电力系统的无功功率和电压调整

P
取决于发电机的视在
功率。以O点为圆心
B
， 以 OB 为 半 径 的 圆
弧S。
T
E qN
(U N xd
)
S
IN
xd
(U N xd
)
F
O'
U
N
U (
N
xd
)
O
Q
I N
图 2-4 隐 极 式 发 电 机 组 运 行 极 限 图
电力系统的无功功率和电压调整
2. 励磁绕组温升约束。取决 于发电机的空载电势。以 O’点为圆心，以O’B为半 径的圆弧F。
❖ 解决问题：无功补偿，无功电源的最优分布
电力系统的无功功率和电压调整
第一节 电力系统中无功功率的平衡
❖ 一、无功功率负荷和无功功率损耗
1.无功功率负荷 2.变压器中的无功功率损耗 3.电力线路上的无功功率损耗
❖ 二、无功功率电源
1.发电机 2.电容器和调相机 3.静止补偿器和静止调相机 4.并联电抗器
将异步电动机同步化运；
电力系统的无功功率和电压调整
第二节 电力系统中无功功率的最优分布
❖ 一、无功功率电源的最优分布 ❖ 二、无功功率负荷的最优补偿
电力系统的无功功率和电压调整
无功功率电源的最优分布
❖ 研究的是：在无功电源总量是定值时，每个 节点安装多少无功电源，使全网的有功损耗 最少？
❖ 等网损微增率准则
电力系统的无功功率和电压调整
无功功率负荷的最优补偿
❖ 如何确定无功补偿容量、补偿设备的分布使 无功补偿获得的收益最大？
❖ 最优网损微增率准则
电力系统的无功功率和电压调整
一、无功功率电源的最优分布
❖ 目标：
所有变压器都 所有变压器
满载
都半载
7%
7%
50%
12.5%
57%
19.5%
57/100
39/100
电力系统的无功功率和电压调整
电力线路上的无功功率损耗
❖ 串联电抗中的无功功率消耗感性无功，与负 荷电流的平方成正比；
❖ 并联电纳中消耗容性无功功率，或者说发出 感性无功功率，也叫充电功率，与线路电压 的平方成正比；
O
bQ
电力系统的无功功率和电压调整
I N
长度变化—所有相量乘以UN/Xd
P P
B
C
E qN
N jIN xd
N
U N
E qN
U (
N
xd
)
IN
xd
(U N xd
)
O'
N
O
bQ
U
N
U (
N
xd
)
I N
O'
O
Q
I N (UN/xd)
电力系统的无功功率和电压调整
决定隐极式发电机组运行极限的因素
❖ 定子绕组温升约束
电力系统的无功功率和电压调整
无功功率平衡
Q G C Q L Q 0
这个平衡是在一定电压水 平下的平衡 无功备用：最大无功功率 负荷的7%~8%
电力系统的无功功率和电压调整
第二节 电力系统中无功功率的最优分布
❖ 提高负荷的自然功率因数，可以降低负荷从 电网中取用的无功，减少网损；
负荷的自然功率因数是0.6~0.9，电动机的负荷 率越低，功率因数越低；
I1 Im
RT
❖
都是消耗感性无功功率。 一台变压器或一级变压
U 1
GT
jBT
器中损耗并不大，约为
额定容量的百分之几；
而多电压级网络，则损
耗很可观。
jX T
I2
U2 ZL
电力系统的无功功率和电压调整
五级变压的网络变压器无功损耗
变压器的励磁支路损耗 变压器绕组漏抗中损耗 变压器中总损耗 变压器损耗/变压器负荷
P
B
T
E qN
U (
N
xd
)
O'
U
N
U (
N
xd
)
O
IN
xd
U (
N
xd
)
S F
Q
I N
图 2-4 隐 极 式 发 电 机 组 运 行 极 限 图
电力系统的无功功率和电压调整
3. 原动机功率约束。即 发电机的额定功率。 直线BC。
P B
C
T
E qN
U (
N
xd
)
S
IN
xd
U (
N
xd
)
F
O'
U
N
U (
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
无功功率电源
❖ 1.发电机：
同步发电机发出感性无功 有时进相运行吸收感性无功
电力系统的无功功率和电压调整
发电机稳态运行时的相量图
q
Eq jIxd
U
I
d
图2-1 隐极式发电机的相量图
P, Q P
0
/2
Q
图2-2 隐极式发电机的功角特性曲线图
电压与电流的关系
功角与有功，无功的关系
电力系统的无功功率和电压调整
隐极式发电机功率特性方程
P E q U sin
xd
Q E q U cos U 2
xd
xd
电力系统的无功功率和电压调整
坐标轴变化--端电压变为水平轴
电力系统的无功功率和电压调整
P
B
C
E qN
N
O'
N
N jIN xd
U N
电力系统的无功功率和电压调整
发电机运行极限总结
P
发电机运行极限 是 :OA,AB,BC,虚 线 T
O'
C
T
E qN
U (
N
xd
)
U
N
U (
N
xd
)
O
B
IN
xd
(U N xd
)
S F
A
Q
I N
图 2-4 隐 极 式 发 电 机 组 运 行 极 限 图 电力系统的无功功率和电压调系统的无功功率和电压调整
无功功率负荷
❖ 大多数用电设备是异步电 动机，消耗感性无功功率。 功率因数为0.6~0.9。
❖ 右图是综合负荷的静态电 压特性。感性无功多，则 电压升高；感性无功不足， 则电压下降。
电力系统的无功功率和电压调整
变压器中的无功功率损耗
❖ 励磁支路(BT)的损耗和 绕组漏抗(XT)中的损耗，
第六章 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
第六章的思路
❖ 提出问题：电压是衡量电能质量的重要指标 之一。电压的波动超过允许范围，对电力系 统的影响很大。电压为什么会经常波动？
❖ 分析问题：电压的波动是由于系统中无功功 率的不平衡引起的。系统中感性无功过剩， 则电压升高；感性无功不足，则电压下降。
N
xd
)
O
Q
I N
图 2-4 隐 极 式 发 电 机 组 运 行 极 限 图
电力系统的无功功率和电压调整
4. 其他约束。当发电 机以超前功率因数 运行的场合。综合 为圆弧T。
P
B
T
E qN
(U N xd
)
S
IN
xd
(U N xd
)
F
O'
U
N
U (
N
xd
)
O
Q
I N
图 2-4 隐 极 式 发 电 机 组 运 行 极 限 图
发出感性无功，成组投切
❖ 3调相机：
只发无功的发电机 过激运行发出感性无功 欠激运行吸收感性无功 逐渐被淘汰。
电力系统的无功功率和电压调整
无功功率电源
❖ 3.静止补偿器和静止调相机
属于灵活交流输电范畴 静止补偿器简称SVC
❖ 4.并联电抗器：
吸收过剩的感性无功 用在高压空载或轻载的线路 能提高输送能力，降低过电压