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1、第四章 电力系统电压调 整和无功功率控制技术n电压控制：电压就是控制目标，即通过 控制电力系统中的各种因素，使电力系 统电压满足用户、设备和系统运行的要 求。n无功功率控制：指的是控制手段，即通 过控制无功功率的分布，实现某种控制 目标。一般是“电压水平合格”，“提高电 网稳定性”，“提高经济性”。第四章 电力系统电压调整和无功功率控制技术频率调整: 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：1电压水平各点不同2调发电机、调相机、电容器和静止补偿器等3不消耗能源4电压控制分散进行5调节手段多种多样第四章 电力系统电压调整和无功功率控制技术1、控制电压的必要性 A：从用户
2、角度，影响用户设备的安全，降低用电 设备效率和性能，影响用户的生产、生活。n异步电动机的转矩与端电压的平方成正比。电压下降 转矩下降转速下降滑差增大输出功率下 降电流上升发热增加，同时还可能带来产品质 量下降等问题；n电炉功率与电压的平方成正比，电压下降功率不 足；n照明设备：电压过高寿命缩短，电压过低发光 能力下降；n变压器等电磁设备：电压过高磁通饱和激磁电 流上升过流发热。n电压过高，造成绝缘击穿，影响设备的使用寿命。B：从系统角度，可能影响系统安全稳定，影响整个 系统运行的经济性：n负荷中的异步电动机在电压降低时，滑差增大，功率 因数降低，使吸收无功功率增加，导致电压进一步降 低。这样的
3、一个反馈过程，有可能造成电压失稳问题 。n电压水平影响电网损耗：传输相同的有功功率，电压下 降电流升高线损增加；因此，无功功率控制是实 现电力系统经济调度的一个重要方面。n随着电力市场的逐步推进，供电企业角色的转变，不仅 要连续供电，而且要供好电，用户对供电质量的要求越 来越高，电能质量也将逐步成为供、用电双方合同内容 的一部分，而电压是电能质量最重要的指标之一。2、我国电力系统电压合格指标35kV及以上电压供电的负荷：+5% -5% 10kV及以下电压供电的负荷：+7% -7% 低压照明负荷： +5% -10% 农村电网（正常） +7.5% -10%（事故） +10% -15%3、电力系统的
4、无功电源:电力系统的无功电源，除了发电机之外，还有同 步调相机，静电电容器、静止无功补偿装置和静 止无功发生器。（1 ） 发电机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。发电机在额定状态下运行时，可发出的无功 功率（2）调相机同步调相机相当于空载运行的同步电动机。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。当转子励磁电流大于此特定值时，称为过励磁。向 系统供给感性无功功率起无功电源的作用。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。同步调相机运行维护比较复杂，一次性投资
5、较大。 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。（3） 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。当节点电压下降时，它供给系统的无功功率也将减小。因此，当系统发生故障或由于其他原因而 导致系统电压下降时，电容器的无功输出反而比 平常还少，这将导致电压继续下降。调节能力较 差。（4） 静止无功补偿器静止补偿器(Static Var Compensator, SVC)，由 电力电容器与电抗器并联组成。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
6、 变输出(或吸收)无功功率的静止补偿器。1.由饱和电抗器和固定电容器并 联组成的静止补偿器 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 (TCR+FC) 3.由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) (1) 电压降低时，SVC输出无功电流 减小，而STATCOM仍然可以产 生较大的电容性电流，即 STATCOM输出的无功电流与电 压无关； (2) STATCOM有较大过负荷能力， GTO开断容量可达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。 (4) STATCOM的谐波含量可以比同 容量SVC的低。
7、（5） 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 构成的无功补偿器称为静止补偿器(Static Compensator ，STATCOM)，或称为静止无功发生器(SVG)。4、 电力系统中的无功负荷和无功损耗（1） 电力系统的无功负荷包括异步电动机、同步电动机、电炉和整流设备等。其中异步电动机占的比重较大、消耗的无功功率较多， 也就是说，系统中大量的无功负荷是异步电动机，因此 ，系统无功负荷的电压特性，主要取决于异步电动机的 无功静态电压特性。（2） 电力系统的无功损耗a. 变压器的无功损耗b. 输电线路的无功损耗输电线路的无功功率损耗包括并联电纳和串联电 抗中的无功
8、功率损耗。并联电纳中的无功功率与线路电压的平方成正比 ，呈容性，又称为线路的充电功率；串联电抗中的无功功率损耗与负荷电流的平方成 正比,呈感性。这两部分功率是互为补偿的。线路是呈容性以无功电源状态运行，还是呈感性 以无功负载状态运行，应视具体情况而定。5、影响电力系统电压的主要因素 （1）电力系统的无功电压关系无功功率平衡方程： QGQDQLQG无功功率电源QD无功功率负荷QL无功功率损耗电力系统中，上述关系式在任何时候都是成立 的，关键是成立时的电压水平如何。A、电源的无功电压关系同步发电机是系统中最主要的电源设备，故电力系 统无功电源与电压的静态特性可由同步发电机的无功电 压特性获得：同步
9、发电机输出的无功功率和电压关系简化公式：注：U为负荷电压。 Eq为感应电动势，由发电机励磁电流决定。为发电机功角，一般很小，q异步电动机负荷在电力系统无功负荷中占很大的比重， 故电力系统的无功负荷与电压的静态特性主要由异步电 动机决定。异步电动机的无功消耗为Qm 异步电动机激磁功率，与异步电动机的电压平方成 正比 Q异步电动机漏抗X的无功损耗，与负荷电流平方成 正比。B、负荷的无功电压关系说明：曲线1、2的交点确定了 节点的电压值UA，电力 系统在此电压水平下达 到无功功率平衡。无功负荷功率增加，使 曲线1转移至1，曲线交 点变为A，电压下降； 若提高UG，则使曲线2转 移至2，达到新平衡点
10、为C。与A相比，新平衡 点电压相同，但是发电 机无功出力增加，机端 电压升高。C、运行电压分析电力系统和无功功率电压的静态特性（2）影响电力系统电压的主要因素以一个单机单负荷的简单系统为例，推导负荷侧 电压公式b假设系统不含变压器，以负荷侧电压Ub为正方向，推 导线路末端的电压降落 ：其中， 为电压降落的纵分量。为电压降落的横分量。相量图为：电流的有功功率分量在感 抗上产生的电压PX/ Ub和无 功分量在电阻上产生的电 压QR/ Ub，均与受端电 压Ub垂直，两者之和等于 横分量，由于两者方向相 反，相互抵消后再与Ub垂 直相加，故对电压Ub的影 响较小； 而电流的无功功率分量在感抗上产生的电
11、压 QX/Ub和有功分量在电阻上产生的电压PR/Ub，均 与受端电压Ub同向，两者之和等于纵分量，由于 两者均与Ub同向，所以能够最大程度地影响Ub。 bbbG考虑变压器后，经过同样的推导，负荷端的电压 公式如下：近似计算及结论 ：由上可知，电压损耗主要由电压降落的纵分量决定， 受横分量影响较小，故工程上近似计算时常常略去横分量 不计，即：由于在高压电网中的各元件阻抗（发电机，变压器 ，输电线路）均是感抗远大于电阻，通常在简化分析与 计算中，将电阻忽略而只考虑感抗的作用，即：n从上述分析可得，影响负荷端电压的因素有：发电机端电压UG或Eq变压器变比K1,K2负荷节点的有功、无功负荷PjQ电力系
12、统网络中的参数RjX因此，为了有效控制电力系统中的电压，就可以针对 上述因素进行设计。其中，根据前面推导过程得出的结论 ，无功功率的分布起着决定性的作用。6、电力系统电压控制的主要方法概述 注意：这里所指的电压控制，主要指控制负荷点的电压。 （1）控制原则：无功功率分层、就地、就近平衡； 超高压电网中，XR，因此I2XI2R，即无功损耗 要远远大于有功损耗，而无功负荷和无功损耗又是造 成电压下降的主要原因。因此，无功功率是无法远距 离传输和跨越变压器补偿的，这就决定了无功功率必 须遵循分层、就地、就近平衡的原则。 无功功率就地平衡就是无功功率分层、分区就地平衡，是指在按电压等级所形成的层面内，
13、各个分区范围内无功功率 都要实现自给自足，与相邻的区域没有无功功率交换。任何一个负荷点电压的调整都应当依靠当地的无功功率资源进行 ，不应当依靠相邻站点的无功功率支援。具体的办法是在各负荷 点装设电容器组、调相机、静止补偿器等无功功率电源，尽量使 无功功率就地平衡。当无功功率就地平衡不能实现时，则应考虑 无功功率就近平衡的原则。确保稳定性：深入分析负荷特点，做好负荷预测，通过运行计划优先利用动态响应慢的控制手段，将快速控制手段留作备用。兼顾经济性：合理安排电网中的无功电源和补偿装置的配置及运行计划，降低整个系统运行时的线损，提高系统运行的经济性。6、电力系统电压控制的主要方法概述 （2）控制手段
14、简介： 针对各种影响节点电压的因素， 电压控制方法无非以下几种：控制发电机端电压UG：通过控制励 磁电流控制发电机端电压。 同步发电机是电力系统的主要无功电源， 通过调节发电机的励磁电流可以调节发电 机的端电压及其输出的无功功率。控制变比K1和K2：通过变压器分接头变化， 主要分为普通变压器和有载调压变压器：普通调压变压器：变压器绕组的分接抽头变化必 须在停电时进行。 一般情况下，容量为6300kVA及以下的变压器有三 个分接头;容量为8000kVA及以上的变压器有五 个分接头。n普通三绕组变压器一般在高、中压绕组有分接头可供选择使 用。n 高、中压侧分接头选择方法：根据变压器的运行方式分别
15、地或依次地逐个进行。一般先按低压侧调压要求，由高、低 压侧确定好高压绕组的分接头；然后再用选定的高压绕组的 分接头，考虑中压侧的调压要求，由高、中压侧选择中压绕 组的分接头。采用固定分接头的变压器进行调压，不能改变电压损耗的数值，也 不能改变负荷变化时二次电压的变化幅度；如果电压的变化幅度 超过了分接头的可能调整范围，或者调压要求的变化趋势与实际 的相反(如逆调压时)，依靠选普通变压器的分接头的方法将无法 满足调压要求。可采用有载调压变压器或其他调压措施。在调节分接头时，先断开接触器KM1，将可 动触头Q1切换到另一分接头上，然后接通 KM1。另一可动触头Q2也采用同样的步骤，移到这个相邻的分
16、接头上，这样进行 移动，直到Q1和Q2都接到所选定的分接头位置为止。 当切换过程中Q1、Q2分别接在相邻的两个 分接头位置时，电抗器L限制了回路中流过的环流大小。利用无功补偿：利用无功功率补偿降低负荷侧 对系统的无功负荷需求，控制线路传输的无功 功率Q，主要包括：普通并联电容器：包括固定式电容器和分组投切 电容器。并联电抗器：也称高抗，包括固定式电抗器和分 组投切电抗器。SVC和SVG：利用电力电子技术的新型并联无功 补偿装置。改变线路参数：在线路上串接电容器或其他补偿装置 ：串联电容：包括固定式电容器和分组投切电容器。可控串补（TCSC）：利用电力电子技术的新型串联补偿装 置。 需要注意的是，装设串联电容、可控串补等装置，主要目的是 提高线路的输送能力，提高系统稳定水平，电压控制仅是其具 备的功能。利用高压线路充电功率：高压输电线路的对地电容电流也是 系统中非常
