第八章電力系統(tǒng)無功功率平衡和電壓調(diào)整電力系統(tǒng)基礎(chǔ)1電力系統(tǒng)正常運(yùn)行狀況調(diào)整的內(nèi)容與意義：潮流計(jì)算→確定正常運(yùn)行狀態(tài)運(yùn)行狀態(tài)必須滿足技術(shù)、經(jīng)濟(jì)要求——否則，必須調(diào)整！技術(shù)要求：電能質(zhì)量和安全性要求經(jīng)濟(jì)要求：經(jīng)濟(jì)運(yùn)行電能質(zhì)量：頻率質(zhì)量——頻率偏移電壓質(zhì)量——電壓偏移、電壓波動(dòng)與閃變、電網(wǎng)諧波、三相不對(duì)稱程度、暫態(tài)電能質(zhì)量(2)正常運(yùn)行狀況調(diào)整的內(nèi)容：電壓調(diào)整——無功功率分布調(diào)整（假定頻率恒定fN）頻率調(diào)整——有功功率分布調(diào)整（假定電壓恒定VN）運(yùn)行狀態(tài)的優(yōu)化——經(jīng)濟(jì)運(yùn)行(3)本章主要內(nèi)容：

無功特性、無功平衡、電壓調(diào)整28.1電力系統(tǒng)的無功功率特性與無功功率平衡

8.1.1無功功率負(fù)荷與無功功率損耗

8.1.2電力系統(tǒng)的無功功率電源

8.1.3電力系統(tǒng)的無功功率平衡8.2電壓調(diào)整的基本概念

8.2.1電力系統(tǒng)電壓調(diào)整的意義

8.2.2中樞點(diǎn)的電壓管理

8.2.3電壓調(diào)整基本原理與措施概述8.3電壓調(diào)整的措施

8.3.1發(fā)電機(jī)調(diào)壓

8.3.2改變變壓器變比調(diào)壓

8.3.3無功補(bǔ)償調(diào)壓

8.3.4線路串聯(lián)電容補(bǔ)償調(diào)壓38.4調(diào)壓措施的應(yīng)用舉例8.1電力系統(tǒng)的無功功率特性與無功功率平衡

8.1.1無功功率負(fù)荷與無功功率損耗

8.1.2電力系統(tǒng)的無功功率電源

8.1.3電力系統(tǒng)的無功功率平衡48.1.1無功功率負(fù)荷與無功功率損耗（1）無功功率負(fù)荷：用電設(shè)備消耗的無功功率，比重大的有三：IM、熒光燈、整流設(shè)備。異步電動(dòng)機(jī)（IM）的無功特性基本決定了系統(tǒng)無功負(fù)荷特性58.1.1無功功率負(fù)荷與無功功率損耗68.1.1無功功率負(fù)荷與無功功率損耗110kV：3.5MVar/100km220kV:12MVar/100km500kV:70MVar/100km78.1.1無功功率負(fù)荷與無功功率損耗電壓調(diào)節(jié)特性：V>Vcr：dQ/dV>0V<Vcr：dQ/dV<088.1電力系統(tǒng)的無功功率特性與無功功率平衡

8.1.1無功功率負(fù)荷與無功功率損耗

8.1.2電力系統(tǒng)的無功功率電源

8.1.3電力系統(tǒng)的無功功率平衡同步發(fā)電機(jī);無功補(bǔ)償裝置——調(diào)相機(jī)、C、SVC、SVG9(1)同步發(fā)電機(jī)：安全運(yùn)行極限曲線：108.1.2電力系統(tǒng)的無功功率電源

(1)同步發(fā)電機(jī)：③靜態(tài)無功－電壓特性：118.1.2電力系統(tǒng)的無功功率電源(2)同期調(diào)相機(jī)：——相當(dāng)于空載運(yùn)行的同步電動(dòng)機(jī)128.1.2電力系統(tǒng)的無功功率電源138.1.2電力系統(tǒng)的無功功率電源(4)靜止無功補(bǔ)償器(SVC)：①原理構(gòu)成（飽和電抗器型）148.1.2電力系統(tǒng)的無功功率電源(5)靜止無功發(fā)生器(SVG)：①原理構(gòu)成

178.1電力系統(tǒng)的無功功率特性與無功功率平衡

8.1.1無功功率負(fù)荷與無功功率損耗

8.1.2電力系統(tǒng)的無功功率電源

8.1.3電力系統(tǒng)的無功功率平衡188.1.3電力系統(tǒng)的無功功率平衡(1)無功平衡要求：

198.1.3電力系統(tǒng)的無功功率平衡(2)系統(tǒng)無功傳輸特性：

(3)系統(tǒng)無功平衡與電壓水平的關(guān)系：送端電源增發(fā)無功→

E↑→Q(V)

上移208.1.3電力系統(tǒng)的無功功率平衡(4)無功平衡要注意的基本問題：

a)

滿足額定電壓水平下運(yùn)行時(shí)的平衡關(guān)系

——正常負(fù)荷水平下，有適當(dāng)?shù)臒o功備用最大負(fù)荷水平下有要求的電壓水平

b)盡可能通過分散補(bǔ)償，使末端功率因素達(dá)到較高水平

(專用負(fù)荷0.9)c)分區(qū)、分層就地平衡，避免無功遠(yuǎn)距離傳輸和跨電壓等級(jí)流動(dòng)

——最大負(fù)荷時(shí)，合理利用負(fù)荷中心的機(jī)組無功出力最小負(fù)荷時(shí)，合理安排機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行

d)最小負(fù)荷時(shí)，220kV以上輸電網(wǎng)安排適當(dāng)?shù)牟⒙?lián)電抗器補(bǔ)償218.1電力系統(tǒng)的無功功率特性與無功功率平衡

8.2電壓調(diào)整的基本概念

8.3電壓調(diào)整的措施

228.2.1電力系統(tǒng)電壓調(diào)整的意義

——電壓偏移對(duì)用戶與電力系統(tǒng)的影響(1)對(duì)用戶的影響：①IM：Me∝V2V↓→產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量↓，太低壓會(huì)燒壞IM②電熱設(shè)備：V↓→P↓↓——產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量↓③照明：V↓→光通↓↓④電子儀器設(shè)備：過高/低的電壓影響精度甚至損壞設(shè)備(2)對(duì)系統(tǒng)的影響：

①V↓→△P∑↑，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性↓；運(yùn)行穩(wěn)定性↓②V過高：危及絕緣、超高壓電網(wǎng)電暈損失↑(3)電壓偏移要求：

35kV及以上：正、負(fù)偏移之絕對(duì)值和≤10%10kV及以下：≤±10%380V/220V單相：-10%～+7%(4)電壓調(diào)整目的：

保證各負(fù)荷點(diǎn)電壓偏移在允許范圍內(nèi)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電能質(zhì)量供電電壓偏差》（GB/T12325-2008）238.2.2中樞點(diǎn)的電壓管理(1)電壓中樞點(diǎn)及其選擇電壓中樞點(diǎn)：對(duì)供電區(qū)域各負(fù)荷點(diǎn)電壓有顯著調(diào)控作用節(jié)點(diǎn)中樞點(diǎn)選擇：區(qū)域性電廠高壓母線；樞紐變二次母線；有大量直饋負(fù)荷的G壓母線248.2.2中樞點(diǎn)的電壓管理(1)中樞點(diǎn)電壓的允許變化范圍I)

方法與步驟：①由各負(fù)荷點(diǎn)S(t)計(jì)算中樞點(diǎn)→負(fù)荷點(diǎn)的△V(t)②由各負(fù)荷點(diǎn)允許偏移→中樞點(diǎn)要求范圍③確定同時(shí)滿足各負(fù)荷點(diǎn)要求的中樞點(diǎn)允許范圍例：VO(A)=VA+△VOAVO(B)=VB+△VOB

注意：

為了Vo能同時(shí)滿足各負(fù)荷點(diǎn)的電壓要求，中樞點(diǎn)允許電壓變化范圍將小于各負(fù)荷點(diǎn)的允許電壓變化范圍258.2.2中樞點(diǎn)的電壓管理(2)中樞點(diǎn)電壓允許變化范圍的確定

II)

應(yīng)用注意：①Vo變化范圍小于各負(fù)荷點(diǎn)的允許變化范圍——If:

中樞點(diǎn)供電的各負(fù)荷點(diǎn)電壓要求相近，各負(fù)荷變化規(guī)律及幅度相近

Then:

則中樞點(diǎn)有滿足各負(fù)荷點(diǎn)要求的公共調(diào)壓范圍；

反之，可能找不到中樞點(diǎn)的公共范圍，必須在負(fù)荷點(diǎn)增加調(diào)壓設(shè)備②確定Vo變化范圍的近似方法：

Vo-min取決于Max{Vo–i-min}；Vo-max取決于Min{Vo–i-max

}——按2種極限情況近似確定Vo范圍

a)中樞點(diǎn)供電負(fù)荷最大時(shí)，各負(fù)荷點(diǎn)中運(yùn)行電壓最低者之允許下限

+相應(yīng)△Vi→Vo

-min

b)中樞點(diǎn)供電負(fù)荷最小時(shí)，運(yùn)行電壓最高之負(fù)荷點(diǎn)的允許上限

+相應(yīng)△Vi→Vo-max268.2.2中樞點(diǎn)的電壓管理(3)中樞點(diǎn)的調(diào)壓方式①逆調(diào)壓：大負(fù)荷時(shí)，提高中樞點(diǎn)電壓，一般Vo≤1.05VN

小負(fù)荷時(shí)，降低中樞點(diǎn)電壓，一般Vo≥1.0VN——適應(yīng)：供電線路長(zhǎng)、負(fù)荷變動(dòng)大

——調(diào)壓要求最高，需要附加調(diào)壓設(shè)備(OLTC)②順調(diào)壓：大負(fù)荷時(shí)，Vo≥1.025VN

；小負(fù)荷時(shí)，Vo≤1.075VN——適應(yīng)：供電線路短、負(fù)荷變動(dòng)小

——調(diào)壓要求最低，不需要附加調(diào)壓設(shè)備③常調(diào)壓：各種負(fù)荷水平下，使Vo保持基本恒定：(1.02～1.05)VN——適應(yīng)性、調(diào)壓要求居中278.2.3電壓調(diào)整基本原理288.3電壓調(diào)整的措施

8.3.1發(fā)電機(jī)調(diào)壓

8.3.2改變變壓器變比調(diào)壓

8.3.3無功補(bǔ)償調(diào)壓

8.3.4線路串聯(lián)電容補(bǔ)償調(diào)壓298.3.1發(fā)電機(jī)調(diào)壓原理：調(diào)If

，±5%VN

；實(shí)質(zhì):改變QG

優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)便，無需附加投資——優(yōu)先考慮！(3)應(yīng)用注意：①適應(yīng)直供負(fù)荷，線路短，負(fù)荷變化??；②多電壓等級(jí)網(wǎng)作為輔助手段。③改變閉式網(wǎng)Q分配，甚至與經(jīng)濟(jì)Q分配矛盾④VG↑→QG↑(降低功率因數(shù))——機(jī)組必須有足夠無功儲(chǔ)備，系統(tǒng)有功備用充分——舉例：308.3.1發(fā)電機(jī)調(diào)壓——舉例：常：1.02～1.05逆：大≤1.05小≥1.0

負(fù)荷從而△V變化大、供電距離長(zhǎng)、多電壓等級(jí)系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)調(diào)壓難以滿足調(diào)壓要求318.3.1發(fā)電機(jī)調(diào)壓——舉例：常：1.02～1.05逆：大≤1.05小≥1.0

負(fù)荷從而△V變化大、供電距離長(zhǎng)、多電壓等級(jí)系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)調(diào)壓難以滿足調(diào)壓要求328.3電壓調(diào)整的措施

8.3.1發(fā)電機(jī)調(diào)壓

8.3.2改變變壓器變比調(diào)壓

8.3.3無功補(bǔ)償調(diào)壓

8.3.4線路串聯(lián)電容補(bǔ)償調(diào)壓338.3.2改變變壓器變比調(diào)壓——

概述：★變壓器分接頭設(shè)置：

雙繞組——高壓側(cè)；三繞組——高、中壓側(cè)

普通變壓器：6300KVA及以下，3：VTN(H)(1±5%)8000KVA及以上，5：VTN(H)(1±2×2.5%)

有載調(diào)壓變：110KV及以下，至少7：VTN(H)(1±3×2.5%)220KV及以上，至少9：VTN(H)(1±4×2.0%)★

調(diào)壓原理：合理選擇k滿足負(fù)荷側(cè)調(diào)壓要求分接頭上調(diào)分接頭下調(diào)348.3.2改變變壓器變比調(diào)壓——(1)降壓變壓器分接頭選擇：“Max”:最大負(fù)荷“Min”:最小負(fù)荷358.3.2改變變壓器變比調(diào)壓

(1)降壓變壓器分接頭選擇：3612-38.3.2改變變壓器變比調(diào)壓(2)升壓變壓器分接頭選擇：歸算到高壓側(cè)的G側(cè)運(yùn)行電壓G側(cè)的實(shí)際運(yùn)行電壓378.3.2改變變壓器變比調(diào)壓——(2)升壓變壓器分接頭選擇：1、計(jì)算T的電壓損耗：分接頭選擇的計(jì)算步驟：2、計(jì)算要求的分接頭電壓：3、計(jì)算分接頭電壓平均值：選擇V1t——最接近V1t.av4、校驗(yàn)：T運(yùn)行于V1t——時(shí)，G側(cè)實(shí)際電壓必須滿足給定要求（允許值）舉例：高壓側(cè)實(shí)際運(yùn)行電壓或要求電壓G側(cè)允許電壓3812-48.3.2改變變壓器變比調(diào)壓——(3)變壓器分接頭選擇應(yīng)注意的問題

低壓側(cè)的允許電壓變化范圍歸算到高壓側(cè)的低壓側(cè)實(shí)際運(yùn)行電壓變化范圍②若負(fù)荷變化時(shí)的總電壓損耗變化幅度超出T的分接頭調(diào)壓范圍，或調(diào)壓要求與電壓變化方向相反（如逆調(diào)壓），則必須有專門調(diào)壓裝置④

三繞組變壓器：首先根據(jù)低壓側(cè)調(diào)壓要求，選擇高壓側(cè)分接頭；再選擇中壓側(cè)分接頭以滿足中壓側(cè)調(diào)壓要求——舉例39③變比調(diào)壓只改變無功分布，系統(tǒng)必須有充裕的無功備用容量；升壓變變比下調(diào)會(huì)限制機(jī)組無功送出8.3.2改變變壓器變比調(diào)壓——(4)自動(dòng)調(diào)壓裝置簡(jiǎn)介有載調(diào)壓變壓器、加壓調(diào)壓變壓器、SSSC、TCSC、TCPST、UPFC潮流控制功能408.3電壓調(diào)整的措施

8.3.1發(fā)電機(jī)調(diào)壓

8.3.2改變變壓器變比調(diào)壓

8.3.3無功補(bǔ)償調(diào)壓

8.3.4線路串聯(lián)電容補(bǔ)償調(diào)壓411)并聯(lián)補(bǔ)償調(diào)壓的基本原理問題：V2母線補(bǔ)償Qc,

使

V2提高到

V2c?42(4)應(yīng)用舉例：12-58.3.3無功補(bǔ)償調(diào)壓在滿足調(diào)壓要求的前提下k

的選擇應(yīng)當(dāng)使

QC

最小(2)應(yīng)用原則:(a)在Smin下，無功補(bǔ)償設(shè)備按出力下限QC.min

運(yùn)行

——合理選擇k以滿足所要求的V2.min(b)在Smax下，使k按(a)固定——確定QC

上限以滿足所要求的V2.max無功補(bǔ)償設(shè)備出力下限QC.min：

(a)靜電電容器：QC.min＝0(b)同步調(diào)相機(jī)：QC.min＝－αQCon.max＝－αQCon.N；

α＝0.5～0.65(c)SVC：根據(jù)給定特性，類似于調(diào)相機(jī)處理(3)注意點(diǎn)：無功補(bǔ)償調(diào)壓的實(shí)質(zhì)——減小網(wǎng)絡(luò)無功傳輸在X上的電壓損耗

△V＝(PR+QX)/V——效果與負(fù)荷功率因數(shù)以及網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)有關(guān)

——高壓網(wǎng)：效果顯著；低壓網(wǎng)：效果相對(duì)較差438.3電壓調(diào)整的措施

8.3.1發(fā)電機(jī)調(diào)壓

8.3.2改變變壓器變比調(diào)壓

8.3.3無功補(bǔ)償調(diào)壓

8.3.4線路串聯(lián)電容補(bǔ)償調(diào)壓448.3.4線路串聯(lián)電容補(bǔ)償調(diào)壓(1)基本原理——△V=(PR+QX)/V——改變網(wǎng)絡(luò)(線路)參數(shù)調(diào)壓(2)補(bǔ)償容量的確定QC=3mnQNC=3mnVNCINC

LetV1=constThen458.3.4線路串聯(lián)電容補(bǔ)償調(diào)壓——(3)應(yīng)用注意：

③補(bǔ)償度：kC=XC/XL

——用于調(diào)壓：kC

接近或略大于1④串聯(lián)XC補(bǔ)償可用于超高壓輸電線路——提高輸送容量、提高運(yùn)行穩(wěn)定性②XC地點(diǎn)：

使沿線電壓盡量均勻分布，各負(fù)荷點(diǎn)電壓均在允許范圍內(nèi)。

a)負(fù)荷集中于線末時(shí)，XC宜集中于末端

——始端避免過電壓、減少通過XC的短路電流

b)負(fù)荷沿線分布時(shí)，XC宜置于補(bǔ)償前的△V/2處

——沿線負(fù)荷均在允許范圍內(nèi)①串XC補(bǔ)償調(diào)節(jié)特性好——提高末端電壓，減小負(fù)荷變化時(shí)的電壓波動(dòng)；

調(diào)壓效果△V－△VC=QXC/V1∝Q——Q越大、X越大，效果越好。一般應(yīng)用于35kV、10kV配電網(wǎng)絡(luò)，特別是荷波動(dòng)大而頻繁、功率因數(shù)低的配電線路46(4)應(yīng)用舉例：12-6(1)改變VG：經(jīng)濟(jì)方便、無需附加投資，優(yōu)先應(yīng)用，但調(diào)整范圍小。(2)改變k：系統(tǒng)、區(qū)域無功電源充足時(shí)，優(yōu)先考慮。普通變壓器，調(diào)壓范圍小，頻繁調(diào)整k則很不方便系統(tǒng)無功不充足時(shí)，改變k使局部地區(qū)電壓合格，但可能惡化其他區(qū)域

OLTC調(diào)節(jié)靈活、調(diào)壓范圍大，但需要附加投資，前提也是系統(tǒng)無功電源充足②串補(bǔ)——與并補(bǔ)的比較：

a)調(diào)壓性能：串優(yōu)于并(提高傳輸能力與穩(wěn)定性：串優(yōu)于并)b)串補(bǔ)不能減少網(wǎng)損，并補(bǔ)可降低網(wǎng)損。

c)場(chǎng)合：串補(bǔ)宜用于低功率因數(shù)配電線路；并補(bǔ)對(duì)于X大的線路調(diào)壓效果更好

d)達(dá)到同樣的調(diào)壓效果QC.S<QC.P(一般QC.S=(17～25)%QC.P)①無功電源不足的系統(tǒng)，并聯(lián)補(bǔ)償調(diào)壓為最根本措施。電容補(bǔ)償：投資少、易維護(hù)，可集、散，應(yīng)用靈活；調(diào)節(jié)性能差調(diào)相機(jī)：投資大、維護(hù)難，調(diào)節(jié)性能好。集中使用——已被SVC取代

SVC：有QCon同樣性能；運(yùn)行維護(hù)技術(shù)高，有諧波污染。集中使用(3)補(bǔ)償調(diào)壓：8.3.5幾種調(diào)壓措施的比較478.3.5幾種調(diào)壓措施的比較

附：

QC.S<QC.P的證明：調(diào)壓效果相同48r1、x1↓→△V↓49各種調(diào)壓效果的綜合分析:（3）運(yùn)行參數(shù)增量圖:采用標(biāo)幺值，變比變化

有功不變，電壓損耗由無功無功潮流引起，故電阻不引入（4）解出狀態(tài)變量和控制變量的關(guān)系:（2）等值電路:合并簡(jiǎn)化阻抗（1）系統(tǒng)接線:各種調(diào)壓效果的綜合分析:調(diào)壓結(jié)論如下:改變發(fā)電機(jī)G-1的母線電壓與改變變比對(duì)調(diào)壓效果相同，X1越小越明顯；改變發(fā)電機(jī)G-2的母線電壓的調(diào)壓效果，X2越小越明顯；改變無功補(bǔ)償設(shè)備對(duì)調(diào)壓效果與X1和X2有關(guān)，二者越大越明顯。線路無功結(jié)論如下:改變發(fā)電機(jī)G-1和G-2的母線電壓對(duì)無功潮流的影響正好相反；改變變比k與發(fā)電機(jī)G-1的母線電壓對(duì)無功影響效果相同；無功補(bǔ)償設(shè)備無功功率輸出增量按電抗反比向兩側(cè)流動(dòng)。各種調(diào)壓效果的綜合分析:復(fù)雜系統(tǒng)的推廣:

現(xiàn)代電力系統(tǒng)采用各地區(qū)分散自動(dòng)調(diào)壓和集中自動(dòng)控制結(jié)合：（1）發(fā)電廠和變電所自動(dòng)維護(hù)本區(qū)域中樞點(diǎn)的電壓；（2）重要樞紐點(diǎn)、環(huán)網(wǎng)、輸電網(wǎng)、重要無功電源由調(diào)度集中控制。8.4調(diào)壓措施的應(yīng)用舉例1、雙繞組降壓變壓器分接頭選擇2、雙繞組升壓變壓器分接頭選擇3、三繞組降壓變壓器分接頭選擇4、并聯(lián)補(bǔ)償調(diào)壓——補(bǔ)償容量與變比配合53降壓變壓器分接頭選擇+5%:115.5kV+2.5%:112.75kV1.0:110kV-2.5%:108.25kV-5%:104.5kV541、計(jì)算電壓損耗：2、計(jì)算要求的分接頭電壓：3、計(jì)算平均分接頭電壓、選擇實(shí)際分接頭：選擇最接近的實(shí)際分接頭：-2.5%→V1t=107.25kV55

1、雙繞組降壓變壓器分接頭選擇2、雙繞組升壓變壓器分接頭選擇3、三繞組降壓變壓器分接頭選擇4、并聯(lián)補(bǔ)償調(diào)壓——補(bǔ)償容量與變比配合568.4調(diào)壓措施的應(yīng)用舉例升壓變壓器分接頭選擇——舉例+5%:128.05kV+2.5%:124.025kV1.0:121kV-2.5%:118.975kV-5%:114.95kV571、計(jì)算電壓損耗：2、計(jì)算要求的分接頭電壓：3、計(jì)算平均分接頭電壓、選擇實(shí)際分接頭：選擇最接近的實(shí)際分接頭：+2.5%→V1t=124.025kV58

1、雙繞組降壓變壓器分接頭選擇2、雙繞組升壓變壓器分接頭選擇3、三繞組降壓變壓器分接頭選擇4、并聯(lián)補(bǔ)償調(diào)壓——補(bǔ)償容量與變比配合598.4調(diào)壓措施的應(yīng)用舉例+5%:40.425kV+2.5%:39.4625kV1.0:38.5kV-2.5%:38.5375kV-5%:36.575kV最大負(fù)荷最小負(fù)荷+5%:115.5kV+2.5%:112.75kV1.0:110kV-2.5%:108.25kV-5%:104.5kV110/38.5/6.6△V