电力系统的无功功率和电压调整培训课件(ppt 57页)
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电力系统的无功功率和电压调整-PowerPointPr
二. 电压波动和电压管理 2.电压管理
（1）中枢点的电压偏移
✓需综合考虑A、B对电压中枢点O点的要求。要同时满 足两个负荷对电压质量的要求，中枢点电压的允许变动 范围减小。
✓在实际电力系统中，由同一中枢点供电的负荷可能很 多，且中枢点到负荷处线路上的电压损耗的大小和变化 规律的差别可能很大，完全可能出现在某些时段内，中 枢点电压取任何值均不能满足要求，这时须采取其他措 施（如在负荷处进行无功补偿，改变变压器变比等）。
g G
U g U g U G
U I
i
U i
U i
U J j U j
U j
四. 借改变变压器变比调压
（1）对于双绕组降压变压器i
U I
U i
U i
U I
U i
U i
i
i
S~
给定UImax , Smax ,UImin , Smin , 低压侧期望电压 U imax，U imin，
要求选择
U
t
Im
ax，U
•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。
6－3 电力系统的电压调整—电压管理 和借发电机、变压器调压
• 综上可见，在保证系统中无功功率平衡的基础上，如同调 整控制频率一样．调整控制电压，使其偏移和波动保持在 允许范围内，是系统运行的又一重要问题。
Umax 6% Umin 2.4%
+5%
+4.4% +1%
+2%
-4%
-5.6%
-5%
-5%
-9%
发电机经多级变压向负荷供电时，仅借发电机调压往往不能满
（1）中枢点的电压偏移
✓需综合考虑A、B对电压中枢点O点的要求。要同时满 足两个负荷对电压质量的要求，中枢点电压的允许变动 范围减小。
✓在实际电力系统中，由同一中枢点供电的负荷可能很 多，且中枢点到负荷处线路上的电压损耗的大小和变化 规律的差别可能很大，完全可能出现在某些时段内，中 枢点电压取任何值均不能满足要求，这时须采取其他措 施（如在负荷处进行无功补偿，改变变压器变比等）。
g G
U g U g U G
U I
i
U i
U i
U J j U j
U j
四. 借改变变压器变比调压
（1）对于双绕组降压变压器i
U I
U i
U i
U I
U i
U i
i
i
S~
给定UImax , Smax ,UImin , Smin , 低压侧期望电压 U imax，U imin，
要求选择
U
t
Im
ax，U
•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。
6－3 电力系统的电压调整—电压管理 和借发电机、变压器调压
• 综上可见，在保证系统中无功功率平衡的基础上，如同调 整控制频率一样．调整控制电压，使其偏移和波动保持在 允许范围内，是系统运行的又一重要问题。
Umax 6% Umin 2.4%
+5%
+4.4% +1%
+2%
-4%
-5.6%
-5%
-5%
-9%
发电机经多级变压向负荷供电时，仅借发电机调压往往不能满
电压系统无功功率和电压调整课件
无功功率与有功功率的关系
在电力系统中，无功功率和有功功率是相互依存的。有功功率用于消耗 电能并转换成其他形式的能量，而无功功率则用于维持系统的电压水平 和保障设备的正常运行。
02
电压调整的原理和方法
电压调整的必要性
1 2
保证电力系统的稳定运行
电压是电力系统稳定运行的重要因素，电压不稳 定可能导致设备损坏、系统崩溃等问题。
减少线路损耗
无功功率的传输和交换有助于减少线路损耗，提高电力系统的效率 。
无功功率的传输与交换
01
无功功率的传输
在电力系统中，无功功率主要通过变压器和线路进行传输。变压器通过
改变电压和电流的幅度和相位来实现无功功率的传输。
02 03
无功功率的交换
为了平衡区域间的无功功率需求，电力系统需要进行无功功率的交换。 这种交换通常通过无功补偿设备和装置来实现，如并联电容器、静止无 功补偿器等。
提高电力系统的经济性
合理调整电压可以降低线路损耗，提高电力系统 的经济性。
3
保证电能质量
电压质量对用户用电设备的安全和正常运行至关 重要，电压异常可能导致设备损坏或影响产品质 量。
电压调整的方法
变压器分接头调整
通过改变变压器的变比来调整电压。
调度指令调整
调度员根据系统运行状况，通过调度指令来 调整电压。
05
电压系统无功功率和电压 调整的实际应用
实际应用中的问题与挑战
01
02
03
04
电压波动问题
由于负载的随机变化，电压可 能在短时间内大幅度波动。
无功功率平衡问题
无功功率的不平衡可能导致电 压下降或上升，影响电力系统
的稳定性。
设备过载问题
在电力系统中，无功功率和有功功率是相互依存的。有功功率用于消耗 电能并转换成其他形式的能量，而无功功率则用于维持系统的电压水平 和保障设备的正常运行。
02
电压调整的原理和方法
电压调整的必要性
1 2
保证电力系统的稳定运行
电压是电力系统稳定运行的重要因素，电压不稳 定可能导致设备损坏、系统崩溃等问题。
减少线路损耗
无功功率的传输和交换有助于减少线路损耗，提高电力系统的效率 。
无功功率的传输与交换
01
无功功率的传输
在电力系统中，无功功率主要通过变压器和线路进行传输。变压器通过
改变电压和电流的幅度和相位来实现无功功率的传输。
02 03
无功功率的交换
为了平衡区域间的无功功率需求，电力系统需要进行无功功率的交换。 这种交换通常通过无功补偿设备和装置来实现，如并联电容器、静止无 功补偿器等。
提高电力系统的经济性
合理调整电压可以降低线路损耗，提高电力系统 的经济性。
3
保证电能质量
电压质量对用户用电设备的安全和正常运行至关 重要，电压异常可能导致设备损坏或影响产品质 量。
电压调整的方法
变压器分接头调整
通过改变变压器的变比来调整电压。
调度指令调整
调度员根据系统运行状况，通过调度指令来 调整电压。
05
电压系统无功功率和电压 调整的实际应用
实际应用中的问题与挑战
01
02
03
04
电压波动问题
由于负载的随机变化，电压可 能在短时间内大幅度波动。
无功功率平衡问题
无功功率的不平衡可能导致电 压下降或上升，影响电力系统
的稳定性。
设备过载问题
第11章 电力系统的无功功率与电压调整.ppt
系统如图
j
Uij
i
Uik
k
Sjmax
S jm in
Sk max
Sk min
（a）网络
（b）日负荷曲线 （c）日负荷曲线
U ij
0.10 U N
0.04 U N
Uik
0.03 U N
0.01U N
（d）Uij 的变化曲线 （e）Uik 变化
1.05 U N
0.95 U N
（f）
负荷在线路上流动时引起的电压损耗分别如图（d）,（e），
Uimin min U jmin,Uk min maxUix max 当P=Pmax Uimax max U j max,Uk max min Uiy min 当P=Pmin
（2）电力系统调压方式：
1）逆调压 高峰负荷：中枢点电压保持105%UN 低谷负荷： 中枢点电压保持UN
QG—按其额定功率因数计算发电机发出的无功。这样，发电机还可作 为无功备用。
QC—调相机、电容器等的无功功率按其额定容量计算。
无功损耗由三部分组成：变压器中的无功损耗QT ，线路电抗中的损
耗 QX ，线路电纳中的无功功率损耗Qb ，（吸收容性无功）
无功功率平衡工作，不需要每时每刻做，可以间隔一段时间（如一天、 一月、一季度或一年）进行一次。
逆调压一般适用于供电线路较长、负荷变动较大的中枢点 调压。中枢点采用逆调压可以改善负荷点的电压质量。
2）顺调压
高峰负荷：中枢点电压不低于102.5%UN 低谷负荷： 中枢点电压不高于107.5%UN 逆调压一般适用于供电线路不长、负荷变动较小，线路上 电压损保持一基本数 值不变。一般取102~105%UN
k对i点电压的要求： 0~16时，i点应维持的电压：
第5章 电力系统的无功功率平衡与电压调整(课堂PPT)
欠励磁运行：它从系统吸取感性无功，起无功负荷作用， 欠励磁运行时的容量为过励磁运行时容量的50％～65％。
同步调相机是旋转机械，运行维护不方便。调相机的投
资费用与其容量有关。
2020/4/27
9
3、静电电容器
并联电容器只能向系统供给感性无功功率。
其单位容量的投资费用较小，运行时有功功率损耗也较 小，约为额定容量的0.3％～0.5％。 当节点电压下降时，它向系统供给的无功功率也将下降。
异步电动机在电力系统无功负 荷中占的比重很大，因此，电 力系统综合负荷的无功电压静 态特性主要取决于异步电动机 的特性。 2020/4/27
图5.5 异步电动机的Q—U关系
12
2、无功损耗
输电线路的无功损耗
Q Q
Q
P2 1
Q2 1
X
B (U 2 U 2 )
l
lX
B
U2
2 L
1
2
1
变压器 P的22U无2Q功22 X损L 耗B2 (U
图5.2.2 用户允许电压偏移值
一般规定节点电压偏移不超过电力网额定电压 5% 。
220KV用户：-10％～＋5％； 10KV及以下电压供电的用户： 7% ； 35KV及以上电压供电的用户：0～10％。
事故状况下，允许在上述数值基础上再增加5％，
但正偏移最大不能超过+10％。
2020/4/27
4
5.1.1 电压偏移对用电设备的影响
➢ 白炽灯：电压变动的敏感性较大。
➢ 异步电动机：电压过低，电流显著增大，绕组温度升高 加速绝缘老化，至可能烧毁电动机。电压超过额定电压 过多，对绝缘不利。
➢电子设备：电压高降低管子寿命，电压偏低，工作点不稳 定，失真严重。
同步调相机是旋转机械，运行维护不方便。调相机的投
资费用与其容量有关。
2020/4/27
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3、静电电容器
并联电容器只能向系统供给感性无功功率。
其单位容量的投资费用较小，运行时有功功率损耗也较 小，约为额定容量的0.3％～0.5％。 当节点电压下降时，它向系统供给的无功功率也将下降。
异步电动机在电力系统无功负 荷中占的比重很大，因此，电 力系统综合负荷的无功电压静 态特性主要取决于异步电动机 的特性。 2020/4/27
图5.5 异步电动机的Q—U关系
12
2、无功损耗
输电线路的无功损耗
Q Q
Q
P2 1
Q2 1
X
B (U 2 U 2 )
l
lX
B
U2
2 L
1
2
1
变压器 P的22U无2Q功22 X损L 耗B2 (U
图5.2.2 用户允许电压偏移值
一般规定节点电压偏移不超过电力网额定电压 5% 。
220KV用户：-10％～＋5％； 10KV及以下电压供电的用户： 7% ； 35KV及以上电压供电的用户：0～10％。
事故状况下，允许在上述数值基础上再增加5％，
但正偏移最大不能超过+10％。
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5.1.1 电压偏移对用电设备的影响
➢ 白炽灯：电压变动的敏感性较大。
➢ 异步电动机：电压过低，电流显著增大，绕组温度升高 加速绝缘老化，至可能烧毁电动机。电压超过额定电压 过多，对绝缘不利。
➢电子设备：电压高降低管子寿命，电压偏低，工作点不稳 定，失真严重。
电力系统无功功率和电压调整-PPT课件
•在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率而起无功 电源的作用，能提高系统电压； •在欠励磁运行时（欠励磁最大容量只有过励磁容量的 （50% ～65%）)，它从系统吸取感性无功功率而起无功
（1）工作效率和寿命下降。白炽灯对电压变化最为敏感。
电力系统分析
3
5.1 电压调整的一般概念
5.1.1 电压调整的必要性
（2）电压过高，电气设备绝缘受损，变压器、电动机铁芯饱
和，铁芯损耗增大，温度升高，寿命缩短。 （3）电压过低，异步电机转速下降，影响产品质量；电机电 流增加，电机发热，效率降低。 （4）电炉的有功功率与电压平方成正比，电压过低，增加冶 炼时间，影响产量。
结论：在额定电压附
近，电动机的无功功率
随电压的升降而增减。
图5-3
异步电动机的无功功率与端电压的关系
电力系统分析
11
2．变压器的无功损耗
S Q Q Q V B XT LT 0 T T V
2 2
I0% V % S V S N SN 100 100 SN V
以OC为半 径的圆周 AC为 半径 的圆 周
图5-5
发电机的P-Q极限
代表额定视在功率
电力系统分析
17
（2）当发电机高于额定功率因数运行时，励磁电流不再是 限制条件，原动机的机械功率又成了限制条件。 以OC为半 径的圆周 AC为 半径 的圆 周
图5-5
发电机的P-Q极限
代表额定视在功率
电力系统分析
Q S sin P tg GN GN N GN N
电力系统分析
15
1. 发电机
发电机在非额定功率因数下运行时可能发出的无功功率。 以OC为半 径的圆周 AC为 半径 的圆 周
（1）工作效率和寿命下降。白炽灯对电压变化最为敏感。
电力系统分析
3
5.1 电压调整的一般概念
5.1.1 电压调整的必要性
（2）电压过高，电气设备绝缘受损，变压器、电动机铁芯饱
和，铁芯损耗增大，温度升高，寿命缩短。 （3）电压过低，异步电机转速下降，影响产品质量；电机电 流增加，电机发热，效率降低。 （4）电炉的有功功率与电压平方成正比，电压过低，增加冶 炼时间，影响产量。
结论：在额定电压附
近，电动机的无功功率
随电压的升降而增减。
图5-3
异步电动机的无功功率与端电压的关系
电力系统分析
11
2．变压器的无功损耗
S Q Q Q V B XT LT 0 T T V
2 2
I0% V % S V S N SN 100 100 SN V
以OC为半 径的圆周 AC为 半径 的圆 周
图5-5
发电机的P-Q极限
代表额定视在功率
电力系统分析
17
（2）当发电机高于额定功率因数运行时，励磁电流不再是 限制条件，原动机的机械功率又成了限制条件。 以OC为半 径的圆周 AC为 半径 的圆 周
图5-5
发电机的P-Q极限
代表额定视在功率
电力系统分析
Q S sin P tg GN GN N GN N
电力系统分析
15
1. 发电机
发电机在非额定功率因数下运行时可能发出的无功功率。 以OC为半 径的圆周 AC为 半径 的圆 周
《无功与电压调整》课件
《无功与电压调整》PPT 课件
欢迎大家来到今天的课程，《无功与电压调整》。
无功调整
什么是无功?
无功是一个电力系统中的功率分量，不参与有用功的能量传输，却影响系统的稳定性。
为什么需要进行无功调整?
无功调整可以提高电力系统的功率因数，改善系统的运行效率。
无功补偿的方法
采用静态和动态无功补偿技术来控制无功功率流。
展望未来，随着技术的不断发展，我们将能够更好 地优化无功和电压调整的方法，为可持续发展的电 力系统提供支持。
电压调整
1
什么是电压?
电压是电力系统中的电势差，用于推动电流在导体中流动。
2
为什么需要进行电压调整?
电压调整可以保持系统稳定，确保设备正常运行。
3
电压调整的方法
采用架空线路、变电站和家庭电压调整等不同的方法来控制电压。
静态无功补偿
无功补偿装置
使用静态无功补偿装置来补偿 系统中的无功功率。
电容器组
架空线路电压调整
1
自动化电压调整系统
自动化电压调整系统可以实时监测电压变化，并对电压进行调整。
2
刀开关
刀开关用于将架空线路与变电站进行连接和断开。
3
电压监测装置
电压监测装置可以检测架空线路的电压变化。
变电站电压调整
变压器站
变压器站用于将高电压转换为低 电压，以满足不同电力需求。
分接开关
分接开关用于调整变压器的输出 电压。
电容器组用于提供无功网 的无功功率来控制补偿装置的 运行。
谐波滤波器
谐波滤波器可以消除系统中的 谐波。
动态无功补偿
Static Var Compensator (SVC) Synchronous Condenser Unified Power Flow Controller (UPFC) Static Synchronous Compensator (STATCOM)
欢迎大家来到今天的课程，《无功与电压调整》。
无功调整
什么是无功?
无功是一个电力系统中的功率分量，不参与有用功的能量传输，却影响系统的稳定性。
为什么需要进行无功调整?
无功调整可以提高电力系统的功率因数，改善系统的运行效率。
无功补偿的方法
采用静态和动态无功补偿技术来控制无功功率流。
展望未来，随着技术的不断发展，我们将能够更好 地优化无功和电压调整的方法，为可持续发展的电 力系统提供支持。
电压调整
1
什么是电压?
电压是电力系统中的电势差，用于推动电流在导体中流动。
2
为什么需要进行电压调整?
电压调整可以保持系统稳定，确保设备正常运行。
3
电压调整的方法
采用架空线路、变电站和家庭电压调整等不同的方法来控制电压。
静态无功补偿
无功补偿装置
使用静态无功补偿装置来补偿 系统中的无功功率。
电容器组
架空线路电压调整
1
自动化电压调整系统
自动化电压调整系统可以实时监测电压变化，并对电压进行调整。
2
刀开关
刀开关用于将架空线路与变电站进行连接和断开。
3
电压监测装置
电压监测装置可以检测架空线路的电压变化。
变电站电压调整
变压器站
变压器站用于将高电压转换为低 电压，以满足不同电力需求。
分接开关
分接开关用于调整变压器的输出 电压。
电容器组用于提供无功网 的无功功率来控制补偿装置的 运行。
谐波滤波器
谐波滤波器可以消除系统中的 谐波。
动态无功补偿
Static Var Compensator (SVC) Synchronous Condenser Unified Power Flow Controller (UPFC) Static Synchronous Compensator (STATCOM)
第六章-电力系统的无功功率和电压调整PPT优秀课件
3
1. 调压必要性和目标
➢ 电压偏移：指线路始端或末端电压与线 路额定电压的数值差。
• 35kV及以上：-10%~10% • 10kV及以下：-7%~7% • 电力系统调压的目的是保证系统中各负荷
点的电压在允许的偏移范围内。
？用什么来调压，怎么调压
4
2. 无功功率和电压的关系
• 一个是控制变量，一个是状态变量 1) 节点电压有效值的大小对无功功率分布
• 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。
20
1) 中枢点电压管理
• 中枢点电压调整：寻求满足中枢点周围 各点负荷电压质量的公共部分。
• 中枢点电压调整的确定：根据各负荷的 日负荷曲线和对电压质量的要求，进行 一系列潮流计算及电压控制方式等分析 研究，才能最后确定这些中枢点的允许 电压偏移上下限曲线。
• 电压的控制也就是无功控制
8
3. 电力系统无功功率的平衡
1) 无功功率负荷
▪ 未经补偿的综合负荷的自然功率因数为 0.6~0.9，以滞后功率因数运行，低值对应 与异步电动机比例较高的负荷，高值对应 于采用大容量同步电动机的场合。
▪ 负荷的无功功率的峰值与有功功率的不一 定同时出现，其峰值出现在工业负荷最大 的时刻，一般在白天。
第六章 电力系统的无功功 率和电压调整
主要内容
1. 调压必要性和目标 2. 电压与无功功率的关系 3. 电力系统无功功率的平衡 4. 电压调整的措施
2
1. 调压必要性和目标
➢ 必要性 • 所有的用电设备都是按运行在额定电压时效 率为最高设计的，偏离额定电压必然导致效 率下降，经济性变差； • 电压降低将使发电机定子电流增大，引起定 子绕组过热损坏； • 由于系统无功短缺，电压水平低下，某些枢 纽变电所母线电压在微小扰动下顷刻间大幅 下降，引起电压崩溃，这是严重导致系统瓦 解的灾难性事故。
1. 调压必要性和目标
➢ 电压偏移：指线路始端或末端电压与线 路额定电压的数值差。
• 35kV及以上：-10%~10% • 10kV及以下：-7%~7% • 电力系统调压的目的是保证系统中各负荷
点的电压在允许的偏移范围内。
？用什么来调压，怎么调压
4
2. 无功功率和电压的关系
• 一个是控制变量，一个是状态变量 1) 节点电压有效值的大小对无功功率分布
• 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。
20
1) 中枢点电压管理
• 中枢点电压调整：寻求满足中枢点周围 各点负荷电压质量的公共部分。
• 中枢点电压调整的确定：根据各负荷的 日负荷曲线和对电压质量的要求，进行 一系列潮流计算及电压控制方式等分析 研究，才能最后确定这些中枢点的允许 电压偏移上下限曲线。
• 电压的控制也就是无功控制
8
3. 电力系统无功功率的平衡
1) 无功功率负荷
▪ 未经补偿的综合负荷的自然功率因数为 0.6~0.9，以滞后功率因数运行，低值对应 与异步电动机比例较高的负荷，高值对应 于采用大容量同步电动机的场合。
▪ 负荷的无功功率的峰值与有功功率的不一 定同时出现，其峰值出现在工业负荷最大 的时刻，一般在白天。
第六章 电力系统的无功功 率和电压调整
主要内容
1. 调压必要性和目标 2. 电压与无功功率的关系 3. 电力系统无功功率的平衡 4. 电压调整的措施
2
1. 调压必要性和目标
➢ 必要性 • 所有的用电设备都是按运行在额定电压时效 率为最高设计的，偏离额定电压必然导致效 率下降，经济性变差； • 电压降低将使发电机定子电流增大，引起定 子绕组过热损坏； • 由于系统无功短缺，电压水平低下，某些枢 纽变电所母线电压在微小扰动下顷刻间大幅 下降，引起电压崩溃，这是严重导致系统瓦 解的灾难性事故。
电力系统无功功率平衡和电压调整 ppt课件
电力系统无功功率平衡和电压调整
ppt课件
1
一、电压调整的必要性
1、电压变化对用户的影响 （1）对照明的影响；
（2）对电动机的影响 2、电压变化对电力系统本身的影响
（1）电压降低使网损加大；（2）电压 过低危及系统的稳定性；（3）电压过高 危及电气设备的绝缘
ppt课件
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
❖二是 无功补偿电源包括电容器、静止无 功补偿器和同期调相机；
❖三是 110KV及以上电压线路的充电功率。
ppt课件
10
❖同步发电机
Q(40 60)%P
SGN PG2NQG 2N PGN 1tg2N QGN SGNsinN PGNtgN
ppt课件
11
❖同步调相机
过激运行时向电网发出滞后的无功功率，欠激
ppt课件
7
无功功率的平衡与补偿概念的提出
❖电力系统中无功功率电源不足，系统结点电 压就要下降。电力系统必须具备足够的无功 电源才能维持所要求的电压水平，以满足系 统安全稳定运行的要求，以下对电力系统中 的无功负荷构成、无功电源构成、电力系统 无功功率平衡问题以及为改善系统无功功率 不平衡而采取的补偿措施等方面进行阐述。
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
3、我国各类用户允许电压偏移
（1）35kV及以上电压供电的负荷允许偏 移±10％；
QLX
3I2X
P2 Q2 U2
X
ppt课件
1
一、电压调整的必要性
1、电压变化对用户的影响 （1）对照明的影响；
（2）对电动机的影响 2、电压变化对电力系统本身的影响
（1）电压降低使网损加大；（2）电压 过低危及系统的稳定性；（3）电压过高 危及电气设备的绝缘
ppt课件
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
❖二是 无功补偿电源包括电容器、静止无 功补偿器和同期调相机；
❖三是 110KV及以上电压线路的充电功率。
ppt课件
10
❖同步发电机
Q(40 60)%P
SGN PG2NQG 2N PGN 1tg2N QGN SGNsinN PGNtgN
ppt课件
11
❖同步调相机
过激运行时向电网发出滞后的无功功率，欠激
ppt课件
7
无功功率的平衡与补偿概念的提出
❖电力系统中无功功率电源不足，系统结点电 压就要下降。电力系统必须具备足够的无功 电源才能维持所要求的电压水平，以满足系 统安全稳定运行的要求，以下对电力系统中 的无功负荷构成、无功电源构成、电力系统 无功功率平衡问题以及为改善系统无功功率 不平衡而采取的补偿措施等方面进行阐述。
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
3、我国各类用户允许电压偏移
（1）35kV及以上电压供电的负荷允许偏 移±10％；
QLX
3I2X
P2 Q2 U2
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4
§6.1 电力系统中无功功率的平衡
2．变压器的无功损耗
绕组漏抗中损耗
励磁支路损耗
QLT
Q0
QT
U2BT
US 2
XT
I100% 0 SN
Uk%S2 100SN
UN U
2
假定一台变压器的空载电流 I0%=2.5，短路电压Uk% =10.5，在额定满载下运行时，无功功率的消耗将达额定容量 的13%。如果从电源到用户需要经过好几级变压，则变压器 中无功功率损耗的数值是相当可观的。
3
§6.1 电力系统中无功功率的平衡
电压是衡量电能质量的重要指标。 电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。 系统中各种无功电源的无功出力应能满足系统负荷和网络损耗
在额定电压下对无功功率的需求，否则电压就会偏离额定值。
一、无功功率负荷和无功功率损耗 1．无功功率负荷
白炽灯：纯有功 同步电动机：可发无功 异步电动机：吸收无功
U1 10
P1 jQ1
P2 jQ2
S L P L j P L 1 .2 j 0 .7
U2 1.0
21
§6.2 电力系统中无功功率的最优分布
三、无功功率负荷的最优补偿
负荷的自然功率因数
电动机容量不能太大（重要措施） 限制电动机的空载运行
(补偿前0.6-0.9) 同步电机代替异同步电机（收、发）
Q 1
Q 2
由功率平衡条件得：Q 1Q 2Q L Q 0
Q (0 .62Q 1 2)0 .4 0(0 .6 2Q 2 2)0 .0 8
不计无功网损修正时： P P
Q1 Q2
得：Q1≈0.268，Q2≈0.670
1 Z10.10j0.40
Z20.04j0.08 2
最有网损微增率（也称无功经济当量）
req
( )Kc max
结论
最优网损微增率准则： P
Qci
(m a)xKc
req
只有在网损微增率具有负值且小于req的节点设置
先后顺序：以网损微增率的大小为序，首先从
P 最小的开始
Q ci
23
§6.3 电力系统的电压调整
i1 j=1
17
§6.2 电力系统中无功功率的最优分布
最优分布——求拉格朗日函数的极值：
L P (1 Q )0i 0,1,2...n
QGi QGi
QGi
Lin1QGi
m
QLi
j1
Q
0
可改写为： P
1 P
1
一般情况下，35kV及以下系统消耗无功功率；110kV及以 上系统，轻载或空载时，成为无功电源，传输功率较大时，消 耗无功功率。
6
§6.1 电力系统中无功功率的平衡 二、无功功率电源
电力系统的无功功率电源有发电机、同步调相机、静电电 容器及静止补偿器，后三种装置又称为无功补偿装置。
1、发电机
发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率：
电源：ΣQGC=ΣQG+ΣQC=ΣQG+ ΣQC1 + ΣQC2 +ΣQC3
发电机 调相机 电容器 静止补偿器
未改善 cosΦ=0.6~0.9 负荷： 规程规定不低于0.9,可按此取QL 损耗： ΔQΣ = ΔQT + ΔQX + ΔQb
变压器 线路电抗 线路电纳
无功备用:为最大无功负荷的7%~8%
24
§6.3 电力系统的电压调整
2、偏移的影响（电压调整的必要性）
①电压过低
发电机：U↓ ，功率角δ↑，定子电流I↑→发电机过热
异步电机：U ↓，转差率σ↑，各绕组I↑，温升↑和 η↓，寿命↓，出力P↓，起动过程长→烧电机
电炉：P∝U2
电灯：亮度和发光效率大幅下降
②电压过高
变压器、电动机铁芯饱和，损耗↑，寿命↓
补偿容量的确定 最优补偿 补偿设备的分布
补偿顺序的选择
规划阶段
年节约费用:C e (Q c i)( P 0 P )m a x
β为单位电能损耗价格(元/kw·h),τmax最大负荷损耗小时数
装设补偿设备的投资费用: C c(Q ci)( )K cQ ci
一、无功功率电源的最优分布
目标函数： ΔPΣ=ΔPΣ(QGi) 目的：降低网络中的有功损耗
等约束条件：
n
m
QGi QLi Q0
i1
j=1
不等约束条件：U QG im im ininUQ i G iUiQ maGximax
无功平衡
n
m
拉格朗日函数： LP(QGi)( QGi QLiQ)
15
§6.1 电力系统中无功功率的平衡
四、无功功率平衡和电压水平的关系 问题：在什么样的电压水平下实现无功功率平衡？
发电机无功
异步电机无功
图6-7 无功平衡与电压水平
应该力求实现在额定电压下的系统无功功率平衡。
16
§6.2 电力系统中无功功率的最优分布
无功功率的最优分布 无功电源的最优分布—等网损微增率 无功负荷的最优补偿—无功经济当量
U2 1.0
解： P P 1 2 U 2 Q 1 2 R 1 P 2 2 U 2 Q 2 2 R 2 ( P 1 2 Q 1 2 ) 0 .1 0 ( P 2 2 Q 2 2 ) 0 .0 4
Q P 1 2 U 2 Q 1 2 X 1 P 2 2 U 2 Q 2 2 X 2 ( P 1 2 Q 1 2 ) 0 .4 0 ( P 2 2 Q 2 2 ) 0 .0 8
QC=U 2/XC
缺点：电容器的无功功率调节性能比较差。 优点：静电电容器的装设容量可大可小，既可集中使用， 又可以分散安装。且电容器每单位容量的投资费用较小，运 行时功率损耗亦较小，维护也较方便。
10
§6.1 电力系统中无功功率的平衡
4. 静止补偿器
静止补偿器由静电电容器与电抗器并联组成 电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功 率，两者结合起来，再配以适当的调节装置，就 能够平滑地改变输出（或吸收）的无功功率。
(1)要求各类用户将负荷的自然功率因数提高到现行规程规定 的数值。
(2)挖掘系统的无功潜力。例如将系统中暂时闲置的发电机改 作调相机运行；动员用户的同步电动机过励磁运行等。
(3)根据无功平衡的需要，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。小容量的、分散 的无功补偿可采用静电容电器；大容量的、配置在系统中枢点 的无功补偿则宜采用同步调相机或静止补偿器。
• 当件限ΔP制Σ不再减小时，各节点网损微增率未必相等，因为受不等条
19
§6.2 电力系统中无功功率的最优分布
例题：如图，有功功率两电厂均分，求最优无功分配
1 Z10.10j0.40
Z20.04j0.08 2
U1 10
P1 jQ1
P2 jQ2
S L P L j P L 1 .2 j 0 .7
按有功最优分布结果给出各节点（除平衡节点外）的P 给出P、Q节点的Q 给出P、U节点的U
• 计算 网损 微增 率
由潮流计算得各无功电源点的λ值 λ<0时，增大该电源的Q，可降低网损 λ>0时，减少该电源的Q，可降低网损 进行调整
• 重设电源节点的无功QGi和PU节点的电压，进行潮流计算，求总 网损、网损微增率，判断平衡节点的P，直到P最小
α为折旧维修率,γ投资回收率,Kc为单位容量补偿设备投资(元/kvar) 22
§6.2 电力系统中无功功率的最优分布
令： C ( P 0 P )m a x ( ) K c Q c i为最小
Q C ci 0 Q P ci ( m a )x K c
容量越小，百分值越大； 小容量的调相机每kVA容量的投资费用也较大。故同步调
相机宜大容量集中使用，容量小于5MVA的一般不装设。
同步调相机常安装在枢纽变电所 。
9
§6.1 电力系统中无功功率的平衡
3. 静电电容器
静电电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上。 它供给的无功功率QC值与所在节点电压的平方成正比，即
QGi 1Q QGj 1Q
QGi
QGj
有功网损 无功网损 微增率 微增率
无功网损 修正系数
二、如何进行无功功率最优分布的计算
因 为 涉及 P到 和Q所 以 计 算 相 当 复 杂
Q Q
Gi
Gi
18
§6.2 电力系统中无功功率的最优分布
一般的原则是：
• 计算 潮流 分布
无功充足—电压水平较好的必要条件，不是充分条件 调压———合理分布无功，维持电压质量
一、系统电压偏移的原因及影响（电压调整的必要性）
U PRQX 由于R很小，ΔU主要受Q的影响 U
1、原因（随运行方式的改变而改变） 负荷大小的变化 电力网阻抗参数的变化（设备故障或检修退出） 电力系统接线的改变
P Q1
0.20Q1QP2
0.08Q2
Q Q1
0.80Q1Q Q2
0.16Q2
20
§6.2 电力系统中无功功率的最优分布
按网损等微增率准则确定无功功率分配：
Q P 1 11 Q Q P 2 11 Q 1 0 .0 2 .Q 8 Q 111 0 .0 0 .8 1 Q 6 Q 22
( 50%~65%))，它从系统吸取感性无功功率而起无功负荷 作用，可降低系统电压。 它能根据装设地点电压的数值平滑改变输出（或吸取）的 无功功率，进行电压调节。因而调节性能较好。
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§6.1 电力系统中无功功率的平衡
2．变压器的无功损耗
绕组漏抗中损耗
励磁支路损耗
QLT
Q0
QT
U2BT
US 2
XT
I100% 0 SN
Uk%S2 100SN
UN U
2
假定一台变压器的空载电流 I0%=2.5，短路电压Uk% =10.5，在额定满载下运行时，无功功率的消耗将达额定容量 的13%。如果从电源到用户需要经过好几级变压，则变压器 中无功功率损耗的数值是相当可观的。
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§6.1 电力系统中无功功率的平衡
电压是衡量电能质量的重要指标。 电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。 系统中各种无功电源的无功出力应能满足系统负荷和网络损耗
在额定电压下对无功功率的需求，否则电压就会偏离额定值。
一、无功功率负荷和无功功率损耗 1．无功功率负荷
白炽灯：纯有功 同步电动机：可发无功 异步电动机：吸收无功
U1 10
P1 jQ1
P2 jQ2
S L P L j P L 1 .2 j 0 .7
U2 1.0
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§6.2 电力系统中无功功率的最优分布
三、无功功率负荷的最优补偿
负荷的自然功率因数
电动机容量不能太大（重要措施） 限制电动机的空载运行
(补偿前0.6-0.9) 同步电机代替异同步电机（收、发）
Q 1
Q 2
由功率平衡条件得：Q 1Q 2Q L Q 0
Q (0 .62Q 1 2)0 .4 0(0 .6 2Q 2 2)0 .0 8
不计无功网损修正时： P P
Q1 Q2
得：Q1≈0.268，Q2≈0.670
1 Z10.10j0.40
Z20.04j0.08 2
最有网损微增率（也称无功经济当量）
req
( )Kc max
结论
最优网损微增率准则： P
Qci
(m a)xKc
req
只有在网损微增率具有负值且小于req的节点设置
先后顺序：以网损微增率的大小为序，首先从
P 最小的开始
Q ci
23
§6.3 电力系统的电压调整
i1 j=1
17
§6.2 电力系统中无功功率的最优分布
最优分布——求拉格朗日函数的极值：
L P (1 Q )0i 0,1,2...n
QGi QGi
QGi
Lin1QGi
m
QLi
j1
Q
0
可改写为： P
1 P
1
一般情况下，35kV及以下系统消耗无功功率；110kV及以 上系统，轻载或空载时，成为无功电源，传输功率较大时，消 耗无功功率。
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§6.1 电力系统中无功功率的平衡 二、无功功率电源
电力系统的无功功率电源有发电机、同步调相机、静电电 容器及静止补偿器，后三种装置又称为无功补偿装置。
1、发电机
发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率：
电源：ΣQGC=ΣQG+ΣQC=ΣQG+ ΣQC1 + ΣQC2 +ΣQC3
发电机 调相机 电容器 静止补偿器
未改善 cosΦ=0.6~0.9 负荷： 规程规定不低于0.9,可按此取QL 损耗： ΔQΣ = ΔQT + ΔQX + ΔQb
变压器 线路电抗 线路电纳
无功备用:为最大无功负荷的7%~8%
24
§6.3 电力系统的电压调整
2、偏移的影响（电压调整的必要性）
①电压过低
发电机：U↓ ，功率角δ↑，定子电流I↑→发电机过热
异步电机：U ↓，转差率σ↑，各绕组I↑，温升↑和 η↓，寿命↓，出力P↓，起动过程长→烧电机
电炉：P∝U2
电灯：亮度和发光效率大幅下降
②电压过高
变压器、电动机铁芯饱和，损耗↑，寿命↓
补偿容量的确定 最优补偿 补偿设备的分布
补偿顺序的选择
规划阶段
年节约费用:C e (Q c i)( P 0 P )m a x
β为单位电能损耗价格(元/kw·h),τmax最大负荷损耗小时数
装设补偿设备的投资费用: C c(Q ci)( )K cQ ci
一、无功功率电源的最优分布
目标函数： ΔPΣ=ΔPΣ(QGi) 目的：降低网络中的有功损耗
等约束条件：
n
m
QGi QLi Q0
i1
j=1
不等约束条件：U QG im im ininUQ i G iUiQ maGximax
无功平衡
n
m
拉格朗日函数： LP(QGi)( QGi QLiQ)
15
§6.1 电力系统中无功功率的平衡
四、无功功率平衡和电压水平的关系 问题：在什么样的电压水平下实现无功功率平衡？
发电机无功
异步电机无功
图6-7 无功平衡与电压水平
应该力求实现在额定电压下的系统无功功率平衡。
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§6.2 电力系统中无功功率的最优分布
无功功率的最优分布 无功电源的最优分布—等网损微增率 无功负荷的最优补偿—无功经济当量
U2 1.0
解： P P 1 2 U 2 Q 1 2 R 1 P 2 2 U 2 Q 2 2 R 2 ( P 1 2 Q 1 2 ) 0 .1 0 ( P 2 2 Q 2 2 ) 0 .0 4
Q P 1 2 U 2 Q 1 2 X 1 P 2 2 U 2 Q 2 2 X 2 ( P 1 2 Q 1 2 ) 0 .4 0 ( P 2 2 Q 2 2 ) 0 .0 8
QC=U 2/XC
缺点：电容器的无功功率调节性能比较差。 优点：静电电容器的装设容量可大可小，既可集中使用， 又可以分散安装。且电容器每单位容量的投资费用较小，运 行时功率损耗亦较小，维护也较方便。
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§6.1 电力系统中无功功率的平衡
4. 静止补偿器
静止补偿器由静电电容器与电抗器并联组成 电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功 率，两者结合起来，再配以适当的调节装置，就 能够平滑地改变输出（或吸收）的无功功率。
(1)要求各类用户将负荷的自然功率因数提高到现行规程规定 的数值。
(2)挖掘系统的无功潜力。例如将系统中暂时闲置的发电机改 作调相机运行；动员用户的同步电动机过励磁运行等。
(3)根据无功平衡的需要，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。小容量的、分散 的无功补偿可采用静电容电器；大容量的、配置在系统中枢点 的无功补偿则宜采用同步调相机或静止补偿器。
• 当件限ΔP制Σ不再减小时，各节点网损微增率未必相等，因为受不等条
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§6.2 电力系统中无功功率的最优分布
例题：如图，有功功率两电厂均分，求最优无功分配
1 Z10.10j0.40
Z20.04j0.08 2
U1 10
P1 jQ1
P2 jQ2
S L P L j P L 1 .2 j 0 .7
按有功最优分布结果给出各节点（除平衡节点外）的P 给出P、Q节点的Q 给出P、U节点的U
• 计算 网损 微增 率
由潮流计算得各无功电源点的λ值 λ<0时，增大该电源的Q，可降低网损 λ>0时，减少该电源的Q，可降低网损 进行调整
• 重设电源节点的无功QGi和PU节点的电压，进行潮流计算，求总 网损、网损微增率，判断平衡节点的P，直到P最小
α为折旧维修率,γ投资回收率,Kc为单位容量补偿设备投资(元/kvar) 22
§6.2 电力系统中无功功率的最优分布
令： C ( P 0 P )m a x ( ) K c Q c i为最小
Q C ci 0 Q P ci ( m a )x K c
容量越小，百分值越大； 小容量的调相机每kVA容量的投资费用也较大。故同步调
相机宜大容量集中使用，容量小于5MVA的一般不装设。
同步调相机常安装在枢纽变电所 。
9
§6.1 电力系统中无功功率的平衡
3. 静电电容器
静电电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上。 它供给的无功功率QC值与所在节点电压的平方成正比，即
QGi 1Q QGj 1Q
QGi
QGj
有功网损 无功网损 微增率 微增率
无功网损 修正系数
二、如何进行无功功率最优分布的计算
因 为 涉及 P到 和Q所 以 计 算 相 当 复 杂
Q Q
Gi
Gi
18
§6.2 电力系统中无功功率的最优分布
一般的原则是：
• 计算 潮流 分布
无功充足—电压水平较好的必要条件，不是充分条件 调压———合理分布无功，维持电压质量
一、系统电压偏移的原因及影响（电压调整的必要性）
U PRQX 由于R很小，ΔU主要受Q的影响 U
1、原因（随运行方式的改变而改变） 负荷大小的变化 电力网阻抗参数的变化（设备故障或检修退出） 电力系统接线的改变
P Q1
0.20Q1QP2
0.08Q2
Q Q1
0.80Q1Q Q2
0.16Q2
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§6.2 电力系统中无功功率的最优分布
按网损等微增率准则确定无功功率分配：
Q P 1 11 Q Q P 2 11 Q 1 0 .0 2 .Q 8 Q 111 0 .0 0 .8 1 Q 6 Q 22
( 50%~65%))，它从系统吸取感性无功功率而起无功负荷 作用，可降低系统电压。 它能根据装设地点电压的数值平滑改变输出（或吸取）的 无功功率，进行电压调节。因而调节性能较好。
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