电力系统分析 作者 刘学军 第6章无功功率平衡和电压调整.pptVIP

6.1 电力系统中无功功率平衡和电压变化 6.1.1 电压调整的必要性 电压是衡量电能质量的又一重要指标。它既是电力用户最为关注的目标，也是电力系统本身运行时要控制的重要目标。电力系统中的用电设备都是按照额定电压来设计制造的，因此用电设备工作在额定电压下，各项性能指标发挥的最佳。然而实际上，由于负荷随时都在发生变化，从而网络中的电压也随之变化，这样就造成各节点电压在运行过程中总会有一定的偏移，如果电压偏移值比较小，仍能保证用户及电力系统的正常运行，而如果电压偏移值过大，会影响工农业生产产品的质量和产量，甚至引起系统性的“电压崩溃”，造成大面积停电。 1．电压偏移对用电设备的影响 (1)电压偏移过大对电力系统本身以及用电设备会带来不良的影响，主要包括以下几点： 1）效率下降，经济性变差。 2）电压过高，照明设备寿命下降，影响绝缘。 3）电压过低，电机发热。 4）系统电压崩溃 (2)不能使所有节点电压都保持为额定值,主要原因如下： 1）设备及线路压降 2）负荷波动 3)运行方式改变 4)无功不足 综上所述，要保证电力系统的正常运行，要满足全系统各节点的电压要求，必须对电压进行调整。电力系统的电压调整，即在正常运行状态下，随着负荷变动及运行方式的变化，使各节点的电压偏移值保持在允许范围内。 6.1.2 无功功率负荷和无功功率损耗 1．无功功率负荷 电力系统中，异步电动机在系统负荷（特别是无功负荷）中占的比重很大。系统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如图6-1所示。图6-1中，R1+jX1=Z1为电机定子漏阻抗，X2为转子漏电抗。 6.1.3 无功电源 发电机既是电力系统的唯一的有功功率电源，同时也是最基本的无功功率电源。电力系统的无功电源除同步发电机外，还有同步调相机、静电电容器和静止补偿器等。其中同步调相机、静电电容器和静止补偿器又称为无功补偿装置。 如系统有功充裕，无功不足，可以降低功率因素，在图bd段运行。如无功功率过剩，还可以运行在第二象限，此时发电机处于欠励磁状态，发出有功功率但要吸收无功功率，称为进相运行。 （2）同步调相机 同步调相机相当于空载运行的同步电动机（当然，同步电动机也可以作为调相机运行），它可以过励磁运行发出无功功率，也可以欠励磁运行吸收无功功率。运行状态根据系统的要求调节。在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率，起无功电源的作用；在欠励磁运行时，它从系统吸取感性无功功率，起无功负荷的作用。所以，借助自动调节励磁装置改变调相机的励磁就可以平滑地改变无功功率的大小和方向，从而调节所在地区的电压。调相机的容量是指其过励磁运行时的额定容量，欠励磁运行时的容量是过励磁运行时容量的50%~65%。 同步调相机是旋转机械，运行维护不方便。调相机的投资费用与其容量有关，容量越小，投资费用越大，因此同步调相机适宜于大容量集中使用。此外调相机在运行中消耗一定的有功功率，在满负荷时约为额定容量的1.5%~5%，调相机容量越小，所占比重越大。 （3）静电电容器 并联电容器作为无功电源，按三角形和星形接法连接在变电所母线上运行。并联电容器只能向系统供给感性无功功率。使用时可将电容器连接于若干组，按需要成组地投入或切除，既可集中安装，又可分散使用。在靠近负荷处就地安装，以减少线路上的功率损耗和电压损耗，其单位容量的投资费用较小，运行时有功功率损耗也较小，约为额定容量的0.3%~0.5%。但是，电容器供给的无功功率与所在节点的电压U的平方成正比，即 6.1.4 无功功率平衡 电力系统无功功率平衡的基本要求是：系统中的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。为了保证运行可靠性和适应无功负荷的增长，系统还必须配置一定的无功备用容量。令Q∑GC 为电源供应的无功功率之和，Q∑LD为系统无功负荷之和，△Q∑为网络无功功率损耗之和，Qres为系统无功功率备用，则系统中无功功率的平衡关系式为: 6.2 电力系统的电压管理和调整 6.2.1 中枢点电压管理 1．电压中枢点的概念 电力系统结构复杂，发电厂和变电所及大型用户节点很多，电力系统调度部门不可能监视和控制所有用户的电压。通常选择一些具有代表性的节点作为电压质量监视和控制点，称为电压中枢点。如果这些节点的电压符合要求，则其他节点的电压质量基本也能满足要求。因此，电压控制方法是选择合适的电压中枢点，确定中枢点电压允许偏移的范围；采用一定的方法将中枢点的电压偏移控制在允许范围内。电压中枢点一般选择在区域性