第四章 电力系统无功平衡与电压调整.ppt

　　第四章电力系统无功平衡与电压调整 第一节　无功功率平衡 一、无功功率电源 　1．发电机 　 　　 发电机不仅是电力系统中唯一一种有功电源，也是电力系统中最主要的无功电源。 　 　 　发电机一般情况下总是以滞后功率因数运行，即向电网发出无功功率。可以通过调节发电机的励磁电流（或电压）的大小来调整发电机的无功出力，或者说是调整机端电压，可以实行连续平滑调节。 　 　 　　 另外，发电机还有一些特殊运行方式。 　发电机作调相机运行，是指发电机不发有功功率，专门发无功功率的状态。该方式，水电机组在枯水期时可以采用。 　 　　发电机进相运行，是指发电机欠励磁运行，即从电网中吸收无功功率。进相运行时，要受到系统稳定性、发电机定子端部发热等因素的限制，故发电机如要进相运行，必须符合以下条件：具备进相运行能力的发电机在进行了进相运行试验后方可进相运行。 　 　　 下面研究发电机的功角特性与运行极限 　　　以隐极机为例。隐极发电机正常运行时，电抗为xd。发电机机端电压为　、电流　、功率因数　，因发电机绕组电阻远远小于电抗，忽略电阻，隐极发电机正常运行时电路图与向量图如下图所示。 图中： 称发电机空载电势，δ称发电机功角。 图中有： 　　当发电机以额定工况运行时，即以UN、IN、φN、EqN运行时，其向量图上每个向量均乘以　（为常数，图形形状不变）， 　　　则图中向量OB为：　　　　　　　　， 　　　即向量OB代表发电机额定视在功率， 　向量OC为：　　　　　　　　　　　， 　向量OD为：　　　　　　　　　　　。 据此可作发电机运行极限图： ①定子绕组温升约束； 　 　定子绕组温升取决于发电机定子电流，即取决于发电机视在功率，当以发电机额定视在功率为限时，图中表现为不能超出以O为圆心OB为半径的圆弧①。 　 ②励磁绕组温升约束； 　 　励磁绕组温升取决于发电机励磁电流，而励磁电流正比与发电机空载电势Eq，当以发电机额定空载电势为限时，图中表现为不能超出以O’为圆心O’B为半径的圆弧②。 ③原动机功率约束； 　 　发电机能够发出的有功功率受制于原动机的功率，如以额定有功功率为限，图中表示为直线BC（直线③）之下。 ④发电机进相运行约束； 　　约束条件需通过计算和试验得到，图中以曲线④示意。 　2．无功补偿设备 ①调相机 　　可看成是不发有功功率的发电机，补偿机理与发电机相同，过励磁运行时发出无功功率，欠励磁运行时，吸收无功功率，通过调节励磁可以方便地连续平滑调节无功功率。 　　不过，调相机投资大，功率损耗较大，且为旋转设备运行维护工作量大。 ②并联电容器 　　　并联电容器消耗容性无功， 　　　相当于发出感性无功。 如图所示，其补偿的无功为： 　　　并联电容器能补偿负荷感性无功功率以提高功率因数，故也称移相电容器。 　　　如原来的负荷为：　　　， 　　　则补偿后为： 　功率因数由原来的： 　　　　提高到： 　 　或者说，相位角由原来的： 　　　变为：　　 　 　　　并联电容器的优越性在于其经济性。一是其投资少和运行费用便宜。另一是，采用并联电容无功补偿后，需要线路、变压器输送的无功功率减少，根据：，则线路、变压器绕组有功损耗减少，有利于减少网损。 　 　　　并联电容器一般不能连续调节，一般变电所中采用分组投切。 　　　并联电容器的最大缺点来自其补偿机理，即其无功与电压平方成正比。这样当系统无功不足导致电压偏低时，并联电容器补偿的无功反而随电压下降成平方倍下降，（线路充电功率也有同样特性）。所以，为了系统的稳定性，并联电容器不能独立作为电网的电压支撑，需要有输出无功可不随系统电压下降而减少的无功电源作为系统电压支撑，发电机的无功调节具有这样的特性，而对于没有发电机的地区的系统，则应装设同步调相机来作为系统的电压支撑。 ③并联电抗器 可以吸收电网感性无功功率。 　　其吸收的无功功率为： 　　 　当超高压线路空载或者轻载时，由于负荷很小，线路阻抗上的无功损耗很小，而线路的充电功率和电压平方成正比，超高压线路因电压较高，故充电功率很大，在线路轻载或者空载时，其远远大于线路阻抗上的无功损耗，这时，线路的末端电压可能会高于始端电压，这就是超高压线路的容升效应。 　　　为了抵消超高压线路多大的充电功率，应装设并联电抗器。 　　　并联电抗器分为低抗和高抗两种类型。 　　500kV变电所一般专设一个15.75kV或35kV的电压母线，专门用于装设无功补偿设备，如并联电容器和并联电抗器。装在该低压母线上的电抗器，因其电压等级较低，称为低抗。低抗一般采用分组投切。低抗的作用仅在于无功补偿（吸收感性无功）。 　　高抗直接装设