电力系统分析

第十二章 电力系统的无功功率和电压调整12-1 电力系统的无功功率平衡 12-2 电压调整的基本概念 12-3 电压调整的措施

重要的一章

2012-5-4 第十二章 电力系统的无功功率和电压调整 1

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无功负荷与无功电源失去平衡时， 无功负荷与无功电源失去平衡时，会引起系 失去平衡时 统电压的升高或下降

无功 功率 平衡

无功功率的平衡应本着分层、分区、 无功功率的平衡应本着分层、分区、就地 平衡的原则 无功电源的无功输出应能满足系统负荷和 网络损耗在额定电压下对无功功率的需求

2012-5-4 第十二章 电力系统的无功功率和电压调整 2

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一、无功负荷与电力网无功损耗 1.无功功率负荷 主要出现在白天的工业用电 异步电动机是电力系统主要的无功负荷——80% 系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定

jXσ I V jXm I0

V2 QM = Qm + Qσ = + I 2 Xσ Xm漏抗无功

R/S励磁功率

图12-1 异步电动机简化等值电路

2012-5-4 第十二章 电力系统的无功功率和电压调整 3

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V 2 Q =Q +Q = +I Xσ M m σ Xm

2

Q β=0.8 = β=0.6 = β=0.3 = 0 0.7 0.8 0.8 1.0 V

实际 负荷 增加

①

②

Qm∝V2,随V↑→Xm饱和，Xm↓→Qm随V变化的曲线比 一般二次曲线略高。 Qσ:Pm=I2R(1-s)/s=常数，V↓→s↑→I↑→Qσ↑ VN附近：V↑→Q↑;V↓→Q↓; 但V明显低于VN时，又由于Qσ↑,曲线反而上翘。第十二章 电力系统的无功功率和电压调整 4

2012-5-4

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2.无功功率损耗 变压器的无功损耗

& V1

& I1

& I

& & I V2

变压器的无功损耗Q 变压器的无功损耗QLT: 励磁损耗△Q0和漏抗中的损耗△QT 励磁损耗△ 和漏抗中的损耗△

S 2 QLT = Q0 + QT = V BT + ( ) X T V I0 % Vs % S 2 VN 2 ≈ SN + ( ) 100 100S N V2

上册p27 上册p27 公式2012-5-4 第十二章 电力系统的无功功率和电压调整 5

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S 2 QLT = Q0 + QT = V BT + ( ) X T V I0 % Vs % S 2 VN 2 ≈ SN + ( ) 100 100S N V 书上的一组数字：2

I0%=1.5,Vs%=10.5,由上面公式得 额定满载运行中，Q损耗→SN的12% 从电源到负荷侧至少要经过2台以上的变压器，变 压器的无功损耗较大

2012-5-4 第十二章 电力系统的无功功率和电压调整 6

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输电线路损耗 35KV及以下的架空线路：充电功率小，忽略B,消耗感性无功

110KV及以上的架空线路：①

输送大功率：充电功率<电抗中消耗的无功，线路仍然消 耗感性无功。

②

输送小功率：充电功率>电抗中消耗功率，线路消耗容性 无功，成为无功电源。P1+jQ1 R+jX V1 jB/2 jB/2 P2+jQ2 V2

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输电线路的无功损耗B 2 2 QB = (V1 +V2 ) 22

P +Q P + Q2 QL = 1 2 1 X = 2 X 2 V V2 12 2 2 2

P +Q V +V2 QB+ QL = 1 2 1 X 1 B 2 V 12 2 2

轻载

重载

2012

-5-4 第十二章 电力系统的无功功率和电压调整 8

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二、无功功率电源 发电机 同步调相机 静电电容器 静止无功补偿器

静止无功发生器

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1.发电机 发电机是唯一的有功功率电源，又是最基本的无功功率电源

QGN=SGN sin N = PGN tg N& E& VN& E& IN一台隐极机接在VN为常数的系统母线上& VN

& Eq & & & Eq = VN + jIX d& I2012-5-4 第十二章 电力系统的无功功率和电压调整 10

& jIX d& VN

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A点为圆心，AC为半径做圆弧；O点为圆心，OC为半径P 2 AC=XdIN = OC=Eq = 1

D EφN

C

乘以V 乘以VN/xd

jXdIN OφN

A

B C´ Q AC=XdIN×(VN/xd)= GN )=S = OC=Eq×(VN/xd)∝IfN = AB=ACsinφN=SGNsinφN =QGN AD=ACcosφN=SGNcosφN =PGN

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A点至圆弧2上任意一点连接的长度(按照If励磁电流 不超过额定值IfN确定的视在功率) A点至圆弧1上任意一点连接的长度(按照定子电流不 超过额定值确定的视在功率)P 2 I fN AC=SGN = D E jXdIN O A B C´ Q2012-5-4 第十二章 电力系统的无功功率和电压调整 12

C 1 SGN

OC∝IfN ∝ AB =QGN AD=PGN =

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结论 1、发电机的功率因数低于cosφN时 发电机要多发无功功率，由于受到励磁电流的限制， 调节只能沿cc´弧运行，说明定子电流没有得到充分 利用(发电机的容量没有得到充分利用)P

允许Q大于额定QGND E

2

AC=SGN = OC∝IfN ∝ C AB =QGN 1 AD=PGN =

jXdIN O A2012-5-4 第十二章 电力系统的无功功率和电压调整 13

B C´ Q

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2、发电机的功率因数高于cosφN时 A点至圆弧2的长度大于A点至圆弧1的长度 发电机要发出有功功率，由于受到汽轮机额定功率的 限制，调节只能沿CD运行，说明定子电流、励磁电流 都没有得到充分利用(原动机出力)P 2 AC=SGN = OC∝IfN ∝ D E jXdIN O A2012-5-4 第十二章 电力系统的无功功率和电压调整 14

C AB =QGN 1 AD=PGN =

B C´ Q

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3、当发电机以超前功率因数运行 并列运行稳定性成为限制条件 系统低负荷运行，输电线路X损耗小，对地C产生大量 Q,使得系统V升高。进相运行可以吸收多余的Q,调 整电压。P 2

D E jXdIN O A2012-5-4

C 1

B C´ Q15

第十二章 电力系统的无功功率和电压调整

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发电机可能发出的P、Q受到的限制： 1. 额定视在功率(定子额定电流)的限制；A为圆心，AC 为半径的圆弧。 2. 转子额定电流限制；O为圆心，OC为半径圆弧。 3. 原动机出力(额定有功功率)的限制。水平线DC。

P2

D E

C1 jXdIN

O A2012-5-4 第十二章 电力系统的无功功率和电压调整 16

B

C´

Q