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1、North China Electric Power University第二十四讲 调度自动化（5）l肖仕武，薛安成lOffice:J5B309lTel:80794899无功-电压控制8/1/20242华电电力系统自动化第华电电力系统自动化第18讲讲_调度自动化调度自动化(4)-无功无功_电压控制电压控制North China Electric Power University运行成本l能源（煤，核能）消耗l机组开停费用l设备冷/热备用费l网络损耗 2002年全国电网的线损率为7.7%，年损耗总电量875.38亿千瓦时 2002年总发电量完成年总发电量完成16400 亿千瓦时亿千瓦时8/1/
2、20243华电电力系统自动化第华电电力系统自动化第18讲讲_调度自动化调度自动化(4)-无功无功_电压控制电压控制North China Electric Power University线损电力网电能损耗（简称线损），是电网经营企业在电能传输和营销过程中自发电厂出线起至客户电度表止所产生的电能消耗和损失。8/1/20244华电电力系统自动化第华电电力系统自动化第18讲讲_调度自动化调度自动化(4)-无功无功_电压控制电压控制North China Electric Power University线损率l线损率是衡量线损高低的指标，它综合反映线损率是衡量线损高低的指标，它综合反映和体现了电力
3、系统规划设计、生产运行和经和体现了电力系统规划设计、生产运行和经营管理的水平，是电网经营企业的一项经济营管理的水平，是电网经营企业的一项经济技术指标。技术指标。l线损率线损率=(供电量一售电量供电量一售电量)供电量供电量*100%n其中，供电量其中，供电量=发电厂上网电量发电厂上网电量 + 外购电量外购电量 + 电网送入电量电网送入电量 - 电网输出电量；电网输出电量；n售电量售电量=所有客户的抄见电量。所有客户的抄见电量。8/1/20245华电电力系统自动化第华电电力系统自动化第18讲讲_调度自动化调度自动化(4)-无功无功_电压控制电压控制North China Electric Powe
4、r University技术指标l电能损失率指标：电能损失率指标： n配电线路及变压器综合损失率配电线路及变压器综合损失率10% n低压线路损失率低压线路损失率12% l线路末端电压合格率线路末端电压合格率90% n配电线路电压允许波动范围为标准电压的配电线路电压允许波动范围为标准电压的7%；n低压线路到户电压允许波动范围为标准电压低压线路到户电压允许波动范围为标准电压10%。 l功率因数指标：功率因数指标： n农村生活和农业线路农村生活和农业线路 cos0.85; n工业、农副业专用线路工业、农副业专用线路 cos0.90。8/1/20246华电电力系统自动化第华电电力系统自动化第18讲讲_
5、调度自动化调度自动化(4)-无功无功_电压控制电压控制North China Electric Power University供电电压允许偏差l35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的不超过额定电压的10%。（如供电电压上下偏差。（如供电电压上下偏差同号时，按较大的偏差绝对值作为衡量依据。）同号时，按较大的偏差绝对值作为衡量依据。）l10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的的7%。 l220V单相供电电压允许偏差为额定电压的单相供电电压允许偏差为额定电压的+7%、-10%。8/1/20247华电
6、电力系统自动化第华电电力系统自动化第18讲讲_调度自动化调度自动化(4)-无功无功_电压控制电压控制North China Electric Power University电网降损技术措施重点抓好电网规划、升压改造等工作。简化电重点抓好电网规划、升压改造等工作。简化电压等级，缩短供电半径，减少迂回供电，合理压等级，缩短供电半径，减少迂回供电，合理选择导线截面和变压器规格、容量，制订防窃选择导线截面和变压器规格、容量，制订防窃电措施。淘汰高能耗变压器。电措施。淘汰高能耗变压器。按照无功优化计算结果，合理配置无功补偿设按照无功优化计算结果，合理配置无功补偿设备，提高无功设备的运行水平，做到无功分
7、压、备，提高无功设备的运行水平，做到无功分压、分区就地平衡，改善电压质量，降低电能损耗分区就地平衡，改善电压质量，降低电能损耗8/1/20248华电电力系统自动化第华电电力系统自动化第18讲讲_调度自动化调度自动化(4)-无功无功_电压控制电压控制North China Electric Power University降损的理论基础（1）lPloss=I2R=U2/Rn减少电阻减少电阻n升高电压，在输送功率一定的情况下，降低电升高电压，在输送功率一定的情况下，降低电流流n在输送有功一定的情况下，减少网络中的无功在输送有功一定的情况下，减少网络中的无功流动，降低电流（无功优化）流动，降低电流（
8、无功优化）8/1/20249华电电力系统自动化第华电电力系统自动化第18讲讲_调度自动化调度自动化(4)-无功无功_电压控制电压控制North China Electric Power University降损的理论基础（2）n减少网络中节点的电压差单支路潮流及损耗单支路潮流及损耗8/1/202410华电电力系统自动化第华电电力系统自动化第18讲讲_调度自动化调度自动化(4)-无功无功_电压控制电压控制North China Electric Power University电力系统无功的特点U1U2XS1S2无功不能远距离输送无功不能远距离输送:R8/1/202411华电电力系统自动化第华电
9、电力系统自动化第18讲讲_调度自动化调度自动化(4)-无功无功_电压控制电压控制North China Electric Power University电压偏移的影响l对电力用户的影响对电力用户的影响 电动机、电炉、照明、电子元器件生成电动机、电炉、照明、电子元器件生成l对电力系统的影响对电力系统的影响 发电厂厂用机械的出力，影响锅炉和汽轮机发电厂厂用机械的出力，影响锅炉和汽轮机的运行，使电厂出力降低的运行，使电厂出力降低 电压崩溃：负荷无功增加大于系统所供，电电压崩溃：负荷无功增加大于系统所供，电动机负荷切除，发电机失稳动机负荷切除，发电机失稳8/1/202412华电电力系统自动化第华电电
10、力系统自动化第18讲讲_调度自动化调度自动化(4)-无功无功_电压控制电压控制North China Electric Power University无功可控设备设备类型特点控制能力发电机/调相机可连续调节，没有调节次数约束，能及时快速响应系统中无功电压的波动系统中主要的无功源，建立和维持电压水平，保证系统无功平衡并联电容器/并联电抗器机械投切，有投切次数约束，切换速度慢无功输出与电压平方成反比重要的无功补偿设备，维持电压水平联络变有载调压分接头机械调节，有调节次数约束，调节速度慢改善电压/无功分布，降低网损8/1/202413华电电力系统自动化第华电电力系统自动化第18讲讲_调度自动化调度
11、自动化(4)-无功无功_电压控制电压控制North China Electric Power University变电站VQC装置原理电电压压无无功功上上限限下下限限下下限限上上限限QV九区图九区图8/1/202414华电电力系统自动化第华电电力系统自动化第18讲讲_调度自动化调度自动化(4)-无功无功_电压控制电压控制North China Electric Power University同步发电机励磁控制系统的调压作用励磁功励磁功率单元率单元G自动励磁自动励磁调节器调节器给定电压给定电压辅助控制信号辅助控制信号手动调节手动调节励磁系统励磁系统发电机发电机ILIGLHYHUG8/1/202
12、415华电电力系统自动化第华电电力系统自动化第18讲讲_调度自动化调度自动化(4)-无功无功_电压控制电压控制North China Electric Power University分级分区的无功电压控制模型lEDF三级无功电压控制模型 二级控制一级控制三级控制局部最优厂站最优全局最优区域控制厂站控制全局控制初始可行解，系统当前运行状态最优解其他可行解8/1/202416华电电力系统自动化第华电电力系统自动化第18讲讲_调度自动化调度自动化(4)-无功无功_电压控制电压控制North China Electric Power University一级电压控制为本地控制（local contr
13、ol），只用到本地的信息。控制器由本区域内控制发电机的自动电压调节器（AVR）、有载调压分接头（OLTC）及可投切的电容器组成，控制时间常数一般为几秒钟。在这级控制中，控制设备通过保持输出变量尽可能的接近设定值来补偿电压的快速的和随机的变化。二级电压控制的时间常数约为几十秒钟到分钟级，控制的主要目的是保证中枢母线（Pilot Node）电压等于设定值，如果中枢母线的电压幅值产生偏差，二级电压控制器则按照预定的控制规律改变一级电压控制器的设定参考值，二级电压控制是一种区域控制（Region Control），只用到本区域内的信息。三级电压控制是其中的最高层，它以全系统的经济运行为优化目标，并考虑
14、稳定性指标，最后给出中枢母线电压幅值的设定参考值，供二级电压控制使用。在三级电压控制中要充分考虑到协调的因素，利用了整个系统（System-wide）的信息来进行优化计算，一般来说它的时间常数在十几分钟到小时级。8/1/202417华电电力系统自动化第华电电力系统自动化第18讲讲_调度自动化调度自动化(4)-无功无功_电压控制电压控制North China Electric Power University二级电压控制l分区原则：分区原则：(1)枢纽母线枢纽母线(Pilot Bus)电压的典型性：在区域内，电压的典型性：在区域内，枢纽母线是少量最重要的高压母线，它们的电压行为枢纽母线是少量最重
15、要的高压母线，它们的电压行为足以代表区域的电压行为足以代表区域的电压行为(2)区域可控性：在区域内，有足够的无功容量用于电区域可控性：在区域内，有足够的无功容量用于电压控制压控制(3)区域间的解藕性：区域内的控制受区域外的控制操区域间的解藕性：区域内的控制受区域外的控制操作影响很小作影响很小8/1/202418华电电力系统自动化第华电电力系统自动化第18讲讲_调度自动化调度自动化(4)-无功无功_电压控制电压控制North China Electric Power University电网分区8/1/202419华电电力系统自动化第华电电力系统自动化第18讲讲_调度自动化调度自动化(4)-无功
16、无功_电压控制电压控制North China Electric Power University省级电网与地区电网的区别省级调度管辖地级调度管辖8/1/202420华电电力系统自动化第华电电力系统自动化第18讲讲_调度自动化调度自动化(4)-无功无功_电压控制电压控制North China Electric Power University我国地区电网的运行特点我国地区电网的运行特点220kV省级电网（环网）110kV送电区域（辐射状运行）110kV送电区域（辐射状运行）110kV送电区域（辐射状运行）110kV送电区域（辐射状运行）8/1/202421华电电力系统自动化第华电电力系统自动化第
17、18讲讲_调度自动化调度自动化(4)-无功无功_电压控制电压控制North China Electric Power University我国地区电网的运行特点220kV110kV35kV10kV8/1/202422华电电力系统自动化第华电电力系统自动化第18讲讲_调度自动化调度自动化(4)-无功无功_电压控制电压控制North China Electric Power University我国地区电网的运行特点l如果把变压器运行的两侧或三侧绕组及其所连接的母线组成如果把变压器运行的两侧或三侧绕组及其所连接的母线组成的电网区域，作为一个无功电压控制考察单元（并列运行的的电网区域，作为一个无功电
18、压控制考察单元（并列运行的变压器属于同一考察单元，同一变电所的分列运行的变压器变压器属于同一考察单元，同一变电所的分列运行的变压器属于不同的考察单元），则根据电网运行的实际状态，各变属于不同的考察单元），则根据电网运行的实际状态，各变电所可以有一个或多个考察单元。电所可以有一个或多个考察单元。l110kV变电所的多个考察单元可以受电自变电所的多个考察单元可以受电自220kV变电所的同变电所的同一考察单元，也可以受电自不同一考察单元，也可以受电自不同220kV变电所的多个考察单变电所的多个考察单元。在电网正常运行时，一个考察单元不会同时受电自元。在电网正常运行时，一个考察单元不会同时受电自220
19、kV变电所不同的多个考察单元。变电所不同的多个考察单元。l电网中安装配置有一级或一级以上变压器有载调节分接头。电网中安装配置有一级或一级以上变压器有载调节分接头。目前，绝大部分目前，绝大部分220kV变电所主变的变电所主变的220kV和和110kV绕组的绕组的有载分接头不具备远方遥调的条件。有载分接头不具备远方遥调的条件。110V变电所主变的变电所主变的110kV绕组有载分接头中，只有部分具备远方遥调的条件，绕组有载分接头中，只有部分具备远方遥调的条件，其余只能就地操作。其余只能就地操作。8/1/202423华电电力系统自动化第华电电力系统自动化第18讲讲_调度自动化调度自动化(4)-无功无功
20、_电压控制电压控制North China Electric Power University我国地区电网的运行特点l电网中电网中110kV变电所的二次侧母线（变电所的二次侧母线（10kV或或6kV），），一般均安装有并联电容器。这些并联电容器中，只有一般均安装有并联电容器。这些并联电容器中，只有部分具备远方遥控的条件，其余只能就地操作。部分具备远方遥控的条件，其余只能就地操作。l110kV变电所二次侧母线的电压合格率为变电所二次侧母线的电压合格率为A类考核指类考核指标，具有较严格的考核要求。标，具有较严格的考核要求。220kV变电所主变高压变电所主变高压侧受电关口的功率因数也为考核指标，但其考
21、核要求侧受电关口的功率因数也为考核指标，但其考核要求次于前者。次于前者。 8/1/202424华电电力系统自动化第华电电力系统自动化第18讲讲_调度自动化调度自动化(4)-无功无功_电压控制电压控制North China Electric Power University地区无功电压控制的方法要素要素设置设置最大优化最大优化控制范围控制范围 具有远方遥控遥调条件的具有远方遥控遥调条件的110kV变电所以变电所以及供其电源的及供其电源的220kV变电所变电所 l地区二级电压控制采用启发式搜索方法，地区二级电压控制采用启发式搜索方法，其各个要素其各个要素控制目标控制目标 主要目标：提高各主要目标：
22、提高各110kV变电所的变电所的10kV 考核母线的电压合格率考核母线的电压合格率第二目标：提高各第二目标：提高各220kV变电所高压侧绕变电所高压侧绕组的功率因数合格率组的功率因数合格率8/1/202425华电电力系统自动化第华电电力系统自动化第18讲讲_调度自动化调度自动化(4)-无功无功_电压控制电压控制North China Electric Power University地区无功电压控制的方法l基于基于SCADA主站系统的电压主站系统的电压/无功控制也是无功控制也是利用九区域图原则。利用九区域图原则。 l基于区域控制概念的控制方案希望能够从区基于区域控制概念的控制方案希望能够从区域
23、的角度来分析无功或电压不合格的原因，并域的角度来分析无功或电压不合格的原因，并根据原因来具体执行动作，防止由于上一级电根据原因来具体执行动作，防止由于上一级电压的不合格而导致下一级多个变电站的压的不合格而导致下一级多个变电站的VQC动动作。作。8/1/202426华电电力系统自动化第华电电力系统自动化第18讲讲_调度自动化调度自动化(4)-无功无功_电压控制电压控制North China Electric Power University规则库 l当发现电压出现偏差时，应当首先检查无功是否平衡。当发现电压出现偏差时，应当首先检查无功是否平衡。分头的调节应当是在无功平衡充裕的条件下才考虑的，分头
24、的调节应当是在无功平衡充裕的条件下才考虑的，如果系统在无功缺额很大时，不应该调节分接头，防止如果系统在无功缺额很大时，不应该调节分接头，防止出现电压崩溃。出现电压崩溃。l无功的调节应当本着无功的调节应当本着“从低到高从低到高”的原则，即首先保的原则，即首先保证低电压等级的变电站内部无功平衡，然后再考虑上一证低电压等级的变电站内部无功平衡，然后再考虑上一级的平衡。基本的思想是保证联络变压器从系统获得的级的平衡。基本的思想是保证联络变压器从系统获得的无功接近于零。无功接近于零。l电压的调节本着电压的调节本着“从高到低从高到低”的原则，防止同一级的的原则，防止同一级的变压器分头大量变压器分头大量动作
25、，对于普遍电压的偏低，利用动作，对于普遍电压的偏低，利用上一级的分头来解决，即希望利用最少的设备动上一级的分头来解决，即希望利用最少的设备动作保证合格。作保证合格。8/1/202427华电电力系统自动化第华电电力系统自动化第18讲讲_调度自动化调度自动化(4)-无功无功_电压控制电压控制North China Electric Power University区域无功电压控制系统结构数据采集环节数据采集环节滤波环节滤波环节决策环节决策环节规则库规则库方案执行环节方案执行环节安全监视环节安全监视环节 区域无功电压控制系统结构示意图8/1/202428华电电力系统自动化第华电电力系统自动化第18讲讲_调度自动化调度自动化(4)-无功无功_电压控制电压控制North China Electric Power University
