《无功电压与无功补偿的调整教学课件作者刘建英6》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无功电压与无功补偿的调整教学课件作者刘建英6（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、项目六 电网自动电压控制,2,任务一 无功优化与电压控制,任务二 自动电压控制介绍,返回,任务一 无功优化与电压控制,6.1.1概述 电力工业是国民经济的重要基础产业，近年来我国电力工业发展迅速，已进入大电网、大机组、西电东送、南北互济、全国连网的崭新发展阶段，供电量已经基本可以满足我国国民经济和社会发展的需求，而与此同时，电能质量成为日益突出的问题。电压是衡量电能质量的重要指标之一，电压过高会危及电气设备的安全，电压过低会影响设备的正常运行。 6.1.2无功优化与电压控制 电压和无功功率的分布有着密不可分的关系。在许多情况下，无功功率是造成电网线路与变压器上电压损失和有功损耗的主要原因。由此
2、可见，合理地调节无功，对于提高电压质量、降低系统电网损耗(简称网损)具有重要的意义。无功优化就是其中的一个重要方面。,下一页,返回,任务一 无功优化与电压控制,1.电压控制与无功优化的重要性 1)电压控制的重要性 随着电力工业的飞速发展，电力系统的规模日益扩大，其安全、经济和优质运行显得越加重要。与此同时，随着电力体制改革的深入和电力市场的开放，用电管理逐步走向市场，促使电力部门越来越重视电力系统的安全性和经济性。作为衡量电能质量的一个重要指标，电压质量对电网稳定运行、降低线路损耗、保障工农业生产安全、提高产品质量、降低用电损耗等都有直接影响。电压过高、过低或偏离一定范围都会影响用电设备的寿命
3、和效率，严重时甚至会引起电压崩溃。国内外因此导致电力系统失去负荷甚至大面积停电的事故屡见不鲜，并造成厂巨大的经济损失。,上一页,下一页,返回,任务一 无功优化与电压控制,电压稳定问题的出现是与电力系统发展的趋势紧密相关的。近年来，随着科学技术的进步，为满足日益增长的电能需求，电力系统的发展出现了许多新变化。例如，电网电压等级的升高，电力系统的互连，大容量发电机组的普遍应用，远离负荷中心的水电厂、坑口电厂、核电厂的涌现，负荷容量的集中，直流输电和新型电力电子控制装置的应用等。这些新变化对合理利用能源、提高经济效益和保护环境都有重要意义。但受环境和建设成本的限制，电网结构相对薄弱，发电设备储备量较
4、少，系统经常运行在重负荷条件下;国家对部分电力工业解除管制、实行市场化以后，电网的运行状态和当初的设计有厂很大的差别，这些都给电力系统的安全运行带来厂隐患，其中包括电压不稳定或电压崩溃引起的局部失去负荷或大面积停电。,上一页,下一页,返回,任务一 无功优化与电压控制,2)无功优化的重要性 在电力系统中，电源供给用户的功率可分为有功功率和无功功率，其中有功功率是用于转换成机械能、热能、光能等部分的能量;无功功率是指在交流电能的输送和使用过程中，用于电路内电场与磁场交换的那部分能量。在电力系统中，有功功率不足将引起频率下降，而无功功率不足将引起电压下降。系统中的无功电源主要是发电机和无功补偿装置。
5、无功补偿装置有同步调相机、静止电容器和静止补偿器。无功负荷主要是异步电动机、变压器和线路无功损耗。其中异步电动机所占比重很大，变压器损耗也占了相当比重，线路电抗所消耗无功与线路等级和运行状况有关。,上一页,下一页,返回,任务一 无功优化与电压控制,2.电压无功综合控制的重要性 电力系统中，电压是衡量电能质量的一项重要指标，电压波动过大，不仅影响电气设备的利用效率和使用寿命，而且会危及系统的安全稳定运行，甚至会引起电压崩溃，并造成大面积停电的严重事故。因此，保证电压质量合格，是电力系统安全优质供电的重要条件。同时，无功功率也是影响电压质量的一个重要因素，实现无功的分层、分区就地平衡，是降低网损的
6、重要手段，因此，各级变电站承担着电压和无功调节的重要任务。在变电站中利用有载调压变压器和并联补偿电容器进行局部的电压及无功补偿的自动调节，以保证负荷侧母线电压在规定范围内及进线功率因数尽可能接近1。,上一页,下一页,返回,任务一 无功优化与电压控制,6.1.3无功优化基本概念 1.无功优化的定义 电力系统无功优化，是指当系统有功负荷、电源、潮流及网络结构给定的情况下，通过优化计算确定系统中某些控制变量的值，以找到在满足所有约束条件的前提下，使系统的某一个或多个性能指标达到最优时的运行方式。 需要研究的就是在满足系统负荷需求及运行约束要求的条件下，使电网的某一个或多个指标达到最优的无功功率分布方
7、案。,上一页,下一页,返回,任务一 无功优化与电压控制,根据所研究问题的时间跨度长短，无功优化可以分为无功规划优化和无功运行优化。其中，电力系统无功规划优化主要以今后5一10年的电网规划为依据，在保证满足各种典型方式安全约束的前提下，确定最优无功补偿地点、类型和容量，从而达到经济效益最好的目的。电力系统无功运行优化主要是以当前电网运行状况为依据，在满足各种安全约束的前提下，确定最优无功补偿地点、类型和容量，保证电网电压质量，减少线路功率损耗，从而达到经济效益最大的目的。 2.无功优化的特点 电力系统无功优化是一个多变量、多约束的混合非线性规划问题，其控制变量既有连续变量又有离散变量。,上一页,
8、下一页,返回,任务一 无功优化与电压控制,同时无功优化可能是一个多峰多极值问题，而不能保证其是一个单峰函数，初值选取不当可能会导致问题收敛不到局部最优点，并且现代电网包含众多的节点和出线，越是电压等级低的网络，其节点数往往越多，网络越复杂。无功优化问题的突出点有:多目标性，约束条件数量多、类型多，目标函数及约束条件的非线性，控制变量的离散性，负荷及运行方式的不确定性，非凸性和多极值性，大规模，目标函数难以由控制变量表示描述等。 6.1.4国内外无功优化研究现状,上一页,下一页,返回,任务一 无功优化与电压控制,1.国内外无功优化算法研究现状 1962年，法国学者CarpenLie:首先提出厂建
9、立在严格数学基础上的经济调度模式，其中包括厂电压和其他运行约束条件，这一模式后来被称为最优电力潮流(OPF)问题。与经典的潮流计算、状态估计一样，可以利用电网的物理特性对OPF问题进行解锅处理，使之分解为两个子问题，即有功优化问题和无功优化问题，而无功优化问题是OPF中一个重要的组成部分。几十年来，国内外很多专家学者对此展开了大量的研究工作，提出厂大量的算法，这些算法归纳起来可分为无功优化经典算法和人工智能算法两大类),上一页,下一页,返回,任务一 无功优化与电压控制,2.国内无功优化软件研究现状 中国电力科学院研制的PSASP7. 0版OPF软件包的主要功能是在电力潮流计算的基础上进行电力系
10、统的有功、无功优化计算，主要针对离线计算。优化的目标函数包括:电力系统网损最小、煤耗或发电费用最小、无功补偿经济效益大等。提供的控制变量包括发电机的有功功率、无功功率、机端电压、负荷的无功补偿，可调压变压器的电压比等。OPF软件包目前采用的计算方法有梯度法、牛顿法及内点法),上一页,返回,任务二 自动电压控制介绍,6. 2. 1现代电网对AVC的需求 电力系统电压/无功优化与控制是提高电压合格率、降低网损、提高系统运行安全性的有效手段和重要措施。随着我国电网规模的不断扩大和用户对电能质量要求的不断提高，研究开发适合我国电网实际情况的全网电压/无功控制系统十分迫切和必要。电网自动电压控制(Avc
11、)是目前电压/无功控制中追求的最高级形式。它集安全性和经济性于一体，可实现安全约束下的经济闭环控制，被公认为是电力系统调度控制发展的最高阶段。在AVC实现过程中，全网无功优化是核心和基础，因而AVC中的无功优化对计算速度和鲁棒性有着更高要求。尽管已有许多学者对无功优化进行过深入的研究，但由于该问题本身的复杂性、控制手段的多样性和电网规模的不断扩大，找到一种合适、实用的无功优化方法仍是电力系统研究的热点之一。,下一页,返回,任务二 自动电压控制介绍,6. 2. 2电网AVC的基本原理和功能 1.电网点Avc基本原理与控制结构 Avc是指在正常运行情况下，通过实时监视电网电压/无功情况，进行在线优
12、化计算，分层调节控制电网无功电源及变压器分接头，自动化调度主站对接入同一电压等级电网的各节点的无功补偿可控设留实施实时的最优闭环控制，满足全网安全电压约束条件下的优化无功潮流运行，达到电压优质和网损最小。从本质上说，自动电压控制的目标就是通过对电网无功分布的重新调整，保证电网运行在一个更安全、更经济的状态。从整体上看，自动电压控制的研究工作主要集中在以下几个方面。,上一页,下一页,返回,任务二 自动电压控制介绍,(1)空间上，怎样利用电压/无功控制的区域特性将电网划分成为祸合较为松散的区域;怎样选取合适的中枢母线和控制发电机。本质上是研究如何将控制目标空间降维，使不可控问题转化为可控问题。 (
13、2)时间上，怎样设计不同控制器的时间常数;怎样将静态时间断面下的控制策略计算与随时间变化的电力系统状态结合。本质上即是研究电压控制的动态特性。 (3)目标上，怎样提高电网安全性和经济性;怎样在电网的安全性和经济性目标之间进行协调。这是一个研究如何合理求解控制策略的过程。,上一页,下一页,返回,任务二 自动电压控制介绍,2. AVC的原理 为避免无功长距离输送或多级变压器输送，传统的电压/无功控制一般采用分散控制。在这种控制方式下，各电压控制设备(发电机、有载调压变压器、电容电抗器组)仅能获取本地信息，独立地控制本地的电压。这样的分散控制虽然响应速度快，不依赖于控制中心，但由于控制器之间无法协调
14、，仅保证就地将电压/无功控制在一定范围内，可能会对主网的无功分布、电压水平产生不利影响。因此，不能保证就地控制对于全网来说是最好的控制方式。甚至可以肯定地说，系统必然还有更好的控制方式。,上一页,下一页,返回,任务二 自动电压控制介绍,3. AVC的基本模块 AVC系统是一个集散控制系统，即所谓的集中决策分层控制，具体来说，主要由一个中心控制子系统和三个分散控制子系统组成。包括省调度中心的电压/无功综合优化控制系统、地区调度中心的电压/无功综合优化控制系统、发电厂的AVC系统和变电站(主要为500 kV变电站)的AVC系统。通过调度省网上站侧以网损最小为目标函数、电压合格为约束进行优化计算，得
15、出各个调节手段的调整目标，包括发电厂高压侧的母线电压定值、并联补偿设备的最优投切状态、主变压器的分接头最优位置，再进行调整，达到网络运行的最优状态，实现无功潮流的最优分布和电压的合格，最终实现省网电压调度的自动化),上一页,下一页,返回,任务二 自动电压控制介绍,下面介绍省级AVC的三层控制结构。 1)一级控制 由控制速度快(小于30*)的发电厂组成，它们根据高压母线电压设定值进行闭环控制。电厂AVC主要有两种方式:一种是电厂监控系统具有全厂AVC功能;另一种是在电厂内增加AVQC装置，实现全厂机组的电压/无功综合自动控制。电厂AVC功能可根据调度中心下发的定值进行控制，也可自动精确跟踪根据逆
16、调压原则制订的母线电压计划。由于发电机的电压/无功控制是连续、快速、最安全的，且具有较大的调整范围，因此主要用来控制全网的电压水平和实现电压的快速校正控制。一级控制的周期一般为10一60 s,高压母线电压控制死区不小于0. 5 kV,上一页,下一页,返回,任务二 自动电压控制介绍,2)二级控制 由地区AVC系统组成。地区AVC系统根据省调度中心下发的功率因数考核指标和低压母线电压考核指标自动控制地区范围内的220 kV , 1 101 kV变电站内主变压器分接头和并联补偿设备，保证地区电压质量和降低网损，同时协调省级AVC系统进行全网的无功电压控制。根据功率因数的考核进行并联补偿设备的控制，保证省级主力电厂有足够的无功备用来控制全网的电压水平和提高电压的稳定性，对功率因数的控制由原来的宽带控制变为窄带控制。二级控制的周期一般为1 5 min，功率因数的控制死区不小于0. 005(对负荷为800 M1V的地区系统，功率因数为0. 95一0. 99时，相应的无功功率控制死区为15一34 Mvar),上一页,下一页,返回,任务二 自动电压控制介绍,3)三级控制 由省调中心的AVC系统构
