大工21春《电力系统分析》复习资料九
电力系统分析辅导资料九主 题：第六章电力系统无功功率的平衡和电压调整（第1-2节）学习时间：2020年5月25日--5月31日
“不忘初心、牢记使命”主题理论学习：
每周文摘： “我们既要绿水青山，也要金山银山。宁要绿水青山，不要金山银山，而且绿水青山就是金山银山。”要按照绿色发展理念，树立大局观、长远观、整体观，坚持保护优先，坚持节约资源和保护环境的基本国策，把生态文明建设融入经济建设、政治建设、文化建设、社会建设各方面和全过程，建设美丽中国，努力开创社会主义生态文明新时代。
摘选自《习近平总书记系列重要讲话读本》课程内容：
第六章电力系统无功功率的平衡和电压调整
这周我们将学习第六章中的第1-2节，请同学们做好准备，学习开始啦。第一节 电力系统中无功功率的平衡
1．无功功率负荷和无功功率损耗
（1）无功功率负荷
无功功率负荷是以滞后功率因数运行的用电设备（主要是异步电动机）所吸收的无功功率。一般综合负荷的功率因数为0.6-0.9。
（2）电力系统的无功损耗
1）变压器的无功损耗
变压器中的无功功率损耗分两部分，即励磁支路损耗和绕组漏抗中的损耗。其中励磁支路损耗的百分值基本上等于空载电流的百分值，约为额定容量的1％-2％；绕组漏抗中的损耗在变压器满载时基本上等于短路电压UK的百分值，约为额定容量的10％。
从发电厂到用户，通常中间要经过多级升压、降压，尽管每台变压器的无功损耗只占每台变压器的百分之十几，但对多级变压器网络，总损耗就相当可观了，有时可达用户无功负荷的75%左右。
2）电力线路的无功损耗
电力线路的无功损耗也分两部分，即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。并联电纳中的无功损耗又称充电损耗，与电力线路电压的平方成正比，呈容性（发出无功功率）。串联电抗中的无功功率与负荷电流的平方成正比，呈感性（消耗无功功率）。
对线路不长，长度不超过100Km，电压等级为220Kv电力线路，线路将消耗感性无功功率；对线路较长，其长度为300Km左右时，对220Kv电力线路，线路基本上既不消耗感性无功功率也不消耗容性无功功率，呈电阻性；线路大于300Km时，线路为电容性的，线路将发出感性无功。
3）无功损耗和有功损耗的对比
可以看出无功损耗大于有功损耗。
2．无功功率电源
电力系统的无功功率电源包括同步发电机、同期调相机、并联电容器和静止补偿器等。
（1）无功电源
1）同步发电机。同步发电机在额定运行状态下，通过调整励磁电流，可连续调节无功功率（即可发出感性无功，也可吸收感性无功），不需要额外投资，是电力系统中基本的无功电源。但是发电机发出的无功功率具有一定的范围，主要取决于定子额定电流、转子额定电流（主要考虑温升）。当系统中无功电源不足，而有功备用容量又较充足时，可利用靠近负荷中心的发电机降低功率因数运行，多发无功功率以提高电力系统的电压水平。但是发电机的运行点不应越出P-Q极限曲线的范围。
2）同期调相机。调相机实际上就是只能发无功功率的发电机。它在过激运行时向电力系统供给感性无功功率，欠激运行时从电力系统吸取感性无功功率。欠激运行时的容量约为过激运行时容量的50%-60%，这些也就是作为无功功率电源的调相机的运行极限。该设备的优点是调节性能好，就能发感性无功，也能吸收感性无功，是一种连续的调节。它的缺点是有功损耗较大（满载时约占SN的1.5%—5%），投资大，因此要大容量集中使用。我国常安装在枢纽变电站，国外已很少采用。
3）并联电容器。并联电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上（供给感性功率或吸收容性功率）。它供给的无功功率QC值与所在节点电压的平方成正比。它的优点是：①装设容量可大可小，即可集中使用，又可分散装设就地供给无功功率。②投资费用较少，运行损耗也较小（0.3%-0.5%SN），且维护方便。③可分组投切，运行容量离散可控。缺点是当节点电压下降需要无功时，输出无功反而降低结果导致系统电压继续下降。
4）静止补偿器（SVC）。它将电抗器和电容器并联使用，因此即可发出感性无功，也可发出容性无功，且输出功率可调。用于替代同期调相机，国外已广泛使用。
（2）无功电源与有功电源的比较
有功电源只有发电机组，电源单一。
无功电源有发电机组，无功补偿装置（电容器组、电抗器组、调相机、静止补偿器），电源多样性。
有功电源供应有功功率和电能需要消耗一次能源。无功电源不消耗一次能源。但是无功功率在传输过程中会增加电流，使得有功功率损耗增大，即无功功率在传输过程中消耗有功功率。
3.无功功率平衡与电压调整
（1）无功平衡的定义
就是要使系统中无功电源发出的无功功率与系统的无功负荷和网络中无功损耗相平衡（在一个电压等级下平衡，可能在另一个电压等级下就不平衡了）。即
（2）无功平衡与电压的关系
无功电源综合静态电压特性（单调上升）
原因是系统中无功补偿装置电容器占多数。电容器的端口电压越高，发出的无功功率越多；电容器的端口电压越低，发出的无功功率越少。
无功负荷（包括损耗）的综合静态电压特性
可看出，同一无功功率下，有两个对应的运行电压水平。通常在额定电压时，无功负荷静态特性处在上升段。
有功电源不足，相应的有功平衡，意味着频率的下降。
无功电源不足，相应的无功平衡，意味着电压的下降。
A、B两平衡点， B点电源不足，频率（电压）小于额定值
若无功电源严重短缺，电压水平低下，某些枢纽变电所母线在微小扰动系下很可能顷刻之间大幅度下降，从而造成电压崩溃。
总之，实现无功功率在额定电压下的平衡是保证电压质量的基本条件。
（3）实现平衡的基本要求
1）无功电源发出的无功功率应该大于或至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗之和。
2）系统还必须配置一定的无功备用容量（7%-8%Qmax）。
3）尽量避免通过电网元件大量的传送无功功率，应该分地区、分电压等级地就地平衡。小容量的、分散的无功补偿可采用静电电容器；大容量的配置在系统中枢点的无功补偿则宜采用同步调相机或SVC。
4）负荷不同，系统电压往往不同，某些无功电源的无功输出也不同。故一般情况下按照正常最大和最小负荷的运行方式计算无功平衡，必要时还应校验某些设备检修时或故障后运行方式下的无功功率平衡。第二节 电力系统中电压管理
1.电压偏移及其分类
（1）电压偏移
实际运行电压偏离额定电压，即称为电压偏移。表示方式：
我国对电压偏移的规定：35kV及以上电压供电负荷电压偏移范围在±5%之内；10kV及以下电压供电负荷电压偏移范围在±7%之内；低压照明负荷电压偏移范围在+5%—-10%之间；农村电网电压偏移范围在+7.5%—-10%之间。
（2）电压偏移的危害
1）电压偏移过大，影响生活、生产、产品质量和产量，损坏设备，甚至大面积停电。
2）电压过高，设备绝缘受损，同时变压器、电动机等的铁芯损耗增大，温升增加，寿命缩短。
3）电压过低，功率一定时，发电机、电动机和变压器的绕组电流增大，也会损坏设备，影响寿命。
4）电压波动，影响照明设备的效率，冶炼产品的质量和产量，而对枢纽变电站，严重时可能引起“电压崩溃”，造成大面积停电。
（3）电压偏移的分类（按原因）
1）电压变动。它是由生产、生活和气象变化引起的负荷波动引起的电压偏移，其特点是周期长、波及面大、幅值大。应对措施常采用电压调整。
2）电压波动。它是由冲击性负荷或间歇性负荷引起的负荷波动引起的电压偏移，其特点是周期短、波及面较小，但其幅值有时很大，影响也不容忽略。 通常采取的措施是电压波动限制。
2.中枢点电压管理
（1）基本概念
电力系统进行调压的目的，就是要采取各种措施，使用户处的电压偏移保持在规定的范围内。但由于电力系统结构复杂，负荷较多，如对每个用电设备电压都进行监视和调整，不仅不经济而且无必要。因此，电力系统电压的监视和调整可通过监视、调整电压中枢点电压来实现。
电压中枢点是指某些可以反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电所母线。因为很多负荷都由这些中枢点供电，如能控制住这些点的电压偏移，也就控制住了系统中大部分负荷的电压偏移。于是，电力系统电压调整问题也就转变为保证各中枢点的电压偏移不超出给定范围的问题。
注意：这里电压调整的对象为由生产、生活和气象变化引起的负荷波动引起的电压偏移（即电压变动）。
（2）电压中枢点的选择
通常我们选取区域性水、火电厂的高压母线、枢纽变电所二次母线、有大量地方负荷的发电厂母线、城市直降变电所二次母线为电压中枢点。
（3）中枢点的电压范围的确定
根据负荷和电网参数通过计算确定，以向两个负荷点供电的中枢点简单系统说明。
（4）中枢点的调压方式
1）中枢点的电压调节方式分为逆调压、顺调压和恒调压。
逆调压是指高峰负荷时升高电压、低谷负荷时降低电压的中枢点调压方式。逆调压时，要求高峰时不高于1.05 UN ,低谷时不低于1.0UN 。
顺调压是指负荷高峰时允许电压稍有下降，负荷低谷时允许电压略有上升的电压中枢点调压方式。要求高峰时不低于1.025 UN,低谷时不高于1.075 UN。
恒调压是指高峰或低谷时，电压基本保持某一数值不变的中枢点调压方式。一般，取值1.02-1.05UN。
2）三种调压方式的比较及使用环境
逆调压是要求最高的调压方式，一般需要专门的调压设备。适用于各供电负荷变化规律大致相同，且供电线路电压损耗较大的电压中枢点。这样，最大负荷时，可通过提高电压抵偿线路上的电压损耗；而最小负荷时，可防止负荷点电压过高。
顺调压是要求最低的调压方式，一般不需要专门的调压设备。适用于供电线路不长，负荷变动不大，从而线路压降变化不大的中枢点。
常调压的调压要求介于逆调压和顺调压之间。其适用范围亦为介于两者之间的电压中枢点。
3.电压调整的基本原理
以下图所示简单电力系统说明。
为简便，略去电力线路的电容功率、变压器的励磁功率和网络的功率损耗。设变压器的参数已归算到高压侧。负荷节点b点的电压为：
可知，调整b点电压的方式有：
（1）调节发电机励磁电流以改变发电机机端电压UG；
（2）改变变压器的变比k1、k2；
（3）改变功率分布P+jQ（主要是Q），使电压损耗△U变化（在b点并联电容，减小线路上的电压损耗，提供b点电压）；
（4）改变网络参数R+jX（主要是X），改变电压损耗△U（在b点串联电容，提高电压水平）。本周要求掌握的内容如下：
电力系统中无功功率的平衡
电力系统中的电压管理习题：
1、我国规定，10kV及以下电压供电负荷电压偏移范围在（ ）之内。
A．±4%
B．±5%
C．±6%
D．±7%
答案：D
2、电压偏移的危害
A、电压偏移过大，影响生活、生产、产品质量和产量，损坏设备，甚至大面积停电。
B、电压过高，设备绝缘受损，同时变压器、电动机等的铁芯损耗增大，温升增加，寿命缩短。
C、电压过低，功率一定时，发电机、电动机和变压器的绕组电流增大，也会损坏设备，影响寿命。
D、电压波动，影响照明设备的效率，冶炼产品的质量和产量，而对枢纽变电站，严重时可能引起“电压崩溃”，造成大面积停电。
答案：ABCD
（二）判断题
1、多电压级网络，变压器的无功损耗较小。 （错误）
习题补充:
（一）选择题
1、若变压器二次侧与线路相连，则其二次侧额定电压是电网电压等级的（ ）。
A．1.1 B．1.05
C．1.0 D．0.95
答案：A
2、一般当架空线路长度不超过100km，线路额定电压不超过60kV时，线路称为（ ）。
A．长电力线路 B．中等长度电力线路
C．短电力线路 D．以上说法都不正确
答案：C
3、给定时间内，电力系统中所有发电厂的总发电量与厂用电量之差称为（ ）。
A．总装机容量 B．供电量
C．年发电量 D．最大负荷
答案：B
4、电力系统潮流计算中广泛应用的数学模型是（ ）。
A．节点电压方程 B．回路电流方程
C．割集电压方程 D．以上说法都不正确
答案：A
5、下列手段可做到系统频率无差调节的是（ ）。
A．一次调频 B．二次调频
C．三次调频 D．励磁调节
答案：B
（二）简答题
1、简述电力系统的基本概念。
答：通常将生产、输送、分配电能的设备、使用电能的设备以及测量、继电保护、控制装置乃至能量管理系统所组成的统一整体称为电力系统。
2、简述电源功率和运算功率的概念。
答：电源功率是指发电机低压母线送至系统的功率。运算功率是指流入电力线路阻抗支路的功率。
3、简述节点导纳矩阵的特点。
答：①节点导纳矩阵是维的方阵；②节点导纳矩阵是对称阵；③节点导纳矩阵是高度稀疏的矩阵。
（三）论述题
1、试论述电力系统有功功率负荷变化情况与电力系统频率的一、二、三次调整的关系。
答：电力系统有功功率负荷时刻都在作不规则变化。对系统实际负荷变化曲线的分析表明，系统负荷可以看作是由三种具有不同变化规律的变动负荷所组成：第一种是变化幅度很小，变化周期短，负荷变动有很大的偶然性，由发电机组调速器进行一次调节（一次调频）；第二种是变化幅度大，变化周期较长，由发电机组调频器进行二次调节（二次调频）；第三种是变化缓慢的持续变动负荷，基本上可以预计，对这类负荷，由调度部门根据负荷曲线进行最优分配，责成各发电厂按事先给定的负荷发电，即三次调频。东财作业答案可以联系QQ 76129 6021
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