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第六章电力系统的无功功率和电压本讲稿第一页，共五十四页3、输电线路、输电线路电力线路上的无功功率损耗也分为两部分，即电力线路上的无功功率损耗也分为两部分，即并并联导纳联导纳和和串联电抗中的无功功率损耗串联电抗中的无功功率损耗。并联电纳中的这种损耗又称充电功率，与并联电纳中的这种损耗又称充电功率，与线路电线路电压的平方压的平方成正比，呈容性。成正比，呈容性。串联电抗中的损耗与串联电抗中的损耗与负荷电流的平方负荷电流的平方成正比，呈成正比，呈感性。感性。因此，线路作为电力系统中的一个元件究竟消耗因此，线路作为电力系统中的一个元件究竟消耗容性或感性无功功率就不能肯定。容性或感性无功功率就不能肯定。但可作一大致估计：当通过线路输送的有功功率但可作一大致估计：当通过线路输送的有功功率大于自然功率（所谓自然功率是指负荷阻抗为波大于自然功率（所谓自然功率是指负荷阻抗为波阻抗时该负荷所消耗的功率。）时，线路将消耗阻抗时该负荷所消耗的功率。）时，线路将消耗感性无功功率；当通过线路输送的有功功率小于感性无功功率；当通过线路输送的有功功率小于自然功率时，线路将消耗容性无功功率。自然功率时，线路将消耗容性无功功率。本讲稿第二页，共五十四页二、电网中的无功电源二、电网中的无功电源1.发电机发电机 同步发电机既是有功功率电源，又是最基本的同步发电机既是有功功率电源，又是最基本的无功功率电源。无功功率电源。2电容器和调相机电容器和调相机 并联电容器只能向系统供应感性无功功率。特并联电容器只能向系统供应感性无功功率。特点有：电容器所供应的感性无功与其端电压的平点有：电容器所供应的感性无功与其端电压的平方成正比，电容器分组投切，非连续可调。方成正比，电容器分组投切，非连续可调。调相机实质上是只能发出无功功率的发电机。调相机实质上是只能发出无功功率的发电机。3静止补偿器和静止调相机静止补偿器和静止调相机静止补偿器和静止调相机是分别与电容器和调相静止补偿器和静止调相机是分别与电容器和调相机相对应而又同属机相对应而又同属“灵活交流输电系统灵活交流输电系统”范畴的范畴的两种无功功率电源。两种无功功率电源。本讲稿第三页，共五十四页4.4.2 4.4.2 无功电源无功电源 2同步调相机 同步调相机是专门设计的无功功率发电机。可以过励磁运行，也可以欠励磁运行，运行状态根据系统的要求来调节。过励磁运行时，向系统输送无功功率；欠励磁运行时，从系统吸取无功功率。所以改变调相机的励磁可以平滑地改变无功功率的大小和方向。调相机在欠励磁运行时的容量是过励磁运行时容量的5065。它一般装在接近负荷中心处，以减少传输无功功率引起的电能损耗和电压损耗。本讲稿第四页，共五十四页4.4.2 4.4.2 无功电源无功电源 3静止无功补偿器 静止无功补偿器是由可控硅控制的可调电抗器与电容器并联组成的新型无功补偿装置，具有极好的调节性能，能快速跟踪负荷的变动，改变无功功率的大小，能根据需要改变无功功率的方向，响应速度快，不仅可以作为一般的无功补偿装置，而且是唯一能用于冲击性负荷的无功补偿装置。本讲稿第五页，共五十四页4.4.3 4.4.3 静静电电电电容器容器补偿补偿 1补偿调压原理 采用静电电容器补偿，当将电容器 与感性负载（用电设备）并联后，电感性负载的功率因数 仍然不变，但 和 的相位差减小（），补偿后的功率因数比补偿前的功率因数提高（即 ）。静电电容器进行无功 功率补偿改善的是包括 电容器在内的整个线路 的功率因数。本讲稿第六页，共五十四页4.4.3 4.4.3 静静电电电电容器容器补偿补偿 2补偿方式 采用静电电容器作无功补偿装置时，可以采用就地补偿和集中补偿的补偿方式。就地补偿是低压部分的无功负荷由低压电容器补偿，高压部分由高压电容器补偿。容量较大、负荷集中且经常使用的用电设备的无功负荷宜单独就地补偿。集中补偿的电容器组宜在变电所内集中补偿。居住区的无功负荷宜在小区变电所低压侧集中补偿。本讲稿第七页，共五十四页4并联电抗器并联电抗器就感性无功功率而言，并联电抗器显然不是电源就感性无功功率而言，并联电抗器显然不是电源而是负荷，但在某些电力系统中的确装有这种设而是负荷，但在某些电力系统中的确装有这种设备，用以吸取轻载或空载线路过剩的感性无功功备，用以吸取轻载或空载线路过剩的感性无功功率。而对高压远距离输电线路而言，它还有提高率。而对高压远距离输电线路而言，它还有提高输送能力，降低过电压等作用。输送能力，降低过电压等作用。无功调度原则，无功就地平衡，分层平衡。无功调度原则，无功就地平衡，分层平衡。本讲稿第八页，共五十四页三、无功功率的平衡三、无功功率的平衡系统中无功功率的平衡关系与有功功率相似，系统中无功功率的平衡关系与有功功率相似，就整个系统而言，就整个系统而言，式中式中 Q 为网络总损耗。为网络总损耗。电源供应的无功功率电源供应的无功功率QGC由两部分组成，即发电由两部分组成，即发电机供应的无功功率机供应的无功功率QG和补偿设备供应的无功功和补偿设备供应的无功功率率QC，而补偿设备供应的无功功率又分调相机，而补偿设备供应的无功功率又分调相机供应的供应的QC1、并联电容器供应的、并联电容器供应的QC2和静止补偿和静止补偿器供应的器供应的QC3三部分。因此，三部分。因此，QGC可分解为可分解为本讲稿第九页，共五十四页负荷消耗的无功功率可按负荷的功率因数计算。负荷消耗的无功功率可按负荷的功率因数计算。无功功率损耗无功功率损耗 Q包括三部分：包括三部分：变压器变压器中的无功功率中的无功功率 QT，线路电抗线路电抗中的无功功率损耗中的无功功率损耗 Qx，线路电纳线路电纳中的无功功率中的无功功率 Qb。Q=QT+Qx+Qb本讲稿第十页，共五十四页 第二节第二节 电力系统中无功功率的最优分布电力系统中无功功率的最优分布无功功率的最优分布无功功率的最优分布包括无包括无功功率电源的最优分功功率电源的最优分布布和和无功功率负荷的最优补偿无功功率负荷的最优补偿两个方面。两个方面。一、无功功率电源的最优分布一、无功功率电源的最优分布1、等网损微增率准则、等网损微增率准则优化无功功率电源分布的目的在于优化无功功率电源分布的目的在于降低网络中的降低网络中的有功功率损耗有功功率损耗。因此，这里的目标函数就是因此，这里的目标函数就是网损总损耗网损总损耗。在除平衡节点外其它各节点的注入有功功率已给在除平衡节点外其它各节点的注入有功功率已给定的前提下，可以认为，这个网络总损耗仅与各定的前提下，可以认为，这个网络总损耗仅与各节点的注入无功功率，从而与各无功功率电源的节点的注入无功功率，从而与各无功功率电源的功率有关。分析无功功率电源最优分布时的目标功率有关。分析无功功率电源最优分布时的目标函数可写作函数可写作本讲稿第十一页，共五十四页分析无功功率电源最优分布时的等约束条件显然分析无功功率电源最优分布时的等约束条件显然就是无功功率必须保持平衡的条件，就整个系统就是无功功率必须保持平衡的条件，就整个系统而言而言式中的式中的Q为网络无功功率损耗为网络无功功率损耗由于分析无功功率电源最优分布时，除平衡节点由于分析无功功率电源最优分布时，除平衡节点外其它各节点的注入有功功率已给定，这里的不外其它各节点的注入有功功率已给定，这里的不等约束条件较分析有功功率负荷最优分配时少一等约束条件较分析有功功率负荷最优分配时少一组，即为组，即为本讲稿第十二页，共五十四页列出目标函数和约束条件后，就可运用拉格朗日列出目标函数和约束条件后，就可运用拉格朗日乘数法求最优分布的条件。根据乘数法求最优分布的条件。根据目标函数和等约目标函数和等约束条件束条件建立新的、不受约束的目标函数，即拉格建立新的、不受约束的目标函数，即拉格朗日函数朗日函数各变量对拉各朗日函数求偏导数，令偏导数等于各变量对拉各朗日函数求偏导数，令偏导数等于零并求其最小值零并求其最小值本讲稿第十三页，共五十四页即即第一式就是所谓的等网损微增率准则，第一式就是所谓的等网损微增率准则，而第二式则是无功功率平衡关系式。按等网损耗而第二式则是无功功率平衡关系式。按等网损耗准则确定的无功容量为最优分布准则确定的无功容量为最优分布本讲稿第十四页，共五十四页QC12431QC2QL1QL2Q2Q1本讲稿第十五页，共五十四页2、无功功率电源的最优分布、无功功率电源的最优分布首先要给定除平衡节点外其它各节点的首先要给定除平衡节点外其它各节点的有功功率有功功率和和PQ节点的无功功率节点的无功功率、PV节点的电压大小节点的电压大小。而在计算高峰负荷下的无功电源分布时，第一次而在计算高峰负荷下的无功电源分布时，第一次给定给定Qi(0)和和Ui(0)应尽可能多投入无功功率补偿设应尽可能多投入无功功率补偿设备和尽可能提高系统的电压水平考虑。备和尽可能提高系统的电压水平考虑。然后作潮流分布和网损微增率的然后作潮流分布和网损微增率的计算。计算。本讲稿第十六页，共五十四页根据求得的、各节点修正后的有功网损微增率调根据求得的、各节点修正后的有功网损微增率调整。整。调整的原则是：调整的原则是：网损微增率大的节点网损微增率大的节点应减少应减少该节该节点的无功功率或降低电压点的无功功率或降低电压，即令这些节点的无功，即令这些节点的无功功率电源功率电源少发少发无功功率，网损微增率小的节点应无功功率，网损微增率小的节点应增大该节点的无功功率或提高电压增大该节点的无功功率或提高电压，即令这些节，即令这些节点的无功功率电源点的无功功率电源多发多发无功功率。无功功率。按按调整后的无功功率和电压调整后的无功功率和电压再作潮流计算，并再再作潮流计算，并再次求取次求取网损微增率网损微增率。而这种调整是否恰当还可从。而这种调整是否恰当还可从平衡节点有功功率的变化中考虑。这样，反复若平衡节点有功功率的变化中考虑。这样，反复若干次，直至网损干次，直至网损P不能再减少为止不能再减少为止。本讲稿第十七页，共五十四页二、无功功率负荷的最优补偿二、无功功率负荷的最优补偿1、最优网损微增率准则、最优网损微增率准则所谓所谓无功功率负荷的最优补偿无功功率负荷的最优补偿指指最优补偿容量的确定最优补偿容量的确定、最最优补偿设备的分布优补偿设备的分布和和最优补偿顺序的选择最优补偿顺序的选择等问题。等问题。在系统中某节点在系统中某节点i设置设置无功功率补偿设备无功功率补偿设备的先决条件是由于设的先决条件是由于设置补偿设备而置补偿设备而节约的费用节约的费用大于为设置补偿设备而大于为设置补偿设备而耗费耗费的费的费用。用。式中：式中：Ce（Qci）表示由于设置了补偿设备表示由于设置了补偿设备Qci而而节约的费节约的费用用；Cc（Qci）表示为设置补偿设备表示为设置补偿设备Qci而需而需耗费的费用耗费的费用。本讲稿第十八页，共五十四页确定节点确定节点i最优补偿容量的条件就是最优补偿容量的条件就是具有具有最大值最大值由于设置了补偿设备而由于设置了补偿设备而节约的费用节约的费用就是因设置补就是因设置补偿设备每年可偿设备每年可减少的电能损耗费用减少的电能损耗费用，其值为，其值为式中：式中：为单位电能损耗价格，为单位电能损耗价格，P0、P分别为设置补偿设备前后全网最大分别为设置补偿设备前后全网最大负荷下的有功功率损耗负荷下的有功功率损耗,max为全网最大负荷损耗小时数。为全网最大负荷损耗小时数。为设置补偿设备而需耗费的费用包括两部分，一为设置补偿设备而需耗费的费用包括两部分，一部分为部分为补偿设备的折旧维修费补偿设备的折旧维修费，另一部分为，另一部分为补偿补偿本讲稿第十九页，共五十四页确定节点确定节点i最优补偿容量的条件就是最优补偿容量的条件就是具有具有最大值最大值 为设置补偿设备而需耗费的费用包括两为设置补偿设备而需耗费的费用包括两部分，一部分为部分，一部分为补偿设备的折旧维修费补偿设备的折旧维修费，另一部分为另一部分为补偿设备投资的回收费补偿设备投资的回收费，其值都与补偿设备的投资成正比其值都与补偿设备的投资成正比式中，式中，、分别为分别为折旧维修费折旧维修费和和投资回收率投资回收率，K Kc为为单位容量补偿设备投资单位容量补偿设备投资。本讲稿第二十页，共五十四页令上式对令上式对Qci的偏导数等于零，可解得的偏导数等于零，可解得上式就是确定节点上式就是确定节点i i最优补偿容量的具体条件。最优补偿容量的具体条件。本讲稿第二十一页，共五十四页最优网损微增率最优网损微增率也称也称无功功率经济当量无功功率经济当量。可列出如下的最优网。可列出如下的最优网损微增率准则损微增率准则式中，式中，eqeq表示最优网损微增率表示最优网损微增率。表明只应在网损微增率具有负值，且小于表明只应在网损微增率具有负值，且小于eqeq的节点设置的节点设置无功功率设备。设置的容量则以补偿后该点的网损微增率无功功率设备。设置的容量则以补偿后该点的网损微增率仍为负值，且仍不大于仍为负值，且仍不大于eqeq为限。为限。而设置补偿设备节点的先后，则以网损微增率的大小为序，首而设置补偿设备节点的先后，则以网损微增率的大小为序，首先从先从 最小的节点开始。最小的节点开始。等网损微增率等网损微增率是无功功率是无功功率电源最优分布的准则电源最优分布的准则，而而最优网损微增率最优网损微增率或或无功功率经济当量无功功率经济当量则是衡量则是衡量无功负荷最优无功负荷最优补偿的准则补偿的准则，综合运用这两个准则就可统一地解决无功补偿设备的综合运用这两个准则就可统一地解决无功补偿设备的最优补最优补偿容量偿容量和和最优分布问题最优分布问题。本讲稿第二十二页，共五十四页2、无功功率负荷的最优补偿、无功功率负荷的最优补偿运用运用最优网损微增率准则最优网损微增率准则确定系统中无功功率的确定系统中无功功率的最优补偿最优补偿时，由于在系统中设置或添置无功补偿时，由于在系统中设置或添置无功补偿设备总应以充分利用已有无功功率电源为前提，设备总应以充分利用已有无功功率电源为前提，计算的第一个方案总应是计算的第一个方案总应是已有的无功功率电源在已有的无功功率电源在最大负荷时的最优分布方案最大负荷时的最优分布方案。以这方案为基础考虑设置或添置无功功率补偿设以这方案为基础考虑设置或添置无功功率补偿设备时，可根据这方案的计算结果，选出系统中所备时，可根据这方案的计算结果，选出系统中所有的有的无功功率分点无功功率分点，并计算它们的，并计算它们的网损微增率网损微增率。因因网损微增率最小的节点网损微增率最小的节点总是系统中某一个无功总是系统中某一个无功功率分点。而且，这无功功率分点多半也是系统功率分点。而且，这无功功率分点多半也是系统中中最低电压点最低电压点。本讲稿第二十三页，共五十四页根据这一计算结果，又可根据这一计算结果，又可选出网损微增率最小的选出网损微增率最小的无功功率分点无功功率分点。在该节点。在该节点设置一定容量的无功功设置一定容量的无功功率补偿设备率补偿设备，重作潮流计算，并求取在新情况下，重作潮流计算，并求取在新情况下各无功功率分点的网损微增率。各无功功率分点的网损微增率。由于在节点由于在节点设置补偿设备设置补偿设备后，该节点的后，该节点的网损微增网损微增率将增大率将增大，新情况下的无功功率分点，从而网损，新情况下的无功功率分点，从而网损微增率最小的无功功率分点将转移。据此，再在微增率最小的无功功率分点将转移。据此，再在节点设置一定容量的无功功率补偿设备，重复如节点设置一定容量的无功功率补偿设备，重复如对节点的所有计算。对节点的所有计算。每隔几次如上的计算，应穿插一次介绍的无功功每隔几次如上的计算，应穿插一次介绍的无功功率电源最优分布计算，即调整一次已有无功电源率电源最优分布计算，即调整一次已有无功电源的运行方式。因经这样或那样补偿后，无功电源的运行方式。因经这样或那样补偿后，无功电源的分布已不可能仍为最优。的分布已不可能仍为最优。本讲稿第二十四页，共五十四页当当所有节点的网损微增率都约等于所有节点的网损微增率都约等于eqeq时，还应时，还应校验一次节点电压是否能满足要求。校验一次节点电压是否能满足要求。如发现某些节点电压过低，可适当减少它的绝对如发现某些节点电压过低，可适当减少它的绝对值，重作如上计算。显然，这实质上是为兼顾电值，重作如上计算。显然，这实质上是为兼顾电压质量的要求而增大补偿容量，因而求得的已不压质量的要求而增大补偿容量，因而求得的已不再是经济上最优的补偿方案。再是经济上最优的补偿方案。本讲稿第二十五页，共五十四页 63 电力系统的电压调整电力系统的电压调整一、调整电压的必要性一、调整电压的必要性电力系统的电压和频率一样也需要经常调整。电力系统的电压和频率一样也需要经常调整。由于电压偏移过大时，会影响工农业生产产品的质量和产量，由于电压偏移过大时，会影响工农业生产产品的质量和产量，损坏设备，甚至引起系统性的损坏设备，甚至引起系统性的“电压崩溃电压崩溃“，造成大面积停，造成大面积停电。电。系统电压降低时，系统电压降低时，发电机发电机的定子电流将因其功率角的增大而的定子电流将因其功率角的增大而增大。如这时电流原已达额定值，则电压降低后，将使其增大。如这时电流原已达额定值，则电压降低后，将使其超过额定值。超过额定值。当系统电压降低时，各类负荷中占比重最大的当系统电压降低时，各类负荷中占比重最大的异步电动机异步电动机的转差率的转差率增大，从而，电动机各绕组中的电流将增大，温升增大，从而，电动机各绕组中的电流将增大，温升将增加，效率将降低，寿命将缩短。将增加，效率将降低，寿命将缩短。照明负荷照明负荷，尤其是白炽灯，对电压变化的反应最灵敏。电压过，尤其是白炽灯，对电压变化的反应最灵敏。电压过高，白炽灯的寿命将大为缩短；电压过低，亮度和发光效率又高，白炽灯的寿命将大为缩短；电压过低，亮度和发光效率又要大幅下降。要大幅下降。本讲稿第二十六页，共五十四页二、中枢点电压管理二、中枢点电压管理电力系统中电压调整的目的电力系统中电压调整的目的:是电力系统在各种运行方式下，是电力系统在各种运行方式下，维持各用电设备的端电压偏维持各用电设备的端电压偏移不超过规定的允许范围移不超过规定的允许范围，保证电力系统运行的安全可靠、，保证电力系统运行的安全可靠、电能质量和经济性。电能质量和经济性。由于电力系统结构复杂，负荷很多，如对每个用电设备电由于电力系统结构复杂，负荷很多，如对每个用电设备电压都进行监视和调整，不仅没可能，而且也没必要。系统电压都进行监视和调整，不仅没可能，而且也没必要。系统电压的监视和调整可以通过监视、调整电压压的监视和调整可以通过监视、调整电压中枢点的电压中枢点的电压而实而实现。现。所谓所谓电压中枢点电压中枢点系指某些可系指某些可反映系统电压水平的主要发电厂反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电所母线或枢纽变电所母线。因很多负荷都由这些中枢点供电，如能控制住这些点的电压因很多负荷都由这些中枢点供电，如能控制住这些点的电压偏移，也就控制住了系统中大部分负荷的电压偏移。于是，偏移，也就控制住了系统中大部分负荷的电压偏移。于是，电力系统的电压调整问题也就转化为保证电力系统的电压调整问题也就转化为保证各电压中枢点的各电压中枢点的电压偏移电压偏移不越出给定范围的问题。不越出给定范围的问题。本讲稿第二十七页，共五十四页（一）调压方式（一）调压方式：根据电枢点所管辖的电力网中负荷分布的远近及负荷变动根据电枢点所管辖的电力网中负荷分布的远近及负荷变动的程度，对电枢点的电压调整方式提出原则性要求，以确的程度，对电枢点的电压调整方式提出原则性要求，以确定一个大致的电压变动范围。这种电压调整方式一般分为定一个大致的电压变动范围。这种电压调整方式一般分为三类：三类：1）逆调压）逆调压。对。对大型网络、供电线路较长、负荷变动较大大型网络、供电线路较长、负荷变动较大的的中枢点实行逆调压。中枢点实行逆调压。高峰负荷下，升高中枢点电压，中枢点较网络的额定电压高高峰负荷下，升高中枢点电压，中枢点较网络的额定电压高5%，即，即1.05UN；低谷负荷下，中枢点电压等于网络的额定的电压，即低谷负荷下，中枢点电压等于网络的额定的电压，即1.0UN2）顺调压。对供电线路不长、负荷变动不大的中枢点）顺调压。对供电线路不长、负荷变动不大的中枢点高峰负荷下，中枢点电压不低于网络的额定电压的高峰负荷下，中枢点电压不低于网络的额定电压的2.5%，即，即1.025UN；低谷负荷下，中枢点电压为不高于网络的额定电压的低谷负荷下，中枢点电压为不高于网络的额定电压的7.5%，即，即1.075UN。本讲稿第二十八页，共五十四页3）常调压。）常调压。对于中型网络、大小负荷变动差对于中型网络、大小负荷变动差不多的中枢点实行不多的中枢点实行常调压常调压。高峰、低谷负荷下，。高峰、低谷负荷下，中枢点电压保持在一个基本不变的值，此电压中枢点电压保持在一个基本不变的值，此电压一般控制在一般控制在1.02-1.05UN。一般选择下列母线作为中枢点：一般选择下列母线作为中枢点：（1）大型发电厂的高压母线大型发电厂的高压母线（2）枢纽变电所的二次母线枢纽变电所的二次母线（3）有大量地方性负荷的发电厂母线。有大量地方性负荷的发电厂母线。本讲稿第二十九页，共五十四页三、电压调整的基本原理三、电压调整的基本原理所以调压措施有：所以调压措施有：1）改变发电机电压；改变发电机电压；2）无功功率补偿无功功率补偿。本讲稿第三十页，共五十四页电力系统中电压调整，必须根据系统各节点的具电力系统中电压调整，必须根据系统各节点的具体调压要求，在不同的节点采用不同的调压方法体调压要求，在不同的节点采用不同的调压方法。如调节发电机的励磁调节器，设置调相机、并联如调节发电机的励磁调节器，设置调相机、并联电容器、并联电抗器；电容器、并联电抗器；改变变压器分接头，利用有载调压变压器；改变变压器分接头，利用有载调压变压器；串联电容器，停投并列运行的变压器等。串联电容器，停投并列运行的变压器等。常用的四种调压方法如下。常用的四种调压方法如下。本讲稿第三十一页，共五十四页本讲稿第三十二页，共五十四页四、借改变发电机端电压调压四、借改变发电机端电压调压如上图，设各部分网络最大、最小负荷时的电压如上图，设各部分网络最大、最小负荷时的电压损耗分别如图所示。则最大负荷时，由发电机至损耗分别如图所示。则最大负荷时，由发电机至最远负荷处的总电压损耗为最远负荷处的总电压损耗为35，最小负荷时为，最小负荷时为14，即变动范围为，即变动范围为21。如果采用逆调压，。如果采用逆调压，最大负荷时升高至最大负荷时升高至1.05UN,最小负荷下降为最小负荷下降为UN；如果变压器的变比如果变压器的变比k*=U1 U11N/U11 U1N=1/1.1，即一次侧电压为线路额定电压时，二次侧的空载即一次侧电压为线路额定电压时，二次侧的空载电压较线路额定电压高电压较线路额定电压高10%，则全网的电压分布，则全网的电压分布如图所示。由图可见，这种情况下，最远负荷处如图所示。由图可见，这种情况下，最远负荷处的电压偏移最大负荷时为的电压偏移最大负荷时为-5%，最小负荷时为，最小负荷时为2%，即都在一般负荷要求的，即都在一般负荷要求的5%范围内。但当范围内。但当电机经多级电压向负荷供电时，仅借发电机调压电机经多级电压向负荷供电时，仅借发电机调压往往不能满足负荷对电压质量的要求。往往不能满足负荷对电压质量的要求。本讲稿第三十三页，共五十四页四、借改变发电机端电压调压四、借改变发电机端电压调压如上图，设各部分网络最大、最小负荷时的电压如上图，设各部分网络最大、最小负荷时的电压损耗分别如图所示。则最大负荷时，由发电机至损耗分别如图所示。则最大负荷时，由发电机至最远负荷处的总电压损耗为最远负荷处的总电压损耗为35，最小负荷时为，最小负荷时为14，即变动范围为，即变动范围为21。如果采用逆调压，。如果采用逆调压，最大负荷时升高至最大负荷时升高至1.05UN,最小负荷下降为最小负荷下降为UN；如果变压器的变比如果变压器的变比k*=U1 U11N/U11 U1N=1/1.1，即一次侧电压为线路额定电压时，二次侧的空载即一次侧电压为线路额定电压时，二次侧的空载电压较线路额定电压高电压较线路额定电压高10%，则全网的电压分布，则全网的电压分布如图所示。由图可见，这种情况下，最远负荷处如图所示。由图可见，这种情况下，最远负荷处的电压偏移最大负荷时为的电压偏移最大负荷时为-5%，最小负荷时为，最小负荷时为2%，即都在一般负荷要求的，即都在一般负荷要求的5%范围内。但当范围内。但当电机经多级电压向负荷供电时，仅借发电机调压电机经多级电压向负荷供电时，仅借发电机调压往往不能满足负荷对电压质量的要求。往往不能满足负荷对电压质量的要求。本讲稿第三十四页，共五十四页五、借改变变压器变比调压五、借改变变压器变比调压普通变压器不能带负荷调压，只能普通变压器不能带负荷调压，只能停电后改变分接头停电后改变分接头，所，所以必须在事先选好一个合适的分接头，以兼顾系统在最大、以必须在事先选好一个合适的分接头，以兼顾系统在最大、最小两种运行方式下电压偏移不超过允许的波动范围。最小两种运行方式下电压偏移不超过允许的波动范围。普通双绕组变压器的高压绕组和三绕组变压器的高、中压绕组往普通双绕组变压器的高压绕组和三绕组变压器的高、中压绕组往往有若干分接头可供选择，例如，一般容量为往有若干分接头可供选择，例如，一般容量为6300kVA及以下的及以下的变压器有三个抽头，抽头电压分别为变压器有三个抽头，抽头电压分别为1.05UN，1.0UN，0.95UN，调压范围为，调压范围为5%5%，在，在UN处引出的抽头称为主抽头。处引出的抽头称为主抽头。容量为容量为8000kVA及以上的变压器有五个抽头，抽头电压分别为及以上的变压器有五个抽头，抽头电压分别为1.05UN，1.025UN 1.0UN，0.975UN，0.95UN，调压范围，调压范围为为22.5%22.5%。1、降压变压器抽头选择、降压变压器抽头选择。Ui为高压母线电压，为高压母线电压，Uj为低压母线为低压母线电压，电压，Ut为变压器高压侧抽头电压，为变压器高压侧抽头电压，UjN为变压器低压侧的额为变压器低压侧的额定电压，定电压，Uj/为低压侧实际要求的电压。则变压器的变比为低压侧实际要求的电压。则变压器的变比本讲稿第三十五页，共五十四页如图如图UImax 变压器变压器i最大负荷时高压侧母线电压；最大负荷时高压侧母线电压；Uimax变压器中最大负荷的电压损耗；变压器中最大负荷的电压损耗；UNi低压侧的额定电压；低压侧的额定电压；Uimax/低压侧要求的实际电压；低压侧要求的实际电压；Uimax归算到高压侧的低压侧电压归算到高压侧的低压侧电压UtImax最大负荷时应选高压侧分接头电压；最大负荷时应选高压侧分接头电压；本讲稿第三十六页，共五十四页 最大负荷下：最大负荷下：最小负荷下：最小负荷下：如果变压器为无载调压变压器，（分接头不能在线调节），即如果变压器为无载调压变压器，（分接头不能在线调节），即最大负荷、最小负荷下只能选用同一个分接头。为使这两种情最大负荷、最小负荷下只能选用同一个分接头。为使这两种情况下变电所低压母线实际电压偏离要求的况下变电所低压母线实际电压偏离要求的U/max、U/imin大体大体相等，变压器的高压绕组的分接头电压应取其平均值。相等，变压器的高压绕组的分接头电压应取其平均值。根据该值选择一最接近的分接头电压后，进而可确定变比根据该值选择一最接近的分接头电压后，进而可确定变比k。再按这变比返回校验低压侧的电压是否符合条件。再按这变比返回校验低压侧的电压是否符合条件。本讲稿第三十七页，共五十四页校验低压侧电压校验低压侧电压最大负荷下：最大负荷下：最小负荷下：最小负荷下：电压偏移：电压偏移：最大负荷下：最大负荷下：最小负荷下：最小负荷下：如果正偏移低于要求的电压上限，负偏移高于要如果正偏移低于要求的电压上限，负偏移高于要求的下限，即可认为选择的分接头合适。求的下限，即可认为选择的分接头合适。本讲稿第三十八页，共五十四页2、升压变压器抽头选择。、升压变压器抽头选择。选择高压绕组的分接头为选择高压绕组的分接头为选择一个与值最近的抽头电压，然后校验。选择一个与值最近的抽头电压，然后校验。本讲稿第三十九页，共五十四页3、普通三绕组变压器。、普通三绕组变压器。三绕组变压器一般在三绕组变压器一般在高、中压高、中压绕组有分接头可供绕组有分接头可供选择使用。选择使用。其分接头的选择方法可其分接头的选择方法可两次套用双绕组变压器两次套用双绕组变压器的的选择方法。选择方法。一般先按低压侧调压要求，由一般先按低压侧调压要求，由高、低压侧高、低压侧确定好确定好高压高压绕组的分接头；绕组的分接头；然后再用选定的高压绕组的分接头，考虑中压侧然后再用选定的高压绕组的分接头，考虑中压侧的调压要求，由的调压要求，由高、中压高、中压侧选择侧选择中压中压绕组的分接绕组的分接头。头。本讲稿第四十页，共五十四页112KV本讲稿第四十一页，共五十四页4、有载调压变压器。、有载调压变压器。它的分接头选择并不困难，可参照如上情况。它它的分接头选择并不困难，可参照如上情况。它的主绕组上连接一个具有若干个分接头的调压绕的主绕组上连接一个具有若干个分接头的调压绕组，供选择使用。依靠特殊的切块装置可以在负组，供选择使用。依靠特殊的切块装置可以在负载电流下改换分接头。载电流下改换分接头。本讲稿第四十二页，共五十四页六、并联电容器或调相机调压六、并联电容器或调相机调压一般在网络的中枢点或电压较低点加无功补偿装一般在网络的中枢点或电压较低点加无功补偿装置。如调相机为旋转元件，需要维护和管理，最置。如调相机为旋转元件，需要维护和管理，最好设置在中枢点，便于集中管理，电容器可分散好设置在中枢点，便于集中管理，电容器可分散在各个电压较低的节点。在各个电压较低的节点。式中，式中，Ujc为设置补偿设备后归算到高压侧的变为设置补偿设备后归算到高压侧的变电所低压侧母线电压电所低压侧母线电压本讲稿第四十三页，共五十四页设加无功补偿前后设加无功补偿前后Ui不变，不变，j节点电压在加无功补节点电压在加无功补偿前为偿前为Uj设低压侧实际母线调压要求得电压为设低压侧实际母线调压要求得电压为Ujc，设置补偿设备前设置补偿设备前设置补偿设备后设置补偿设备后本讲稿第四十四页，共五十四页设加无功补偿前后设加无功补偿前后Ui不变，不变，j节点电压在加无功补节点电压在加无功补偿后分别为偿后分别为Uj，Ujc，补偿设备的无功容量经分，补偿设备的无功容量经分析得析得本讲稿第四十五页，共五十四页显然显然Ujc=kU/jc所以上式又可表示为所以上式又可表示为可见可见Qc不仅与调压要求的电压不仅与调压要求的电压U/jc有关，且与变有关，且与变比比k有关。这就存在着有关。这就存在着Qc与变比与变比k在选择上的匹在选择上的匹配问题。如果配问题。如果k选择得当，就可使补偿设备的容选择得当，就可使补偿设备的容量小些，较为经济。量小些，较为经济。本讲稿第四十六页，共五十四页1、选用电容器时、选用电容器时（1）先确定变压器变比）先确定变压器变比。变压器分接头电压按最小负荷时电容器全部退出变压器分接头电压按最小负荷时电容器全部退出的条件考虑，的条件考虑，即由最小负荷时的调压要求即由最小负荷时的调压要求U/min和和UNj，按按Utmin=Ujmin UN/U/min，求出分接头电压。，求出分接头电压。于是于是k UTJ/UNj确定确定本讲稿第四十七页，共五十四页(2)再确定电容器容量再确定电容器容量。按最大负荷时的调压要求确定电容器的容量。即按最大负荷时的调压要求确定电容器的容量。即由大负荷使得调压要求由大负荷使得调压要求U/Tmin和和UN代入得代入得本讲稿第四十八页，共五十四页2、选用调相机时、选用调相机时。调相机即可过励运行又可欠励运行，调相机即可过励运行又可欠励运行，在最大负荷时，按在最大负荷时，按额定容量过励额定容量过励运行，输出感性运行，输出感性无功功率无功功率在最小负荷时，按在最小负荷时，按1/2额定容量欠励额定容量欠励运行，吸取运行，吸取感性无功功率感性无功功率本讲稿第四十九页，共五十四页于是有于是有由上式解得由上式解得本讲稿第五十页，共五十四页由上式解得由上式解得可见先按符合可见先按符合最大最小负荷最大最小负荷两种运行方式选择变两种运行方式选择变比，再按比，再按最大负荷最大负荷使得调压要求选择调相机的容使得调压要求选择调相机的容量。量。本讲稿第五十一页，共五十四页以上几种调压措施中，用以上几种调压措施中，用改变发电机电压调压改变发电机电压调压，这是一种不需要附加投资的直接调节手段，只是这是一种不需要附加投资的直接调节手段，只是调节一下发电机励磁。调节一下发电机励磁。其次其次调节变压器分接头调节变压器分接头。再考虑再考虑加无功补偿设备的调节手段加无功补偿设备的调节手段，如调相机、，如调相机、静止补偿器、并联电容器等，这几种补偿设备各静止补偿器、并联电容器等，这几种补偿设备各有各的优缺点，只能根据系统的具体要求，在不有各的优缺点，只能根据系统的具体要求，在不同的节点采用不同的调压措施。同的节点采用不同的调压措施。本讲稿第五十二页，共五十四页本章课程总结本章课程总结1、了解电力系统中无功功率负荷和线路、变压、了解电力系统中无功功率负荷和线路、变压器中的无功功率损耗的特点，了解各种无功电源器中的无功功率损耗的特点，了解各种无功电源的运行特点。的运行特点。2、掌握电力系统无功功率平衡方程式。、掌握电力系统无功功率平衡方程式。3、理解电压偏移过高或过低对电力系统及用户、理解电压偏移过高或过低对电力系统及用户的用电设备造成的各种危害。的用电设备造成的各种危害。4、了解电压偏移过高或过低对电力系统及用户、了解电压偏移过高或过低对电力系统及用户的用户设备造成的各种危害。的用户设备造成的各种危害。5、掌握电压波动的概念，了解限制电压波动的、掌握电压波动的概念，了解限制电压波动的技术措施。所谓电压波动指的是由冲击性或间歇技术措施。所谓电压波动指的是由冲击性或间歇性负荷引起的波及面较小、波动频率较大（周期性负荷引起的波及面较小、波动频率较大（周期不长）电压波动。电压波动不属于电压管理的范不长）电压波动。电压波动不属于电压管理的范围。围。本讲稿第五十三页，共五十四页6、掌握电压管理的对象，会选择电压中枢点。、掌握电压管理的对象，会选择电压中枢点。电压管理的对象主要是：由于所谓第三类负荷变动引起的、电压管理的对象主要是：由于所谓第三类负荷变动引起的、由于个别设备因故障而退出运行引起的、由于系统接线方式由于个别设备因故障而退出运行引起的、由于系统接线方式变化引起的潮流分布和网络阻抗变化而引起电压变化。其手变化引起的潮流分布和网络阻抗变化而引起电压变化。其手段主要是对中枢点电压进行监视和调整。段主要是对中枢点电压进行监视和调整。7、熟练掌握电力系统中各种调压手段的工作原理、适用范围和、熟练掌握电力系统中各种调压手段的工作原理、适用范围和优缺点，能够按照给定的调压要求熟练地进行调压计算。优缺点，能够按照给定的调压要求熟练地进行调压计算。四种调压措施（借自动励磁调节器改变发电机端电压、改变变压四种调压措施（借自动励磁调节器改变发电机端电压、改变变压器分接头、并联无功补偿设备和串连无功补偿设备）中，涉及调器分接头、并联无功补偿设备和串连无功补偿设备）中，涉及调压计算的主要是选择变压器变比和确定无功补偿设备的容量，而压计算的主要是选择变压器变比和确定无功补偿设备的容量，而改变电机端电压实行逆调压只是改变给定的已知条件，并不增加改变电机端电压实行逆调压只是改变给定的已知条件，并不增加计算内容。计算内容。本讲稿第五十四页，共五十四页
