第12章_华科版电力系统分析的无功功率平衡和电压调整
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电力系统无功平衡与电压调整
不仅要考虑总的无功功率平衡，还要考虑 分地区的无功平衡，还要计及超高压线路 充电功率、网损、线路改造、投运、新变 压器投运及大用户各种对无功平衡的影响。
系统一般需按无功功率就地平衡的原则进 行无功补偿。
电力系统的无功功率---小结
无功 功率 和电 压的 关系
无功功率对电压有决定性的影响
无功功率是引起电压损耗的主要 内容
➢只能成组投入或切除运行，不能平滑调压（为
阶跃式调压）。
无功电源
▪3、静止（无功）补偿器（SVC）－－FACTS的一
员，由特种电抗器和电容器组成，是一种并联联接的动态 无功补偿装置。
基本工作原理：
电容器发出可调（TSC型）或固定的无功功率（TCR 型）； 电抗器则根据负荷变化调节其吸收的无功功率； 两者配合响应负荷变化，相应改变无功输出大小及方 向，从而稳定或调节系统电压。
无功功率平衡
▪电力线路的无功损耗 ，包括：
➢串联电抗中的无功功率损耗（感性） ➢并联电纳中的充电功率（容性，看作无功损耗时
应取负号）。
V1 P1+jQ1 R+jX
P2+jQ2 V2
jB/2
jB/2
无功功率平衡
V1 P1+jQ1 R+jX
P2+jQ2 V2
jB/2
jB/2
QLX
3I 2 X
P2 Q2 U2
二、无功损耗
✓主要为线路和变压器的无功损耗 ； ✓小部分并联电抗器的无功损耗
✓用以吸取轻载线路过剩的感性无功，对高压远距离输电有益— 降低过电压。
无功功率平衡
▪变压器的无功损耗，包括：
➢励磁损耗----近似等于空载电流百分数，约1~2（其
对额定容量的百分数 ）。
系统一般需按无功功率就地平衡的原则进 行无功补偿。
电力系统的无功功率---小结
无功 功率 和电 压的 关系
无功功率对电压有决定性的影响
无功功率是引起电压损耗的主要 内容
➢只能成组投入或切除运行，不能平滑调压（为
阶跃式调压）。
无功电源
▪3、静止（无功）补偿器（SVC）－－FACTS的一
员，由特种电抗器和电容器组成，是一种并联联接的动态 无功补偿装置。
基本工作原理：
电容器发出可调（TSC型）或固定的无功功率（TCR 型）； 电抗器则根据负荷变化调节其吸收的无功功率； 两者配合响应负荷变化，相应改变无功输出大小及方 向，从而稳定或调节系统电压。
无功功率平衡
▪电力线路的无功损耗 ，包括：
➢串联电抗中的无功功率损耗（感性） ➢并联电纳中的充电功率（容性，看作无功损耗时
应取负号）。
V1 P1+jQ1 R+jX
P2+jQ2 V2
jB/2
jB/2
无功功率平衡
V1 P1+jQ1 R+jX
P2+jQ2 V2
jB/2
jB/2
QLX
3I 2 X
P2 Q2 U2
二、无功损耗
✓主要为线路和变压器的无功损耗 ； ✓小部分并联电抗器的无功损耗
✓用以吸取轻载线路过剩的感性无功，对高压远距离输电有益— 降低过电压。
无功功率平衡
▪变压器的无功损耗，包括：
➢励磁损耗----近似等于空载电流百分数，约1~2（其
对额定容量的百分数 ）。
电力系统无功功率平衡与电压调整
电力系统无功功率平衡与电压调整由于电力系统中节点很多，网络结构复杂，负荷分布不均匀，各节点的负荷变动时，会引起各节点电压的波动。
要使各节点电压维持在额定值是不可能的。
所以，电力系统调压的任务，就是在满足各负荷正常需求的条件下，使各节点的电压偏移在允许范围之内。
由综合负荷的无功功率一电压静态特性分析可知，负荷的无功功率是随电压的降低而减少的，要想保持负荷端电压水平，就得向负荷供应所需要的无功功率。
所以，电力系统的无功功率必须保持平衡，即无功功率电源发出的无功功率要与无功功率负荷和无功功率损耗平衡。
这是维持电力系统电压水平的必要条件。
一、无功功率负荷和无功功率损耗1．无功功率负荷无功功率负荷是以滞后功率因数运行的用电设备(主要是异步电动机)所吸收的无功功率。
一般综合负荷的功率因数为0.6～O.9，其中，较大的数值对应于采用大容量同步电动机的场合。
2．电力系统中的无功损耗(1)变压器的无功损耗。
变压器的无功损耗包括两部分。
一部分为励磁损耗，这种无功损耗占额定容量的百分数，基本上等于空载电流百分数0I ％，约为1％～2％。
因此励磁损耗为0/100Ty TN Q I S V (Mvar)(5-1-1)另一部分为绕组中的无功损耗。
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％这损耗可用式(6-2)求得2(%)()100k TN TL Tz TNU S S Q S V (Mvar)(5-1-2) 式中，TN S 为变压器的额定容量(MVA)；TL S 为变压器的负荷功率(MVA)。
由发电厂到用户，中间要经过多级变压，虽然每台变压器的无功损耗只占每台变压器容量的百分之十几，但多级变压器无功损耗的总和可达用户无功负荷的75%～100％左右。
(2)电力线路的无功损耗。
电力线路上的无功功率损耗也分为两部分，即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。
并联电纳中的无功损耗又称充电功率，与电力线路电压的平方成正比，呈容性。
电力系统无功功率平衡与电压调整
电力系统无功功率平衡与电压调整由于电力系统中节点很多，网络结构复杂,负荷分布不均匀，各节点的负荷变动时，会引起各节点电压的波动。
要使各节点电压维持在额定值是不可能的。
所以，电力系统调压的任务,就是在满足各负荷正常需求的条件下,使各节点的电压偏移在允许范围之内。
由综合负荷的无功功率一电压静态特性分析可知,负荷的无功功率是随电压的降低而减少的，要想保持负荷端电压水平，就得向负荷供应所需要的无功功率。
所以,电力系统的无功功率必须保持平衡，即无功功率电源发出的无功功率要与无功功率负荷和无功功率损耗平衡.这是维持电力系统电压水平的必要条件．一、无功功率负荷和无功功率损耗1．无功功率负荷无功功率负荷是以滞后功率因数运行的用电设备(主要是异步电动机）所吸收的无功功率。
一般综合负荷的功率因数为0。
６~O 。
9,其中,较大的数值对应于采用大容量同步电动机的场合。
2．电力系统中的无功损耗(1)变压器的无功损耗。
变压器的无功损耗包括两部分.一部分为励磁损耗,这种无功损耗占额定容量的百分数，基本上等于空载电流百分数0I %，约为1%～２％。
因此励磁损耗为0/100Ty TN Q I S = (Ｍva ｒ)(５—１-1）另一部分为绕组中的无功损耗。
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%这损耗可用式(６-2）求得2(%)()100k TN TL Tz TNU S S Q S = (Mvar ） （５－1—２）式中,TN S 为变压器的额定容量(ＭVA);TL S 为变压器的负荷功率（MVA ）。
由发电厂到用户,中间要经过多级变压，虽然每台变压器的无功损耗只占每台变压器容量的百分之十几，但多级变压器无功损耗的总和可达用户无功负荷的75%~１００％左右。
(2）电力线路的无功损耗。
电力线路上的无功功率损耗也分为两部分,即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。
并联电纳中的无功损耗又称充电功率，与电力线路电压的平方成正比,呈容性。
无功功率平衡和的电压调整
静电电容器运行时的功率损耗较小，约为额定容量的0.3〜0.5%。静电电容器 的无功功率与所在节点的电压平方成正比，即
U2
X
式中X=A—电容器的容抗；U—电容器所在节点电压。C①C
故当节点电压下降时，它供应给系统的无功功率也将减少。在系统发生故障 或其他原因而使电压下降时，其输出的无功功率反而减少，结果将导致电力网电 压的继续下降。这是静电电容器的缺点。但是它可以分散装设，就地供应无功功 率，减少线路上的功率损耗和电压损耗；在负荷降低时，还可以部分切除电容器 组；它本身的功率损耗小，单位容量的投资费用也较小。特别是近年来采用可控 硅控制及和可调电抗器并联使用组成静止补偿器，改进了它的调节无功功率的性 能。这种静止补偿器可以按负荷变动需要调节无功功率大小及方向，既调整电压 又改善系统稳定。
输电线路上还有电纳，电纳中的无功功率为容性，称为线路的充电功率，可 视为无功电源。这种充电功率，一般按等值冗电路用以下公式计算
B .
AQ=U2—l兆之
LGi i2
式中Bl――线路L段上的电纳（西门）；Ui――线路L段所联接的节点i的线 电压（千伏）；A。』为线路对某一端点i的充电功率。
线路充电功率是向线路输送的无功功率，如作为无功损耗则原为负值。
3
3.1
无功负荷是以滞后功率因数运行的用电设备所吸取的无功功率。
Q=Ssin^
其中主要是异步电动机的无功功率。在综合负荷中如果同步电动机的比重较 大，则功率因数将有所改进，无功负荷较小。一般综合负荷的功率因数为0.6〜0.9。
3.2
（1）输电线路的无功损耗 输电线路中电抗的无功损耗与线路电流的平方成 正比，这种无功损耗比线路上的有功损耗要大，特别是导线截面大的线路，无功 损耗比有功损耗大得多。
U2
X
式中X=A—电容器的容抗；U—电容器所在节点电压。C①C
故当节点电压下降时，它供应给系统的无功功率也将减少。在系统发生故障 或其他原因而使电压下降时，其输出的无功功率反而减少，结果将导致电力网电 压的继续下降。这是静电电容器的缺点。但是它可以分散装设，就地供应无功功 率，减少线路上的功率损耗和电压损耗；在负荷降低时，还可以部分切除电容器 组；它本身的功率损耗小，单位容量的投资费用也较小。特别是近年来采用可控 硅控制及和可调电抗器并联使用组成静止补偿器，改进了它的调节无功功率的性 能。这种静止补偿器可以按负荷变动需要调节无功功率大小及方向，既调整电压 又改善系统稳定。
输电线路上还有电纳，电纳中的无功功率为容性，称为线路的充电功率，可 视为无功电源。这种充电功率，一般按等值冗电路用以下公式计算
B .
AQ=U2—l兆之
LGi i2
式中Bl――线路L段上的电纳（西门）；Ui――线路L段所联接的节点i的线 电压（千伏）；A。』为线路对某一端点i的充电功率。
线路充电功率是向线路输送的无功功率，如作为无功损耗则原为负值。
3
3.1
无功负荷是以滞后功率因数运行的用电设备所吸取的无功功率。
Q=Ssin^
其中主要是异步电动机的无功功率。在综合负荷中如果同步电动机的比重较 大，则功率因数将有所改进，无功负荷较小。一般综合负荷的功率因数为0.6〜0.9。
3.2
（1）输电线路的无功损耗 输电线路中电抗的无功损耗与线路电流的平方成 正比，这种无功损耗比线路上的有功损耗要大，特别是导线截面大的线路，无功 损耗比有功损耗大得多。
第12章 电力系统无功功率和电压调整
Байду номын сангаас
“电压崩溃”现象 电压崩溃” 电压崩溃
3.我国规定的允许电压偏移 3.我国规定的允许电压偏移 35kV及以上电压供电负荷 及以上电压供电负荷： 35kV及以上电压供电负荷：±5% 10kV及以下电压供电负荷 及以下电压供电负荷： 10kV及以下电压供电负荷：±7% 低压照明负荷：+5%～ 低压照明负荷：+5%～-10% 农村电网：+7.5%，-10%（正常情况）； 农村电网：+7.5%， 10%（正常情况）； +10%， 15%（事故情况）。 +10%，-15%（事故情况）。 二、中枢点的电压管理 电压中枢点： 电压中枢点：指那些能够反映和控制整个系统电压水平的节 点（母线）。 母线）。 1.电压中枢点的选择 1.电压中枢点的选择 一般可选择下列母线作为电压中枢点： 一般可选择下列母线作为电压中枢点：
⇒
受载系数: 受载系数:实际负载 和额定负载之比. 和额定负载之比.
jX σ
异步电动机的简化等值电路
异步电动机的无功功率与端电压的关系
注：在额定电压附近，电动机的无功功率随电压的升降而增 在额定电压附近， 减。 2.变压器的无功损耗 2.变压器的无功损耗
S 2 QLT = ∆Q0 + ∆QT = V BT + XT V I0 % VS %S 2 VN SN + ≈ 100 100SN V
2 2
假定一台变压器的空载电流 I0 % = 2.5 ，短路电压 Vs % = 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% 13%。 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， 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。 率损耗的数值是相当可观的。 3.输电线路的无功损耗 3.输电线路的无功损耗 2 P12 + Q12 P22 + Q2 X= X ∆Q L = 2 2 V1 V2 B 2 ∆QB = − (V1 + V22 ) 2 线路的无功总损耗： 线路的无功总损耗： P12 + Q12 V12 + V22 X− B ∆Q L + ∆Q B = 2 2 V1
“电压崩溃”现象 电压崩溃” 电压崩溃
3.我国规定的允许电压偏移 3.我国规定的允许电压偏移 35kV及以上电压供电负荷 及以上电压供电负荷： 35kV及以上电压供电负荷：±5% 10kV及以下电压供电负荷 及以下电压供电负荷： 10kV及以下电压供电负荷：±7% 低压照明负荷：+5%～ 低压照明负荷：+5%～-10% 农村电网：+7.5%，-10%（正常情况）； 农村电网：+7.5%， 10%（正常情况）； +10%， 15%（事故情况）。 +10%，-15%（事故情况）。 二、中枢点的电压管理 电压中枢点： 电压中枢点：指那些能够反映和控制整个系统电压水平的节 点（母线）。 母线）。 1.电压中枢点的选择 1.电压中枢点的选择 一般可选择下列母线作为电压中枢点： 一般可选择下列母线作为电压中枢点：
⇒
受载系数: 受载系数:实际负载 和额定负载之比. 和额定负载之比.
jX σ
异步电动机的简化等值电路
异步电动机的无功功率与端电压的关系
注：在额定电压附近，电动机的无功功率随电压的升降而增 在额定电压附近， 减。 2.变压器的无功损耗 2.变压器的无功损耗
S 2 QLT = ∆Q0 + ∆QT = V BT + XT V I0 % VS %S 2 VN SN + ≈ 100 100SN V
2 2
假定一台变压器的空载电流 I0 % = 2.5 ，短路电压 Vs % = 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% 13%。 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， 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。 率损耗的数值是相当可观的。 3.输电线路的无功损耗 3.输电线路的无功损耗 2 P12 + Q12 P22 + Q2 X= X ∆Q L = 2 2 V1 V2 B 2 ∆QB = − (V1 + V22 ) 2 线路的无功总损耗： 线路的无功总损耗： P12 + Q12 V12 + V22 X− B ∆Q L + ∆Q B = 2 2 V1
电力系统的无功功率平衡和电压调整
QC V 2 XC
3.无功功率的平衡
电力系统无功功率平衡的关系式
QGC Q QL
QGC 是所有无功功率电源发出的感性无功功率；
Q是无功负荷消耗的感性无功功率；
QL 为电网的无功损耗之和。
Q
1'
无功功率平衡与电压水平的关系
1
2'
c
2
a'
a
按无功功率平衡确定电压
O
Va' Va
V
12.2电压调整的基本概念
Байду номын сангаас
（2）最小负荷时，选择的高压绕组分接头电压为
V1tmin (V1min VTmin)V2N V2min
（3）变压器的分接头取平均值
V1t•av (V1tmax V1tmin ) 2
2.升压变压器分接头的选择
V1t
V1
VT V2
V2N
升压变压器、降压变压器分 接头的比较见下图
10.5kV
+5%，254kV
231kV，+5%
+2.5%，248kV 225.5kV，+2.5%
主抽头，242kV 220kV，主抽头
－2.5%，236kV －5%，230kV
214.5kV，－2.5% 209kV，－5%
升压变压器分接头
降压变压器分接头
11kV
三、利用无功功率补偿调压
V1
R jX
1、并联电容器
并联电纳的 无功损耗
充电功率
2.无功功率电源
• 发电机 • 同步调相机 • 静电电容器
发电机 发电机既是唯一的有功功率电源， 又是最基本的无功功率电源。
同步 调相机
第12章_电力系统的无功功率平衡和电压调整
O
c
2
Va′
Va
V
12.1
电力系统无功功率平衡
2. 无功功率平衡
① 无功功率平衡计算 系统无功功率平衡关系式： 系统无功功率平衡关系式： QGC－QLD－QL＝Qres QGC：电源供应的无功功率之和 QLD：无功负荷之和 QL： 网络无功功率损耗之和 Qres：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 表示系统中无功功率不足，
△QL：线路电抗的无功功率 △QB：充电无功功率
35kV及以下输电线的充电功率小，线路消耗无功功率 及以下输电线的充电功率小， 及以下输电线的充电功率小 110kV及以上输电线，重载时是无功负载，轻载时能成为无功源 及以上输电线，重载时是无功负载， 及以上输电线
12.1
电力系统无功功率平衡
4电力系统的无功功率平衡 1212-2: 电压调整的基本概念 1212-3: 电压调整的措施 1212-4: 调压措施的应用
12.1
电力系统无功功率平衡
无功负荷与无功电源失去平衡时， 无功负荷与无功电源失去平衡时，会引起
无功 功率 平衡
系统电压的升高或下降。 系统电压的升高或下降。 实现无功功率在额定电压下的平衡是保证 电压质量的基本条件。 电压质量的基本条件。
12.0
概述
日本东京电力系统1987年7月23日发生电压崩溃造成大 日本东京电力系统1987年 23日发生电压崩溃造成大 1987 停电事故。起因是由于负荷增加过快，电压开始下降， 停电事故。起因是由于负荷增加过快，电压开始下降，最后 发展到继电保护动作跳闸，导致三个变电所全停。 发展到继电保护动作跳闸，导致三个变电所全停。 1982年8月7日，华中电网因220KV联络线A相对支路放 1982年 华中电网因220KV联络线A 220KV联络线 电，继电保护动作跳闸，导致系统稳定破坏，各电厂和变电 继电保护动作跳闸，导致系统稳定破坏， 站电压大幅度下降，系统解环，电网失去大量无功电源， 站电压大幅度下降，系统解环，电网失去大量无功电源，结 果使湖北地区大面积停电，武汉钢铁公司等重要用户受到很 果使湖北地区大面积停电， 大的损害，部分设备损坏。 大的损害，部分设备损坏。
c
2
Va′
Va
V
12.1
电力系统无功功率平衡
2. 无功功率平衡
① 无功功率平衡计算 系统无功功率平衡关系式： 系统无功功率平衡关系式： QGC－QLD－QL＝Qres QGC：电源供应的无功功率之和 QLD：无功负荷之和 QL： 网络无功功率损耗之和 Qres：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 表示系统中无功功率不足，
△QL：线路电抗的无功功率 △QB：充电无功功率
35kV及以下输电线的充电功率小，线路消耗无功功率 及以下输电线的充电功率小， 及以下输电线的充电功率小 110kV及以上输电线，重载时是无功负载，轻载时能成为无功源 及以上输电线，重载时是无功负载， 及以上输电线
12.1
电力系统无功功率平衡
4电力系统的无功功率平衡 1212-2: 电压调整的基本概念 1212-3: 电压调整的措施 1212-4: 调压措施的应用
12.1
电力系统无功功率平衡
无功负荷与无功电源失去平衡时， 无功负荷与无功电源失去平衡时，会引起
无功 功率 平衡
系统电压的升高或下降。 系统电压的升高或下降。 实现无功功率在额定电压下的平衡是保证 电压质量的基本条件。 电压质量的基本条件。
12.0
概述
日本东京电力系统1987年7月23日发生电压崩溃造成大 日本东京电力系统1987年 23日发生电压崩溃造成大 1987 停电事故。起因是由于负荷增加过快，电压开始下降， 停电事故。起因是由于负荷增加过快，电压开始下降，最后 发展到继电保护动作跳闸，导致三个变电所全停。 发展到继电保护动作跳闸，导致三个变电所全停。 1982年8月7日，华中电网因220KV联络线A相对支路放 1982年 华中电网因220KV联络线A 220KV联络线 电，继电保护动作跳闸，导致系统稳定破坏，各电厂和变电 继电保护动作跳闸，导致系统稳定破坏， 站电压大幅度下降，系统解环，电网失去大量无功电源， 站电压大幅度下降，系统解环，电网失去大量无功电源，结 果使湖北地区大面积停电，武汉钢铁公司等重要用户受到很 果使湖北地区大面积停电， 大的损害，部分设备损坏。 大的损害，部分设备损坏。
第十二章 电力系统的无功功率平衡和电压调整
• 可以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。
• 有强行励磁装置时，系统故障情况下，还能调整系统的电压， 有利于提高系统的稳定性。
缺点：
• 同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂。 • 有功功率损耗较大，在满负荷时约为额定容量的1.5%~5％，
容量越小，百分值越大。
晶闸管投切电容器。 实际上应用的静止补偿器大多是由上述部件组成的混合型静 止补偿器，以下将简单介绍较常见的几种。
（i）饱和电抗器与固定电容器并联组成（带有斜率校正）的静止补偿器： 饱和电抗器SR的特性：当电压大于某值后，随电压的升高，铁芯急剧饱和。 从补偿器的伏安特性可见，在补偿器的工作范围内，电压的少许变化就会引 起电流的大幅度变化。 与SR串联的电容C是用于斜率校正的，改变CS的大小可以调节补偿器外特性 的斜率（见图12-5（b）中的虚线）。
对于具体的发电机一般要通过现场试验来确定其进相运行的 容许范围。
2．同步调相机：相当于空载运行的同步电动机。 过励磁运行时，向系统供给感性无功功率起无功电源的作用；
欠励磁运行时，从系统吸取感性无功功率起无功负荷作用。
由于实际运行的需要和对稳定性的要求，欠励最大容量只有
过励容量的50%~65％。 同步调相机装有自动励磁调节装置时的优点：
• 小容量的调相机每kvA容量的投资费用也较大。 • 同步调相机的响应速度较慢，难以适应动态无功控制的要求。
同步调相机宜于大容量集中使用。20世纪70年代以来已逐渐被 静止无功补偿装置所取代。
3．静电电容器 静电电容器供给的无功功率QC与所在节点的电压V的平方成 正比，即 QC = V 2 / X C
晶闸管投切电容器单独使用：只能作为无功功率电源，发出感性无功， 且不能平滑地调节输出的功率，由于晶闸管对控制信号的响应极为迅速，通 断次数又不受限制，其运行性能可明显优于机械开关投切的电容器。
• 有强行励磁装置时，系统故障情况下，还能调整系统的电压， 有利于提高系统的稳定性。
缺点：
• 同步调相机是旋转机械，运行维护比较复杂。 • 有功功率损耗较大，在满负荷时约为额定容量的1.5%~5％，
容量越小，百分值越大。
晶闸管投切电容器。 实际上应用的静止补偿器大多是由上述部件组成的混合型静 止补偿器，以下将简单介绍较常见的几种。
（i）饱和电抗器与固定电容器并联组成（带有斜率校正）的静止补偿器： 饱和电抗器SR的特性：当电压大于某值后，随电压的升高，铁芯急剧饱和。 从补偿器的伏安特性可见，在补偿器的工作范围内，电压的少许变化就会引 起电流的大幅度变化。 与SR串联的电容C是用于斜率校正的，改变CS的大小可以调节补偿器外特性 的斜率（见图12-5（b）中的虚线）。
对于具体的发电机一般要通过现场试验来确定其进相运行的 容许范围。
2．同步调相机：相当于空载运行的同步电动机。 过励磁运行时，向系统供给感性无功功率起无功电源的作用；
欠励磁运行时，从系统吸取感性无功功率起无功负荷作用。
由于实际运行的需要和对稳定性的要求，欠励最大容量只有
过励容量的50%~65％。 同步调相机装有自动励磁调节装置时的优点：
• 小容量的调相机每kvA容量的投资费用也较大。 • 同步调相机的响应速度较慢，难以适应动态无功控制的要求。
同步调相机宜于大容量集中使用。20世纪70年代以来已逐渐被 静止无功补偿装置所取代。
3．静电电容器 静电电容器供给的无功功率QC与所在节点的电压V的平方成 正比，即 QC = V 2 / X C
晶闸管投切电容器单独使用：只能作为无功功率电源，发出感性无功， 且不能平滑地调节输出的功率，由于晶闸管对控制信号的响应极为迅速，通 断次数又不受限制，其运行性能可明显优于机械开关投切的电容器。
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jX d I VA
VS
I
I
与SVC相比，响应速度更快，运行范 围更宽，谐波电流含量更少
电压较低时仍可向系统注入较大的无 功电流 储能电容的容量远小于装臵无功容量
电力系统的无功功率平衡和电压调整—无功功率平衡
无功功率平衡的基本概念 系统无功电源容量大于无功负荷与
无功电源总出力包括发电机无功功
24 t/h
0
8
16
24 t/h
电力系统的无功功率平衡和电压调整—电压调整的基本概念
中枢点的电压管理—调压方式
逆调压
大负荷时，线路电压损耗大，提高中枢点电压，使负荷点电压不至太低； 小负荷时，线路电压损耗小，降低中枢点电压，使负荷点电压不至太高；
考虑发电机电压一定，大负荷时中枢点电压会低一些，小负荷时则高一些，
静止无功补偿器—晶闸管投切电容器型静止补偿器
TSC：整周 波投切，不产 生谐波 分级调节 快速响应
电力系统的无功功率平衡和电压调整—无功功率电源
静止无功补偿器—静止无功发生器（SVG：Static Var Generator）
VA
jX d
VS
I
VA
jX d I VS
电压偏移过大的危害 允许电压偏移 35kV及以上供电电压：正、负偏移的 绝对值之和不超过10%VN；上下偏移 同号时，按较大偏移绝对值衡量 10kV及以下三相供电电压：±7%VN
电压偏低对系统和用户的影响
电动机输出转矩降低或定子电 流增大，失速甚至停转；
电热设备生产效率降低
电力系统的无功功率平衡和电压调整—电压调整的基本概念
中枢点的电压管理—确定允许电压运行范围
A
V
VA
0.04VN 0.01VN 0.1VN 0.03VN VB 24 16 t/h
VA：(0.95~1.05)VN 时间 0~8 8~24 △VOA 0.04 0.1 VOA 0.99~1.09 1.05~1.15
2
V1
X 40
V2
PLD jQLD
P jQ
Q M var
30
2
V VV Q 1 2 P2 X X
V2/kV Q/Mvar QLD-1 QLD-2
2
2 2
QLD-2
V QLD-N 2 110
106 21.21 18.57 27.86
V1 R+jX k:1 V2=V2c P+jQ
V2c
V2min V2min Vt V2 N Vt k
jQC
V2 NV2min V2min 2 k
V1t V2c max V2max Q V2c max V2 N C X k
因为异步电动机在电力系统负荷（特别是无功负荷）中占比 重很大，系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定
电力系统的无功功率平衡和电压调整—无功功率负荷
变压器的无功损耗 变压器等值电路
RT jX T
输电线路的无功损耗 输电线路等值电路
P jQ1 RL jX L 1
V2 V1
率和各种无功补偿设备的无功功率
无功损耗之和，并具有备用容量
QGC QLD QL Qres
无功电源总出力包括发电机无功功 率和各种无功补偿设备的无功功率
QL QLT QL QB
无功功率分地区、分电压等级就地 平衡—避免无功大容量远距离传送
QGC QG QC
发电机无功功率按额定功率因数计
PR QX P2 Q2 PL R V 2 V V
超高压线路并联高压电抗：90%QB 变电站低容低抗、配电网电容补偿
算，无功负荷按照负荷有功功率和
功率因数计算
35kV及以上工业负荷，cos 0.9
电力系统的无功功率平衡和电压调整—无功功率平衡
电力系统的无功功率平衡和电压调整—电压调整的原理和措施
利用无功补偿调压
V1 V2 P+jQ jQC
V1 V2
PR QX V2
V2c kV2c
V1 V2c
PR Q QC X V1 V2c QC V2c V2 V2c X
R+jX R+jX
QLD-2 (V )
25
Q(V ) QLD-1 (V )
103 28.19 17.54 26.30
104 25.91 17.88 26.82
105 23.59 18.22 27.33
107 18.79
20
15
18.92 28.39
10
V kV
102 104
106
108
110
电力系统的无功功率平衡和电压调整—电压调整的基本概念
旋转元件，运行维护复杂；
有功损耗较大，满负荷时约为额定容量的1.5%~5%，容量越小，比例越大；
小容量机组投资费用高（每kVA），仅利于集中大容量使用； 响应速度较慢，难以适应动态无功控制的要求 20世纪70年代后，逐渐为静止无功补偿器取代；
电力系统的无功功率平衡和电压调整—无功功率电源
k:1 V2=V2c
P+jQ
V2c QC X
PR QX PR QX c V2 V2 c V2 V2
2
V2c
补偿容量与调压要求和
jQC
kV2c k V2c V2 QC kV2c V2 V2c X X k
jX
异步电动机的无功电压特性
受载 系数
I
V
jX m
I
R s
负载不变 电压降低 无功损耗 反而升高
异步电动机的无功功率和有功功率
V2 QM Qm Q I 2 X Xm
I 2R PM (1 s ) s
PM PN
受饱和影响， 励磁功率稍高 于二次曲线
同步调相机 过励磁运行，向电网输出感性无功功率； 欠励磁运行，从电网吸收感性无功功率； 欠励磁最大容量为过励磁容量的50%~65%； 可实现无功电压连续调节；
E E
I
jX d I V
jX d I E
jX d
V
V
I
I
具有强励功能，有利于提高稳定性
低压配电线路和电缆线路，R>X，PR/V占 电压损耗较大，无功补偿调压效果一般；
变压器变比选择均有关
变比 k 选取原则：满足 调压要求的前提下，使
得无功补偿容量最小
电力系统的无功功率平衡和电压调整—电压调整的原理和措施
利用无功补偿调压—静电电容器 最小负荷时，无电容器补偿，确 定变压器分接头位臵； 最大负荷时，全部电容器投入， 按调压要求确定补偿容量 利用无功补偿调压—同步调相机 最小负荷时，调相机按(0.5~0.65) 额定容量欠励磁运行；
无功功率平衡与电压水平的关系
E
2
jX
V
E
I
jXI
P
EV EV V sin Q cos X X X
2
I
P jQ
V
V2 EV 2 Q P X X
P为一定值，Q(V)特性曲线为下开口抛物线；
调节励磁电流，改变E可调整Q(V)特性 系统无功电源输出不足，运行电压水平偏低；
CH12 电力系统的无功功率平衡和电压调整
电力系统的无功功率平衡
无功负荷和无功电源及其无功电压特性 无功功率平衡与电网电压水平的关系
电压调整的基本概念
允许电压偏移 中枢电压管理
电压调整的措施
调压措施的应用
电力系统的无功功率平衡和电压调整—无功功率负荷
异步电动机
等值电路
B 2 B 2
P2 jQ2
V2
V1
GT
jBT
I
j
j
35kV线 路充电 功率很 小； 110kV 及以上 线路轻 载时为 无功电 源，重 载时消 耗无功 功率。
变压器的无功损耗
S QLT Q0 QT V 2 BT X T V I0 % VS %S 2 VN SN 100 100S N V
静电电容器
输出无功与节点电压平方成正比，无功功率调节性能较差；
装设容量可达可小，既可集中安装，亦可分散安装； 单位容量投资费用较小，与总容量无关；
运行损耗约为额定容量的0.3%~0.5%；
无旋转元件，运行维护方便； 可根据负荷变化，分组投切电容器，实现补偿功率的分级调节（不连续）； 目前广泛低压配网中广泛采用的无功补偿技术 工程上遇到由于谐波引起的电容器损坏事故较为突出，值得关注
改变变压器变比调压 采用固定分接头的变压器调压，电压损耗不会改变，负荷变化时次级电压 变化幅度也不会改变； 如果电压损耗超过分接头可调整范围（±5%），或者调压要求与实际的 相反（如逆调压），采用普通变压器的分接头调整将无法满足调压要求； 采用有载调压方式，可根据负荷状态确定合适分接头，从而缩小次级电压 变化幅度，甚至改变电压变化趋势； 可用于有载调压的有：载调压变压器和加压调压变压器； 有载调压变压器：可带负载调节分接头，分接头调节范围比较大； 加压调压器：与主变压器配合使用，相当于有载调压变压器；
Q
1
2 c 2
a
1
a
系统无功电源输出过剩，运行电压水平偏高；
实现额定电压水平下的无功功率平衡，据此配 臵无功电源设备
O
Va Va
V
电力系统的无功功率平衡和电压调整—无功功率平衡
VS
I
I
与SVC相比，响应速度更快，运行范 围更宽，谐波电流含量更少
电压较低时仍可向系统注入较大的无 功电流 储能电容的容量远小于装臵无功容量
电力系统的无功功率平衡和电压调整—无功功率平衡
无功功率平衡的基本概念 系统无功电源容量大于无功负荷与
无功电源总出力包括发电机无功功
24 t/h
0
8
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电力系统的无功功率平衡和电压调整—电压调整的基本概念
中枢点的电压管理—调压方式
逆调压
大负荷时，线路电压损耗大，提高中枢点电压，使负荷点电压不至太低； 小负荷时，线路电压损耗小，降低中枢点电压，使负荷点电压不至太高；
考虑发电机电压一定，大负荷时中枢点电压会低一些，小负荷时则高一些，
静止无功补偿器—晶闸管投切电容器型静止补偿器
TSC：整周 波投切，不产 生谐波 分级调节 快速响应
电力系统的无功功率平衡和电压调整—无功功率电源
静止无功补偿器—静止无功发生器（SVG：Static Var Generator）
VA
jX d
VS
I
VA
jX d I VS
电压偏移过大的危害 允许电压偏移 35kV及以上供电电压：正、负偏移的 绝对值之和不超过10%VN；上下偏移 同号时，按较大偏移绝对值衡量 10kV及以下三相供电电压：±7%VN
电压偏低对系统和用户的影响
电动机输出转矩降低或定子电 流增大，失速甚至停转；
电热设备生产效率降低
电力系统的无功功率平衡和电压调整—电压调整的基本概念
中枢点的电压管理—确定允许电压运行范围
A
V
VA
0.04VN 0.01VN 0.1VN 0.03VN VB 24 16 t/h
VA：(0.95~1.05)VN 时间 0~8 8~24 △VOA 0.04 0.1 VOA 0.99~1.09 1.05~1.15
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V1
X 40
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PLD jQLD
P jQ
Q M var
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V VV Q 1 2 P2 X X
V2/kV Q/Mvar QLD-1 QLD-2
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V QLD-N 2 110
106 21.21 18.57 27.86
V1 R+jX k:1 V2=V2c P+jQ
V2c
V2min V2min Vt V2 N Vt k
jQC
V2 NV2min V2min 2 k
V1t V2c max V2max Q V2c max V2 N C X k
因为异步电动机在电力系统负荷（特别是无功负荷）中占比 重很大，系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定
电力系统的无功功率平衡和电压调整—无功功率负荷
变压器的无功损耗 变压器等值电路
RT jX T
输电线路的无功损耗 输电线路等值电路
P jQ1 RL jX L 1
V2 V1
率和各种无功补偿设备的无功功率
无功损耗之和，并具有备用容量
QGC QLD QL Qres
无功电源总出力包括发电机无功功 率和各种无功补偿设备的无功功率
QL QLT QL QB
无功功率分地区、分电压等级就地 平衡—避免无功大容量远距离传送
QGC QG QC
发电机无功功率按额定功率因数计
PR QX P2 Q2 PL R V 2 V V
超高压线路并联高压电抗：90%QB 变电站低容低抗、配电网电容补偿
算，无功负荷按照负荷有功功率和
功率因数计算
35kV及以上工业负荷，cos 0.9
电力系统的无功功率平衡和电压调整—无功功率平衡
电力系统的无功功率平衡和电压调整—电压调整的原理和措施
利用无功补偿调压
V1 V2 P+jQ jQC
V1 V2
PR QX V2
V2c kV2c
V1 V2c
PR Q QC X V1 V2c QC V2c V2 V2c X
R+jX R+jX
QLD-2 (V )
25
Q(V ) QLD-1 (V )
103 28.19 17.54 26.30
104 25.91 17.88 26.82
105 23.59 18.22 27.33
107 18.79
20
15
18.92 28.39
10
V kV
102 104
106
108
110
电力系统的无功功率平衡和电压调整—电压调整的基本概念
旋转元件，运行维护复杂；
有功损耗较大，满负荷时约为额定容量的1.5%~5%，容量越小，比例越大；
小容量机组投资费用高（每kVA），仅利于集中大容量使用； 响应速度较慢，难以适应动态无功控制的要求 20世纪70年代后，逐渐为静止无功补偿器取代；
电力系统的无功功率平衡和电压调整—无功功率电源
k:1 V2=V2c
P+jQ
V2c QC X
PR QX PR QX c V2 V2 c V2 V2
2
V2c
补偿容量与调压要求和
jQC
kV2c k V2c V2 QC kV2c V2 V2c X X k
jX
异步电动机的无功电压特性
受载 系数
I
V
jX m
I
R s
负载不变 电压降低 无功损耗 反而升高
异步电动机的无功功率和有功功率
V2 QM Qm Q I 2 X Xm
I 2R PM (1 s ) s
PM PN
受饱和影响， 励磁功率稍高 于二次曲线
同步调相机 过励磁运行，向电网输出感性无功功率； 欠励磁运行，从电网吸收感性无功功率； 欠励磁最大容量为过励磁容量的50%~65%； 可实现无功电压连续调节；
E E
I
jX d I V
jX d I E
jX d
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V
I
I
具有强励功能，有利于提高稳定性
低压配电线路和电缆线路，R>X，PR/V占 电压损耗较大，无功补偿调压效果一般；
变压器变比选择均有关
变比 k 选取原则：满足 调压要求的前提下，使
得无功补偿容量最小
电力系统的无功功率平衡和电压调整—电压调整的原理和措施
利用无功补偿调压—静电电容器 最小负荷时，无电容器补偿，确 定变压器分接头位臵； 最大负荷时，全部电容器投入， 按调压要求确定补偿容量 利用无功补偿调压—同步调相机 最小负荷时，调相机按(0.5~0.65) 额定容量欠励磁运行；
无功功率平衡与电压水平的关系
E
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EV EV V sin Q cos X X X
2
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P jQ
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V2 EV 2 Q P X X
P为一定值，Q(V)特性曲线为下开口抛物线；
调节励磁电流，改变E可调整Q(V)特性 系统无功电源输出不足，运行电压水平偏低；
CH12 电力系统的无功功率平衡和电压调整
电力系统的无功功率平衡
无功负荷和无功电源及其无功电压特性 无功功率平衡与电网电压水平的关系
电压调整的基本概念
允许电压偏移 中枢电压管理
电压调整的措施
调压措施的应用
电力系统的无功功率平衡和电压调整—无功功率负荷
异步电动机
等值电路
B 2 B 2
P2 jQ2
V2
V1
GT
jBT
I
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j
35kV线 路充电 功率很 小； 110kV 及以上 线路轻 载时为 无功电 源，重 载时消 耗无功 功率。
变压器的无功损耗
S QLT Q0 QT V 2 BT X T V I0 % VS %S 2 VN SN 100 100S N V
静电电容器
输出无功与节点电压平方成正比，无功功率调节性能较差；
装设容量可达可小，既可集中安装，亦可分散安装； 单位容量投资费用较小，与总容量无关；
运行损耗约为额定容量的0.3%~0.5%；
无旋转元件，运行维护方便； 可根据负荷变化，分组投切电容器，实现补偿功率的分级调节（不连续）； 目前广泛低压配网中广泛采用的无功补偿技术 工程上遇到由于谐波引起的电容器损坏事故较为突出，值得关注
改变变压器变比调压 采用固定分接头的变压器调压，电压损耗不会改变，负荷变化时次级电压 变化幅度也不会改变； 如果电压损耗超过分接头可调整范围（±5%），或者调压要求与实际的 相反（如逆调压），采用普通变压器的分接头调整将无法满足调压要求； 采用有载调压方式，可根据负荷状态确定合适分接头，从而缩小次级电压 变化幅度，甚至改变电压变化趋势； 可用于有载调压的有：载调压变压器和加压调压变压器； 有载调压变压器：可带负载调节分接头，分接头调节范围比较大； 加压调压器：与主变压器配合使用，相当于有载调压变压器；
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系统无功电源输出过剩，运行电压水平偏高；
实现额定电压水平下的无功功率平衡，据此配 臵无功电源设备
O
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电力系统的无功功率平衡和电压调整—无功功率平衡