電力系統(tǒng)的無功功率

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1、主 講 人 ： 張 明 勝 第 六 章 電 力 系 統(tǒng) 的 無 功 功 率 與 電 壓 調(diào) 整本 章 主 要 內(nèi) 容 ：1、 無 功 負 荷 和 無 功 電 源 及 無 功 功 率 平 衡 3、 電 壓 的 調(diào) 整2、 無 功 功 率 的 經(jīng) 濟 分 布 :無 功 電 源 的 最 優(yōu) 分 布； 無 功 負 荷 的 最 優(yōu) 補 償 頻 率 調(diào) 整 和 電 壓 調(diào) 整 的 相 同 和 不 同 之 處調(diào) 頻 頻 率 唯 一集 中 調(diào) 整只 能 調(diào) 原 動 機 功 率 調(diào) 壓 電 壓 水 平 各 點 不 同調(diào) 整 分 散手 段 多 樣 （ 有 多 種 無 功 電 源 ） 由 上 可 以 看 出 ： 維

2、 持 電 壓 穩(wěn) 定 ， 應(yīng) 該 盡 量 減 少 無功 的 傳 輸 ， 采 取 就 地 平 衡 。 分 析 無 功 功 率 和 電 壓 分 布 之 間 的 關(guān) 系無 功 損 耗 有 功 損 耗 ;UQXPRU 電 壓 降 受 無 功 功 率 的 影 響 較 大 ;無 功 功 率 的 流 動 從 UhUL 第 一 節(jié) 電 力 系 統(tǒng) 的 無 功 功 率 平 衡 電 壓 是 衡 量 電 能 質(zhì) 量 的 重 要 指 標(biāo) 。 電 力 系 統(tǒng) 的 運 行 電 壓 水 平 取 決 于 無 功 功 率 的 平 衡 。系 統(tǒng) 中 各 種 無 功 電 源 的 無 功 出 力 應(yīng) 能 滿 足 系 統(tǒng) 負 荷和 網(wǎng)

3、 絡(luò) 損 耗 在 額 定 電 壓 下 對 無 功 功 率 的 需 求 ， 否 則電 壓 就 會 偏 離 額 定 值 。 1 無 功 功 率 負 荷 2 2M m mUQ Q Q I XX 一 、 無 功 功 率 負 荷 和 無 功 功 率 損 耗異 步 電 動 機圖 6-1 異 步 電 動 機 的 簡 化 等 值 電 路 jX 電 壓 下 降 ,轉(zhuǎn) 差增 大 ,定 子 電 流增 大 . 圖 6-2 異 步 電 動 機 的 無 功 功 率 與 端 電 壓 的 關(guān) 系 受 載 系 數(shù) :實 際 負 載 和 額 定 負 載 之 比 .在 額 定 電 壓 附 近 ， 電 動機 的 無 功 功 率 隨

4、電 壓 的升 降 而 增 減 2 變 壓 器 的 無 功 損 耗 220 220% %100 100LT T T Tk NN N SQ Q Q U B XUI U S US S U 假 定 一 臺 變 壓 器 的 空 載 電 流 I0%=2.5， 短 路 電 壓 Uk%=10.5，在 額 定 滿 載 下 運 行 時 ， 無 功 功 率 的 消 耗 將 達 額 定 容 量 的 13%。如 果 從 電 源 到 用 戶 需 要 經(jīng) 過 好 幾 級 變 壓 ， 則 變 壓 器 中 無 功功 率 損 耗 的 數(shù) 值 是 相 當(dāng) 可 觀 的 。 3 輸 電 線 路 的 無 功 損耗 圖 6-3 輸 電 線

5、 路 的 型 等 值 電 路 2 2 2 21 1 2 22 21 2L P Q P QQ X XU U 2 21 2( )2B BQ U U 線 路 的 無 功 總 損 耗 為2 2 2 21 1 1 221 2L B P Q U UQ Q X BU 一 般 情 況 下 ， 35kV及 以 下 系 統(tǒng) 消 耗 無 功 功 率 ；110kV及 以 上 系 統(tǒng) ， 輕 載 或 空 載 時 ， 成 為 無 功 電 源 ，傳 輸 功 率 較 大 時 ， 消 耗 無 功 功 率 。 二 、 無 功 功 率 電 源電 力 系 統(tǒng) 的 無 功 功 率 電 源 有 發(fā) 電 機 、 同 步 調(diào) 相 機 、 靜

6、電 電 容 器 及 靜 止 補 償 器 ， 后 三 種 裝 置 又 稱 為 無 功 補 償裝 置 。1. 發(fā) 電 機發(fā) 電 機 在 額 定 狀 態(tài) 下 運 行 時 ， 可 發(fā) 出 無 功 功 率 ： NGNNGNGN tgPSQ sin 發(fā) 電 機 在 非 額 定 功 率 因 數(shù) 下 運 行 時 可 能 發(fā) 出 的 無 功功 率 。 圖 6-4 發(fā) 電 機 的 P-Q極 限 （ 1） 當(dāng) 發(fā) 電 機 低 于 額 定 功 率 因 數(shù) 運 行 時 ， 能 增 加輸 出 的 無 功 功 率 ， 但 發(fā) 電 機 的 視 在 功 率 因 取 決 于勵 磁 電 流 不 超 過 額 定 值 的 條 件 ，

7、將 低 于 其 額 定 值 。（ 2） 當(dāng) 發(fā) 電 機 高 于 額 定 功 率 因 數(shù) 運 行 時 ， 勵 磁 電流 不 再 是 限 制 條 件 ， 原 動 機 的 機 械 功 率 又 成 了 限制 條 件 。（ 3） 發(fā) 電 機 只 有 在 額 定 電 壓 、 額 定 電 流 和 額 定 功率 因 數(shù) （ 即 運 行 點 C） 下 運 行 時 視 在 功 率 才 能 達 到額 定 值 ， 使 其 容 量 得 到 最 充 分 的 利 用 。 2. 同 步 調(diào) 相 機同 步 調(diào) 相 機 相 當(dāng) 于 空 載 運 行 的 同 步 電 動 機 。在 過 勵 磁 運 行 時 ， 它 向 系 統(tǒng) 供 給

8、感 性 無 功 功 率 而 起 無 功電 源 的 作 用 ， 能 提 高 系 統(tǒng) 電 壓 ；在 欠 勵 磁 運 行 時 （ 欠 勵 磁 最 大 容 量 只 有 過 勵 磁 容 量 的（ 50% 65%） )， 它 從 系 統(tǒng) 吸 取 感 性 無 功 功 率 而 起 無 功 負荷 作 用 ， 可 降 低 系 統(tǒng) 電 壓 。它 能 根 據(jù) 裝 設(shè) 地 點 電 壓 的 數(shù) 值 平 滑 改 變 輸 出 （ 或 吸 取 ）的 無 功 功 率 ， 進 行 電 壓 調(diào) 節(jié) 。 因 而 調(diào) 節(jié) 性 能 較 好 。 缺 點 ：同 步 調(diào) 相 機 是 旋 轉(zhuǎn) 機 械 ， 運 行 維 護 比 較 復(fù) 雜 ；有 功

9、功 率 損 耗 較 大 ， 在 滿 負 荷 時 約 為 額 定 容 量的 (1.55)%， 容 量 越 小 ， 百 分 值 越 大 ；小 容 量 的 調(diào) 相 機 每 kVA容 量 的 投 資 費 用 也 較 大 。故 同 步 調(diào) 相 機 宜 大 容 量 集 中 使 用 ， 容 量 小 于 5MVA的 一 般 不 裝 設(shè) 。同 步 調(diào) 相 機 常 安 裝 在 樞 紐 變 電 所 。 靜 電 電 容 器 可 按 三 角 形 和 星 形 接 法 連 接 在 變 電 所母 線 上 。 它 供 給 的 無 功 功 率 QC值 與 所 在 節(jié) 點 電 壓 的平 方 成 正 比 ， 即 缺 點 ： 電 容

10、器 的 無 功 功 率 調(diào) 節(jié) 性 能 比 較 差 。 優(yōu) 點 ： 靜 電 電 容 器 的 裝 設(shè) 容 量 可 大 可 小 ， 既 可 集中 使 用 ， 又 可 以 分 散 安 裝 。 且 電 容 器 每 單 位 容 量 的投 資 費 用 較 小 ， 運 行 時 功 率 損 耗 亦 較 小 ， 維 護 也 較方 便 。 QC=U 2/XC3. 靜 電 電 容 器 靜 止 補 償 器 由 靜 電 電 容 器 與 電 抗 器 并 聯(lián) 組 成電 容 器 可 發(fā) 出 無 功 功 率 ， 電 抗 器 可 吸 收 無 功 功 率 ，兩 者 結(jié) 合 起 來 ， 再 配 以 適 當(dāng) 的 調(diào) 節(jié) 裝 置 ， 就

11、 能 夠 平滑 地 改 變 輸 出 （ 或 吸 收 ） 的 無 功 功 率 。4. 靜 止 補 償 器 圖 6-5 靜 止 無 功 補 償 器 的 原 理 圖 (a)可 控 飽 和 電 抗 器 型 ； (b)自 飽 和 電 抗 器 型 ；(c)可 控 硅 控 制 電 抗 器 型 ；(d) 可 控 硅 控 制 電 抗 器 和 可 控 硅 投 切 電 容 器 組 合 型 三 、 無 功 功 率 平 衡電 力 系 統(tǒng) 無 功 功 率 平 衡 的 基 本 要 求 ： 系 統(tǒng) 中 的 無功 電 源 可 以 發(fā) 出 的 無 功 功 率 應(yīng) 該 大 于 或 至 少 等 于負 荷 所 需 的 無 功 功 率

12、和 網(wǎng) 絡(luò) 中 的 無 功 損 耗 。 GC LD resLT L BQ Q Q QQ Q Q Q Qres0表 示 系 統(tǒng) 中 無 功 功 率 可 以 平 衡 且 有 適 量 的備 用 ；Q res0.95)或 導(dǎo) 線 截 面 小 的 線路 ， 由 于 PR/V分 量 的 比 重 大 ， 串 聯(lián) 補 償 的 調(diào)壓 效 果 就 很 小 。 補 償 所 需 的 容 抗 值 XC和 被 補 償 線 路 原 來 的 感 抗值 XL之 比 kc=XC/XL稱 為 補 償 度 。 在 配 電 網(wǎng) 絡(luò) 中 以 調(diào) 壓 為 目 的 的 串 聯(lián)電 容 補 償 ， 其 補 償 度 常 接 近 于 1或 大 于

13、1。 電 力 線 路 采 用 串 聯(lián) 電 容 補 償 ， 也 帶 來 一 些 特 殊 問題 ， 因 此 作 為 改 善 電 壓 質(zhì) 量 的 措 施 ， 串 聯(lián) 電 容 器只 用 于 110kV以 下 電 壓 等 級 、 長 度 特 別 大 或 有 沖擊 負 荷 的 架 空 分 支 線 路 上 。 10kV及 以 下 電 壓 的架 空 線 路 ， 由 于 RL/XL很 大 ， 所 以 使 用 串 聯(lián) 電 容 補償 是 不 經(jīng) 濟 和 不 合 理 的 。 220kV以 上 電 壓 等 級 的 遠 距 離 輸 電 線 路 中 采用 串 聯(lián) 電 容 補 償 ， 其 作 用 在 于 提 高 運 行 穩(wěn) 定 性 和輸 電 能 力 。 例 6 7