电力系统分析第5章
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电力系统无功功率平衡关系式：
QGC QLD QL Qres
18
5.2.3 无功功率平衡
QGC QLD QL Qres QGC为系统中无功电源总无功容量之和，包括发电机的
无功功率和各种无功补偿设备的无功功率。
QGC QG QC QLD为系统无功负荷之和。 特别注意：它是额定电压下负荷所消耗的无功功率。 QL为系统网络无功损耗之和，包括变压器的无功损耗、 线路电抗的无功损耗和线路电纳的无功功率。
电流
80 90
100 110 120 V (%)
5.2 电力系统的无功功率平衡
重要概念： 电力系统的运行电压水平取决于系统的无
功功率的平衡，即系统中各种无功电源的无功 功率的输出应能满足系统中负荷对无功功率的 的消耗以及电力网络对无功功率的损耗，否则 电压就会偏离额定值。
4
5.2.1 无功功率负荷和无功功率损耗
侧的漏阻抗为(2.44+j40)Ω，110±2×2.5%/6.3kV， 已知在最大和最小负荷时，通过变压器的功率分别为
SMAX=(28+j14)MVA和SMIN= (10+j6)MVA，高压侧的电压 分别为V1MAX=110kV和V1MIN=113kV。要求低压母线的电 压变化不超过(6.0～6.6)kV的范围，试选择变压器分
中枢点的电压调整方式一般分为三类：
逆调压、顺调压和常调压
(1)逆调压：在最大负荷时保持中枢点电压比线路额定电压高 5%，在最小负荷时保持为线路额定电压。适用于供电线路较 长，负荷变动较大的中枢点。其特定为可改善电压质量，但 与电压的变化规律相反，所以实现起来要求较高，难度较大。
(2)顺调压：在大负荷时允许中枢点电压低一些，但不低于线 路额定电压的102.5%，小负荷时允许其电压高一些，但不能 高于线路额定电压的107.5%。适用于供电距离较近，或负荷 变动不大的变电所。其特点为与电压变化规律一致，容易实 现，但调压效果差。
2
5.1 概述
电力工业的产品：电能
产品的质量指标：电压、频率、波形。
本章重点介绍如何保证电压这个重要指标。
电压变动对用户有什么影响？
电压过高的影响 电压过低的影响
(%)
通光量
寿命
140
发光效率
120
100
80
60
80 90
100 110 120 V (%)
(%)
140
120
效率
100
功率因数
80
60
QC
V2 XC
(2)特点：当电压下降时，供出的感性无功反而减 少，调节性能差；但由于是静止元件，使 用灵活，维护简单方便。
5.2.2 无功功率电源
4．静止无功补偿器(SVC)
(1)结构：由静止电容器与可调电抗器并联组成。
V
I
IC
C SR IL
0
I
(2)调节特性：电容器发出感性无功功率，电抗器根
据系统电压的变化调节其自身对感性
以过励磁运行发出感性无功，又可以欠励磁运行吸 收感性无功，一般欠励吸收最大无功功率为过励发 出最大无功功率的50% ～ 65%。
特点：调节性能好，即可发又可吸；但由于是旋转机 械，运行维护比较复杂，有一定的有功损耗， 宜于大容量集中使用。
5.2.2 无功功率电源
3．静止电容器 (1)无功功率特性：
1．降压变压器分接头的选择
如图所示：
变压器高压侧电压为V1；
V1
V2
归算到高压侧的漏阻抗为RT+jXT；
RT+jXT
变压器的电压损耗为ΔVT；
变压器低压侧的电压为V2，归算到
高压侧为V2’；
P+jQ
通过变压器的功率为P+jQ；
5.4.2 改变变压器的变比调压
对应等值电路：
V1
V1’
V2
RT+jXT
ΔVT
KT:1
在最大负荷时，最大负荷变压器的变比：
kT1max
V1max V2 max
Vt1max VN 2
注：VN2为变压器低压绕组额定电压， Vt1max为最大负 荷时变压器高压绕组分接头的电压。
5.4.2 改变变压器的变比调压
最大负荷时变压器高压绕组分接头的电压 Vt1max：
Vt1max
第五章 电力系统的无功功率平衡 和电压调整
本章的主要目的：
理解并掌握电力系统无功功率平衡、 电压调整的基本概念，掌握电压调整的基 本原理及其分析计算方法。
本章的主要内容
(1) 电力系统无功功率平衡的基本概念； (2) 电压调整的基本概念； (3) 电压调整的措施； (4) 调压措施的应用； 本章重点：电力系统中枢点的电压管理及调整措施； 本章难点：电压调整的分析计算；
变压器在电能传输过程中要消耗无功功率。
RT jXT
(1)变压器的等值电路：Г型
GT
–jBT
(2)变压器所消耗的无功功率：
QM
Qm
Q
V 2 BT
S V
2
X
T
(3)变压器的无功功率与端电压的关系曲线:
变压器的无功功率电压特性与电动机的特性相似。
5.2.1 无功功率负荷和无功功率损耗
可见：变压器的无功功率损耗在系统的无功需求 中占相当大的比重，一般额定满载运行的 变压器所消耗的无功功率达到其自身额定 容量的12%，如果从电源到用户需要经过 几级变压器时，变压器中无功损耗的数值 是相当可观的。
(3)常调压：介于逆调压和顺调压之间的调压方式，在任何负 荷下中枢点电压保持为恒定数值，一般比线路额定电压高 2%~5%。
5.3.2 电压调整基本原理
如图所示系统：
VG 1:k1 G
R+jX
k2:1
Vb
P+jQ
b点的电压为：
Vb
(VG k1
V ) / k2
VG k1
PR QX V
/
k
2
5.3.2 电压调整基本原理
无功功率的吸收量，以保证系统电压
的稳定。
5.2.2 无功功率电源
(3)特点：调节性能好，快速、平滑，满足动态的无 功功率的需要，静止元件，运行维护简单 方便，有功损耗小，但运行过程中向系统 注入谐波电流，要有相应的滤波措施。
5.2.3 无功功率平衡
电力系统无功功率平衡的基本要求是：系统中的 无功电源可能发出的无功功率应该大于或至少等于负 荷所需的无功功率和网络中的无功损耗之和。为了保 证运行可靠性和适应无功负荷的增长，系统还必须配 置一定的无功备用容量。
V1max V2 max
VN 2
V1max VT max V2 max
VN 2
同理，最小负荷时变压器高压绕组分接头的电压Vt1min：
Vt1min
V1min V2 min
VN
2
V1min VT V2 min
min
VN 2
5.4.2 改变变压器的变比调压
普通变压器：分接头不可带电切换
(1)分接头位置Vt1av：Vt1av Vt1max Vt1min 2
5.2.2 无功功率电源
电力系统中的无功功率电源主要由发电机和无 功补偿装置两部分构成，其中无功补偿装置主要由 静止电容器、同步调相机和静止无功发生器等设备 组成。
1.发电机 即是系统中唯一的有功电源，又是系统中基
本的无功电源，发电机在额定状态下运行时，可 发出感性无功功率：
QGN SGN sinN PGN tgN
5.2.1 无功功率负荷和无功功率损耗
可见：输电线路的无功损耗由两部分组成：QX(消耗 感性无功功率)和ＱＢ(补充感性无功功率)。
35kV以下线路：由于电压等级低，ＱＢ很小，线路基 本要消耗感性无功功率。
110kV以上的线路： 当传输功率较大时，ＱX>QB，线路消耗感性无功； 当传输功率较小时，有可能ＱX<QB，这时线路向 系统提供感性无功。
5.3 电力系统的电压调整
允许电压偏移
从技术上和经济上综合考虑，合理地规定供电电 压的允许偏移是完全必要的。
我国目前规定的正常运行情况下供电电压允许偏 移： 35kV及以上供电电压正、负偏移的绝对值之和不
超过额定电压的10%； 10kV及以下三相供电电压允许偏移为额定电压的
±7%； 220kV单相供电电压允许偏移为额定电压的+7%和-
Q
β=0.8
β=0.6
：受载系数
β=0.3
0.7 0.8 0.9 1.0 V
可见：在额定电压附近，电动机对无功功率的消耗随电压的 升降而增减，其关系是非线性的，大致与电压的平方 成正比，当电动机得不到足够的无功供给时，电压 自然会明显下降。
5.2.1 无功功率负荷和无功功率损耗
2.变压器的无功损耗
QL QLT QL QB Qres为无功功率备用， Qres >0表示系统中无功功率可以平 衡且有适量的备用， Qres<0 表示系统中无功功率不足，应 考虑加设无功补偿装置。
5.2.3 无功功率平衡
从改善电压质量和降低网络功率损耗考虑，应避免 通过电网元件大量传输无功功率。为此，我国电力工 业有关技术导则规定：以35kV以上电压等级直接供电 的负荷，功率因数要达到0.90以上，对其它负荷，功 率因数不低于0.85。因此，仅从全系统的角度进行无 功功率平衡是不够的，应该分地区分电压级进行无功 功率平衡，根据无功平衡的需求，增添必要的无功补 偿容量 ，并按无功功率就地平衡的原则进行补偿容量 的分配，小容量、分散的无功补偿可采用静止电容 器；大容量的补偿可在系统电压中枢点采用调相机或 静止补偿器。
10%。
21
5.3.1 中枢点的电压管理
电压中枢点：电力系统中主要的负荷供电点。 例如：* 区域性水、火电厂的高压母线； * 枢纽变电站的二次母线； * 有大量地方负荷的发电机电压母线； * 城市直降变电所二次母线
QGC QLD QL Qres
18
5.2.3 无功功率平衡
QGC QLD QL Qres QGC为系统中无功电源总无功容量之和，包括发电机的
无功功率和各种无功补偿设备的无功功率。
QGC QG QC QLD为系统无功负荷之和。 特别注意：它是额定电压下负荷所消耗的无功功率。 QL为系统网络无功损耗之和，包括变压器的无功损耗、 线路电抗的无功损耗和线路电纳的无功功率。
电流
80 90
100 110 120 V (%)
5.2 电力系统的无功功率平衡
重要概念： 电力系统的运行电压水平取决于系统的无
功功率的平衡，即系统中各种无功电源的无功 功率的输出应能满足系统中负荷对无功功率的 的消耗以及电力网络对无功功率的损耗，否则 电压就会偏离额定值。
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5.2.1 无功功率负荷和无功功率损耗
侧的漏阻抗为(2.44+j40)Ω，110±2×2.5%/6.3kV， 已知在最大和最小负荷时，通过变压器的功率分别为
SMAX=(28+j14)MVA和SMIN= (10+j6)MVA，高压侧的电压 分别为V1MAX=110kV和V1MIN=113kV。要求低压母线的电 压变化不超过(6.0～6.6)kV的范围，试选择变压器分
中枢点的电压调整方式一般分为三类：
逆调压、顺调压和常调压
(1)逆调压：在最大负荷时保持中枢点电压比线路额定电压高 5%，在最小负荷时保持为线路额定电压。适用于供电线路较 长，负荷变动较大的中枢点。其特定为可改善电压质量，但 与电压的变化规律相反，所以实现起来要求较高，难度较大。
(2)顺调压：在大负荷时允许中枢点电压低一些，但不低于线 路额定电压的102.5%，小负荷时允许其电压高一些，但不能 高于线路额定电压的107.5%。适用于供电距离较近，或负荷 变动不大的变电所。其特点为与电压变化规律一致，容易实 现，但调压效果差。
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5.1 概述
电力工业的产品：电能
产品的质量指标：电压、频率、波形。
本章重点介绍如何保证电压这个重要指标。
电压变动对用户有什么影响？
电压过高的影响 电压过低的影响
(%)
通光量
寿命
140
发光效率
120
100
80
60
80 90
100 110 120 V (%)
(%)
140
120
效率
100
功率因数
80
60
QC
V2 XC
(2)特点：当电压下降时，供出的感性无功反而减 少，调节性能差；但由于是静止元件，使 用灵活，维护简单方便。
5.2.2 无功功率电源
4．静止无功补偿器(SVC)
(1)结构：由静止电容器与可调电抗器并联组成。
V
I
IC
C SR IL
0
I
(2)调节特性：电容器发出感性无功功率，电抗器根
据系统电压的变化调节其自身对感性
以过励磁运行发出感性无功，又可以欠励磁运行吸 收感性无功，一般欠励吸收最大无功功率为过励发 出最大无功功率的50% ～ 65%。
特点：调节性能好，即可发又可吸；但由于是旋转机 械，运行维护比较复杂，有一定的有功损耗， 宜于大容量集中使用。
5.2.2 无功功率电源
3．静止电容器 (1)无功功率特性：
1．降压变压器分接头的选择
如图所示：
变压器高压侧电压为V1；
V1
V2
归算到高压侧的漏阻抗为RT+jXT；
RT+jXT
变压器的电压损耗为ΔVT；
变压器低压侧的电压为V2，归算到
高压侧为V2’；
P+jQ
通过变压器的功率为P+jQ；
5.4.2 改变变压器的变比调压
对应等值电路：
V1
V1’
V2
RT+jXT
ΔVT
KT:1
在最大负荷时，最大负荷变压器的变比：
kT1max
V1max V2 max
Vt1max VN 2
注：VN2为变压器低压绕组额定电压， Vt1max为最大负 荷时变压器高压绕组分接头的电压。
5.4.2 改变变压器的变比调压
最大负荷时变压器高压绕组分接头的电压 Vt1max：
Vt1max
第五章 电力系统的无功功率平衡 和电压调整
本章的主要目的：
理解并掌握电力系统无功功率平衡、 电压调整的基本概念，掌握电压调整的基 本原理及其分析计算方法。
本章的主要内容
(1) 电力系统无功功率平衡的基本概念； (2) 电压调整的基本概念； (3) 电压调整的措施； (4) 调压措施的应用； 本章重点：电力系统中枢点的电压管理及调整措施； 本章难点：电压调整的分析计算；
变压器在电能传输过程中要消耗无功功率。
RT jXT
(1)变压器的等值电路：Г型
GT
–jBT
(2)变压器所消耗的无功功率：
QM
Qm
Q
V 2 BT
S V
2
X
T
(3)变压器的无功功率与端电压的关系曲线:
变压器的无功功率电压特性与电动机的特性相似。
5.2.1 无功功率负荷和无功功率损耗
可见：变压器的无功功率损耗在系统的无功需求 中占相当大的比重，一般额定满载运行的 变压器所消耗的无功功率达到其自身额定 容量的12%，如果从电源到用户需要经过 几级变压器时，变压器中无功损耗的数值 是相当可观的。
(3)常调压：介于逆调压和顺调压之间的调压方式，在任何负 荷下中枢点电压保持为恒定数值，一般比线路额定电压高 2%~5%。
5.3.2 电压调整基本原理
如图所示系统：
VG 1:k1 G
R+jX
k2:1
Vb
P+jQ
b点的电压为：
Vb
(VG k1
V ) / k2
VG k1
PR QX V
/
k
2
5.3.2 电压调整基本原理
无功功率的吸收量，以保证系统电压
的稳定。
5.2.2 无功功率电源
(3)特点：调节性能好，快速、平滑，满足动态的无 功功率的需要，静止元件，运行维护简单 方便，有功损耗小，但运行过程中向系统 注入谐波电流，要有相应的滤波措施。
5.2.3 无功功率平衡
电力系统无功功率平衡的基本要求是：系统中的 无功电源可能发出的无功功率应该大于或至少等于负 荷所需的无功功率和网络中的无功损耗之和。为了保 证运行可靠性和适应无功负荷的增长，系统还必须配 置一定的无功备用容量。
V1max V2 max
VN 2
V1max VT max V2 max
VN 2
同理，最小负荷时变压器高压绕组分接头的电压Vt1min：
Vt1min
V1min V2 min
VN
2
V1min VT V2 min
min
VN 2
5.4.2 改变变压器的变比调压
普通变压器：分接头不可带电切换
(1)分接头位置Vt1av：Vt1av Vt1max Vt1min 2
5.2.2 无功功率电源
电力系统中的无功功率电源主要由发电机和无 功补偿装置两部分构成，其中无功补偿装置主要由 静止电容器、同步调相机和静止无功发生器等设备 组成。
1.发电机 即是系统中唯一的有功电源，又是系统中基
本的无功电源，发电机在额定状态下运行时，可 发出感性无功功率：
QGN SGN sinN PGN tgN
5.2.1 无功功率负荷和无功功率损耗
可见：输电线路的无功损耗由两部分组成：QX(消耗 感性无功功率)和ＱＢ(补充感性无功功率)。
35kV以下线路：由于电压等级低，ＱＢ很小，线路基 本要消耗感性无功功率。
110kV以上的线路： 当传输功率较大时，ＱX>QB，线路消耗感性无功； 当传输功率较小时，有可能ＱX<QB，这时线路向 系统提供感性无功。
5.3 电力系统的电压调整
允许电压偏移
从技术上和经济上综合考虑，合理地规定供电电 压的允许偏移是完全必要的。
我国目前规定的正常运行情况下供电电压允许偏 移： 35kV及以上供电电压正、负偏移的绝对值之和不
超过额定电压的10%； 10kV及以下三相供电电压允许偏移为额定电压的
±7%； 220kV单相供电电压允许偏移为额定电压的+7%和-
Q
β=0.8
β=0.6
：受载系数
β=0.3
0.7 0.8 0.9 1.0 V
可见：在额定电压附近，电动机对无功功率的消耗随电压的 升降而增减，其关系是非线性的，大致与电压的平方 成正比，当电动机得不到足够的无功供给时，电压 自然会明显下降。
5.2.1 无功功率负荷和无功功率损耗
2.变压器的无功损耗
QL QLT QL QB Qres为无功功率备用， Qres >0表示系统中无功功率可以平 衡且有适量的备用， Qres<0 表示系统中无功功率不足，应 考虑加设无功补偿装置。
5.2.3 无功功率平衡
从改善电压质量和降低网络功率损耗考虑，应避免 通过电网元件大量传输无功功率。为此，我国电力工 业有关技术导则规定：以35kV以上电压等级直接供电 的负荷，功率因数要达到0.90以上，对其它负荷，功 率因数不低于0.85。因此，仅从全系统的角度进行无 功功率平衡是不够的，应该分地区分电压级进行无功 功率平衡，根据无功平衡的需求，增添必要的无功补 偿容量 ，并按无功功率就地平衡的原则进行补偿容量 的分配，小容量、分散的无功补偿可采用静止电容 器；大容量的补偿可在系统电压中枢点采用调相机或 静止补偿器。
10%。
21
5.3.1 中枢点的电压管理
电压中枢点：电力系统中主要的负荷供电点。 例如：* 区域性水、火电厂的高压母线； * 枢纽变电站的二次母线； * 有大量地方负荷的发电机电压母线； * 城市直降变电所二次母线
