第四章电力系统电压调整和无功功率控制技术 频率调整:1全系统频率相同2调发电机3消耗能源4集中控制5 调进汽量 电压调整:1电压水平各点不同2调发电机、调相机、电容器和静 止补偿器等3不消耗能源4电压控制分散进行5调节手段多种多 样 第一节电力系统电压控制的意义 电压和频率一样,都是电能质量的重要指标 电压降低的不良影响 减少发电机所发有功功率 异步电动机的转差率将增大,电流也将增大,温升将增加。当 转差增大、转速下降时,其输出功率将迅速减少 3.电动机的启动过程将大为增加,启动过程温度过高。 4.电炉等电热设备的发热量降低 5.危及电力系统运行的稳定性 第二节电力系统的无功功率平衡与电压的关系 无功功率平衡,即ΣQG=QD+2Q1
-107- 第四章 电力系统电压调整和无功功率控制技术 频率调整: 1全系统频率相同 2调发电机 3消耗能源 4集中控制 5 调进汽量 电压调整：1 电压水平各点不同 2 调发电机、调相机、电容器和静 止补偿器等 3 不消耗能源 4电压控制分散进行 5 调节手段多种多 样。 第一节 电力系统电压控制的意义 电压和频率一样，都是电能质量的重要指标。 电压降低的不良影响： 1． 减少发电机所发有功功率。 2． 异步电动机的转差率将增大，电流也将增大，温升将增加。当 转差增大、转速下降时，其输出功率将迅速减少。 3． 电动机的启动过程将大为增加，启动过程温度过高。 4． 电炉等电热设备的发热量降低。 5． 危及电力系统运行的稳定性。 第二节 电力系统的无功功率平衡与电压的关系 无功功率平衡，即 QG = QD + QL
电源无功功率 ΣQ=ΣQa+ΣQ+Qc2+Qc3 Qa;发电机供应的无功功率 Qa1:调相机供应的无功功率 Q2:并联电容器供应的无功功率 Qa:静止补偿器供应的无功功率 无功功率损耗 ∑Q=△Q+△Qx-△QB △Qn:变压器中的无功功率损耗 △Q:线路电抗中的无功功率损耗 △QB:线路电纳中的无功功率损耗△。(属容性) 电力系统无功功率平衡与电压水平有着密切的关系 U=0+AU ++ Pp+jQ 如果无功功率平衡 O=0n+ X 且U=U 若负荷无功功率Q。增加 图4-1电力系统接线图 由于U=9DXE则AU随之增加,此时 1.如果增加发电机的励磁,使UG增加,且发电机输出电压增量△L于
-108- 电源无功功率： QG = QGi + QC1 + QC2 + QC3 QGi ：发电机供应的无功功率 QC1 ：调相机供应的无功功率 QC2 ：并联电容器供应的无功功率 QC3 ：静止补偿器供应的无功功率 无功功率损耗： Q = L QT + Q −X QB QT ：变压器中的无功功率损耗 QX ：线路电抗中的无功功率损耗 QB ：线路电纳中的无功功率损耗 QB （属容性）。 电力系统无功功率平衡与电压水平有着密切的关系 UG = U + U 如果无功功率平衡： QG QD QL = + 且 U UN = 若负荷无功功率 QD 增加， 由于 U U Q X N D = 则 U 随之增加，此时 1．如果增加发电机的励磁，使 UG 增加，且发电机输出电压增量 UG 于 U G • • U PD jQD + U G • X d PD + jQD Y D j X • U Eq 图 4-1 电力系统接线图
AU的增量则: U=U 新的状态下达到平衡:QG=QD+Q 2.如果发电机输出电压增量△U大于△U的增量,将会使U升高并且超 过u,此时: UH>U 负荷在高水平电压U下运行,所需要的无功功率也在增加,新的电 压水平下达到新的无功功率平衡:Qa=Qm+Qun 3.如果Uσ不能补偿ΔU的增加,则负荷端电压将下降,低于vx,此 时: U<U 负荷在低水平电压U下运行,所需的系统无功功率将减小,新的电压 水平下达到新的无功功率平衡:Qa=Qm+Q 无功功率补偿要在负荷中心地区设置,以避免无功功率在电网中 的大量传输 P(M) 40 0N 80 Q(MVAR 图44同步发电机的P-Q曲线
-109- U 的增量则： U UN = 新的状态下达到平衡： ' ' ' Q G Q D Q L = + 2．如果发电机输出电压增量 UG 大于 U 的增量，将会使 U 升高并且超 过 UN ，此时： UH U N 负荷在高水平电压 UHL 下运行，所需要的无功功率也在增加，新的电 压水平下达到新的无功功率平衡： QGH QDH QLH = + 3．如果 UG 不能补偿 U 的增加，则负荷端电压将下降，低于 UN ，此 时： UL UN 负荷在低水平电压 U L 下运行，所需的系统无功功率将减小，新的电压 水平下达到新的无功功率平衡： QGL QDL QLL = + 无功功率补偿要在负荷中心地区设置，以避免无功功率在电网中 的大量传输。 S N P(MW ) Q(MVAR) PN QN 80 40 40 cos = 0.85 0.8 0.5 0.4 图 4-4 同步发电机的 P − Q 曲线
电力系统的无功功率电源有: (1)同步发电机 同步发电机目前是电力系统中惟一的有功功率电源,它又是基本 的无功功率电源。 1.同步发电机低于额定功率因数运行时,发电机的输出视在功率受 制于励磁电流不超过额定值的条件,从而将低于额定视在功率s 2.同步发电机高于额定功率因数运行时,励磁电流的大小不再是限 制的条件,而原动机输出功率p成了它的限制条件。 因此,同步发电机只有在额定电压、额定电流、额定功率因数下运行 时,视在功率才能达到额定值,发电机容量才能得到最充分的利用。 3.同步发电机以超前功率因数运行时,定子电流和励磁电流大小都 不再是限制条件,而此时并联运行的稳定性或定子端部铁芯等的发热 成了限制条件。 由图可知,当电力系统中有一定备用有功电源时,可以将离负荷中心 近的发电机低于额定功率因数运行,适当降低有功功率输出而多发 些无功功率,这样有利于提高电力系统电压水平。 (2)同步调相机及同步电动机 同步调相机是特殊运行状态下的同步电动机,可视为不带有功负 荷的同步发电机或是不带机械负荷的同步电动机 同步调相机当过激运行时,它向电力系统提供感性无功功率
-110- 电力系统的无功功率电源有： （1）同步发电机 同步发电机目前是电力系统中惟一的有功功率电源，它又是基本 的无功功率电源。 1．同步发电机低于额定功率因数运行时，发电机的输出视在功率受 制于励磁电流不超过额定值的条件，从而将低于额定视在功率 S N 。 2．同步发电机高于额定功率因数运行时，励磁电流的大小不再是限 制的条件，而原动机输出功率 PN 成了它的限制条件。 因此，同步发电机只有在额定电压、额定电流、额定功率因数下运行 时，视在功率才能达到额定值，发电机容量才能得到最充分的利用。 3．同步发电机以超前功率因数运行时，定子电流和励磁电流大小都 不再是限制条件，而此时并联运行的稳定性或定子端部铁芯等的发热 成了限制条件。 由图可知，当电力系统中有一定备用有功电源时，可以将离负荷中心 近的发电机低于额定功率因数运行，适当降低有功功率输出而多发一 些无功功率，这样有利于提高电力系统电压水平。 （2）同步调相机及同步电动机 同步调相机是特殊运行状态下的同步电动机，可视为不带有功负 荷的同步发电机或是不带机械负荷的同步电动机。 1．同步调相机当过激运行时，它向电力系统提供感性无功功率
2.同步调相机欠激运行时,从电力系统中吸收感性无功功率 改变同步调相机的励磁,可以平滑地改变它的无功功率的大小及 方向,从而平滑地调节所在地区的电压。 4.同步调相机的电压调节效应一般为正值,即它所输出的无功功率 随其端电压的下降而增加,这是其优点。 5.过激运行状态下的同步电动机能够向电力系统提供感性无功功率。 因此充分发挥用户所拥有的同步电动机的作用,使其过激运行,对提 高电力系统的电压水平也是有利的 (3)静电电容器 静电电容器从电力系统中吸收容性的无功功率,也就是说可以 向电力系统提供感性的无功功率,因此可视为无功功率电源。 2.可根据实际需要由许多电容器联接组成。因此,容量可大可小 既可集中使用,又可分散使用,并且可以分相补偿,随时投入、 切除部分或全部电容器组,运行灵活。 3.电容器所输出的无功功率Q。与其端电压的平方成正比 Xc 式中Xc一电容器地电抗 一交流电的角频率 C一电容器的电容量
-111- 2．同步调相机欠激运行时，从电力系统中吸收感性无功功率。 3．改变同步调相机的励磁，可以平滑地改变它的无功功率的大小及 方向，从而平滑地调节所在地区的电压。 4．同步调相机的电压调节效应一般为正值，即它所输出的无功功率 随其端电压的下降而增加，这是其优点。 5．过激运行状态下的同步电动机能够向电力系统提供感性无功功率。 因此充分发挥用户所拥有的同步电动机的作用，使其过激运行，对提 高电力系统的电压水平也是有利的。 （3）静电电容器 1． 静电电容器从电力系统中吸收容性的无功功率，也就是说可以 向电力系统提供感性的无功功率，因此可视为无功功率电源。 2． 可根据实际需要由许多电容器联接组成。因此，容量可大可小， 既可集中使用，又可分散使用，并且可以分相补偿，随时投入、 切除部分或全部电容器组，运行灵活。 3． 电容器所输出的无功功率 QC 与其端电压的平方成正比， U C X U Q C C 2 2 = = 式中 X C —电容器地电抗； —交流电的角频率 C—电容器的电容量