《电力系统电压调整》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力系统电压调整（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第4章 电力系统电压调整和 无功功率控制技术 电压和频率一样，都是电能质量的重要指标！频率调整: 1、全系统频率相同2、调发电机3、消耗能源4、集中控制5、调进汽量电压调整：电压调整：1 1、电压水平各点不同、电压水平各点不同2 2、调发电机、调相机、电、调发电机、调相机、电容器和静止补偿器等容器和静止补偿器等3 3、不消耗能源、不消耗能源4 4、电压控制分散进行、电压控制分散进行5 5、调节手段多种多样、调节手段多种多样本章主要内容第一节节 电力系统电压控制的意义第二节节 电力系统无功功率平衡与电压的关系第三节节 电力系统电压控制的措施第四节节 电力系统电压的综合控制第五节 电力系统无功功率
2、电源的最优控制第一节节 电力系统电压控制的意义学习目的：掌握电力系统电压调节的必要性一、电力系统电压调节的必要性（一）电压对电力用户的影响1、对用电设备的影响电力系统实际电压偏高或偏低，对运行中的用电 设备都会造成不良的影响。以照明用的白炽灯为例来说明这个问题2、对异步电动机的影响对于异步电动机而言，当电压降低时，转矩随电压 的平方成比例下降。 当电压降低20%时，转矩会降低到额定转矩的64%，电 流增加20%35%，造成电动机转速降低，可能导致生产的 产品报废；温度升高，电动机绕组过热，绝缘加速老化，甚 至烧毁电动机。 当电压过高时，将加速电气设备的绝缘老化，影响电机 的使用寿命。对其它电气
3、设备，电压变化也将使其运行性能变坏，甚至发 生人身伤亡、设备损坏等事故。（二）电压对电力系统的影响电压降低，使网络中的功率损耗和能量损耗加大，电压过低还可能危及电力系统运行的稳定性。 在系统中无功功率不足，电压水平低下的情况下，某些枢纽变电所在母线电压发生微小扰动的情况下，顷刻之间会造成电压大幅度下降的“电压崩溃”现象，其后果是相当严重的，可能导致发电厂之间失去同步，造成整个系统瓦解的重大停电事故。10kV及以下电压供电的负荷： 7；35kV及以上电压供电的负荷： 5；低压照明负荷： 5 10；农村电网（正常）： 7.5 10；农村电网（事故）： 10 15；在事故状态下，由于电力系统部分设备
4、退出运行，电压损耗比正常大。考虑故障时间较短，电压偏移允许比正 常值再多5，但电压的正常偏移不应超过10。我国规定在正常运行情况下各类用户允许电压偏移为我国规定在正常运行情况下各类用户允许电压偏移为 ：一、电力系统无功功率控制与电力系统电压的关系（回顾）维持系统电压正常水平整个电力系统无功功率平衡关系可由下式表示： 无功电源无功电源i i向系统供给的无功功率；向系统供给的无功功率； 负荷负荷j j所消耗的无功功率；所消耗的无功功率；电力系统中变压器、线路中所损耗的无功功率；电力系统中变压器、线路中所损耗的无功功率；第二节第二节 电力系统无功功率平衡与电压的关系电力系统无功功率平衡与电压的关系系
5、统无功负荷(包括无功损耗)静态电压特性如图所示:要控制电力系统在额定电压要控制电力系统在额定电压 运行，就要控制电力系统中运行，就要控制电力系统中 无功电源发出的无功功率等无功电源发出的无功功率等 于电力系统负荷在额定电压于电力系统负荷在额定电压 时消耗的无功功率。时消耗的无功功率。结论：结论：维持电力系统电压在允许范围之内变化是靠维持电力系统电压在允许范围之内变化是靠 控制电力系统无功电源的出力实现的。控制电力系统无功电源的出力实现的。二、 电力系统的无功电源发电机同步调相机静电电容器静止无功补偿装置静止无功发生器无功补偿装置无功补偿装置第二节第二节 电力系统无功功率平衡与电压的关系电力系统
6、无功功率平衡与电压的关系一、发电机发电机的工作方式：1、发电机在额定状态下运行时，可作为无功电源。 2、发电机正常运行时以滞后功率因数运行为主，可作为无功电源发出无功功率。3、必要时也可以减小励磁电流在超前功率因数下运行，即所谓进相运行，以吸收系统中多余的无功功率。发电机是唯一的有功功率电源，又是最基本的无功功发电机是唯一的有功功率电源，又是最基本的无功功 率电源。率电源。发电机供给的无功功率不是无限可调的，当发电厂发电机供给的无功功率不是无限可调的，当发电厂 距用户较远时，无功功率所引起的线损较大，在这距用户较远时，无功功率所引起的线损较大，在这 种情况下，则应在用户中心设置补偿装置。种情况
7、下，则应在用户中心设置补偿装置。二、调相机同步调相机相当于空载运行的同步电动机。1、调相机工作方式：（1）当它的转子励磁电流刚好为某一特定值时，它发出的无功功率 恰好为零。这时仅从电网中吸收少量的有功功率用来克服机械旋转阻力，维 持同步速度空转；（2）当转子励磁电流大于此特定值时，称为过励磁。在过励磁运行时，它向系统供给感性无功功率起无功电源的作用 ；（3）当转子励磁电流小于此特定值时，称为欠励磁。在欠励磁运行时，它从系统吸取感性无功功率起无功负荷作用 。改变同步调相机的励磁，可以平滑的改变它的 无功功率的大小和方向，从而平滑的调节所在 地区的电压。2、同步调相机的特点（1）同步调相机是旋转机
8、械，运行维护比较复杂，一 次性投资较大。（2）它的有功功率损耗较大。在满负荷时约为额定容量的1.5%5%，容量越小，百分值越 大。小容量的调相机每kVA容量的投资费用也较大。故同步调相机宜于大容量集中使用，安装于枢纽变电站中， 一般不安装容量小于5Mvar的调相机。（3）同步调相机的响应速度较慢，难以适应动态无功 功率控制的要求。20世纪70年代以来已逐渐被静止无功补偿装置所取代。三、静电电容器静电电容器只能向系统供给无功功率。所供无功功率QC与所在节点的电压U 的平方成正比，即:XC电容器的容抗 静电电容器的特点：1、电电容器的无功功率调节调节 能力较较差当节节点电压电压 下降时时，它供给给
9、系统统的无功功率也将减 小。因此，当系统发统发 生故障或由于其它原因而导导致系统统 电压电压 下降时时，电电容器的无功输输出反而比平常还还少，这这将导导致电压继续电压继续 下降。2、静电电电电 容器组组的容量可大可小，既可集中使用， 又可分散使用，使用起来比较较灵活。3、静电电电电 容器在运行时时的功率损损耗较较小。运行时时的功率损损耗约为额约为额 定容量的0.3%0.5%， 电电容器每单单位容量的投资费资费 用较较小且与总总容量的大 小无关。4、维护维护 方便。在实际实际 中仍被广泛使用。静电电容器的特点：四、静止无功补偿器静止无功补偿器(Static Var Compensator, SV
10、C)，简称静止 补偿器。由电力电容器与电抗器并联组成。1、工作原理：电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，两者结 合起来，再配以适当的调节装置，就成为能够平滑地改变 输出(或吸收)无功功率的静止补偿器。2、类型：静止补偿器有很多类型，其部件主要有饱和电抗器、固定 电容器，晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器。（1）由饱和电抗器和固定电容器并联组成的静止补偿器饱和电抗器L的特性是当电压大于某一定值时，随着电压的升高，铁心急剧 饱和，相当于空心电抗器。正常运行时，补偿器工作在A点；当电压低于额定电压时，电抗器L铁心不饱和，电抗器与串联电容器组合回 路的总感抗大，故基本上不消耗无功功率，并联电容
11、器C发出的无功功率使 母线电压升高。当电压高于额定电压时，由于此时的电抗器因饱和感抗小，所吸收的无功功 率增加，从而使母线电压降低。在补偿范围内，电压的稍许变化将在补偿范围内，电压的稍许变化将 引起电流大幅度变化。引起电流大幅度变化。采用自饱和电抗器和固定电容器并采用自饱和电抗器和固定电容器并 联组成的静止补偿器，几乎可以完联组成的静止补偿器，几乎可以完 全消除电压波动，可维持母线电压全消除电压波动，可维持母线电压 在额定值附近。在额定值附近。（2）由晶闸管控制电抗器和固定电容器并联组 成的静止补偿器电抗器L与反向并联连接的晶闸管串联，依靠控制晶闸管的触发角来改变电抗器的电流大小，即可平滑地调
12、整电抗器吸收的无功功率的大小。当触发角由90变到180时，可使电抗器的无功功率由额定值变到零。图7.3 晶闸管控制 电抗器型静止补偿器 （3）晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器并联 组成的静止补偿器(TCR+TSC)图中采用一组固定电容器和三组晶 闸管投切电容器与电抗器并联。每组晶闸管投切电容器回路串有小 电感，其作用是降低晶闸管开通时 可能产生的电流冲击。晶闸管投切电容器作为无功功率电 源，虽然不能平滑调节输出的功率 ，但晶闸管对控制信号的响应迅速 ，通断次数不受限制，运行性能优 于机械开关投切电容器。图7.4 晶闸管投切电 容器型静止补偿器 总结：（1）以上三种静止补偿器的共同点是其中的电
13、容器支路作为无功功率的电源。电容器C与电感Ls串联构成谐振回路，起到高次谐波滤波器的作用，滤去补偿器中各电磁元件产生的5、7、等奇次谐波电流，防止高次谐波分量注入系统，这类支路是不可控的。（2）它们的不同点在电抗器支路，其中后两种静止补偿器都是可控电抗器。静止补偿器向系统供应感性无功功率的容量取决于它的电容器支路，从系统吸取感性无功功率的容量则取决于它的电抗器支路。3、静止补偿器的特点（1）能快速平滑地调节无功功率，以满足无功功率的要求。 这样就克服了静电电容器作为无功补偿装置只能作为无功电源而不能作为无功负荷、调节不连续的缺点。（2）与同步调相机相比较，静止补偿器运行维护简单、功率损耗较小，
14、响应时间较短，能做到分相补偿以适应不平衡的负荷变化，对于冲击性负荷也有较强的适应性。20世纪70年代以来，在电力系统中应用越来越广泛。五、静止无功发生器使用大功率可关断晶闸管(GTO)器件代替普通的晶闸管构成的无功补偿器已开始进入实用阶段。这种装置称为静止补偿器(Static Compensator，STATCOM)， 或称为静止无功发生器(SVG)。图7.5 静止无 功发生器原理图它的主体部分是一个电压源型逆变器。适当控制晶闸管的通断，可以把电容上的直流电压转换成与电力系统电压同步的三相交流电压， 逆变器的交流侧通过电抗器或变压器并联接入系统 。适当控制逆变器的输出电压，就可以灵活地改变静止
15、无功发生器的运行工况，使其处于容性负荷 、感性负荷或零负荷状态。静止无功发生器的特点：(1) STATCOM输出的无功电流与电压无关；当电压降低时，SVC输出的无功电流(补偿容量)减小，而STATCOM仍然可以产生较大的电容性电流。(2) STATCOM有较大的过负荷能力；GTO的开断容量可以达120%180%稳态额定容量。(3) 可控性能好，其电压幅值和相位可快速调节。它的端电压对外部系统的运行条件和结构变化不敏感。因此，可得到较 好的静态稳定性能和故障下的暂态稳定性能。由于STATCOM中电容器容量较小，在电网内普遍使用也不会产生低频谐振。(4) STATCOM的谐波含量可以比同容量SVC
16、的低。因为STATCOM可由多逆变桥串并联连接，并通过曲折绕组变压器进行叠加后，可得到较理想的正弦电压和电流波形。本节小结电力系统的无功电源：发电机同步调相机静电电容器静止无功补偿装置静止无功发生器无功补偿装置无功补偿装置第三节 电力系统电压控制的措施学习目的：掌握电力系统常用的调压方法有哪几种？几种调压方法各有何特点？7.6 电力系统电压调节方法电力系统通常采用的调压方法有：(1) 调节发电机的励磁电流，从而改变发电机的端电压；(2) 调整分接头来改变升降压变压器的电压比；(3) 改变系统中无功功率电源的出力；(4) 改变网络参数。电力系统中电压调整必须根据具体的调压要求，在不同的地点可采用不同的调压方法。一、发电机调压优点：在各种调压手段中，改变发电机励磁电流进行电压调整，不需增加额外的设备，是一
