当前位置：文档之家 › 第六章 电力系统的无功功率和电压调整

第六章 电力系统的无功功率和电压调整

  • 格式：docx
  • 大小：155.47 KB
  • 文档页数：5

下载文档原格式

  / 5

合集下载

第6章 电力系统无功功率的平衡和电压调整

第6章 电力系统无功功率的平衡和电压调整
Q2 (U பைடு நூலகம் U 2 )U 2 X
若U1>U2时，Q2>0；U1＜U2时，Q2 ＜ 0。 电力网中的感性无功功率总是从电压高的一端流向电压 低的一端，而容性无功功率则总是从电压低的一端流向电压 高的一端。 注意：上述关于电力网中功率的流动方向的结论只适用 于高压电网---要注意使用条件！。
第一节 电力系统中无功功率平衡与电压的关系 二、容性无功与感性无功
U
( < 0 容性）
I ( >0 感性)
(a)


(b)
I
U
(a):
(b):
Q = UIsin ＞ 0 , 感性无功
Q = UIsin ＜ 0 , 容性无功
注意: 消耗容性无功相当于提供感性无功。
第一节 电力系统中无功功率平衡与电压的关系
P jQ1 1
P2 jQ2
Z R jX
呈感性
呈容性，相当 于提供感性无 功
第二节 电力系统中无功功率的平衡
Z R jX P2 jQ2 P jQ1 1

U1
2 P 2 Q12 U12 U 2 QX QB 1 2 X B U1 2
△QX：线路电抗的无功功率 △QB：充电无功功率
φ δ φ
jIX
I
(c) 简单系统
U
正常运行 时，工作 在ab段
（a）系统图；（b）等值电路；（c）相量图
第一节 电力系统中无功功率平衡与电压的关系
(2) 发电机的无功—电压静态特性
所谓发电机的无功—电压静态 特性，是指发电机向系统输送的无 功功率与电压的变化关系曲线。
G T-1 L T-2

第六章电力系统的无功功率和电压调整

第六章电力系统的无功功率和电压调整
无功功率为ΣQGCN时，系
统电压为UN，但电源提供
的无功功率下降为ΣQGC
时 . 无功也能平衡，但电 压要下降。 ■ 调节变压器分接头可以改 善局部电压，但电源提供 的无功不足时，电压不能 全面改善，而且有可能发 生电压崩溃的危险。
第二节电力系统中无功功率的 最优分布
一、负荷功率因数的提高
■ 异步电动机的无功功率：
二、无功功率的平衡
■ 负荷无功功率的静态电压特性
jXΣ
Q
无
功
负
1’
荷
1
U
二、无功功率的平衡
■ 发电机的静态电压特性
■ 近似二次曲线，E ↑ , 曲 线 ↑
Ф
δ
Ф
U
Q 2’
2 E
U
二、无功功率的平衡
Q
2’ 2
1’ 1
U
二、无功功率的平衡
■ 图中所示的无功电源静态 电压特性和无功负荷静态 电压特性，当电源提供的
■ 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“灵活交流输电系统”范 畴 的两种无功功率电源。前者出现在70年代初，是 这一“家族”的最早成员，日前已为人们所 熟 知；后者则尚待扩大试运行的规模。静止补 偿 器的全称为静止无功功率补偿器(svc)。
■ 并联电抗器
■ 就感性无功功率而言，并联电抗器显然不是电 源而是负荷，但在某些电力系统中的确装有这 种设施，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 还有提高输送能力，降低过电压等作用。
■ 最优网损微增率准则
■ 无疑，系统的无功资源越丰富，就可能节约越多 的网损，但也可能会使电网的建设投资增大。
■ 在进行电网规划时，希望以较小的投资，节约 较多的网损，所以无功规划的目标函数不能只 考虑网损，也不能只考虑投资，需要考虑将来 一个时间段内电网的综合效益最好。

《电力系统分析》习题06

《电力系统分析》习题06

第六章 电力系统无功功率的平衡和电压调整1、电力系统的主要无功电源。

2、调压方式及适用情况。

3、各种调压措施原理。

4、为什么在系统无功不足的情况下，不宜采取调整变压器分接头的办法来调压？5、如图所示，某降压变电所装设一台容量为20MV A 、电压为110/11kV 的变压器，要求变压器低压侧的偏移在大小负荷时分别不超过额定值的2.5%和7.5%，最大负荷为18MV A ，最小负荷为7MV A ，8.0cos =ϕ，变压器高压侧的电压在任何运行情况下均维持107.5kV ，变压器参数为：U k %=10.5, P k =163kW ，激磁影响不计。

试选择变压器的分接头。

6、某变电所装有二台变压器2×SFL 1—10000、110/10.5，如图所示。

10kV 侧的最大负荷为15+j11.25MV A ，接入补偿电容器-j11.25MV AR ；最小负荷为6+j4.5MV A ，电容器退出，并切除一台变压器。

已知一台变压器的阻抗为Z =9.2+j127Ω,高压母线最大负荷和最小负荷时的电压分别为106.09kV 和110.87kV 。

要求10kV 侧母线为顺调压，试选择变压器的分接头。

（变压器参数为110kV 侧的）7、如图所示，一个地区变电所，由双回110kV 输电线供电，变电所装二台容量均为31.5MV A 的分接头为：110±４×2.5%/11kV 的变压器，已知双母线电抗L X =14.6Ω，两台主变压器的电抗Ω=2.20T X （已折算至110kV 侧），变电所低压侧母线上的电压折至高压侧时，在最大负荷时U 2max =100.5kV ，最小负荷时为U 2min =107.5kV 。

试求：⑴并联电容时，容量和变比的选择怎样配合？并联调相机时，容量和变比的选择怎样配合？⑵当变电所低压侧母线要求为最大负荷时5.10max 2=′U kV ，最小负荷时10min 2=′U kV ，求为保证调压要求所需的最小同步调相机容量Q C 。

电力系统的无功功率和电压调整

电力系统的无功功率和电压调整

P
取决于发电机的视在
功率。以O点为圆心
B
， 以 OB 为 半 径 的 圆
弧S。
T
E qN
(U N xd
)
S
IN
xd
(U N xd
)
F
O'
U
N
U (
N
xd
)
O
Q
I N
图 2-4 隐 极 式 发 电 机 组 运 行 极 限 图
电力系统的无功功率和电压调整
2. 励磁绕组温升约束。取决 于发电机的空载电势。以 O’点为圆心，以O’B为半 径的圆弧F。
❖ 解决问题：无功补偿，无功电源的最优分布
电力系统的无功功率和电压调整
第一节 电力系统中无功功率的平衡
❖ 一、无功功率负荷和无功功率损耗
1.无功功率负荷 2.变压器中的无功功率损耗 3.电力线路上的无功功率损耗
❖ 二、无功功率电源
1.发电机 2.电容器和调相机 3.静止补偿器和静止调相机 4.并联电抗器
将异步电动机同步化运；
电力系统的无功功率和电压调整
第二节 电力系统中无功功率的最优分布
❖ 一、无功功率电源的最优分布 ❖ 二、无功功率负荷的最优补偿
电力系统的无功功率和电压调整
无功功率电源的最优分布
❖ 研究的是：在无功电源总量是定值时，每个 节点安装多少无功电源，使全网的有功损耗 最少？
❖ 等网损微增率准则
电力系统的无功功率和电压调整
无功功率负荷的最优补偿
❖ 如何确定无功补偿容量、补偿设备的分布使 无功补偿获得的收益最大？
❖ 最优网损微增率准则
电力系统的无功功率和电压调整
一、无功功率电源的最优分布
❖ 目标：

电机考试要点

电机考试要点

第六章电力系统的无功功率和电压调整1）无功功率电源有哪些？哪些可以平滑调节？无功功率电源：发电机、电容器、调相机、静止补偿器。

可以平滑调节：调相机、静止补偿器2）限制冲击负荷电压波动的措施是什么？（a）设置串联电容器、（b）设置调相机和电抗器、（c）设置静止补偿器3）什么是电力系统的逆调压、顺调压、常调压？逆调压：在高峰负荷时升高中枢点电压、低谷负荷时降低中枢点电压的电压调整方式。

在高峰负荷时将中枢点电压升高至105%UN，低谷负荷时将中枢点电压降为额定电压UN。

顺调压：在高峰负荷时允许中枢点电压略低，而低谷负荷时却允许中枢点电压略高的调压方式。

采用顺调压，高峰负荷时中枢点电压允许不低于102.5%U N，低谷负荷时中枢点电压允许不高于107.5%U N。

常调压：任何负荷下保持中枢点电压为一基本不变的数值。

适用于负荷变动小、线路上电压损耗小的情况。

常调压方式，电压保持为(102%-105%)U N。

4）选择变压器分接头进行调压的特点是什么？系统中无功功率必须充足才有效，否则必须用其他措施；不需要附加设备。

5）电力系统的电压调节有几种主要措施？借改变发电机端电压调压；借改变变压器变比调压；借补偿设备调压；组合调压。

第五章电力系统的有功功率和频率调节（1）负荷变动规律有几种，如何调整？有功负荷随时间变动规律分解为三种。

第一种变动：幅度小、周期短。

无法预测(随机)，靠发电机调速器调整，称一次调整。

自动进行。

第二种变动：幅度较大、周期较长。

冲击性负荷。

靠发电机调频器调整，称二次调整。

可手动、自动。

第三种变动：幅度最大、周期最长。

可预测，生产、生活引起，称三次调整。

优化分配负荷又称经济调度。

（2）电力系统频率的一次、二次调整如何进行，各有何特点？一次调频指由发电机调速器进行的、对第一种负荷变动引起频率偏移的调整。

一次调频特点：自动调节。

一次调频是所有运行发电机组都可参加，这类发电厂称为负荷监视厂二次调频指由发电机调频器进行的、对第二种负荷变动引起频率偏移的调整。

电力系统分析：第06章 电力系统无功功率平衡与电压调整

电力系统分析：第06章 电力系统无功功率平衡与电压调整

jB T
励磁支路损耗的百分值基本上等于空载电流I0的百分值，约为1％ ~ 2％不随负荷大小的改变而变化，称之为不变损耗；绕组漏抗中损耗
与所带负荷的大小有关，称为可变损耗。在变压器满载时，基本上等于
短路电压Uk的百分值，约为10％。 但对多电压级网络。变压器中的无 功功率损耗就相当可观。变压器的无功损耗是感性的
（三）无功储备
无功平衡的前提是系统的电压水平正常。和有功一样，系统中也应该保 持一定的无功储备。一般取最大负荷的7~8%。
12
例6-1
T-1 110kV
T-2
S% =
G
2 ×100kM
40LD+ j30MVA
某输电系统各元件参数如下：
发电机： 变压器T-1
P每N =台50SMN=W31,.5McVoAs，△= P0.=80358.5kWU，N =
= 42.27 + j37.618(MVA)
若发电机在满足有功需求时按额定功率因数运行，其输出功率
SG = 42.27 + j42.27×tg =42.27+j26.196 (MVA )
此时无功缺额达到
37.618 26.196=11.422(Mvar)
根据以上对无功功率缺额的初步估算，拟在变压器T-2的低压 侧设置10Mvar补偿容量，补偿前负荷功率因数为0.8，补偿后 可提高到0.895.计及补偿后线路和变压器绕组损耗还会减少， 发电机将能在额定功率因数附近运行
(c)饱和电抗器型SR
电容和电感组成滤波电路，滤去高次谐波，以免产生电流和电压的畸变 运行维护简单，损耗较小，对冲击负荷有较强的适应性，可装于枢纽变 电所进行电压控制，也可装于大的冲击负荷侧，如轧钢厂做无功补偿

第六章 电力系统无功功率和电压调整


Umax P1max R Q1max X /U1max 6.8945 (kV) Umin P1min R Q1min X /U1min 2.4561 (kV)
例题－降压变压器分接头的选择
3）计算分接头电压，取最大负荷时的 U2max=6.0 kV， 最小负荷时的 U2min=6.6 kV
U1t max U1maX Umax U2N U2max 110 6.8945 6.6 6 113.4161 (kV) U1t min (U1min Umin )U2N U2min 115 2.4561 6.6 6.6 112.5439 (kV)
第二节 电力系统中无功功率的最优分布
一、无功功率电源的最优分布 • 目标函数
• 约束条件P (QG1,QG2, ,QGn ) P (QGi )
m

QGi
n
QLi Q 0
Qi 1Gi min
i 1
QGi
QGimax
Ui min Ui Ui max
符合低压母线的要求 6～6.6 kV
电压调整的措施－变压器变比
（2）升压变压器分接头的选择
U2 1: k
RT+jXT U1
P + jQ
升压变压器分接头计算
电压调整的措施－变压器变比
• 最大负荷时高压绕组分接头电压为： • 最小负荷时高压绕组分接头电压为： • 普通变压器最大、最小负荷下只能选用同一个分接头：
电压调整的措施－变压器变比
（3）三绕组变压器
• 分接头选定：
– 高压绕组分接头 – 中压绕组分接头
• 步骤：
– 根据电压母线的要求选定高压绕组分接头 – 由选定高压绕组分接头和中压母线的要求选定中压绕组分接头

【题库】第6章 电力系统无功功率平衡与电压调整

第6章电力系统无功功率平衡与电压调整一、单项选择题1.利用发电机调压（）A.需要附加设备B.不需要附加设备C.某些时候需要附加设备D.某些时候不需要附加设备2.同步发电机励磁系统主要是为了调节发电机的( )A.频率B.电压C.有功功率D.转速3.无载调压变压器的分接头位置改变（）A.可在工作时改变B.须退出工作后改变C.与其运行状态无关D.与有载调压变压器的改变相同4.常调压是指（）A.高峰负荷时，将中枢点电压调高；低谷负荷时，将中枢点电压调低B.高峰负荷时，将中枢点电压调低；低谷负荷时，将中枢点电压调高C.高峰负荷、低谷负荷时，中枢点电压为一接近不变的值D.高峰负荷时，电压调高，低谷负荷时，电压也调高5.逆调压是指( )A.高峰负荷时，低谷负荷时，将中枢点电压均调高B.高峰负荷时，将中枢点电压调低，低谷负荷时，将中枢点电压调高C.高峰负荷时，将中枢点电压调高，低谷负荷时，将中枢点电压调低D.高峰负荷时，低谷负荷时，将中枢点电压均调低6.500kV高压输电网串联电容的作用是( )A．经济调度 B.电压调整C．频率调整 D.提高稳定性7.适时引入1000kV特高压输电，可为直流多馈入的受端电网提供坚强的（）支撑，有利于从根本上解决500kV短路电流超标和输电能力低的问题。

A．电压和有功 B．电压和无功C．频率和有功 D．电压和频率8.其它不变，提高发电机励磁电流可以提高发电机输出的（）。

A．电压 B．无功功率 C．频率 D．有功功率9.其它不变，提高原动机输入功率可以提高发电机输出的（）。

A．电压 B．无功功率 C．频率 D．有功功率10.在各种调压手段中，应首先考虑利用（）调压，因这种调压方式不需要附加设备。

A．发电机 B．并联电容器 C．调相机 D．静止补偿器11.对与系统并联运行的同步发电机，励磁调节的作用是( ) 。

A．保持机端电压恒定B．调节发电机发出的无功功率C．调节机端电压和发电机发出的无功功率D．调节发电机发出的有功电流12．关于顺调压电压调整方式的描述，错误的是（）A.高峰负荷时允许中枢点电压略低B.低谷负荷时允许中枢点电压略低C.适用于用户对电压要求不高的场合D.适用于供电线路不长的场合13.通过改变变压器变比，实质上（）A.改变了电压损耗的数值B.改变了电力网的无功功率分布C.改变了负荷变化时次级电压的变化幅度D.增加了整个电力系统的无功功率容量14.借助改变发电机端电压调压是（）A．典型的顺调压B．典型的逆调压C．典型的常调压D．典型的恒调压15.电力系统无功电源最优分布的原则是（）。

电力系统无功功率与电压调整


2、同步调相机 (只能发出无功功率的发电机) 既可以过励运行，也可以欠励运行，其运行状态取决于 系统电压调整的要求 过激运行时向系统输送其额定容量的无功功率，做无功 电源； 欠励运行时从系统吸取0.5~0.65倍额定容量的无功功 率，做无功负载 作无功电源时，调相机输出无功功率与电压之间的关系
EU U 2 − QCS = X X
1、同步发电机
发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率： 发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率：
QGN = S GN sin ϕ N = PGN tan ϕ N
讨论： 讨论：非额定功率因数下发电机可能发出的无功功率
假定隐极发电机连接在恒压母线，母线电压V 假定隐极发电机连接在恒压母线，母线电压VN，发电机等 值电路
U2 QC = = U 2ωC XC (6 − 4)
电力电容器是电力系统中广为使用的一种无功补偿装置 优点：维护方便，有功损耗小（占其额定容量的0.3%— 优点：维护方便，有功损耗小（占其额定容量的0.3%— 0.3% 0.5%），单位容量投资小，既可集中使用， ），单位容量投资小 0.5%），单位容量投资小，既可集中使用，又可以分散 安装
这是因为在A点时电源不能向负 荷提供所需的无功功率，系统被迫降 压运行，以取得较低电压下的无功平 衡
C B A QG QLD
若系统增发无功到2’， 则新交点C对应的电压接近 原电压
当系统有足够的无功电源时，就有较高的运行电压水 结论：平；当系统无功电源不足时，就只能维持较低的运行 电压水平。因此，电力系统的无功功率必须保持平衡
异步电动机等值电路
P11
在额定电压附近， 在额定电压附近，电动机消耗 的无功功率随着电压的升高而 增加， 增加，随电压的降低而减少 当电压低于临界电压时，漏 当电压低于临界电压时， 磁电抗中的无功损耗其主导 作用，随着电压的下降， 作用，随着电压的下降，QM 反而增大

电力系统分析第6章.


主要是为了满足近处地方负荷的电压质量要求。
对于由若干发电厂并列运行的电力系统，进行电压调 整的电厂需有相当充裕的无功容量储备，利用发电机调 压一般不易满足要求。另外调整个别发电厂的母线电压， 会引起无功功率重新分配，可能同无功功率的经济分配
发生矛盾。此时发电机调压只能作为一种辅助性的调压
措施。
2018/12/9 19
I0 % Q yT SN 100 U k % S2 SN 绕组漏抗中的无功损耗： Q zT S 100 N
励磁无功损耗：
输电线路的无功损耗

ห้องสมุดไป่ตู้
2
并联电纳中的无功损耗：又称充电功率，与线路电
压的平方成正比，呈容性。
2018/12/9 3
串联电抗中的损耗：与负荷电流的平方成正比，
线路额定电压的102.5% ，最小负荷时允许中枢点电压升 高，但不高于线路额定电压的107.5%。 适用于供电线路 不长，负荷变动不大的中枢点。
2018/12/9 14
恒调压：中枢点电压保持基本不变，一般为线路额定 电压的102％~105％， 适用于线路长度、负荷变动情况 介于上述两者之间的情况。
AD PGN SGN cos N
2018/12/9
____ ____
____
____
AB QGN SGN sin N
4
D
B
在不同功率因数下，发电机发出的P和Q受到以下限制：
以A为圆心，AC为半径的圆弧表示受定子额定电流的限制；
以O为圆心，OC为半径的圆弧表示受转子额定电流的限制； 水平线DC表示受原动机出力的限制。
均未超出允许电压范围10~11kV，因此所选分接头 能满足调压要求。
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

1
第六章 电力系统的无功功率和电压调整
6-1 电力系统总无功功率的平衡
一、 无功功率负荷和无功功率损耗
无功负荷：绝大部分是异步电动机
无功损耗：1. 变压器 ；2. 输电线路。

变压器中的无功功率损耗分为两部分，即励磁支路损耗和绕组漏抗中损耗。

其中，励磁支路损耗的百分值基本上等于空载电流0I 的百分值，约为%2~%1；绕组漏抗中损耗，在变压器满载时，基本上等于短路电压k U 的百分值，约为%10。

因此，对一台变压器或一级变压器的网络而言，变压器中的无功功率损耗并不大，满载时约为它额定容量的百分之十几。

但对多级电压网络，变压器中的无功功率损耗就相当可观。

电力线路上的无功功率损耗也分为两部分，即并联导纳和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，与线路电压的平方成正比，呈容性。

串联电抗中的损耗与负荷电流的平方成正比，呈感性。

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。

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自然功率时，线路将消耗容性无功功率。

二、电网中的无功电源
1. 发电机
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。

2．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。

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是分别与电容器和调相机相对应而又同属“灵活交流输电系统”范畴的两种无功功率电源。

4．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。

无功调度原则，无功就地平衡，分层平衡。

6—3 电力系统的电压调整
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。

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“电压崩溃“，造成大面积停电。

系统电压降低时，发电机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，将使其超过额定值。

当系统电压降低时，各类负荷中占比重最大的异步电动机的转差率增大，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。

照明负荷，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，亮度和发光效率又要大幅下降。

二、中枢点电压管理
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。

系统电压的监视和调整可以通过监视、调整电压中枢点的电压而实现。

所谓电压中枢点系指某些可反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电所母线。

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各电压中枢点的电压偏移不越出给定范围的问题。

方式：
1）逆调压
高峰负荷下，升高中枢点电压%
5；
低谷负荷下，中枢点电压为额定值。

1）顺调压
2
旗开得胜 3 高峰负荷下，中枢点电压不低于%5.102或某值； 低估负荷下，中枢点电压为不高于某值。

3）常调压
高峰、低估负荷下，中枢点电压保持在一个基本不变的值。

三、电压调整的基本原理
G jQ
P
+V 如上图
2
121k V QX
PR k V k U k V
V b G G b '
+-
=
∆-=
所以调压措施有：
1）改变发电机电压；
2）无功功率补偿。

四、借改变发电机端电压调压。