无功功率平衡和电压调整
电力系统的无功功率平衡和电压调整
任务一 电力系统无功功率平衡
5.1.3无功功率平衡 电力系统无功功率平衡的基本条件:系统无功功率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，同
时为了保证运行可靠性和适应无功负荷的增长，系统必须配置一定的无 功备用容量。 当系统中某些负荷节点电压低落的原因是系统中无功电源不足时，调压 问题就与无功功率的合理供应和合理使用紧密联系。如果不从解决无功 电力不足的问题着手，而是调节电源，使发电机多发无功，是很不合理 的。因为电源与负荷间距离较远，发电机多发的功率在网络中的无功损 耗也大，不易调高末端电压。
发电机在额定状态下运行时见图5一4所示。
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任务一 电力系统无功功率平衡
2.同步调相机 同步调相机实质上是只发无功功率的同步发电机，它在过励磁运行时向
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。 由于实际运行的需要和对稳定性的要求，同步调相机在欠励磁状态下运 行时，其容量为过励磁运行时额定容量的50%一60 % }, 装有自动励磁装置的同步调相机，可以平滑地改变输出(或吸取的)无功 功率，从而平滑地调节所在地区的电压。在有强行励磁装置时，在系统 故障情况下也能调节系统电压，有利于系统稳定运行。
由上式可见，调节用户端电压U，可以采用以下措施: (1)调节发电机的端电压，称为发电机调压。 (2)调节变压器的变比k，和左2，称为变压器调压。 (3)在输电线路中串联电容器以减小X，从而减小电压损耗，称为串联补
偿调压。 (4)在负荷端并联无功补偿装置，减小经线路传输的无功功率Q，从而减
小电压损耗，称为并联补偿调压。
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。
电力系统无功功率的平衡和电压的调整
（1）调节发电机励磁电流以改变发电机机端电压UG；
（2）适当选择变压器的变比K；
（3）改变网络参数R和X（主要是X），改变电压损耗 △U （4）改变功率分布P+jQ（主要是Q），使电压损耗△U 变化
22
第三节
电力系统的几种主要调压措施
一．改变发电机端电压调压
• 根据运行情况调节励磁电流来改变机端电压。
20
二、电压调整的基本原理
Ub
略去电力线路的电容功率，变压器的励磁功率和 网络的功率损耗
PR QX U b (U G k1 U ) / k2 U k k G 1 2 U G k1
21
电压调整的措施：
PR QX U b U k k2 G 1 U G k1
A
ห้องสมุดไป่ตู้DF
发电机的P-Q极限
10
2. 同期调相机
•同步调相机相当于只能发出无功功率的发电机。
•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
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。
以滞后功率因素运行的用电设备所吸收的无功功率。 • 照明、电热，消耗感性无功QL小。
• 同步电动机，有励磁绕组，通过励磁电流的调节， 可以调节其输出无功的大小。过激运行，发QL ； 欠激运行，吸收QL 。在综合负荷中比例小。 • 异步电动机，消耗QL ，在综合负荷中比例很大。 • 综合负荷功率因素，0.6～0.9，滞后（感性无功）
第五章 电力系统的无功功率平衡与电压调整
u2
u2 N
U U T max S max : U 1max u2 N 1 f max
U1min U T min S min : U1 f min u2 N u2 min
u2 max
后面同降压式，对普通变要记得校验。
三. 改变无功功率分布调压 使用前提：（超）高压网络效果显著 要求:按照用户侧调压要求，选择无功补偿装 置的容量Qb（及变压器变比）。
正常情况下
10 kV : 7%
35kV : 0 ~ 10%
第5章 电力系统的无功功率平衡 与电压调整
§5-2 电力系统的无功电源和 无功平衡
一. 无功功率电源 无功电源 同步发电机、 某些情况的输电线路 ： 无功补偿装置： 同步调相机、静电（并联）电容 器、静止补偿器 1. 同步发电机 唯一的有功电源，主要的无功电源。 发电机在正常运行状态下发出无功：
静电（并联）电容器 运行特点： 时，全投； 时，全切。 ① 时，根据变压器低压侧调压要求选择k 已知： 为 时用户侧电压， 为其归算 至高压侧的值
选择与 最接近的分接头电压，确定
②
时，按照调压要求确定Qb
查产品目录，选大于Qb且与其最接近电容器 。 ③ 根据所选 、 校验 和 时低压侧电 压是否满足要求。
u2 (u2C )
k :1
电源电压（恒定 ）
（用户所需功率 (U 2C ) ）
（无功补偿容量 （归算至高压侧 ） ） 说明：高压侧电压用大写符 k ：实际变比 号,低压侧电压用小写符号, u ：U 归算到高压侧的值 U u k 补偿后的参数在下标加字母 u ：U 归算到高压侧的值 U u k ”c”.
2 2 2 2
2C
2C
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
浅谈电力系统无功功率的平衡与电压调整
浅谈电力系统无功功率的平衡与电压调整电力系统的电压是否能够保持稳定是保证供电质量的有效保证之一，如果电力系统内部的电压的波动性能过高的话，将会给电力系统带来不利的影响，对用户的正常用电也会带来一定的干扰。
针对这样的情况，就需要电力系统在保证给电力用户所提供的电压的过程之中不能偏离实际设定的电压的额定值太远。
与此同时，由于整个电力系统是一个庞大的系统，这个系统内部存在有很多的电力节点，这就导致整个电力系统之中的电压负荷分布的很不均匀，这些问题的产生原因就是电力系统无功功率的不平衡状态。
针对这样的问题，本文将重点分析电力系统无功功率的平衡与电压调整问题。
标签：电力系统；无功功率；平衡；电压调整；所谓电力系统无功功率平衡，顾名思义指的就是地区电力系统根据系统所制定的电源发展规划，以及电力系统的电力网发展规划进行无功功率平衡计算，使整个电力系统的无功电源所发出的无功功率可以和系统的无功负荷相平衡。
进行电力系统无功功率平衡的主要目的就在于维持各种运行方式下电力系统的电力平衡，保证整个电力系统的正常使用和运行。
在本文中，将具体的结合介绍电力系统无功功率的平衡与电压调整的重要性，介绍无功功率和电压之间的关系，并具体的被分析保证电力系统正常运行的两种手段：首先，保证电力系统的无功功率平衡；其次，进行必要的电压调整操作。
通过本文的论述，笔者一方面希望能起到抛砖引玉的作用，另一方面，希望能给相关的工作人员提供一点参考借鉴的材料。
一、进行电力系统无功功率的平衡与电压调整的重要性为了保证电力系统内部的电压的稳定性，要时常对电力系统内部的电压进行调整，以便于保证电力系统内部的电压出现偏移数值超出偏移极限的情况下，电力系统内部的各种设备和电力系统网络不会出现问题，也就可以有效的保证电力系统的供电效率，有效的保证电力系统的经济效益。
与此同时，在电力系统的电压发生改变的过程之中，各种的电力负荷的改变会产生电力系统地电机的转动速度的差异，导致电力系统内部的电流数值加大，最终导致电力系统内部的设备出现电压过高的问题。
电力系统分析第5章 电力系统的无功功率(reactive power)平衡与电压调整(voltage regulation ).
U S％S 2 U N 2 I o % U S %S NT S 2 I o % QT ( ) SN T ( ) S NT 100S NT U 100 100 S NT 100
电力系统分析
5.2.3 无功功率平衡
电力系统的无功平衡表示式为 其中：
QD＋ Q Q GC Q G＋ Q C
例5.1 求图5.6所示简单系统的无功功率平衡。图中所 示负荷为最大负荷值。 线路参数： r0 0.17 km, x0 0.41 km， b0 2.82 106 S km 变压器试验数据： PS 200KW , U s % 10.5, P0 47 KW , I 0 % 2.7
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。
图5.5 异步电动机的Q—U关系
电力系统分析
5.2.2 无功负荷及无功损耗
无功损耗(active loss) 输电线路的无功损耗
P12 Q12 B 2 2 Ql QlX QB X ( U U ) L 1 2 2 U1 2 P22 Q22 B 2 2 X ( U U ) L 1 2 变压器的无功损耗 2 U2 2
这种方法简单、经济，且不需增加额外设备。
电力系统分析
5.4.2改变变压器变比调压
改变变压器的变比就是通过改变绕组间匝数比（ratio of winding ）来实现的，因此，这种调压措施也常叫利 用变压器分接头（tap）调压。
分接头设置在双绕组变压器的高压绕组，三绕组变压 器的高压绕组和中压绕组。 一般与绕组额定电压值对应的分接头为主分接头，其 它分接头为附加分接头。
电力系统的无功功率平衡和电压调整
◆ 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； · 最大负荷时，调相机按额定容量
过励磁运行
◆ 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
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
◆ 线路串联电容补偿调压
◆ 改变变压器变比调压 · 降压变压器分接头选择
V1 RT+jXT k:1 V2
P+jQ
· 升压变压器分接头选择
V2 1:k G
RT+jXT V1 P+jQ
· 根据计算得到的分接头电压选择最接近的变压器分接头额定电压；
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
◆ 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
电力系统的无功功率平衡和电压调整—无功功率电源
□ 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；
◆ 装设容量可大可小，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； ◆ 运行功率损耗小，约为额定容量的0.3%~0.5%；
QC=V 2/XC
◆ 无旋转元件，运行维护方便；
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
□ 电压调整的基本原理 ◆ 调节励磁电流改变VG
◆ 适当选择变压器变比k
VG 1:k1 G
R+jX
k2:1 Vb P+jQ
◆ 改变线路参数
◆ 改变无功功率分布
□ 电压调整的措施 ◆ 发电机调压 ◆ 改变变压器变比 ◆ 无功补偿调压 · 采用静电电容器 · 采用同步调相机
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路漫漫其悠远
无功功率平衡和电压调整
4.4.3 静电电容器补偿
1．补偿调压原理
采用静电电容器补偿，当将电容器 与感性负 载（用电设备）并联后，电感性负载的功率因数
仍然不变，但
和 的相位差减小
（
），补偿后的功率因数比补偿前的功率因
数提高（即
）。
静电电容器进行无功
功率补偿改善的是包括
电容器在内的整个线路
的功率因数。
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无功功率平衡和电压调整
4.4.3 静电电容器补偿
2．补偿方式 采用静电电容器作无功补偿装置时，可以采 用就地补偿和集中补偿的补偿方式。
就地补偿是低压部分的无功负荷由低压电容 器补偿，高压部分由高压电容器补偿。容量较 大、负荷集中且经常使用的用电设备的无功负 荷宜单独就地补偿。
220kV电压级的有载调压变压器的调压范围 为±4×2.5％，有九个分接头。
对于特殊要求的有载调压变压器还可有更多 的分接头。
路漫漫其悠w
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
路漫漫其悠远
2020/11/16
无功功率平衡和电压调整
路漫漫其悠远
无功功率平衡和电压调整
4.4.4 变压器分接头调压
3.升压变压器分接头的选择计算
路漫漫其悠远
无功功率平衡和电压调整
4.4.4 变压器分接头调压
4．有载调压变压器
有载调压变压器的高压侧有可以调节分接头 的调压绕组，能在带有负荷的情况下改变分接 头，调压范围也比较大，一般在15％以上。
目前我国110kV电压级的有载调压变压器的 调压范围为±3×2.5％，有七个分接头。
3.无功负荷
电力系统的无功负荷指的是用电设备所吸收的无功功 率，以异步电动机需用的无功功率占的比重最大，一般 综合负荷的功率因数为0.6～0.9。
路漫漫其悠远
无功功率平衡和电压调整
4.4.1 无功功率平衡
4.无功功率损耗
电力系统的无功功率损耗由两部分组 成：电力系统中的线路无功损耗和变压 器中的无功损耗。
容量在8000kVA以上的变压器有五个分接头， 分别在1.05 、1.025 、 、0.975 、 0.95 几处引出。调压范围为±2×2.5％。
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无功功率平衡和电压调整
4.4.4 变压器分接头调压
2.降压变压器分接头的选择计算 （1）最大负荷时，变压器分接头电压
（4-4-3）
式中 、
——最大负荷时，变压器电压损耗 ； ——变压器低压侧的额定电压； ——变压器在最大负荷时，应选择的高压
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无功功率平衡和电压调整
4.4.2 无功电源
1．发电机 同步发电机 不仅是电力系 统的有功电源， 而且是电力系 统的主要的无 功电源。它发 出的功率是可 以调节的。
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无功功率平衡和电压调整
4.4.2 无功电源
2．同步调相机 同步调相机是专门设计的无功功率发电机。可以 过励磁运行，也可以欠励磁运行，运行状态根据系 统的要求来调节。 过励磁运行时，向系统输送无功功率；欠励磁运 行时，从系统吸取无功功率。所以改变调相机的励 磁可以平滑地改变无功功率的大小和方向。 调相机在欠励磁运行时的容量是过励磁运行时容 量的50％～65％。它一般装在接近负荷中心处，以 减少传输无功功率引起的电能损耗和电压损耗。
线路电抗中的无功损耗与线路电流的 平方成正比，线路电纳中的无功功率是 容性的，又称为充电功率，也可把它看 成是无功电源。
变压器的无功损耗包括励磁无功损耗 和电抗中的无功损耗两部分。
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无功功率平衡和电压调整
4.4.1 无功功率平衡
5.对负荷功率因数的要求 一般高压供电的负荷功率因数应在0.9 以上； 低压供电负荷的功率因数应在0.85以 上。 无功的备用容量一般取最大无功功率 负荷的7％～8％。
无功功率平衡和电压调 整
路漫漫其悠远
2020/11/16
无功功率平衡和电压调整
4.4.1 无功功率平衡
1.无功功率平衡
电力系统中无功电源所发出的无功功率应与系统中的 无功负荷及无功损耗相平衡，同时还应有一定的无功功 率备用电源。
2.无功电源
电力系统的无功电源包括同步发电机、调相机、电容 器、静止无功补偿器等。
侧分接头电压； ——变压器在最大负荷时，高、低压侧
的电压。
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无功功率平衡和电压调整
4.4.4 变压器分接头调压
（2）最小负荷时，变压器分接头电压
上式中各符号分别与最小负荷相对应。 （3）正常运行时变压器分接头，取两者的平均值：
根据计算出的选择一个接近的分接头，然后校验 所选的分接头是否能使低压母线电压的要求得到满 足。
路漫漫其悠远
无功功率平衡和电压调整
4.4.2 无功电源
3．静止无功补偿器
静止无功补偿器是由可控硅控制的可 调电抗器与电容器并联组成的新型无功 补偿装置，具有极好的调节性能，能快 速跟踪负荷的变动，改变无功功率的大 小，能根据需要改变无功功率的方向， 响应速度快，不仅可以作为一般的无功 补偿装置，而且是唯一能用于冲击性负 荷的无功补偿装置。
集中补偿的电容器组宜在变电所内集中补偿。 居住区的无功负荷宜在小区变电所低压侧集中 补偿。
路漫漫其悠远
无功功率平衡和电压调整
4.4.4 变压器分接头调压
1．变压器的分接头的确定
双绕组变压器的高压侧绕组和三绕组变压 器的高、中压侧绕组都设有几个分接头供选择 使用。
容量在6300kVA以下的变压器一般设有三个 分接头，即1.05 、 、0.95 ，调节范围 为±5％。