電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整

1、電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整第1頁，共28頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)20分，星期四電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整電壓是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)。 電力系統(tǒng)的運(yùn)行電壓水平取決于無功功率的平衡。系統(tǒng)中各種無功電源的無功出力應(yīng)能滿足系統(tǒng)負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)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。 電壓偏移過大對電力系統(tǒng)本身以及用電設(shè)備會帶來不良的影響。（1）效率下降，經(jīng)濟(jì)性變差。（2）電壓過高，照明設(shè)備壽命下降，影響絕緣。（3）電壓過低，電機(jī)發(fā)熱。（4）系統(tǒng)電壓崩潰第2頁，共28頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)20分，星期四電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整無功功率負(fù)荷異步電動機(jī)

2、等值電路因?yàn)楫惒诫妱訖C(jī)在電力系統(tǒng)負(fù)荷（特別是無功負(fù)荷）中占比重很大，系統(tǒng)無功負(fù)荷的電壓特性主要由異步電動機(jī)決定異步電動機(jī)的無功功率和有功功率異步電動機(jī)的無功電壓特性受載系數(shù)負(fù)載不變電壓降低無功損耗反而升高受飽和影響，勵(lì)磁功率稍高于二次曲線第3頁，共28頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)20分，星期四電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整無功功率負(fù)荷變壓器的無功損耗變壓器的無功損耗變壓器等值電路輸電線路的無功損耗輸電線路的無功消耗輸電線路等值電路35kV及以下線路充電功率很小，消耗無功功率；110kV及以上線路輕載時(shí)為無功電源，重載時(shí)消耗無功功率。無功需求比重大：空載電流I0%=2.5，短路電壓VS%

3、=10.5，在額定滿載下運(yùn)行時(shí)，無功消耗將達(dá)額定容量的12%。第4頁，共28頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)20分，星期四電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整無功功率電源發(fā)電機(jī)P-Q極限受額定勵(lì)磁電流限制，發(fā)電機(jī)電抗壓降限值，以O(shè)點(diǎn)為圓心，OC為半徑進(jìn)相運(yùn)行的穩(wěn)定約束和定子繞組端部溫升受定子額定電流限制，發(fā)電機(jī)電抗壓降限值，以A點(diǎn)為圓心，AC為半徑OC空載電勢OA機(jī)端電壓AC發(fā)電機(jī)電抗壓降，正比于視在功率；AD正比于機(jī)端有功功率AB正比于機(jī)端無功功率DC原動機(jī)輸入功率（額定有功功率）約束發(fā)電機(jī)只有在額定電壓、額定電流和額定功率因數(shù)（即運(yùn)行點(diǎn)C）下運(yùn)行時(shí)視在功率才能達(dá)到額定值，使其容量得到最充分的

4、利用。第5頁，共28頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)20分，星期四電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整無功功率電源旋轉(zhuǎn)元件，運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜；有功損耗較大，滿負(fù)荷時(shí)約為額定容量的1.5%5%，容量越小，比例越大；小容量機(jī)組投資費(fèi)用高（每kVA），僅利于集中大容量使用；響應(yīng)速度較慢，難以適應(yīng)動態(tài)無功控制的要求20世紀(jì)70年代后，逐漸為靜止無功補(bǔ)償器取代；同步調(diào)相機(jī)過勵(lì)磁運(yùn)行，向電網(wǎng)輸出感性無功功率；欠勵(lì)磁運(yùn)行，從電網(wǎng)吸收感性無功功率；欠勵(lì)磁最大容量為過勵(lì)磁容量的50%65%；裝有自動勵(lì)磁，可實(shí)現(xiàn)無功電壓連續(xù)調(diào)節(jié)；具有強(qiáng)勵(lì)功能，可調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓，有利于提高穩(wěn)定性第6頁，共28頁，2022年，5月20日，1

5、8點(diǎn)20分，星期四電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整無功功率電源靜電電容器輸出無功與節(jié)點(diǎn)電壓平方成正比，無功功率調(diào)節(jié)性能較差；裝設(shè)容量可大可小，既可集中安裝，亦可分散安裝；單位容量投資費(fèi)用較小，與總?cè)萘繜o關(guān)；運(yùn)行功率損耗小，約為額定容量的0.3%0.5%；無旋轉(zhuǎn)元件，運(yùn)行維護(hù)方便；可根據(jù)負(fù)荷變化，分組投切電容器，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償功率的分級調(diào)節(jié)（不連續(xù)）；目前廣泛低壓配網(wǎng)中廣泛采用的無功補(bǔ)償技術(shù)工程上遇到由于諧波引起的電容器損壞事故較為突出，值得關(guān)注QC=V 2/XC第7頁，共28頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)20分，星期四電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整無功功率電源靜止無功補(bǔ)償器飽和電抗器型靜止補(bǔ)償

6、器靜止補(bǔ)償器由靜電電容器與電抗器并聯(lián)組成電容器可發(fā)出無功功率，電抗器可吸收無功功率，兩者結(jié)合起來，再配以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)裝置，就能夠平滑地改變輸出（或吸收）的無功功率。第8頁，共28頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)20分，星期四電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整無功功率電源靜止無功補(bǔ)償器晶閘管控制電抗器型靜止補(bǔ)償器TCR支路正負(fù)半周內(nèi)部分導(dǎo)通等值電感可連續(xù)調(diào)節(jié)有諧波第9頁，共28頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)20分，星期四電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整無功功率電源靜止無功補(bǔ)償器晶閘管投切電容器型靜止補(bǔ)償器TSC：整周波投切，不產(chǎn)生諧波分級調(diào)節(jié)快速響應(yīng)第10頁，共28頁，2022年，5月20日，

7、18點(diǎn)20分，星期四電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整無功功率電源靜止無功補(bǔ)償器靜止無功發(fā)生器（SVG：Static Var Generator）與SVC相比，響應(yīng)速度更快，運(yùn)行范圍更寬，諧波電流含量更少電壓較低時(shí)仍可向系統(tǒng)注入較大的無功電流儲能電容的容量遠(yuǎn)小于裝置無功容量第11頁，共28頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)20分，星期四電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整無功功率平衡無功功率平衡的基本概念無功平衡的基本要求：系統(tǒng)無功電源容量大于無功負(fù)荷與無功損耗之和，并具有備用容量無功電源總出力包括發(fā)電機(jī)無功功率和各種無功補(bǔ)償設(shè)備的無功功率發(fā)電機(jī)無功功率按額定功率因數(shù)計(jì)算無功負(fù)荷按照負(fù)荷有功功率和功

8、率因數(shù)計(jì)算，35kV及以上電壓等級要求功率因數(shù)要達(dá)到0.9以上。無功功率分地區(qū)、分電壓等級就地平衡避免無功大容量遠(yuǎn)距離傳送超高壓線路并聯(lián)高壓電抗：90%QB變電站低容低抗、配電網(wǎng)電容補(bǔ)償無功平衡應(yīng)分別按最大和最小負(fù)荷計(jì)算小容量的采用電容器，大容量的調(diào)相機(jī)或補(bǔ)償器無功損耗包括變壓器損耗、輸電線路電抗損耗和線路電納的損耗第12頁，共28頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)20分，星期四電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整無功功率平衡無功功率平衡與電壓水平的關(guān)系P為一定值，Q(V)特性曲線為下開口拋物線；調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，改變E可調(diào)整Q(V)特性系統(tǒng)無功電源輸出不足，運(yùn)行電壓水平偏低；系統(tǒng)無功電源輸出過剩，運(yùn)

9、行電壓水平偏高；實(shí)現(xiàn)額定電壓水平下的無功功率平衡，據(jù)此配置無功電源設(shè)備QGC=QLD+QL 在什么樣的電壓水平下實(shí)現(xiàn)無功功率平衡？第13頁，共28頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)20分，星期四電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整無功功率平衡無功功率平衡與電壓水平的關(guān)系-Ex12-2V2/kV103104105106107Q/Mvar28.1925.9123.5921.2118.79QLD-117.5417.8818.2218.5718.92QLD-226.3026.8227.3327.8628.39第14頁，共28頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)20分，星期四電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整電

10、壓調(diào)整的基本概念電壓偏移過大的危害電壓偏低對系統(tǒng)和用戶的影響電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩降低或定子電 流增大，失速甚至停轉(zhuǎn)；電熱設(shè)備生產(chǎn)效率降低照明光線不足，影響人的視力網(wǎng)絡(luò)功率和能量損耗增加降低系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性電壓偏高對系統(tǒng)和用戶的影響電氣設(shè)備絕緣受損，壽命縮短超高壓網(wǎng)絡(luò)電暈損耗允許電壓偏移35kV及以上供電電壓：正、負(fù)偏移的絕對值之和不超過10%VN；上下偏移同號時(shí)，按較大偏移絕對值衡量10kV及以下三相供電電壓：7%VN220V單相供電電壓：+7% -10%VN 造成電壓偏移的原因（1）設(shè)備及線路壓降（2）負(fù)荷波動（3）運(yùn)行方式改變（4）無功不足或過剩 第15頁，共28頁，2022年，5月20日，18

11、點(diǎn)20分，星期四電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整電壓調(diào)整的基本概念中樞點(diǎn)的電壓管理中樞點(diǎn)的概念電壓中樞點(diǎn)：指那些能夠反映和控制整個(gè)系統(tǒng)電壓水平的節(jié)點(diǎn)（母線）。區(qū)域性水、火電廠高壓母線樞紐變電所的二次母線有大量地方負(fù)荷的發(fā)電機(jī)電壓母線例：中樞點(diǎn)中樞點(diǎn)確定中樞點(diǎn)電壓的允許變化范圍第16頁，共28頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)20分，星期四電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整電壓調(diào)整的基本概念中樞點(diǎn)的電壓管理確定允許電壓運(yùn)行范圍VA：(0.951.05)VN時(shí)間VOAVOA080.040.991.098240.11.051.15VB：(0.951.05)VN時(shí)間VOBVOB0160.010.961.

12、068240.030.981.08第17頁，共28頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)20分，星期四電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整電壓調(diào)整的基本概念中樞點(diǎn)的電壓管理調(diào)壓方式逆調(diào)壓(1-1.05VN)大負(fù)荷時(shí)，線路電壓損耗大，提高中樞點(diǎn)電壓，使負(fù)荷點(diǎn)電壓不至太低；小負(fù)荷時(shí)，線路電壓損耗小，降低中樞點(diǎn)電壓，使負(fù)荷點(diǎn)電壓不至太高；考慮發(fā)電機(jī)電壓一定，大負(fù)荷時(shí)中樞點(diǎn)電壓會低一些，小負(fù)荷時(shí)則高一些，因此，逆調(diào)壓要求較高，較難實(shí)現(xiàn)；順調(diào)壓N)大負(fù)荷時(shí)，允許中樞點(diǎn)電壓低一些，但不低于線路額定電壓的102.5%；小負(fù)荷時(shí)，允許中樞點(diǎn)電壓高一些，但不高于線路額定電壓的107.5%；恒調(diào)壓N)任何情況下，維持中樞

13、點(diǎn)電壓大約恒定，一般較線路額定電壓高2%5%；第18頁，共28頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)20分，星期四電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整電壓調(diào)整的原理和措施電壓調(diào)整的基本原理調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流改變VG適當(dāng)選擇變壓器變比k改變線路參數(shù)改變無功功率分布1:k1VGk2:1VbGR+jXP+jQ電壓調(diào)整的措施發(fā)電機(jī)調(diào)壓改變變壓器變比無功補(bǔ)償調(diào)壓采用靜電電容器采用同步調(diào)相機(jī)4%2%G4%2%3%1%10%5%8%3%6%2%110kV310kV380V多級變壓供電系統(tǒng)的電壓損耗分布與發(fā)電機(jī)調(diào)壓適合于由孤立發(fā)電廠不經(jīng)升壓直接供電的小型電力網(wǎng)機(jī)端電壓允許偏移：5%VGN，可采用逆調(diào)壓；復(fù)雜電力系統(tǒng)中，發(fā)電

14、機(jī)調(diào)壓一般作為輔助性調(diào)壓措施第19頁，共28頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)20分，星期四電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整電壓調(diào)整的原理和措施改變變壓器變比調(diào)壓降壓變壓器分接頭選擇V1RT+jXTP+jQV2升壓變壓器分接頭選擇k:1V2RT+jXTP+jQV11:kG根據(jù)計(jì)算得到的分接頭電壓選擇最接近的變壓器分接頭額定電壓；第20頁，共28頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)20分，星期四電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整電壓調(diào)整的原理和措施改變變壓器變比調(diào)壓采用固定分接頭的變壓器調(diào)壓，電壓損耗不會改變，負(fù)荷變化時(shí)次級電壓變化幅度也不會改變；如果電壓損耗超過分接頭可調(diào)整范圍（5%），或者調(diào)壓要

15、求與實(shí)際的相反（如逆調(diào)壓），采用普通變壓器的分接頭調(diào)整將無法滿足調(diào)壓要求；采用有載調(diào)壓方式，可根據(jù)負(fù)荷狀態(tài)確定合適分接頭，從而縮小次級電壓變化幅度，甚至改變電壓變化趨勢；可用于有載調(diào)壓的有：有載調(diào)壓變壓器和加壓調(diào)壓變壓器；有載調(diào)壓變壓器：可帶負(fù)載調(diào)節(jié)分接頭，分接頭調(diào)節(jié)范圍比較大；加壓調(diào)壓器：與主變壓器配合使用，相當(dāng)于有載調(diào)壓變壓器；第21頁，共28頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)20分，星期四電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整電壓調(diào)整的原理和措施改變變壓器變比調(diào)壓采用固定分接頭的變壓器調(diào)壓，電壓損耗不會改變，負(fù)荷變化時(shí)次級電壓變化幅度也不會改變改變變壓器變比調(diào)壓當(dāng)系統(tǒng)無功功率不足時(shí)，首先應(yīng)裝設(shè)

16、無功功率補(bǔ)償設(shè)備目前我國暫定，110kV級的調(diào)壓變壓器有7個(gè)分接頭，即VN32.5%；220kV級的有9個(gè)分接頭即VN42.0%。第22頁，共28頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)20分，星期四電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整電壓調(diào)整的原理和措施利用無功補(bǔ)償調(diào)壓V1V2R+jXP+jQjQCV1k:1V2=V2cR+jXP+jQjQC補(bǔ)償容量與調(diào)壓要求和變壓器變比選擇均有關(guān)變比 k 選取原則：滿足調(diào)壓要求的前提下，使得無功補(bǔ)償容量最小低壓配電線路和電纜線路，RX，PR/V占電壓損耗較大，無功補(bǔ)償調(diào)壓效果一般；第23頁，共28頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)20分，星期四電力系統(tǒng)的無功功率平衡

17、和電壓調(diào)整電壓調(diào)整的原理和措施利用無功補(bǔ)償調(diào)壓靜電電容器最小負(fù)荷時(shí)，無電容器補(bǔ)償，確定變壓器分接頭位置；最大負(fù)荷時(shí)，全部電容器投入，按調(diào)壓要求確定補(bǔ)償容量利用無功補(bǔ)償調(diào)壓同步調(diào)相機(jī)最小負(fù)荷時(shí)，調(diào)相機(jī)按(0.50.65)額定容量欠勵(lì)磁運(yùn)行；最大負(fù)荷時(shí)，調(diào)相機(jī)按額定容量過勵(lì)磁運(yùn)行V1k:1V2=V2cR+jXP+jQjQC低壓配電線路和電纜線路，RX，PR/V占電壓損耗較大，無功補(bǔ)償調(diào)壓效果一般第24頁，共28頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)20分，星期四電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整電壓調(diào)整的原理和措施線路串聯(lián)電容補(bǔ)償調(diào)壓V1V2R+jXP1+jQ1-jXC確定串聯(lián)電容器臺數(shù)及總?cè)萘縩mIC

18、串聯(lián)電容器提升末端電壓：QX/V隨無功負(fù)荷增大而增大，與調(diào)壓要求一致；功率因數(shù)高或RX的線路，由于電壓損耗中QX/V分量小，調(diào)壓效果不明顯；每臺的額定電流為INC，額定電壓為VNC，額定容量為QNC=VNCINC，則可根據(jù)最大負(fù)荷電流Icmax和所需的容抗值XC分別計(jì)算電容器串、并聯(lián)的臺數(shù)n，m以及三相電容器的總?cè)萘縌C。kc=XC/XL第25頁，共28頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)20分，星期四電力系統(tǒng)的無功功率平衡和電壓調(diào)整電壓調(diào)整的原理和措施各種調(diào)壓措施的簡要述評發(fā)電機(jī)調(diào)壓不需增加費(fèi)用，是發(fā)電機(jī)直接供電的小系統(tǒng)的主要調(diào)壓手段；多機(jī)系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)任一臺發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，會引起發(fā)電機(jī)間無功功率重新分配，應(yīng)根據(jù)發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)連接方式和承擔(dān)有功功率情況，合理確定調(diào)壓整定值；系統(tǒng)無功電源充足時(shí)，可通過改變變壓器變比進(jìn)行調(diào)壓，電壓變化幅度較大或要求逆調(diào)壓時(shí)，宜采用變壓器有載調(diào)壓方式；系統(tǒng)無功不足時(shí)，不宜采用改變變壓器變比的方式調(diào)壓；并聯(lián)電容器和串聯(lián)電容器補(bǔ)償?shù)淖饔迷谟跍p少電壓損耗的QX/V分量；只有該分量占比重較大時(shí)，調(diào)壓效果才明顯；并聯(lián)電容補(bǔ)償和串聯(lián)電容補(bǔ)償需要增加設(shè)備費(fèi)用，并聯(lián)補(bǔ)償可以減小網(wǎng)損；第26頁，共2