4-电力系统电压调整和无功功率控制技术
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电力系统无功功率和电压调整
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二、无功补偿与调压配置技术要求
• 500千伏电网应分散、优化配置高压、低压并联电抗器， 千伏电网应分散、优化配置高压、低压并联电抗器， 千伏电网应分散 原则上要求高、低压并联电抗器总容量与500千伏线路 原则上要求高、低压并联电抗器总容量与 千伏线路 充电功率基本补偿。接入500千伏系统电厂升压站可考 充电功率基本补偿。接入 千伏系统电厂升压站可考 虑装设一定容量、通过开关投退的高压电抗器。 虑装设一定容量、通过开关投退的高压电抗器。500 千伏降压变容性无功补偿容量应按主变容量10%— 千伏降压变容性无功补偿容量应按主变容量 25%配置或经计算分析确定。 配置或经计算分析确定。 配置或经计算分析确定 • 220 千伏变电站无功补偿容量一般按 220 千伏主变容 配置， 千伏主变最大负荷时， 量 10%—25%配置，并满足 配置 并满足220千伏主变最大负荷时， 千伏主变最大负荷时 其高压侧功率因素不低于0.95。当220千伏变电站 千伏变电站110 其高压侧功率因素不低于 。 千伏变电站 千伏及以下出线以电缆为主或较大容量地区电源接入 该变电站110千伏系统时，容性无功补偿容量可按下限 千伏系统时， 该变电站 千伏系统时 配置。一般情况下无功补偿装置的单组容量， 配置。一般情况下无功补偿装置的单组容量，接入 35 千伏电压等级不宜大于12Mvar，接于 千伏电压等级 千伏电压等级不宜大于 ，接于10千伏电压等级 不宜大于8Mvar。 不宜大于 。
7
三、电压的监视与调整
• 各地区加强各地关口无功电压的调度管理及网 供力率的考核， 供力率的考核，协助用电管理部门对用户电容 器的运行管理，充分调用地区电源机组的无功 器的运行管理， 调节能力， 调节能力，加强对调度管辖内电厂的无功电压 运行管理及考核。 运行管理及考核。地区无功电压调整应遵循如 下原则： 下原则： 1、正常情况下地区网供力率应满足省调下达的 、 网供力率考核指标，同时按逆调压原则调节， 网供力率考核指标，同时按逆调压原则调节， 即地区网供力率高峰时段调高、低谷时段调低 即地区网供力率高峰时段调高、 运行。当地区电压考核点电压越限时， 运行。当地区电压考核点电压越限时，应就地 采取控制措施。 采取控制措施。 2、地区电网无功电压的调整应与220千伏电压协 、地区电网无功电压的调整应与 千伏电压协 8 调控制。 调控制。
第四章电力系统电压调整和无功功率控制技术
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电力系统自动化
21
解：最大负荷归到高压侧
U' 2max
89.37(KV)
最小负荷归到高压侧
U' 2min
105.61(KV)
P.111
① 选择变比 最小负荷
Ut
U' 2min
U2min
U2N
105.6111 110.69(KV) 10.5
规格化
取110+0%抽头
K
110 10
)
补偿前后相同 U1，可得
XC
U2c Q
U2c
U2
PR QX U2c
PR QX U2
有多种（串并联组成）
补偿度
Kc
xC xL
一般1-4
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m
n
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有例题 P.113
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“串补”与“并补” “四”与“三”都可以提高 U2，减小有功损耗
“串补”： 直接减小U 提高U2
过激运行：向系统提供感性无功功率 欠激运行：从系统吸收感性无功功率
大小 改变励磁 →平滑改变无功 方向
实现调压
输出无功功率随端压的下降而增加
同步电动机：过激运行时向系统提供感性无功
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⑶ 并联电容器 （吸收容性无功，即发出感性无功）
Qc
U2
Xc
U 2C
➢集中使用，分散使用; ➢分相补偿; ➢随时投入（切除）;
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电力系统的无功功率电源
⑴ 同步发电机 （唯一的有功电源，也是基本的无功电源）
发电机的P-Q曲线：输出P与Q的关系 P(MW)
电力系统的无功功率和电压调整
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
作业9：
变比分别为 和 两台变压器并联运行，每台变压器归算到低压侧的电抗均为 ，其电阻和电导忽略不计。已知低压母线电压为 。负荷功率为 ,求变压器功率分布和高压侧电压。
但当电机经多级电压向负荷供电时，仅借发电机调压往往不能满足负荷对电压质量的要求。
五、借改变变压器变比调压
双绕组变压器的高压绕组和三绕组变压器的高、中压绕组往往有若干分接头可供选择，例如，可有 或 ，即可有三个或五个分接头供选择，所以合理地选择变压器地分接头也可调压。如下图：
如上图，为一降压变压器
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。
电力系统的无功功率和电压调整
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 的百分值，约为 ；绕组漏抗中损耗，在变压器满载时，基本上等于短路电压 的百分值，约为 。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。
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
作业9：
变比分别为 和 两台变压器并联运行，每台变压器归算到低压侧的电抗均为 ，其电阻和电导忽略不计。已知低压母线电压为 。负荷功率为 ,求变压器功率分布和高压侧电压。
但当电机经多级电压向负荷供电时，仅借发电机调压往往不能满足负荷对电压质量的要求。
五、借改变变压器变比调压
双绕组变压器的高压绕组和三绕组变压器的高、中压绕组往往有若干分接头可供选择，例如，可有 或 ，即可有三个或五个分接头供选择，所以合理地选择变压器地分接头也可调压。如下图：
如上图，为一降压变压器
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。
电力系统的无功功率和电压调整
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 的百分值，约为 ；绕组漏抗中损耗，在变压器满载时，基本上等于短路电压 的百分值，约为 。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
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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。
电力系统无功、电压调整与控制技术综述
电力系统无功、电压调整与控制技术综述摘要文中针对近年来国内外典型的电压/无功控制策略进行总结与评述，如九区图法、五区图法和模糊控制、专家系统、神经网络等智能优化控制方法等。
另外对无功电压就地控制等方法进行介绍。
全面分析比较了其设计思想、调节判据及各自的优缺点；并结合电力系统通信、电压稳定性、自动电压控制技术的最新发展，就电压无功控制最新成果进行了综述；最后对未来电压无功控制在电网运行中有待于研究的问题提出了几点展望。
关键词：无功，智能优化，综述，展望0 引言保证频率和电压的稳定是电力系统最基本的控制目标。
电压是衡量电能质量的重要技术指标，对电力系统的安全经济运行、保证用户安全生产和产品质量以及电气设备的安全和寿命具有重要影响。
19世纪70、80年代法国、美国、瑞典、巴西、日本等国家相继发生电压崩溃性事故，这些以电压崩溃特征的电网瓦解事故每次均带来巨大的经济损失，同时也引起了社会的极大混乱。
而电压崩溃是由系统运行中的电压偏移未能良好的进行调整演变而成。
任何电压偏移都会带来经济和安全方面的不利影响，例如：用电设备工作在额定电压以外的电压情况下效率会下降；电压过高会大大缩短白炽灯一类照明设备的寿命，并且对设备的绝缘产生不利的影响；电压过低会严重影响异步电动机的工作性能，由此工业产品中会产生大量的次品废品，甚至会损坏电动机。
当系统出现故障时，电压会降低，如果不及时地采用合理有效的措施对电压进行调整，就会引起电压崩溃进而电网瓦解等重大灾难性事故。
因此，电压调整是保证电网安全可靠运行的重要方面之一。
保证用户处的电压接近额定值是电力系统运行调整的基本任务之一。
由于高压输电系统具有X/R高比值的特点，频率/有功功率和电压/无功功率通常可以解耦来考虑。
对于大区电网和省网，对于频率/有功功率控制采用自动发电控制(AGC)，对于电压/无功功率则采用自动电压控制(A VC)。
但对于大多数地区电网调度而言，电网频率控制一般不作为其主要职责，而电压/无功控制(VQC)则作为其主要任务而倍受重视。
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。
电力系统的无功功率和电压调整
节第四小节中曾作过简单介绍的自然功率的概
念．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，线路待消
耗容性无功功率。一般．通过110kv及以下线路输 送的功率往往大于自然功率，通过500kv线路输送 的功率大致等于自然功率。通过220kv线路输送的 功率则因线路长度而异，线路较长时，小于自然功
顺调压：负荷变动小，供电线路不长，在允许电压偏移范 围内某个值或较小的范围内，最大负荷时电压可以低一些， 但≥1.025UN，小负荷时电压可以高一些，但≤1.075UN。
二. 电压波动和电压管理
2.电压管理
（2）中枢点电压的调整方式 常调压（恒调压）：负荷变动小，供电线路电压损耗
也较小的网络，无论最大或最小负荷时，只要中枢点电 压维持在允许电压偏移范围内某个值或较小的范围内 （如1.025UN~1.05UN），就可保证各负荷点的电压质量。 这种在任何负荷情况下，中枢点电压保持基本不变的调 压方式。 （3）调整电压的基本原理
k2
三. 借改变发电机端电压调整 通过自动励磁调节装置→If→Eq→UG，不需另增设备，
简便可行且经济。
由发电机不经升压直接供电的地方负荷，实行逆调压。
三. 借改变发电机端电压调整
U max 10%
G
U min 4%
U max 4% U min 1.6%
U max 6%
I C C U
U IL j L
I I C I L (既可发无功， 又可吸收无功）
I njCU
I C jCU I I C I SC C SC
(既可发无功，又可吸收 无功）
第四章 电力系统无功平衡与电压调整
另外，发电机还有一些特殊运行方式。 发电机作调相机运行，是指发电机不发有功功率，专 门发无功功率的状态。该方式，水电机组在枯水期时可以 采用。 发电机进相运行，是指发电机欠励磁运行，即从电 网中吸收无功功率。进相运行时，要受到系统稳定性、发 电机定子端部发热等因素的限制，故发电机如要进相运行， 必须符合以下条件：具备进相运行能力的发电机在进行了 进相运行试验后方可进相运行。
二、城网无功补偿 在城市电网建设中，无功补偿应遵循以下原则： ①无功补偿应根据就地平衡和便于调整电压的原则进行配置， 可采用分散和集中补偿相结合的方式，接近用电端的分散 补偿可取得较好的经济效益，集中安装在变电所内有利于 控制电压水平。 ②无功补偿设施应便于投切，装设在变电所和大用户处的电 容器应能自动投切。
据此可作发电机运行极限图：
P ③ C φ δ O' φ O
B ① ② D A Q
④
①定子绕组温升约束； 定子绕组温升取决于发电机定子电流，即取决于发电机 视在功率，当以发电机额定视在功率为限时，图中表现为 不能超出以O为圆心OB为半径的圆弧①。 ②励磁绕组温升约束； 励磁绕组温升取决于发电机励磁电流，而励磁电流正比 与发电机空载电势Eq，当以发电机额定空载电势为限时， 图中表现为不能超出以O’为圆心O’B为半径的圆弧②。 ③原动机功率约束； 发电机能够发出的有功功率受制于原动机的功率，如以 额定有功功率为限，图中表示为直线BC（直线③）之下。 ④发电机进相运行约束； 约束条件需通过计算和试验得到，图中以曲线④示意。
无功补偿设施的安装地点及其容量，可按下列原则考虑： ①220kV变电所应有较多的无功调节能力，使高峰负荷时功 率因数达到0.95以上，电容器容量应经计算，一般取主变 容量的1/6～1/4； ②当变电所带有的容量的无功设施时，如长距离架空线或电 缆，应考虑装设并联电抗器以补偿由线路电容产生的无功 功率；
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第五节 电力系统无功功率电源的最优控制
最优控制的目的： 合理控制各无功电源的无功大小，使网络有功损耗达到最小
确定无功优化法：
设定模型 目标函数：以新增无功补偿设备投资费用及运行费用和最小为目标 约束条件：（1）投资决策约束，各节点要满足最大允许安装限制
（2）负荷约束，满足负荷要求和潮流分布要求 （3）支路潮流限制 （4）节点发电出力限制 （5）节点电压限制 （6）可调变比限制 选择算法：近年来，有hopfield算法，模拟退火算法、遗传算法、交叉分解法等 求解：得到一组满足约束条件，目标函数最小的解
合方式的SVC
➢ STATCOM（静止同步补偿器）
jX
U 1
Ia Ib Ic
AC
VS U 2
IR AC VR0
I
U 1 I
U 2
STATCOM
U 2 U U 1
I U1 U U 2
STATCOM原理结构图
变流器在运行时无需有功能量，所以电流 I 应与 U1相位差90°
当U2大于U1时，电流超前电压 90°,STATCOM吸收容性的无功功率
发电机增加励磁使发电机电压恢复到原 来值，发电机曲线由2移到2’，则工作点 为C点，曲线1’与曲线2’的交点
6
电力系统无功电源特点：
➢ 同步发电机
发出无功时主要受发电机电流限制 吸收无功时要受发电机稳定以及定子端部发热限制
➢ 同步调相机及同步电动机
可以发出或吸收无功，属旋转机械，维护量较大
➢ 并联电容器及高压输电线路的充电功率
第四章
电力系统电压调整和无功功率控制技术
主讲 谢荣军
1
第一节 电力系统电压控制的意义
电力系统无功电源：
发电机 电容器 静止无功补偿器、STATCOM 调相机等
电力系统无功消统频率调整全网统一进行 电力系统电压调整可以分散进行
电力系统无功损耗远大于有功损耗
U1tav
U1t max
U1t min 2
K U1t U2N
U2max
U1max UT max K
U2min
U1min UT min K
12
U 1
三、无功补偿装置调压
假定：发电机端电压和负荷功率给定
U1
U
' 2
PR QX
U
' 2
U
' 2C
PR
Q QC
U
' 2C
X
无补偿时
Ut
U2min U 2 N
Ut
U' 2min
U 2min
U2N
根据 U t
选最靠近的分接头
U1t
，则实际变压器变比为： K
U1t U2N
➢ 按最大负荷确定补偿容量
QC
U 2C max X
U2C max
U' 2max
K
K 2
U' 2 max
为补偿前最大负荷时低压侧电压归算到高压侧的电压
U 2C max 为补偿后最大负荷时低压侧要求保持的电压
UT min
Pmin RT Qmin XT U 1min
2、计算最大负荷和最小负荷时高压侧分接头电压，并计算其平均值
U1t max
U1max UT max U 2max
U2N
U1t min
U1min UT min U 2min
U2N
3、根据高压侧分接头电压的平均值选分接头，再校验
用户端允许电压偏移：
我国《电力系统电压和无功电力技术导则（试行）》规定：
35kV及以上用户电压波动幅度不大于额定电压的10％
10kV用户的电压波动为额定电压的±7％
0.38kV用户的电压波动为额定电压的±7％
0.22kV用户的电压波动为额定电压的+5％～－10％
国标GB12325－90中规定：
35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10％
U2N
U1t min
U1min UT min U 2min
U2N
U1tav
U1t max
U1t min
2
11
例题：书上P108
提示：
1、根据最大负荷和最小负荷计算电压损耗
max：最大负荷对应的量 min： 最小负荷对应的量
UT max
Pmax RT Qmax X T U 1max
16
电力系统调压：
优先采用发电机调压 无功充足优先采用分接头有载调压 无功不足优先补充无功电源，并联电容器、调相机及静止无功补偿器
17
第四节 电力系统电压的综合控制
综合多种调压手段，达到最优控制方式
q 假定控制变量：U1 U2 K q
状态变量： U3 Q U1和K对U3控制效果相同，X1/X2越小，效果越显著 U2对U3，当X2/X1越小，效果越显著 q对U3效果显著 总之，无功各区域就地平衡，调度负责主干网及枢纽节点 电压
不确定无功优化法：
目前，无功优化是保证单一目标函数最小，难以保证电网整体性能最佳。因此最 好考虑多目标同时优化。例如：投资费用最小，系统网损最小，系统安全裕度最大， 电压偏差最小等。
19
电力系统网损优化：
网络有功损耗： 网络无功平衡：
P P PG1 , ... , PGn, QG1 , ... , QGn
当U2小于U1时，电流滞后电压 90°,STATCOM吸收感性的无功功率
9
第三节 电力系统电压控制策略
通过多种调压控制措施，保证用户端电压质量负荷要求。
UB
UG K1
K2
U
UG K1
PR QX UN
K2
控制措施：
控制发电机励磁电流，改变UG 调节变比K1、K2 改变输送功率P+jQ，主要是Q 改变网络参数R+jX
有补偿时
R jX
QC
U
' 2C
X
U
' 2C
U
' 2
PR QX
U
' 2C
PR QX
U
' 2
U
' 2C
X
U
' 2C
U
' 2
补偿后负荷侧电压要求为：U 2C
则：
U
' 2C
KU 2C
QC
U2C X
U 2C
U
' 2
K
K 2
补偿装置：（1）电容器；（2）调相机
U 2 P jQ jQC
13
2
电力系统电压过低的影响
对发电机：
影响发电机的出力，同时影响发电机的稳定性。电压过低如果还是发出额 定有功，必须增加发电机电流，将会导致定子绕组发热。电压过低将会降 低发电机静态和暂态稳定极限
对变压器：
影响变压器的出力，电压过低如果还是传输额定有功，电流必须增加，将 会导致绕组发热
对负荷：
电动机输出转矩按平方下降，如果是恒转矩负载电动机电流将按按平方上 升。电动机启动过程加长，启动电流很大会导致严重发热甚至烧毁。同样 厂用电动机的出力也大幅度下降，进一步会影响发电机的出力。也会严重 影响其它负载，如：照明设备、电炉等。
U 2C
无补偿时
有补偿时
QC
U 2C X
U 2C
U2
PR QX U 2C
PR QX U2
U 2C X
U 2C
U2
假定每个电容额定电流为：I NC 额定电压为：U NC
线路最大负荷电流为： IM
电容串联数为N，并联数为M
则要求有： MI NC I M NU NC I M X C
参考书上例题
并联电容器可以发出无功，可以分组投切，可以分散补偿。 没有旋转部分，易于维护。但是当系统电压下降时需要多发 出无功，当并联电容器发出的无功反而按电压的平方下降， 不利于系统电压恢复
高压输电线路，特别是分裂导线，对地和相间分布电容较大， 其充电功率是一个固有的无功电源
QC U 2C
7
U
➢ 静止无功补偿器
（1）电容器补偿
只能发出无功，不能吸收无功。重负荷时电容器全部投入，轻负 荷时全部退出。
变压器变比按照最小负荷电容器全部退出时选择
➢ 按最小负荷确定变比
假定
U' 2 min
为最小负荷时低压侧电压归算到高压侧的电压
U 2min 为最小负荷时低压侧实际电压
U t 为高压侧分接头电压
则有：
U' 2min
静止无 功补偿 器
无功损耗： QL QT QX QB
变压器 输电线电抗 输电线电纳
无功损 无功损耗 无功损耗
5
耗
Q 2/
C 2 A/
1/ 1
负荷
A
发电机
U
U A' U A
稳态时，工作点A点，曲线1和2的交点
负荷增加后，负荷由曲线1移到曲线1’， 如果发电机励磁不改变，则工作点为A’， 曲线1’与曲线2的交点，电压降低
14
（2）调相机补偿
调相机既能发出无功，也能吸收无功
假定：最大负荷发出无功 最小负荷吸收无功
QC
mQC
最大负荷时：
QC
U 2C max X
U2C max
U' 2max
K
K 2
最小负荷时：
mQC
U 2C min X
U2C min
U' 2min
K
K 2
可求出K为：
K
U U' 2C max 2max U2 2max
21
U UN
可调饱和 电抗器
U UN
第五节 电力系统无功功率电源的最优控制
最优控制的目的： 合理控制各无功电源的无功大小，使网络有功损耗达到最小
确定无功优化法：
设定模型 目标函数：以新增无功补偿设备投资费用及运行费用和最小为目标 约束条件：（1）投资决策约束，各节点要满足最大允许安装限制
（2）负荷约束，满足负荷要求和潮流分布要求 （3）支路潮流限制 （4）节点发电出力限制 （5）节点电压限制 （6）可调变比限制 选择算法：近年来，有hopfield算法，模拟退火算法、遗传算法、交叉分解法等 求解：得到一组满足约束条件，目标函数最小的解
合方式的SVC
➢ STATCOM（静止同步补偿器）
jX
U 1
Ia Ib Ic
AC
VS U 2
IR AC VR0
I
U 1 I
U 2
STATCOM
U 2 U U 1
I U1 U U 2
STATCOM原理结构图
变流器在运行时无需有功能量，所以电流 I 应与 U1相位差90°
当U2大于U1时，电流超前电压 90°,STATCOM吸收容性的无功功率
发电机增加励磁使发电机电压恢复到原 来值，发电机曲线由2移到2’，则工作点 为C点，曲线1’与曲线2’的交点
6
电力系统无功电源特点：
➢ 同步发电机
发出无功时主要受发电机电流限制 吸收无功时要受发电机稳定以及定子端部发热限制
➢ 同步调相机及同步电动机
可以发出或吸收无功，属旋转机械，维护量较大
➢ 并联电容器及高压输电线路的充电功率
第四章
电力系统电压调整和无功功率控制技术
主讲 谢荣军
1
第一节 电力系统电压控制的意义
电力系统无功电源：
发电机 电容器 静止无功补偿器、STATCOM 调相机等
电力系统无功消统频率调整全网统一进行 电力系统电压调整可以分散进行
电力系统无功损耗远大于有功损耗
U1tav
U1t max
U1t min 2
K U1t U2N
U2max
U1max UT max K
U2min
U1min UT min K
12
U 1
三、无功补偿装置调压
假定：发电机端电压和负荷功率给定
U1
U
' 2
PR QX
U
' 2
U
' 2C
PR
Q QC
U
' 2C
X
无补偿时
Ut
U2min U 2 N
Ut
U' 2min
U 2min
U2N
根据 U t
选最靠近的分接头
U1t
，则实际变压器变比为： K
U1t U2N
➢ 按最大负荷确定补偿容量
QC
U 2C max X
U2C max
U' 2max
K
K 2
U' 2 max
为补偿前最大负荷时低压侧电压归算到高压侧的电压
U 2C max 为补偿后最大负荷时低压侧要求保持的电压
UT min
Pmin RT Qmin XT U 1min
2、计算最大负荷和最小负荷时高压侧分接头电压，并计算其平均值
U1t max
U1max UT max U 2max
U2N
U1t min
U1min UT min U 2min
U2N
3、根据高压侧分接头电压的平均值选分接头，再校验
用户端允许电压偏移：
我国《电力系统电压和无功电力技术导则（试行）》规定：
35kV及以上用户电压波动幅度不大于额定电压的10％
10kV用户的电压波动为额定电压的±7％
0.38kV用户的电压波动为额定电压的±7％
0.22kV用户的电压波动为额定电压的+5％～－10％
国标GB12325－90中规定：
35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10％
U2N
U1t min
U1min UT min U 2min
U2N
U1tav
U1t max
U1t min
2
11
例题：书上P108
提示：
1、根据最大负荷和最小负荷计算电压损耗
max：最大负荷对应的量 min： 最小负荷对应的量
UT max
Pmax RT Qmax X T U 1max
16
电力系统调压：
优先采用发电机调压 无功充足优先采用分接头有载调压 无功不足优先补充无功电源，并联电容器、调相机及静止无功补偿器
17
第四节 电力系统电压的综合控制
综合多种调压手段，达到最优控制方式
q 假定控制变量：U1 U2 K q
状态变量： U3 Q U1和K对U3控制效果相同，X1/X2越小，效果越显著 U2对U3，当X2/X1越小，效果越显著 q对U3效果显著 总之，无功各区域就地平衡，调度负责主干网及枢纽节点 电压
不确定无功优化法：
目前，无功优化是保证单一目标函数最小，难以保证电网整体性能最佳。因此最 好考虑多目标同时优化。例如：投资费用最小，系统网损最小，系统安全裕度最大， 电压偏差最小等。
19
电力系统网损优化：
网络有功损耗： 网络无功平衡：
P P PG1 , ... , PGn, QG1 , ... , QGn
当U2小于U1时，电流滞后电压 90°,STATCOM吸收感性的无功功率
9
第三节 电力系统电压控制策略
通过多种调压控制措施，保证用户端电压质量负荷要求。
UB
UG K1
K2
U
UG K1
PR QX UN
K2
控制措施：
控制发电机励磁电流，改变UG 调节变比K1、K2 改变输送功率P+jQ，主要是Q 改变网络参数R+jX
有补偿时
R jX
QC
U
' 2C
X
U
' 2C
U
' 2
PR QX
U
' 2C
PR QX
U
' 2
U
' 2C
X
U
' 2C
U
' 2
补偿后负荷侧电压要求为：U 2C
则：
U
' 2C
KU 2C
QC
U2C X
U 2C
U
' 2
K
K 2
补偿装置：（1）电容器；（2）调相机
U 2 P jQ jQC
13
2
电力系统电压过低的影响
对发电机：
影响发电机的出力，同时影响发电机的稳定性。电压过低如果还是发出额 定有功，必须增加发电机电流，将会导致定子绕组发热。电压过低将会降 低发电机静态和暂态稳定极限
对变压器：
影响变压器的出力，电压过低如果还是传输额定有功，电流必须增加，将 会导致绕组发热
对负荷：
电动机输出转矩按平方下降，如果是恒转矩负载电动机电流将按按平方上 升。电动机启动过程加长，启动电流很大会导致严重发热甚至烧毁。同样 厂用电动机的出力也大幅度下降，进一步会影响发电机的出力。也会严重 影响其它负载，如：照明设备、电炉等。
U 2C
无补偿时
有补偿时
QC
U 2C X
U 2C
U2
PR QX U 2C
PR QX U2
U 2C X
U 2C
U2
假定每个电容额定电流为：I NC 额定电压为：U NC
线路最大负荷电流为： IM
电容串联数为N，并联数为M
则要求有： MI NC I M NU NC I M X C
参考书上例题
并联电容器可以发出无功，可以分组投切，可以分散补偿。 没有旋转部分，易于维护。但是当系统电压下降时需要多发 出无功，当并联电容器发出的无功反而按电压的平方下降， 不利于系统电压恢复
高压输电线路，特别是分裂导线，对地和相间分布电容较大， 其充电功率是一个固有的无功电源
QC U 2C
7
U
➢ 静止无功补偿器
（1）电容器补偿
只能发出无功，不能吸收无功。重负荷时电容器全部投入，轻负 荷时全部退出。
变压器变比按照最小负荷电容器全部退出时选择
➢ 按最小负荷确定变比
假定
U' 2 min
为最小负荷时低压侧电压归算到高压侧的电压
U 2min 为最小负荷时低压侧实际电压
U t 为高压侧分接头电压
则有：
U' 2min
静止无 功补偿 器
无功损耗： QL QT QX QB
变压器 输电线电抗 输电线电纳
无功损 无功损耗 无功损耗
5
耗
Q 2/
C 2 A/
1/ 1
负荷
A
发电机
U
U A' U A
稳态时，工作点A点，曲线1和2的交点
负荷增加后，负荷由曲线1移到曲线1’， 如果发电机励磁不改变，则工作点为A’， 曲线1’与曲线2的交点，电压降低
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（2）调相机补偿
调相机既能发出无功，也能吸收无功
假定：最大负荷发出无功 最小负荷吸收无功
QC
mQC
最大负荷时：
QC
U 2C max X
U2C max
U' 2max
K
K 2
最小负荷时：
mQC
U 2C min X
U2C min
U' 2min
K
K 2
可求出K为：
K
U U' 2C max 2max U2 2max
21
U UN
可调饱和 电抗器
U UN