电网无功功率和电压及其调整
电力系统的无功功率和电压调整
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。
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。
电网无功功率和电压及其调整
第六课无功功率和电压及其调整第一节电压和无功功率的相关规定一电压质量标准1 电压质量：是指缓慢变化（电压变化率小于每秒1%时的实际电压值与系统标称电压值之差）的电压偏差值指标2 用户端供电电压允许偏差值（1）35kV及以上用户供电电压正负偏差绝对值之和不超过额定电压的10%；（2）10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7%；（3）220V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7%、-10%；3 电力网电压质量控制指标对只有220kV及以下电压等级的兴义电网而言（1）发电厂和变电站220kV母线电压正常运行方式时，允许偏差为系统额定电压的0%～+10%；事故运行方式时为系统额定电压的-5%～+10%；（2）发电厂和变电站的110、35kV母线正常运行方式时，电压允许偏差为额定电压的-3%～+7%；事故运行方式时为系统额定电压的±10%；（3）带地区供电负荷的变电站和发电厂（直属）的10（6）kV母线正常方式下的电压允许偏差为系统额定电压的0～+7%；（4）特殊运行方式下的电压允许偏差值由调度部门确定。
二无功配置和电压管理1 无功电源建设和配置原则（1）电网的无功补偿配置应能保证在系统有功负荷高峰和低谷运行方式下，分（电压）层和分（供电）区的无功平衡；（2）分层无功平衡的重点是220kV及以上电压等级层面的无功平衡；（3）分区就地无功平衡主要是110kV及以下配电系统的无功平衡；（4）无功补偿配置应按照分散就地补偿与变电站集中补偿相结合，以分散补偿为主；高压补偿与低压补偿相结合，以低压补偿为主；降损与调压相结合，以降损为主的原则。
2 对35～220kV变电站的无功补偿要求应避免通过远距离线路输送无功电力；变电站应合理配置适当容量的无功补偿装置，容量应根据设计计算确定。
220kV变电站配置的无功补偿容量应使高峰负荷时变压器220kV 侧功率因素达到0.95以上，一般可取主变压器容量的10%～25%（城网导则规定城市地区为15～30%）；35kV～110kV变电站配置的无功补偿容量应使高峰负荷时变压器高压侧的功率因素达到0.95及以上，一般可取主变压器容量的10%～30%。
电力系统电压及无功功率的自动调节
解：
U 2' max U 1 U
' 2 min
P1max R Q1max X 15 30 12 150 120 101.25kV U1 120
P1min R Q1min X 10 30 8 150 U1 120 107.5kV U1 120
第四章
电力系统电压调整和无功功率控制
一、电压调整的概念
保证供各用户的电压与额定典雅的偏移不 超过规定的数值
二、频率调整与电压调整的区别
有功功率与无功功率
电源 有功功率 无功功率 发电机 分布 发电厂
发电机、调相机、电容器、静止无功补偿器 变电所
频率调整与电压调整
调整手段
频率调整 有功功率控制
调整方式
集中
调整目标
全网额定值
电调整
无功功率控制
分散
各点额定值
三、电力系统的无功功率平衡
电压水平取决于无功功率的平衡 无功功率负荷和无功功率损耗 无功功率电源 无功功率平衡 无功平衡与电压水平
四、电力系统的电压管理与调整
电力系统允许的电压偏移 中枢点的电压管理 电压中枢点的概念 电力系统的电压调整 三种方式：顺调压 逆调压 常调压
五、电力系统的电压调整措施
改变发电机端电压调压 变压器调压 固定变比变压器 双绕组变压器的分接头选择 （1）降压变压器 例 （2）升压变压器 例 三绕组变压器的分接头选择 例
降压变压器分接头的选择
例1:某变压器铭牌参数为：SN=31.5MVA， 110±2×2.5%／6.3kV，ZT=2.5+j40。线路 末端最大负荷功率为30+j15MVA，最小负 荷功率为12+j7MVA。变压器高压侧最大负 荷时的电压为110kV，最小负荷时的电压为 114kV。相应负荷母线允许电压范围为 6~6.6kV。试选择变压器分接头。
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三、无功电力调度与电压调整
1. 无功电力调度
（1）由调度编制重大设备检修方式下的无功电力调度方案 （2）无功电力调度实行按调度权限的分级管理 （3）各级调度应根据电网运行实况及时调整电压
5
2. 电压调整
（1）在满足电压合格的条件下，遵循无功电力分层分区平衡原则。 （2）进行无功调压计算，定期编制主变分接头调整方案，定期下达发电厂和
曲线3，为电容器补偿51%。
12
二、无功负荷的电压静态特性
1. 各类无功负荷的电压静态特性
（1）异步电动机，系统无功功率的主要消耗者，它决定着无功负荷的 电压静态特性。
QD
=Q0 D
+QSD
=I
2 0
X
m
I
2Xs
——————（3）
式中：Q0
D
=I
2 0
X
m
——励磁回路消耗的无功
QSD =I 2 X s ——为漏抗中消耗的无功
1. 无功电源建设和配置原则 2. 对35～220kV变电站的无功补偿要求 3. 发电机组功率因素的要求 4. 电力用户的无功补偿 5. 变电站应根据调度下达的电压曲线及时投切补偿装置 6. 发电厂应按调度下达的无功出力或电压曲线，严格控制高压母线电压 7. 对用户补偿装置要求及时调整，防止无功倒送
（2）供电电压质量监测点的设置 A: 带地区负荷的变电站、发电厂10kV母线。 B: 35kV专线和110kV供电的用户端电压。 C: 10kV供电的用户，每10MW负荷至少有一个点。 D: 380/220的用户，每百台配变至少设两个。
7
2. 电压质量合格率的统计
∆ 监测点电压合格率：
Vi (%)=（1-电压超上电限压时监间测+电总压时超间下限时间）100%
220kV及以上
＜2
＜3
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
110kV
2～5
4.5～7.5
35kV
2～4.5
2.5～5
10kV及以下
2～4
8～10
10
第二节 负荷的电压静态特性
负荷的电压静态特性
有功负荷的电压静态特性 无功负荷的电压静态特性
一、有功负荷的电压静态特性
1. 有功负荷的电压静态特性决定于负荷性质及各类负荷所占的比重
2. 有功负荷的电压静态特性的计算
五、电压质量目标
1. 年度电网电压合格率达到99.0%以上 2. 年度供电电压合格率达到98.0%以上
9
六、电压损失及分配
1. 保证各类用户受电电压质量是确定各级电网允许的最大电压损失的前提 2. 各级电网的电压损失值应按具体情况计算
各级电压电网的电压损失分配
电网电压
电压损失值分配 （%）
变压器
线路
PFH* a0 a1U*2 a2U*2
——————（1）
式中： a0、a1、a2 — —各类负荷占总负荷的百分数
或
K PU
=
PFH % U %
=2a1U*
2a2U
3 *
——————（2）
11
KPU ——有功负荷的电压效应系数
KPU 在电力系统一般为0.55～0.9之间，对局部系统一般在0.2～3之间。
X
(S BU
e e
)
（3）输电线路上的无功损耗与电压的平方成正比
Q L
3I2
X
L
2
P1
Q12
2
U1
X
L
（4）线路的充电功率与电压的平方成正比
Q U b LC
2L 1
（5）照明、电阻炉等因为不消耗无功与电压的变无关
15
2. 无功负荷的电压调节效应系数
K dQ
QU dU
dQ——电压变化引起的无功负荷的变化 dU ——电压变化值
∆ 电网电压合格率：
n
(电网监测点电压合格率）
V网(%) i1
n
∆ 供电电压合格率：
V供（%）=0.5VA
+0.（5 VB
VC 3
VD
)
VA、VB、VC、VD — — A、B、C、D类的电压合格率
公式中0.5的系数为各类监测点的权重。
8
3. 电压合格率的统计和上报
（1）年、月度电网电压合格率由调度统计上报。 （2）年、月度供电电压合格率由生产管理部门统计上报。
13
U
Q
XS
I Xm I0
R S
0
I0
图2 异步电动机的等值回路 图3 异步电动机的空载特性
β=0.8 β=0.6 β=0.3
0 0.7 0.8 0.9 1.0 U
图4 异步电动机无功负荷Q 与端电压U的关系曲线
由图3可见，空载电流 I0 随电压升高而增大，电压高时变化大。负荷电流I 的大小与负荷的等值阻抗 R / S 的大小有关，电压升高 I 减小。
再结合（3）式，QOD
和
Q SD
在电压升降时的变化是相反的，电压高时，QOD 变
化大，起主导作用。在电压低时，Q 的变化大，起主导作用。 SD
即： U I0 I Q0D QSD U I0 I Q0D QSD 14
（2）变压器消耗的无功功率
Q Q Q
B
OB
SB
2
=
I
0%S
100
e
注意：KQU 的变化范围比 KPU 变化范围大，且与有、无无功补偿设备 有关（见图1中曲线2、3）。
16
三、电力系统的负荷静态特性
1. 实际电力系统中，某结点的负荷（有功与无功）不仅与某一
结点（指系统）的频率有关，也与某一结点电压有关。
2. 电力系统的负荷静态特征
有功负荷的频率静态特性
（1）共分成四种
无功负荷的频率静态特性 有功负荷的电压静态特性
无功负荷的电压静态特性
（2）电力系统负荷静态特性通常由实验求得
1.5 P*Q* 1.3 1.1 0.9 0.7
1 23
0.5 U*
0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 1.05
图1 实测负荷电压静态曲线
图1为某电力系统实测负荷电压静态特性曲线。 曲线1：为有功负荷的电压静态特性曲线。 曲线2、3为无功负荷的电压静态特性曲线。 其中：曲线2，为无电容器补偿；
电网无功功率和电压及其调整
1
无功功率和电压及其调整
1. 电压和无功功率的相关规定 2. 负荷的电压静态特性 3. 无功功率的平衡和补偿 4. 电压调整的方法
2
第一节 电压和无功功率的相关规定
一、电压质量标准
1. 电压质量 2. 用户端供电电压允许偏差值 3. 电力网电压质量控制指标
3
二、无功配置和电压管理
枢纽变电站的电压或无功出力曲线。 （3）当电压超出规定值时，应采取措施解决。 （4）局部电压下降或升高，可采取的调压措施。 （5）在电压水平影响到电网安全时，调度有权采取限制负荷和解列机组、线
路等措施。
6
四、电压质量的监测、统计和上报
1. 电压质量监测点的设置原则
（1）电网电压质量监测点的设置 220kV及以上发电厂的高压母线； 220kV及以上电压等级的变电站的母线电压。