數調節器改進式：按運行參數的偏差及其變化率進行調節。35按電壓偏差調節的可控硅勵磁調節器GPESCRffEVF綜合放大量測濾波移相觸發UG0AVRTV362、改變變壓器變比調壓普通變壓器分接頭的選擇SN≥8000kVA,高壓側有5個分接頭：0、±2.5%、±5%SN≤6300kVA,高壓側有3個分接頭：0、±5%為什么？37降壓變壓器分接頭的選擇要求給定最大負荷最小負荷38平均分接頭電壓選擇標準分接頭校驗最大、最小負荷時低壓母線的實際電壓。三繞組變壓器分接頭的選擇與負荷流向有關：當變壓器負荷從高壓側流向低壓側和中壓側：①將高低繞組看作雙繞組，確定高繞組接頭。②將高中繞組看作雙繞組，確定中繞組分接頭位置。39110kV調壓變壓器，UN±3×2.5%共7個分接頭220kV調壓變壓器，UN±4×2.5%共9個分接頭短路電流先后相繼移動斷電移動防止電弧變壓器中性點側有載調壓變壓器40注意：只有當系統無功功率電源容量充足時，用改變變壓器變比調壓才能奏效。簡單的電力系統圖

因此，當系統無功功率不足時，首先應裝設無功功率補償設備。（why?)413、利用無功補償設備調壓U1R+jXU2P+jQjQc42U1R+jXU2P+jQjQc補償后變比與補償后變比無關43按最小負荷時沒有補償容量，確定變比；補償設備為靜電電容器按最大負荷時的調壓要求計算補償容量；根據變比和補償容量校驗低壓母線的實際電壓。44充分利用調相機容量：最大負荷時，按額定容量過勵磁運行；最小負荷時，按（0.5-0.65)SN欠勵磁運行。補償設備為為同步調相機45按所選容量和變比進行電壓校驗補償設備為為同步調相機46利用無功功率補償調壓（1）電壓損耗△U＝（PR＋QX）/U

中包含兩個分量：一個是有功負荷及電阻產生的PR/U分量；另一個是無功負荷及電抗產生的QX/U分量。利用無功補償調壓的效果與網絡性質及負荷情況有關。（2）在低壓電網中，△U中有功功率引起的PR/U分量所占的比重大；在高壓電網中，△U中無功功率引起的QX/U分量所占比重大。在這種情況下，減少輸送無功功率可以產生比較顯著的調壓效果。反之，對截面不大的架空線路和所有電纜線路，用這種方法調壓就不合適。474、線路串聯電容補償調壓串聯電容器補償容量的確定電壓的提高值U2R+jXU1P1+jQ1U2R+jXU1P1+jQ148

電壓損失減少百分比

定義補償度

欠補償過補償全補償4、線路串聯電容補償調壓49并聯電容器的個數串聯電容器的個數三相電容器的容量50適用場合：供電電壓35、10kV、負荷波動大而頻繁，功率因數低的配電線路--------調壓；超高壓線路------提高輸送容量、系統運行穩定性。串聯電容器的安裝地點負荷集中負荷分散51小結：串聯電容和并聯電容補償減少沖擊負荷的波動有效；但增大線路電流，短路時，短路電流將在電容上引起過電壓。并聯電容補償：串聯電容補償：線路功率因數高；線路傳輸無功少。52適用：低壓電力網，中分量較大。

單負荷時公式

對于給定電壓等級，單位長度電抗相差不大

5、按調壓要求選擇導線截面*53幾個負荷時5、按調壓要求選擇導線截面54綜合調壓措施的應用無功功率的分層就地平衡，避免無功功率的遠距離傳輸。不同電壓等級間不交換無功功率；220kV----0.95~1.0；110kV----0.9~1.0發電機調壓：直供電的小系統，逆調壓，不需增加費用，但須考慮的因素多，制作輔助調壓手段。并聯補償調壓：達到無功分層分區平衡的主要手段。并聯電容器可分散于各用戶，以提高用戶的功率因數；調相機或靜止補償器可集中于電壓中樞點補償?？蓽p少網損，但須投資量。55各種調壓手段的優缺點變壓器調壓：只能改變電壓的高低，從而改變無功功率的流向和分布，而不能發出或吸收無功，只能用于無功充裕時。普通變壓器適用于最大、最小負荷電壓幅值變化不大、不需逆調壓；有載調壓變壓器適用于重要的樞紐變電所或電壓要求高的用戶（電壓幅值變化大、需逆調壓）。串聯補償調壓：電容器串于線路中也不是無功電源，只是起著參數補償的作用，從而減少線路電壓損失。56綜合電壓分析方法---靈敏度分析調壓目標不是單純的：在電壓安全的條件下經濟性能最好：在電壓安全的條件下投資最少。綜合電壓分析方法---靈敏度分析所謂靈敏度分析實際是利用各變量之間關系的顯性化表達式研究一些變量微小變化使另一些變量如何變化的一種分析方法。它是控制策略和抗擾動策略的有效工具，得到廣泛應用。57（1）靈敏度分析

系統正常運行滿足方程：x-----狀態變量,維數為n；u-----控制變量,維數為m；p-----擾動變量,維數為l;系統受擾動后，方程為：展開為臺勞級數忽略高次項58結論：由靈敏度矩陣各元素的值可看出狀態變量對哪個或哪些控制變量或擾動變量最敏感即改變哪個控制量的效果最好。sxu,sxp為靈敏度矩陣。59（2）各種調壓效果的綜合分析狀態量控制量控制量控制量控制量狀態量60復雜的系統：被控量︵狀態量︶控制量︵調節量︶x靈敏度矩陣靈敏度矩陣的建立方法：數據攝動法-----用計算機作潮流計算，求個控制變量單獨變化時所有狀態變量的變化量。測量法---在系統中進行實測。對某些簡單系統，可用解析法61標么值控制量控制量控制量控制量狀態量狀態量△U1△U2△k△Uj△Qj△qj△Q+j△qjX2jX162改變V1、k,對節點3電壓的影響相同（X1/X2）改變V2對節點3電壓的影響同X2/X1有關；