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1、电力系统自动化,1,第四章 电力系统电压调整 和无功功率控制技术,电力系统自动化,2,本章内容,4.1 电力系统电压控制的意义 4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系 4.3 电力系统电压控制的措施 4.4 电力系统电压的综合控制 4.5 电力系统无功功率电源的最优控制,电力系统自动化,3,第一节 电力系统电压控制的意义,电力系统自动化,4,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,电力系统自动化,5,4.1
2、 电力系统电压控制的意义,电压是衡量电能质量的一个重要指标。 质量合格的电压应该在供电电压偏移、 电压波动与闪变、高次谐波和三相不对 称程度（负序电压系数）这四个方面都能满足有关国家标准规定的要求,电力系统自动化,6,电压降低的不良影响： 1.减少发电机所发有功功率。 2.异步电动机的转差率将增大，电流也将增大，温升将增加。当转差增大、转速下降时，其输出功率将迅速减少。 3.电动机的启动过程将大为增加，启动过程温度过高。 4.电炉等电热设备的发热量降低。 5.危及电力系统运行的稳定性。,4.1 电力系统电压控制的意义,电力系统自动化,7,4.1 电力系统电压控制的意义,严格保证电压经济上下可行
3、，也没有必要，允许的电压偏移： 35kV及以上： 5% 10kV以下： 7% 低压照明： 7%，-10% 农村电网： 7.5%，-10%（+10%，-15%）,电力系统自动化,8,第一节 电力系统的无功功率 平衡与电压的关系,电力系统自动化,9,4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系,无功功率平衡,无功负荷与无功电源失去平衡时，会 引起系统电压的升高或下降,无功功率的平衡应本着分层、分区、 就地平衡的原则,无功电源的无功输出应能满足系统负 荷和网络损耗在额定电压下对无功功 率的需求,电力系统自动化,10,4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系,异步电动机是电力系统主要的无功负荷 系统无
4、功负荷的电压特性主要由异步电动机决定,无功功率负荷,电力系统自动化,11,4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系,无功功率损耗,输电线路的无功损耗,变压器的无功损耗,变压器的无功损耗QLT包括励磁损耗Q0和漏抗中的损耗QT QLTQ0QTV2BT(S/V)2XT SN (VN/V)2,电力系统自动化,12,4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系,输电线路的无功损耗 QL QB QL+QB,无功功率损耗,变压器的无功损耗,输电线路的无功损耗,电力系统自动化,13,4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系,输电线路损耗,35KV及以下的架空线路,110KV及以上的架空线路,电力系统自动化
5、,14,4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系,无功功率电源,发电机,同步调相机,静电电容器,静止无功补偿器,静止无功发生器,电力系统自动化,15,4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系,无功功率电源,发电机,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,电力系统自动化,16,4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系,无功功率电源,同步调相机,同步调相机相当于空载运行的同步发电机。在过励磁运行时，向系统供给无功功率，起无功电源的作用；在欠励磁运行时，它吸收感性无功功率，起无功负荷作用。由于响应速度较慢，难以适应动态无功控制的要求，20世纪70年代以来已逐渐被静止无功补
6、偿装置所取代。,电力系统自动化,17,4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系,无功功率电源,静电电容器,静电电容器供给的无功功率Qc与所在节点的电压V的平方成正比，即 QcV2/Xc 式中，Xc1/c为静电电容器的电抗。当节点电压下降时，它供给系统的无功功率将减少。因此，当系统发生故障或由于其他原因电压下降时，电容器无功输出的减少将导致电压继续下降。换言之，电容器的无功功率调节性能比较差。,电力系统自动化,18,4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系,无功功率电源,静止无功补偿器,SVC由静电电容器与电抗器并联组成，SVC在我国电力系统中得到广泛应用。,电力系统自动化,19,4.2 电
7、力系统的无功功率平衡与电压的关系,无功功率电源,静止无功发生器,它是一种更为先进的静止型无功补偿装置(SVG)，它的主体是电压源型逆变器。适当控制逆变器的输出电压，就可以灵活地改变SVG的运行工况，使其处于容性负荷、感性负荷或零负荷状态。与SVC比较，SVG具有响应快、运行范围宽、谐波电流含量少等优点。尤其是电压较低时仍可向系统注入较大的无功电流。,电力系统自动化,20,4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系,无功功率平衡,无功功率平衡的基本要求 无功电源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； 系统还必须配置一定的无功备用容量； 尽量避免通过电网元件大量
8、地传送无功功率，应该分地区分电压级地进行无功功率平衡； 一般情况下按照正常最大和最小负荷的运行方式计算无功平衡，必要时还应校验某些设备检修时或故障后运行方式下的无功功率平衡。,电力系统自动化,21,4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系,无功功率平衡,系统无功功率平衡关系式： QGCQLDQLQres QGC为电源供应的无功功率之和，QLD为无功负荷之和，QL为网络无功功率损耗之和，Qres为无功功率备用； Qres0表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用；Qres0表示系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装置。,电力系统自动化,22,4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系,无功功
9、率平衡,系统电源的总无功出力QGC包括发电机的无功功率QG和各种无功补偿设备的无功功率QC，即 QGCQGQC 总无功负荷QLD按负荷的有功功率和功率因数计算。 网络的总无功损耗QL包括变压器的无功损耗QLT、线路电抗的无功损耗QL和线路电纳的无功功率QB，即 QL QLTQLQB,电力系统自动化,23,4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系,总之，无功平衡是一个比有功平衡更复杂的问题。 一方面，要考虑总的无功功率平衡，要考虑分地区的无功平衡，还要计及超高压线路充电功率、网损、线路改造、投运、新变压器投运及各种大用户对无功平衡的影响。,一般无功功率按照就地平衡的原则进行补偿容量 的分配。小
10、容量的、分散的无功补偿可采用静电 电容器；大容量的配置在系统中枢点的无功补偿 则宜采用同步调相机或SVC。,电力系统自动化,24,4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系,无功功率平衡的讨论： 1、全局平衡和分地区平衡，保证满足以上总的平衡条件，不一定满足电压要求，还必需实现局部无功功率平衡，无功功率的分层次就地平衡是一个基本原则。 2、任何时候网络中实际产生和消耗和无功功率相等。 3、快速无功功率，无功功率动态平衡。,电力系统自动化,25,4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系,无功功率和电压的关系,电力系统自动化,26,4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系,无功功率平衡与电压水
11、平的关系,电力系统自动化,27,4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系,无功功率平衡与电压水平的关系,电力系统自动化,28,4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系,无功功率平衡与电压水平的关系,总之，实现无功功率在额定电压下的平衡是保证电压质量的基本条件。,电力系统自动化,29,第三节 电力系统电压控制的措施,电力系统自动化,30,4.3 电力系统电压控制的措施,中枢 点的 定义,电力系统中重要的电压支撑点； 电力系统中负荷点数目众多又很分散，有必要选择一些有代表性的负荷点； 这些点的电压质量符合要求，其它各点的电压质量也能基本满足要求。,中枢 点的 选择,区域性水、火电厂的高压母线；
12、 枢纽变电所的二次母线； 有大量地方负荷的发电机电压母线； 中枢点设置数量不少于全网220KV及以上电压等级变电所总数的7。,中枢点的电压管理,电力系统自动化,31,4.3 电力系统电压控制的措施,中枢点调压模式,逆调压模式,顺调压模式,恒调压模式,电力系统自动化,32,4.3 电力系统电压控制的措施,中枢点调压模式,逆调压模式,在大负荷时升高电压，小负荷时降低电压的调压方式。一般采用逆调压方式，在最大负荷时可保持中枢点电压比线路额定电压高5，在最小负荷时保持为线路额定电压。供电线路较长、负荷变动较大的中枢点往往要求采用这种调压方式。,电力系统自动化,33,4.3 电力系统电压控制的措施,中枢
13、点调压模式,顺调压模式,大负荷时允许中枢点电压低一些，但不低于线路额定电压的102.5；小负荷时允许其电压高一些，但不超过线路额定电压的107.5的调压模式。对于某些供电距离较近，或者负荷变动不大的变电所，可以采用这种调压方式。,电力系统自动化,34,4.3 电力系统电压控制的措施,中枢点调压模式,恒调压模式,介于前面两种调压方式之间的调压方式是恒调压。即在任何负荷下，中枢点电压保持为大约恒定的数值，一般较线路额定电压高25,电力系统自动化,35,4.3 电力系统电压控制的措施,电压调整的基本原理,R+jX,P+jQ,1:K1,Vb,1:K2,VG,Vb=(VGk1V)/k2(VGk1 )/
14、k2 式中k1和k2分别为升压和降压变压器的变比，R和X分别为变压器和线路的总电阻和总电抗,电力系统自动化,36,4.3 电力系统电压控制的措施,电压调整的基本原理,由公式可见，为了调整用户端电压Vb可以采取以下措施： 1、调节励磁电流以改变发电机端电压VG 2、适当选择变压器的变比 3、改变线路的参数 4、改变无功功率的分布,电力系统自动化,37,4.3 电力系统电压控制的措施,电压 调整 措施,发电机调压,改变变压器变比调压,利用无功功率补偿调压,线路串联电容补偿调压,电力系统自动化,38,4.3 电力系统电压控制的措施,电压 调整 措施,发电机调压,对于不同类型的供电网络，发电机调压所起
15、作用不同： （1）由孤立的发电厂不经升压直接供电的小型电力网，改变发电机端电压就可以满足负荷点的电压质量要求，不必另外再增加调压设备； （2）对于线路较长、供电范围较大、有多级变 压的供电系统，发电机调压主要是为了满足近处地方负荷的电压质量要求；,电力系统自动化,39,4.3 电力系统电压控制的措施,电压 调整 措施,发电机调压,（3）对于由若干发电厂并列运行的电力系统， 进行电压调整的电厂需有相当充裕的无功 容量储备，一般不易满足。另外调整个别 发电厂的母线电压，会引起无功功率重新 分配，可能同无功功率的经济分配发生矛 盾。所以在大型电力系统中发电机调压一 般只作为一种辅助性的调压措施。,电
16、力系统自动化,40,4.3 电力系统电压控制的措施,电压 调整 措施,发电机调压,改变变压器变比调压,利用无功功率补偿调压,线路串联电容补偿调压,电力系统自动化,41,4.3 电力系统电压控制的措施,电压 调整 措施,改变变压器变比调压,改变变压器变比可以升高或降低次级绕组的电压。改变变压器的变比调压实际上就是根据调压要求适当选择分接头。 （1）降压变压器分接头的选择,电力系统自动化,42,4.3 电力系统电压控制的措施,1、降压变压器分接头的选择,改变变压器变比调压,VT（PRTQXT）/V1 V2(V1VT)/k 式中，kV1t/V2N是变压器的变比，即高压绕组分接头电压V1t和低压绕组额定电压V2N之比。将k代入上式，得高压侧分接头电压： V1t(V1VT)/V2 *V2N 当变压器通过不同的功率时，可以通过计算求出在不同负荷下为满足低压侧调压要求所应选择的高压
