天津理工大学本科教学教案第9-10周，第1-2次课第六章电力系统的无功功率和电压调整主要内容：第页教学内容：了解电力系统无功功率和电压之间的关系、无功功率平衡和备用容量要求的必要性、各种无功电源及其特点。了解电压管理和电压调整的必要性。熟练掌握电力系统无功补偿和电压调整措施的原理、特点和计算方法。了解无功功率最优分布的基本原理和方法。教学重点：电力系统无功功率平衡；电力系统无功功率最优分布；电力系统的电压调整。教学难点：无功功率电源的最优分布与无功负荷最优补偿；电压调整计算。教学方法：课堂教学为主，充分利用网络课程中的多媒体素材来表示抽象概念。教学要求：掌握无功功率调整计算6.1电力系统中无功功率的平衡6.1.1无功功率负荷和无功功率损耗异步电动机；变压器；电力线路6.1.2无功功率电源1.同步发电机（是系统中唯一的有功电源，也是无功电源之一）：在发电机运行极限图中，c点是额定运行点，有功最大只能是PGN，无功最大可大于QGN；2.同步调相机：相当于空载运行的同步电动机，其在过励磁运行时，它可向系统供给感性无功功率而起无功电源的作用，能提高系统电压；在欠励磁运行时，它能从系统吸取感性无功功率而起无功负荷的作用。3.静电电容器：，其中U是节点电压；为容抗。当节点电压U下降时，则QC也下降，将导致无功进一步不平衡（即系统发出的无功进一步减小），致使节点电压也进一步下降。说明电容器的无功功率调节性能比较差。4.静止无功补偿器(SVC)：由电容器与电抗器并联组成，可以灵活地调节发出或吸收无功的大小。5.线路中的等效并联电纳：提供的无功与电压平方成正比。6.1.2无功功率平衡无功功率电源发出的无功功率应与系统的无功负荷及网络中的无功损耗相平衡，即其中为无功电源的总容量；总无功负荷；网络无功损耗（主要是线路和变压器）。复习：（1）对纯电感元件，即消耗无功，由此推导出感性阻抗都消耗无功；（2）对纯电容元件，即提供无功，由此推导出容性阻抗都提供无功。6.2电力系统的电压调整6.2.1调整电压的必要性电力系统的电压和频率一样也需要经常调整。由于电压偏移过大时，会影响工农业生产产品的质量和产量，损坏设备，甚至引起系统性的“电压崩溃“，造成大面积停电。系统电压降低时，发电机的定子电流将因其功率角的增大而增大。如这时电流源已达额定值，则电压降低后，将使其超过额定值。当系统电压降低时，各类负荷中占比重最大的异步电动机的转差率增大，从而，电动机各绕组中的电流将增大，温升将增加，效率将降低，寿命将缩短。照明负荷，尤其是白炽灯，对电压变化的反应最灵敏。电压过高，白炽灯的寿命将大为缩短；电压过低，亮度和发光效率又要大幅下降。系统电压过高将使所有电气设备绝缘受损，而且变压器、电动机铁芯会饱和，铁芯损耗增大，温升将增加，寿命将缩短。6.2.2电压波动和电压管理1电压波动电压波动分为两类：周期长、波动面大、主要由生产、生活和气象条件变化引起的负荷变动所导致的电压变动。冲击性和间歇性负荷引起的电压波动。如往复式泵、电弧炉、卷扬机、通风设备等。电压闪变、电压跌落等。习惯上所谓的电压调整是针对第一类的，对第二类可采取专门措施。2电压管理电压管理电压中枢点的选择电力系统调整电压的目的，是要在各种运行方式下，能维持各用电设备的端电压在规定的波动范围内，从而保证电力系统运行的电能质量和经济性。由于电力系统结构复杂，用电设备数量极大，因此电力系统运行部门对网络各母线电压及各用电设备的端电压进行监视和调整是不可能的，而且也没有必要。在电力系统中常常选择一些有代表性的点作为电压中枢点，运行人员监视中枢点电压，将中枢点电压控制调整在允许的电压偏移范围内。只要这些中枢点的电压质量满足要求，其他各点的电压质量基本上满足要求。所谓电压中枢点系指那些能反映和控制整个系统电压水平的点。一般选择下列母线作为中枢点：(1)大型发电厂的高压母线(高压母线上有多回出线时)；(2)枢纽变电所的二次母线；(3)有大量地方性负荷的发电厂母线。下图所示发电厂低压母线I和末端变电所二次母线Ⅱ可作为中枢点。（2）中枢点电压和负荷电压的关系为对中枢点电压进行控制和调整，必须首先确定中枢点电压的允许波动范围。一般各负荷点都允许有一定的电压偏移，例如，负荷点允许电压偏移为±5％，再计及由负荷点到中枢点的线路上的电压损耗，便可确定中枢点电压的波动范围。这就是常说的电压的不等约束条件。对一个实际运行的系统，网络参数和负荷曲线已知后，要确定中枢点的电压波动范围，如下图所示由一个中枢点i向两个负荷j、k供电的简单网络。设j、k两负荷允许电压偏移都为±5％，如图4-12(b)所示；负荷j、k的简化日负荷曲线如图4-12(