电力系统无功平衡计算与分析

1 课程设计内容及要求

系统如图1所示，电力系统电压为110KV，有电源G1和G2，变压器T1,T2和T3，以及双回路L1和L2。负载都为30+22.5 MVA。分析系统的无功功率平衡问题。

图1 系统接线图

要求完成的主要任务:

1.编写设计原理 2.电路参数计算 3.画等值电路图 4.计算步骤及结果 5.结果分析

2 基本原理

2.1无功功率平衡

电力系统的电压运行水平取决于无功功率平衡，为了确保系统的运行电压具有正常水平，系统拥有的无功功率电源必须满足正常电压水平下的无功功率需求，并留有必要的备用容量。无功功率平衡的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。

电网中的许多用电设备是根据电磁感应原理工作的。它们在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫无功功率。电力系统中，不但有功功率平衡，无功功率也要平衡。

有功功率、无功功率、视在功率之间的关系为：

S?P2?Q2 （1）

图2 各功率几何关系

其中：S为视在功率，kVA；P为有功功率，KW；Q为无功功率，kVRA；?角为功率因数角，cos??P/S。由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，功率因数cos?越小，所需的无功功率越大。若无功功率不是由电容器提供，则须由输电系统供给，为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量需要增大。这样，不仅增加投资、降低设备的利用率，也将增加线路损耗。因此，对无功功率进行自动补偿对节约电能，提高运行质量都具有非常重要的意义。

2.2无功功率平衡的基本要求

电力系统无功功率平衡的基本要求是：系统中的无功电源可能发出的无功功

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。为了保证运行可靠性和适应无功负荷的增长，系统还必须配置一定的无功备用容量。令QGCQQ为电源供应的无功功率之和，LD为无功负荷之和，L为网络无功损耗之和，Qres为无功功率备用，则系统中无功功率的平衡关系式为： ?QL?Q r QGC?QLD （2）Qres?0表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用；Qres?0表示系统中无功功率不足，应该考虑加设无功补偿装置。

2.3无功功率对电压的影响

在电力系统运行中，要求电源的无功出力在任何时刻都同负荷的无功功率和网络无功损耗之和相等。即：

QGC?QLD?QL （3）

现以一发电机经过一段线路向负荷供电来说明无功电源对电压的影响。略去各元件电阻，用X表示发电机电抗与线路电抗之和，等值电路如图3所示：

图3 无功功率和电压关系的解释图

假定发电机和负荷的有功功率为额定值，可确定发电机到负荷节点的功率为

P?VIco?s?EVXs?in（4）

2EVVQ?VIsin??c?o?s（5）

XX

V2?EV?2Q??（6） ??P?X ?X?

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