无功与调压关系
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。
电力系统调压原理
电力系统调压原理
电力系统调压的原理主要基于无功功率的平衡。
电力系统的电压水平取决于无功功率的平衡情况。
无功功率的输出应该满足在额定电压下测量的系统负荷和网络损耗的无功功率需求，否则会产生电压偏差。
为了确保运行可靠性和适应增长的无功功率，电力系统需要预留一定的无功容量作为备用。
当系统无功功率充足时，系统可以运行在更高水平的电压。
然而，当系统无功功率不足时，运行电压水平较低，这时需要装设补偿无功功率的设备。
由于电力系统供电区域范围非常广阔，无功功率不适宜长距离输送，所以负载所需的无功功率应该尽可能地分层分区的平衡。
根据无功功率的平衡原理，对电压调整可以从无功功率补偿和降低网损两个方面入手。
具体的调压方式包括分散调整和集中调整，如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节方式等。
以上信息仅供参考，如需获取更多详细信息，建议咨询电力工程师或查阅相关书籍文献。
第6章 电力系统无功功率的平衡和电压调整
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
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 = （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 = （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。
电力系统无功功率和电压调整-PPT课件
V VV
imax max
min
电力系统分析
35
例
简单电力网电压损耗
电力系统分析
36
电力系统分析
37
只满足i节点负荷时，中枢点电压VO应维持的电压为
0~ 8h
VO Vi VOi
(0.95~1.0)5VN0.0V 4N (0.99~1.0)9VN
8 ~ 24h
VO Vi VOi
电力系统分析
25
5.静止无功发生器（SVG）
SVG的优点：响应速度快，运行范围宽，谐波电 流含量少，尤其重要的是，电压较低时仍可向系 统注入较大的无功。
电力系统分析
26
5.2.3 无功功率平衡
电力系统无功功率平衡的基本要求：系统中的无功 电源可以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。
（1）大型发电厂的高压母线； （2）枢纽变电所的二次母线； （3）有大量地方性负荷的发电厂母线。
电力系统分析
32
5.3 电力系统中枢点的电压管理
例：
中枢点
中枢点
图5-16 电力系统的电压中枢点
电力系统分析
33
5.3.2 中枢点电压允许变化范围
中枢点i的电压满足Vimin≤Vi ≤ Vimax 图5-17 负荷电压与中枢点电压
电力系统分析
4
5.1 电压调整的一般概念
（5）系统电压降低，发电机定子电流将因其功率角的增大
而增大。增大到额定值后，使发电机过热，不得不降低出力。
（6）系统电压过低会使电网的电压损耗和功率损耗增加，
影响系统的经济运行；过低的电压甚至严重影响电力系统的
稳定性。
系统无功功率不足，电压 水平低下时，某些枢纽变 电所母线电压在微小扰动 下会迅速大幅度下降，产 生电压崩溃，从而导致电 厂之间失步，系统瓦解， 大面积停电的灾难性事故。
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前言在今天的社会中，电力系统已经成为了我们日常生活中不可或缺的一部分，而电力系统中的无功功率和电压调整则是其最重要的组成部分之一。
无功功率和电压调整可以保证电力系统的正常运行和稳定性，从而保障了人们生活的安全和稳定。
本文将会针对电力系统的无功功率和电压调整进行介绍和分析。
无功功率定义无功功率是指在交流电中由于电容、电感电流的相位与电压不同而引起的电流，它不能转化为机械功或电能的功率。
虽然无功功率不能直接输出，但是在电力系统中同样是非常重要的，因为它能够影响到电力系统的正常稳定运行。
无功功率的作用在电力系统中，无功功率具有很重要的作用。
第一，无功功率能够平衡电力系统中的有功功率，从而保证电力系统的电压和频率的稳定性。
当有功功率的需求增加时，无功功率就会自动地增加以保持电力系统的稳态；而当有功功率的需求减少时，无功功率也会自动地减少。
第二，无功功率还可以改善电力系统的功率因数。
正常情况下，电力系统的功率因数应该在0.8至1之间，但有些设备如电容器和电感器等会使功率因数发生变化。
而通过对无功功率的调整，我们就可以将功率因数调整到正常范围内，从而保证电力系统的正常运行。
无功功率的调整方法一般来说，无功功率的调整主要有以下几种方法：•静态无功发生器。
静态无功发生器是通过静态电子管将直流电分解成交流电来产生无功功率的。
它具有无机械运动、静音、响应快等优点，因此得到了广泛应用。
•动态无功补偿设备。
动态无功补偿设备可以根据负载状况自动调整无功功率，从而保持电网的稳定性。
这种设备具有响应时间快、可控性强等优点，在大型电力系统中尤为重要。
•磁流控制器。
磁流控制器是利用变压器的饱和磁路特性，通过控制原边电流和二次电流的相位差，调节负载电流，从而达到调整无功功率的目的。
电压调整定义电压调整是指对电力系统电压的控制和调节。
在电力系统中，电压的稳定性对于保证电网正常运行是非常重要的。
如果电压过高或者过低，都会对电力系统的正常运行产生不利的影响。
电力系统的无功和电压调整
无功功率电源
无功功率的平衡
10
无功功率电源
什么是无功电源？
电力系统中，凡是可以发出（感性）无功 功率的设备或装置，都可以称为无功功率电源。
主要无功电源的类型
传统无功电源
• • • •
同步发电机（Synchronous Generator） 调相机（Synchronous Condenser） 并联电容器（Capacitor） 并联电抗器（Reactor）
37
常调压
中枢点调压方式实质:对中枢点电压的原则性要求
电压调整的措施
1
T1
2
3
T2
4
G
P+jQ
•不计对地支路 •归算到高压侧
1 1' 1'
R+jX
4'
4 4'
P+jQ
1:k1 理想变 k2:1 理想变
38
电压调整的措施(续1)
1 1'
R+jX
4'
4
P+jQ
1:k1 k2:1
1 PR QX U 4 k1U1 k2 UN
负荷点
j
负荷点
k
33
中枢点电压曲线的编制（续1)
Sj
日负荷曲线
Sk
0
U ij
8
16
24
h
0
8
16
24
h
电压损耗
0.10UN
U ik
0.04UN
0 8 16 24 h 0
0.01UN
8
0.03UN
16 24 h
34
中枢点电压曲线的编制（续2)
电力系统无功功率平衡和电压调整
无功补偿装置的应用场景和效果
高峰负荷时段
提高电压稳定性，减少电压波动和闪变现象。
电网故障时
快速响应无功功率变化，维持系统电压稳定。
风电、光伏等新能源接入
平滑新能源发电的功率输出波动，提高并网性能。
工业园区和大型建筑物
降低能耗，提高供电质量。
电力系统无功功率平衡和电 压调整
目 录
• 电力系统无功功率平衡 • 电压调整的原理和方法 • 电力系统无功补偿装置 • 电力系统无功管理和优化 • 电力系统电压稳定性和控制 • 电力系统无功功率平衡和电压调整的未来发展
01
电力系统无功功率平衡
无功功率的产生和影响
无功功率的产生
在电力系统中，电动机、变压器等感 性负载需要消耗无功功率来建立磁场 ，以实现能量的转换和传输。
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THANKS
06
电力系统无功功率平衡和 电压调整的未来发展
新能源并网对无功功率平衡和电压调整的影响
01
新能源并网将增加电力系统的复杂性和不确定性，对无功功率 平衡和电压调整带来挑战。
02
新能源并网将促进无功功率平衡和电压调整技术的发展，推动
电力系统向更加智能化、高效化的方向发展。
新能源并网将促进电力系统的优化配置，提高电力系统的可靠
电压波动可能导致电力设备过载或欠载，影响 其正常运行和寿命。
对用户设备的影响
电压波动可能导致用户设备工作异常，影响生 产和生活。
对系统稳定性的影响
电压波动可能导致电力系统不稳定，甚至引发系统崩溃。
电压调整的原理
根据电力系统的无功功率平衡原理， 电压水平取决于无功功率的分布和平 衡情况。
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电 力 系 统 无 功 与 电 压 的 关 系
（一）、前言
电压是衡量系统电能质量的一个重要指标，电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。
（二）、无功电源
电力系统的无功电源除了发电机外，还有同步调相机、静电电容器、及静止补偿器，这三种装置又称无功补偿装置。
（1）、发电机
发电机是系统唯一的有功功率电源，同时又是基本的无功功率电源。
发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率
Q GN = S N SIN （Φ） = P GN tg （Φ）
式中：S N 、P GN 、Q GN 、Φ分别为发电机的额定视在功率、额定有功功率、额定无功功率和额定功率因数角。
下面以一个简单的系统说明发电机（隐极发电机）的无功与系统电压的关系。
图2-1 简单的系统图
图中：∙E 为发电机机端的电势，∙
V 为系统的电压，X 为发电机与系统联系电抗。
P = VIocs(Φ) = δsin X EV Q = VIsin(Φ) = δcos X EV - X
V 2
当P 为一定值时，得：
Q = 22P X
EV -）（ - X V 2
当发电机的电势一定时，Q 同V 的关系如图2-2；是一条向下开口的抛物线。
图2-2 电压与无功的关系
（2）、同步调相机 同步调相机相当于空载运行的同步电动机。
在过励磁的运行时，她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，她从系统吸收感性无功功率而起无功负荷的作用，可降低系统电压。
（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的母线上。
她供给的无功功率Q C 值与所在节点的电压V 的平方成正比，即
Q C = C
X V 2
（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。
电容器可以发无功功率，电抗器可以吸收无功，两者结合起来可以实现无功调节。
（三）、无功负荷
电力系统无功负荷主要有异步电动机、变压器的无功损耗、线路的无功损耗。
（1）、异步电动机
异步电动机在电力系统无功负荷中占的比重很大。
系统的无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定。
异步电动机的简化等值电路见图3-1，她消耗的无功功率与端电压的关系见图3-2。
图3-1 异步电动机的简化等值电路
电动机损耗的无功功率为：
Q M = Q m + Q o = m
X V 2
+ I 2 X O (3-1)
图3-2 异步无功功率与端电压的关系
图中：β 为电动机的实际负荷与她的额定负荷的比。
从式（3-1）和图3-2可以看出在额定电压附近，电动机的无功功率随着机端的电压升降而增减。
（2）、变压器的无功损耗
变压器的无功损耗Q LT 包括励磁损耗∆Q O 和漏抗中损耗∆Q T 。
Q LT =∆Q O + ∆Q T =
N O S I 100% + 2100%）（V
V S V N N S （3）、输电线路的无功损耗
线路中串联的电抗的无功损耗与通过线路的电流的平方成正比；线路中的电容的充电功率与电压的平方成正比。
（四）、无功平衡
电力系统运行中，电源的无功出力在任何时刻都同负荷的无功功率和网络的无功损耗之和相等，即
Q GC = Q LD +Q L
问题在于无功功率在什么平衡在什么样的电压下实现，现在以一个简单的网络来说明问题，假设系统的无功功率负荷为电动机，由上面的分析可以画出图4-1。
图4-1 系统无功功率与电压关系
发电机发无功功率的特性为曲线，电动机消耗无功功率的特性为曲线2，两条曲线的交点a确定了负荷的节点电压值Va，或者说，系统在电压Va下达到了无功功率平衡。
当系统负荷增加时，无功功率特性曲线变为21，如果系统的无功电源没有相应的增加，这时曲线1与曲线21相交与a1点，并决定了负荷点的电压为Va1，显然Va1<Va，这就说明负荷增加后，系统的无功电源已不能满足在电压Va下的无功平衡的需要，只有降低电压运行，以取得较低电压下的无功平衡。
如果发电机有充足的无功储备，通过调节励磁电流，增大发电机的E，使发电机的无功功率特性变为曲线11，这时曲线11与21的交点为c,决定的负荷节点的电压接近原来的电压。
由此可见，系统的无功电源储备充足，能够在较高的电压水平下满足系统无功平衡的要求，系统就有较高的运行电压水平；反之，系统的运行电压水平较低。
（五）、调压的基本原理
现在以下图为例，说明常用的各种调压措施所依据的基本原理。
图5-1 简单的电力系统
发电机通过升压变压器、线路和降压变压器向用户供电，要求调整负荷节点b的电压。
为了简单起见，不考虑线路的电容损耗、变压器的励磁损耗和网络的功率损耗。
变压器的参数以归到高压侧，b点的电压为
Vb = （Vgk1 - ∆V）/k2 = （Vg -
V QX
PR+
）/k2 (5-1)
由（5-1）可以看出，为了调整用户端电压Vb可以采取以下措施
（1）、调整励磁电流以改变发电机机端电压Vg；
（2）、适当选择变压器的变比；
（3）、改变线路参数；
（4）、改变无功功率的分布。
（六）、变电站的电压无功调整
对变电站的电压调整主要采用两种方法，一种改变有载调压的分接头，也就说说改变变压器的变比的方式来调整电压；一种是投切电容组，也就说通过改变无功功率的分布的方式来调整电压。
对110kV及以上电压等级的变压器，一般将调压绕组放在变压器的中性点侧。
因为变压器的中性点接地，中性点侧电压很低，调节装置的绝缘比较容易解决。
所以降变压器的档位，相当于增加变压器的变比，提高节点的电压。
升变压器的档位，相当于降低变压器的变比，减低节点的电压。
投电容器组，相当于减小了线路的无功，降低了输电线路的压降，所以提高了节点的电压；切电容器组，相当于增加了线路的无功，增加了输电线路的压降，所以降低了节点的电压。
对某个变电站来说，电压调整是选择改变有载调压档位还是投切电容器组，
与变压器的目前载调压档位的位置、能够投切的电容器组和目前无功与电压运行的区域有关。