华电电自考研

电力工程系Department of Electrical Engineering

电力系统分析基础 Power System Analysis Basis (六)

任 建 文

North China Electric Power University

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第六章 电力系统的无功功率与电压调整本章主要内容：1、无功负荷和无功电源及无功功率平衡 2、电压降落(损耗、偏移)、功率损耗的计算3、无功功率的经济分布；无功电源的最优分布 ；无功负荷的最优补偿 频率调整和电压调整的相同和不同之处电压水平各点不同 频率唯一 调压 调整分散 调频 集中调整 手段多样(有多种无功电源) 只能调原动机功率

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分析无功功率和电压分布之间的关系 无功损耗 ﹥﹥有功损耗;PR QX U U

电压降受无功功率的影响较大;

无功功率的流动从Uh→UL 由上可以看出：维持电压稳定，应该尽量减少无 功的传输，采取就地平衡。

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第一节电力系统无功功率的平衡一、概念性问题:无功电源QG 无功功率 无功负荷QL

无功损耗ΔQΣ 无功 功率 平衡 运行中的平衡：ΣQG=ΣQL+ΔQΣ 规划中的平衡：无功容量=无功电源功率+备用无功电源功率(7 8%)

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二、无功功率负荷和无功功率损耗1、无功功率负荷 1) 负荷在端电压变化时，出力、效率影响较大%光通量

白炽灯的电压特性U 5% 光通量 15% 效率 10% U 5% 光通量 10% 寿命 50%100

发光效率

寿命 U(%)100 110 120

异步电机的电压特性 转矩∝U2,U↓ 带不动 启动不了 烧电机

%效率100

功率因素 电流 U(%)100

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2) 吸收无功(异步电机)

Q 3 I X X Q U X2 ' x 1 2 2 U U

Z U

1

Z I I' 1 2

' 2

1

Z

U

r 1 s 2

'

s

对于QX,当U↑转动力矩增大，S↓→r’2(1-s)/s↑→I↓→ QX↓

对于QU,由于XU的饱和， XU ↓→ QU↑↑Q

Q X QU QQX

Q

QP

U

U

U

异步电机的无功功率特性

综合无功负荷的静态特性

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2、变压器的无功功率损耗 励磁支路—空载电流I0的百分比值，约1-2% 绕组漏抗—满载时基本上等于短路电压UK的百分 比值，约10% 对多级电压网—相当可观，可达负荷的57%

3、电力线路上的无功功率损耗 并联电纳—充电功率∝U2,容性 并联电抗—感性∝I2 35KV及以下—感性无功 110KV及以上 传输功率较大时—感性无功

传输功率较小时—容性无功

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三、无功功率电源1、发电机

发电机、调相器 静止电容器、静止补偿器进相运行时受定 子端部发热限制 受原动机出力限制

定子绕组不超 过额定电流 励磁绕组不超 过额定电流 留稳定储备

发电机只有在额定电压、电流、功率因数下运行时， 视在功率才能达到额定值，其容量才能最充分地利用 系统中有功功率备用容量充裕时，

可使靠近负荷中心 的发电机在降低有功负荷的条件下运行，这时发电机 的视在功率虽较额定值小，但可利用的无功功率却较 在额定有功负荷下大。

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2、同步调相机 实质上是只发无 功功率的发电机 运行 不带有功负荷的同步发电机 不带机械负荷的同步电动机

过激运行—向系统发出无功 欠激运行—向系统吸收无功(容量为过激的50%)

优点

平滑调节—既发无功，又可吸收无功 装有励磁调节装置时，维持系统电压不变 装有强磁时，故障情况下，调整电压，维持稳定

消耗一定的有功，容量越小，比重越大(1.5-5%) 缺点 小容量单位投资费用大，宜集中使用 损耗大 水轮机有时作调相运行，汽轮机较难 内部发热 内部膨胀 增大系统中短路时的短路电流

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3、静电电容器 QC=U2/XC,只能向系统提供无功，不能吸收无功 可集中使用，可分散使用 功耗小，0.3%--0.5%(额定容量) 调节不是连续的，不平滑，调节范围小 电压下降时， QC下降，导致U进一步下降 单位容量投资比调相机便宜 4、静止补偿器电容与电抗并联，配以调接装置，可平滑地改变输出 70年代开始使用，有前途的三种类型为： 类型 直流助磁饱和电抗器型 可控硅控制电抗器型 自饱和电抗器型

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共同点：电 容支路 不同点： 电 抗器支路

同步频率下感性无功功率电源 C和Lf构成谐振，兼作高次谐波滤波器

不可控 可控硅—————— 不饱和 可控的 直流助磁————— 自饱和———不可控 饱和电抗器

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优点：

极好的调节性能 可用于冲击性负荷的无功补偿 维护简单 损耗小，不超过1% 应用越来越多

原理： 自饱和型

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四、无功功率的平衡系统中功率平衡：ΣQGC- ΣQL- ΔQΣ=0 1) 电源：ΣQGC=ΣQG+ΣQC=ΣQG+ ΣQC1 + ΣQC2 + ΣQC3发电机 调相机 电容器 静止补偿器

2) 负荷：

未改善 COSΦ=0.6-0.9

规程规定不低于0.9,可按此取QL变压器 线路电抗 线路电纳

3) 损耗： ΔQΣ = ΔQT + ΔQX + ΔQb

4) 无功备用:为最大无功负荷的7%--8% 注意： 系统中无功率平衡的前提是系统的电压水平正常

无功不足时应就地补偿

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第二节电力系统无功功率的经济分布无功电源的最优分布—等网损微增率 无功经济分布 无功负荷的最优补偿—无功经济当量

一、无功功率电源的最优分布目标函数：ΔPΣ=ΔPΣ(QGi)n m i 1 j 1

目的：降低网络中的有功损耗

等约束条件： QGi QLj Q 0 无功平衡

Q Q Q 不等约束条件： U U UGimin Gi i min i

Gimax

i max

拉格朗日函数： L P (QGi) ( QGi QLi Q )i 1 j 1

n

m

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最优分布——求拉格朗日函数的极值： Q P L

(1 ) 0 QGi QGi QGi L i 1,2 n

Q Q Q 0i 1 Gi j 1 Lj

n

m

可改写为： P QGi

P 1 1 Q Q QGj 1 1 QGi QGj

有功网损微增率

无功网损微增率

二、如何进行无功功率最优分布的计算 Q P 因为涉及到 和 所以计算相当复杂 QGi QGi

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一般的原则是：1) 计算 潮流 分布 2) 计算 网损 微增 率 按有功最优分布结果给出各节点(除平衡节 点外)的P 给出P、Q节点的Q 给出P、U节点的U 由潮流计算得各无功电源点的λ值 λ<0时，增大该电源的Q,可降低网损 λ>0时，减少该电源的Q,可降低网损 进行调整

3) 重设电源节点的无功QGi和PU节点的电压，进行潮流计 算，求总网损、网损微增率，判断平衡节点的P,直 到P最小4) 当ΔPΣ不再减小时，各节点网损微增率未必相等，因 为受不等条件限制