配电节能技术 (2)

1、配电网无功补偿与经济运行第 4 章内容提要内容提要n配电网无功补偿作用的简要分析n配电网无功补偿装置的设计与优化n配电网无功补偿的常用控制方式n无功补偿的节能效果分析n配电网无功补偿电容器的选择与安全运行n无功补偿设备工程中应注意的一些问题四、无功补偿控制设备综述n（一）同步发电机n同步发电机是电力系统唯一的有功电源，同时也是系统主要的无功电源，它的容量最大，调节也最方便。n电力系统中所需的无功功率大部分来自同步发电机。当发电机端电压（即输出端）大于电网电压时，发电机发出无功；当发电机端电压小于电网电压时，发电机吸收无功；当机端电压等于电网电压时，发电机发出的无功为0.n在过励磁条件下，同步发

2、电机提供无功功率的能力能有效防止电力系统出现电压失稳的现象。在电网轻负荷时，利用发电机进相吸收系统无功功率是解决轻负荷情况下出现高电压的有效措施。n（二）同步调相机n同步调相机是没有原动机或机械负荷的同步发电机。它通过控制它的励磁，可以用于发出或吸收无功功率。通过电压调节器，它可以自动调节无功功率输出以保证恒定的端电压。同步调相机从电力系统吸收少部分有功功率以补偿有功损耗。其初始成本和运行费用较高，维护工作量大，运行环境较差（噪声大），因此它无法与静止无功补偿器相抗衡。n但同步调相机能够连续调节，同时在系统很弱的网络中有比静止无功补偿装置更为优越之处，即它能够提供更为稳定的电压特性。同步调相机

3、主要应用于下列情况：n（1）对于较弱的受端系统，在传送大容量电力的超高压长距离线路的中途，装设同步调相机做并联补偿，以提供动态无功支持，是提高送电容量和稳定水平的有效措施。n（2）装在弱受电端系统中，提供强大的短路电流以对受端电压提供支持，提高接受远方大容量电源输送电力的能力。n（3）高压直流输电出现后，为了保证较弱的受电侧能提供足够的短路电流，也需要在交流受电侧装设足够容量的同步调相机。n（三）有载调压变压器n带可调分接头的有载调压变压器时各电压等级电压的电力系统中控制电压的重要手段，运行于不同电压等级的自耦变压器或三绕组、两绕组电力变压器，通常装有有载调压分接头装置，它们可自动控制，也可手

4、动控制。调节主变压器高压侧的分接头，是为了调节低压侧的电压，支持低一级电压网络的电容器组和线路充电，并减小低一级电压网络的无功损耗。输电系统中，电力变压器的分接头调节其延时要短些，以有利于负荷更快地恢复。由于分接头改变，其高压侧电压将有一定程度的下降，这将导致高压电网的无功损耗增加。为防止这种情况发生，分接头调节必须与投切输电网并联电容器或并联电抗器相配合，以保证整个电力系统的无功平衡和电压合格。n（三）并联电容器n并联电容器能够提供无功功率和提升局部供配电网的电压。其最大特点是价格便宜而且易于安装维护。在用电负荷附近进行并联补偿是广泛采用的手段。其主要目的是调节电压和保持负荷稳定。电容器通过

5、提高负荷的功率因数可以有效地扩大其电压稳定极限。n并联电容器较多采用并联在变配电所的母线上，而不是装设在线路上。依靠开关来投切的并联电容器组（MSC）常常安装在负荷区的变电站中，或大型自耦变压器的三次侧，用来调节输电线路的电压。n线路补偿主要提供线路和公用变压器需要的无功，工程问题关键是选择补偿地点和补偿容量。线路补偿具有投资小、回收快、便于管理和维护等优点，适用于功率因数低、负荷重的长线路。线路补偿一般采用固定补偿，因此存在适应能力差，重载情况下补偿度不足等问题。自动投切线路补偿目前还是需要进一步研究和提高实用、可靠性课题。4、电抗器 线路的分布电容所产生的无功功率，与电压的平方成正比，同时

6、与线路的长度成正比。因此，长距离、高电压等级的线路产生的充电功率不容忽视。图3-4是线路 形等值电路。 图中电容代表线路的分布电容，每个电容的电纳为整个线路等效电纳B的一半，即为 。每个电容产生的充电功率为线路总充电功率 的一半，即等于 。当线路轻载或空载运行时，线路电抗X中的无功损耗 很小，其数值可能等于或小于线路的充电功率。这种情况下线路总的无功损耗 为零，甚至变负。并联接入电抗器，吸收轻载时线路的充电功率，限制过电压。22BC22222CQBCUU23XQI XXCQQQCQn高压线路在轻载时，将会存在大量过剩的充电功率，从而使电压升高。从表3-2可见，高压线路轻载时电压搜升高现象十分严

7、重，其升高幅度已经大大超出了国家的有关规定。这对系统的安全运行和用户的正常生产构成了极大的威胁。5、静止无功补偿装置和静止无功发生装置 基于电力电子半控器件无功补偿装置（SVC）和基于电力电子全控器件的静止无功发生装置（SVG）具有动态无功功率补偿特性。与同步调相机一样，它们既可以向系统输出无功功率，也可吸收系统的无功功率。( 电容器和可调电抗器组成，电容发出无功，电抗吸收无功，控制回路调节无功大小)调压速度快，调压平滑，有功功率损耗也比较小。由于他们由静止开关元件构成，所以运行维护方便、可靠性较高。但这类设备价格普遍较高，运行经验较欠缺。n（四）用户终端分散补偿n用户终端分散补偿方式主要是对

8、用电设备随机补偿。在10kV以下电网的无功消耗总量中，变压器消耗占30%左右，低压用电设备消耗占65%以上。由此可见，在低压用电设备上实施无功补偿十分必要。从理论计算和实践中证明，低压设备无功补偿的经济效果最佳，综合性能最强，是值得推广的一种节能措施。n感应电动机是消耗无功最多的低压用电设备，故对油田抽油机、矿山提升机、港口卸船机等厂矿企业较大容量电动机，应该实施就地无功补偿，即随机补偿。与前三种补偿方式相比，随机补偿更能体现以下优点：n（1）线损率可减少20%；（2）改善电压质量，减小电压损失，进而改善用电设备启动和运行条件。（3）释放系统能量，提高线路供电能力。n由于随机补偿的投资大，确定

9、补偿容量需要进行计算，以及管理体制、重视不够和应用不方便等原因，目前随机补偿的应用情况和效果都不理想。因此，对随机补偿需加强宣传力度，增强节能意识，同时应针对不同用电设备的特点和需要，开发研制体积小、造价低、易安装、免维护的智能型用电设备无功补偿装置。n资料：SVC与STATCOM的综合比较分析一、电力系统无功补偿配置技术原则的基本要求国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则明确要求各级电网企业、并网运行的发电企业和电力用户配置无功补偿装置的基本原则是：各级电网应避免通过输电线路远距离输送无功电力，应能保证在系统有功负荷高峰和负荷低谷运行方式下，分（电压）层分（供电）区的无功平衡。分层无功平衡

10、的重点是220kV及以上电压等级层面的无功平衡，分区就地平衡的重点是110kV及以下配电系统的无功平衡。无功补偿配置应根据电网情况，实时分散就地补偿与变电站集中补偿相结合，电网补偿与用户补偿相结合，高压补偿与低压补偿相结合，满足降损和调压的需要。合理的无功补偿配置，在电力系统中应呈正三角形分布。即从超高压、高压、中压到低压各层面，电压等级越低，补偿容量应该越大，越靠近负荷端，补偿容量越大。q 第一节第一节 配电网无功补偿作用的简要分析配电网无功补偿作用的简要分析n技术原则规定：n500（330）kV变电站补偿规定为10%20%n220kV：10%25%n35110kV：10%30%n配电网（1

11、0kV)变电站补偿为20%40%。n所装设的无功补偿装置应避免大量的无功电力穿越变压器，且不引起系统谐波的放大。n35220kV变电站，在主变最大负荷时，其高压侧功率因数应不低于0.95；在低谷负荷时，无功不应向系统倒送，防止在低谷运行方式中，因为下一电压等级无功补偿设备未及时切除，而导致上一级电压的升高。改善电压偏差的措施 电力系统分布广，节点数目多。系统运行时，电压随节点位置、负荷水平不断发生变化。可以说，电压水平的控制既有局域性，又有全局性；既于网络规划有关，又与运行控制密不可分。保证电力系统各节点电压正常水平的充分必要条件是系统具备充足的无功功率电源，同时采取必要的调压手段。 现以图3

12、-2为例，说明各种调压措施所依据的基本原理。 为简化起见，忽略系统各元件的对地电容，网络阻抗已归算至高压侧。 负荷接入点电压可表示为 (3-11) 式中 归算至高压侧网络的电压损失kV； 高压侧网络标称电压，kV。UNU112211()()LssNPR QXUU kUU kkUk 公式（3-11）表明:改变以下各量即可调整负荷接入节点的电压UL。 （1）改变系统无功功率的分布； （2）改变发电机端电压US； （3）改变变压器变比K1，K2。 （4）改变输电网络的参数X。 121()LsNPRQXUU kUkn（三）有载调压变压器n带可调分接头的有载调压变压器时各电压等级电压的电力系统中控制电压

13、的重要手段，运行于不同电压等级的自耦变压器或三绕组、两绕组电力变压器，通常装有有载调压分接头装置，它们可自动控制，也可手动控制。调节主变压器高压侧的分接头，是为了调节低压侧的电压，支持低一级电压网络的电容器组和线路充电，并减小低一级电压网络的无功损耗。输电系统中，电力变压器的分接头调节其延时要短些，以有利于负荷更快地恢复。由于分接头改变，其高压侧电压将有一定程度的下降，这将导致高压电网的无功损耗增加。为防止这种情况发生，分接头调节必须与投切输电网并联电容器或并联电抗器相配合，以保证整个电力系统的无功平衡和电压合格。n无功补偿与调压装置应按无功优先的原则控制。其中：变压器的额定电压、档位以及调压

14、方式应执行有关技术标准和国电电网公司输变电工程典型设计有关规定；无功补偿装置的额定电压应与变压器的相应侧的额定电压相匹配，既要防止无功补偿装置容量的浪费，也要防止因电压不匹配而影响无功补偿装置正常运行。二、电力线路的无功功率分析及无功的分层控制和分级管理n1、电力线路的过剩无功功率n因为输配电线路有电纳，所以就有充电无功功率（Qc），它与运行电压U的平方成正比；因为输配电线路有电抗（X），所以通过电流时就有无功功率损耗，它与线路通过的电流（I）成正比。充电无功功率与电力线路的无功功率损耗之差称之为线路的“过剩无功功率”（Q=Qc-I2X)，它与输配电线路输送的有功功率相关。n当输配电线路输送的

15、有功功率等于自然功率时，该线路的充电无功功率与线路的无功功率损耗相等，过剩的无功功率等于0；当线路输送的有功功率大于自然功率时，该线路的充电无功功率小于线路的无功功率损耗，过剩无功功率为感性；当线路输送的有功功率小于自然功率时，该线路的充电无功功率大于线路的无功功率损耗，过剩无功功率为容性。n2、无功就地平衡n在电力系统中，什么地方需要无功就在什么地方补偿；什么时候需要无功就什么时候进行补偿；电网或电力用户需要多少无功就补偿多少无功，这种“随时、随地、随需要”的无功补偿做法，就叫无功就地平衡。n无功就地平衡的意义：各级电网的无功负荷做到自己平衡：网调在500kV及以上等级电网中对变电站及发电厂

16、实时无功管理；省级或地区调度在220kV/110kV电网中对变电站、发电厂及输变电设施实施无功管理；县（市）供电公司在35kV/10kV配电网中，实时配电网的无功管理；各电力用户要做到不从电网吸收或提供无功功率，即实时功率因数接近或等于1.0.参见文献：自然功率.docn3.无功分层平衡n无功补偿的基本原则是无功就地平衡，分层平衡、分区平衡。n无功补偿是电网安全、优质、经济运行的基础工作。其布局是否合理，不仅关系到是否能够实现无功补偿的目的，而且关系到能否最大限度地降低补偿投资。n无功按电压分层是指：相邻两级电网之间很少或者没有无功功率的交换，即各电压等级的变压器吸收或供出的无功功率应该尽量少

17、。因此，电力线路的过剩无功应该由高压电抗器或者变压器第三绕组母线上的无功补偿装置平衡。n（1）无功区域平衡。通过电力线路将发电厂和变电站连接起来组成输变配系统后，无功功率就地平衡扩展到电网中的概念就是无功区域平衡。其物理意义是，将连接在发电厂或变电站母线上的输配电线路的无功功率平衡扩展到两端的发电厂或变电站进行。n（2）分散补偿。分散补偿是无功功率补偿的基本方式。指直接在无功负荷处进行的补偿。n（3）集中补偿。由于分散补偿的技术原因，分散补偿达不到完全补偿的要求，分散补偿没有补偿够的那部分无功功率就要在它的上一级母线上进行补偿，上一级母线上进行的补偿就叫集中补偿。其相对意义是：由于长期使用电容

18、器组的补偿方式，在上一级母线上进行的无功补偿调节容量也可能不能把无功负荷进行全部补偿，这样就要在上一级母线上进行补偿，这样上一级母线的无功补偿对其下一级母线上进行的无功补偿就叫集中补偿，这也是集中补偿和分散补偿相结合。n配电变压器的电容器组应装设以电压为约束条件，根据无功功率（或无功电流）进行分组自动投切的控制装置。n电力用户应根据其负荷特点，合理配置无功补偿装置，并达到以下要求：100kVA及以上高压供电的电力用户，在用户高峰负荷时变压器高压侧功率因数不宜低于0.95；其他电力用户，功率因数不宜低于0.90.配置无功补偿装置应具有分组自动投切功能，并在任何情况下不应向系统倒送无功。对于特殊非

19、线性用户，如钢铁、电气化铁路等用户，需要进行谐波治理，并达到国家有关规定。同时接入此类用户的变电站，其无功补偿电容器为防止长期运行在谐波环境下的寿命大大降低，无功补偿电容器额定电压应具有一定的冗余。七、配电网无功补偿的相关要求和技术措施n（一）相关要求n（1）无功补偿方案的确定要围绕无功潮流的分布。n（2）确定合理的无功补偿位置和容量。n（3）选择科学、合理的配电网无功补偿技术方案并赋予实施。八、配电网无功平衡与技术措施n（一）配电网的无功平衡n在35kV及以下的配电系统中，电压的高低一般不会影响系统的稳定性，但会影响到供电的电压质量，从而影响到电力用户的安全性和经济性。因此，配电系统的无功补

20、偿和无功平衡问题是一项非常重要的工作。n由于配电网离电源的电气距离较远，点多面广，分散性大，电网中的无功功率有50%左右消耗在线路和变压器上，其余大多消耗在感应电动机上，而配电变压器的容量约占全系统变压器容量的70%80%，由于无功功率不能远距离传输，所以大量配电变压器及用电设备的无功功率必须就地补偿，就地平衡。n合理的无功补偿点的选择及补偿容量的确定，应能够有效维持系统电压水平的运行稳定性，降低有功网损，降低供电成本。但由于我国配电网络的建设长期相对滞后、损耗较高、无功匮乏，虽经今年的城乡大规模建设改造，社会供电仍跟不上经济建设的发展速度，电力供需矛盾十分突出。所以做好配电系统的无功功率就地

21、平衡，是降低损耗、提高效益的最佳方案。在配电变压器低压侧进行补偿，不仅能有效降低配电线路和配电变压器的损耗，而且电压质量也会得到很大的提高。n（二）配电网无功平衡的措施n由于无功功率不能远传，所以只能对大量运行的配电变压器的无功功率进行就地补偿。因此，配电系统无功补偿的目标主要是实现无功的就地平衡。一般在配电变压器低压侧进行无功补偿，可降低配电线路和配电变压器的损耗，可较大地改善电能质量，这也是配电系统降耗、增效的最佳途径。n目前配电、用电系统无功补偿和无功平衡的主要实现措施有：n1.无功集中补偿n在变电站10kV母线装设可分组投切的并联电容器组、静止补偿器等，进行无功集中补偿，旨在改善变、配

22、电网络的功率因数。对于160kVA以下的公用变压器，将电容器安装在杆上或具有一定高度的基础上，一般对变电站10kV母线集中补偿，对于供电负荷较重，功率因数较低的长线路，可采用10kV户外并联电容器集中补偿，旨在提高配电网功率因数，降低线路损耗。由于该方式不能分组投切，适用能力较差。n2.用户随器补偿n采用随器补偿的方式，是在配电变压器低压侧进行集中电容器补偿，以补偿配电变压器空载无功的补偿方式。通常采用微机控制的低压并联电容器柜。160kVA及以上的专用配电变压器400V侧规定必须装设集中电容器补偿至功率因数0.95以上。旨在提高电力用户的电压水平。配电变压器在轻载或空载时的无功负荷主要是变压

23、器的空载励磁无功，配电变压器空载无功是农网无功负荷的主要部分，对于轻载的配变而言，这部分损耗占供电量的比例很大，从而导致电费单价的增加，不利于电费的同网同价。n随器补偿的优点：n接线简单、维护管理方便、能有效地补偿配变空载无功，是该部分无功就地平衡，从而提高配电变压器的利用率，降低无功网损，具有较高的经济性，是目前补偿无功最有效的手段之一。n补偿容量可根据负荷大小和性质来确定，一般为配电变压器容量的30%40%。n这种补偿属低压集中补偿，适合负荷比较集中、供电距离不大、装设场所环境好的县城工业和农村工副业用户，主要对低压电器设备的无功损耗进行补偿。这种补偿效果很好、一般功率因数都达到0.95以

24、上，由于是自动投切，可防止无功倒送。n3.用户随机补偿n随机补偿是指用户终端分散补偿或称按需补偿。随机补偿是将低压电容器组与电动机并接，通过控制、保护装置与电动机同时投切。随机补偿适用于补偿电动机的无功消耗，以补偿励磁无功为主，该方法可较好地限值农网无功峰荷。n随机补偿的优点：n用电设备运行时，无功补偿投入，用电设备停运时，补偿设备也退出，而且不需频繁调整补偿容量。具有投资小、占位小、安装容易、配置灵活方便，维护简单、事故率低等。n一般来说，无功补偿装置距离负荷越近，补偿效果越好，但从经济效益出发，就地随机补偿是否适宜还需要以具体情况来确定。对于负载较小或变载运行的配电小区，采取就地补偿的方法

25、是不适宜的；不仅不便于安装，而且利用率低，投资大、管理困难。所以，就地随机补偿的方法只适用于较大工矿企业。补偿电容器一般通过控制、保护装置与被补偿设备（如电动机等）同事投切，或直接对用户末端进行补偿，也是农用电动机和排灌电动机优选的补偿方式。九、配电网无功补偿及降损措施n（一）配电网无功补偿的原则n配电网无功补偿降损应遵循“分散补偿，就地平衡”的原则。n（1）对变电站母线进行电容器集中补偿。n（2）对大容量电动机进行随机补偿。n（3）配电变压器容量在100kVA及以上时，必须进行配电变压器补偿。n（4）配电线路加装一定容量的电容器进行集中补偿，节能效果与补偿地点和补偿容量有关，容量大小随线路负

26、荷而定。n（二）线路无功补偿类型n（1）在线路上取一点补偿的情况。补偿点在线路首端时，线路中的无功电流分布无变化，没节能效果；线路末端，可能存在无功倒送。只要补偿点不在首端，补偿点之前各段无功电流就会发生变化，从而电能损耗也发生变化，变化的大小和范围与补偿容量有关。最优补偿地点从首端起线路总长的2/3处，补偿容量取全补偿的2/3，这时节电效率最高达88%以上。在一般情况下，取补偿地点在线路的1/24/5处，补偿容量为全补偿的1/24/5，这时节电效率可达80%左右。n（2）在线路上取多点补偿的情况。如果线路分支较大或线路较长，负载自然功率因素低，可采用分支线分段补偿方式，在每一补偿段或分支中的

27、补偿地点和补偿容量的选择，按前上述原则选取，可取的更高的节电效率。n（3）在线路负载波动大的情况下，按平均负载和平均功率因数进行选择。在最小负载时可能出现过补偿现象，但对整个节能效果影响不大。n线路集中补偿简单、投资少、设备利用率高，能改善线路电压质量，是值得推广的一种补偿方法。十、配电网无功补偿中存在的问题n我国电网中，高压电网设计和安装的电容器多，电抗器少；中压电网设计和安装的电容器较多，电抗器较少；配电网及电力用户（及1035kV电网）中安装的电容器容量与电抗器差得更多。这种“无功补偿容量倒挂”的现象直接影响到电力系统的经济运行。n无功补偿容量倒挂，静态无功功率就不能达到就地、分层平衡，

28、更谈不上“就地、分层”的动态无功功率平衡。这不仅人为地增大了线路功率损失，而且由于无功功率潮流与有功功率朝同方向输送，也增大了电压损失，降低了电压质量，影响到输配电线路的传输能力和功角稳定水平。n为此，对于配电系统低压侧的无功补偿，应更多地考虑系统的特点，不应因电压等级低、补偿容量小而忽视补偿设备对系统侧的影响（包括网损）。如果需降损的线路能基于一个完善的补偿方案进行改造，电力系统效益将要比分散的纯用户行为的补偿方式好得多。n（一）补偿方式问题n目前很多地区无功补偿的出发点还放在用户侧，即只注意补偿用户的功率因数，而不是立足于降低电网的损耗。如为提高某电力负荷的功率因数，增设1台补偿箱，这固然

29、会对降损有所帮助，但如果要实现有效地降损，必须通过计算无功潮流，确定各点的最优补偿量和补偿方式。但大多低压侧集中补偿方式是以功率因数或电压水平作为判据来控制电容器的投切，这种方式不能同时满足降低网损和保证用户电压质量的要求，为此就要进行大量的无功潮流计算，来确定配电网的补偿方式，确定最优补偿容量和补偿位置，才能取得最佳的补偿效果。由于配电网点多面广的结构特点，随用户的变迁经常会发生变化，无功潮流也同时发生变化，使原来优化好的方案常要重新优化，因此优化方案往往不切实际。n（二）谐波影响问题n电容器本身具有一定的抗谐波能力，但在特定的系统参数下，可能会产生谐波，放大谐波，影响到电力电子设备的正常运

30、行，干扰无线通信甚至破坏设备。谐波含量过大时会对电容器的寿命产生影响，甚至造成电容器的过早损坏，并且由于电容器对谐波有放大作用，因此使得系统的谐波干扰更严重。此外，动态无功补偿无功的地方，同时也应考虑添加滤波装置，然而这一问题常常被忽视，致使一些补偿设备莫名其妙地损坏。因此，进行无功补偿设计时必须考虑谐波治理。n（三）无功倒送问题n无功倒送至上一级配电网，会增加配电系统的损耗、增加配电线路的负担，是电力系统所不允许的。无功补偿设备的生产厂家，虽然都强调自己的设备不会造成无功倒送，但是实际情况并非如此。对于接触器控制的补偿柜，补偿量是三相同调的；对于晶闸管控制的补偿柜，虽然三相的补偿量可以分调，

31、但是很多厂家为了节约资金，只选择一相采样和无功分析，于是在三相负荷不对称的情况下，就可能造成无功倒送。因此在选择补偿方式时，应充分考虑这一点。电能质量主要取决于电力系统无功潮流分布是否合理，关系到供用电的安全性和经济性。若配电系统无功电源容量不足，系统运行电压就难以得到保证。配电系统功率因数和电压的降低将使电力设备的效率得不到充分利用，降低了配电系统的传输能力，引起附加损耗的增加。因此，配电、用电系统的无功平衡对配电系统的安全、经济运行非常重要。n（四）无功测量问题n低压无功补偿难于普及开展，是由于供电企业对用户的功率因数一般不能做到实时监测和控制，功率因数的合格率往往达不到要求。因此，这种用

32、功率因数或用无功电量来进行的考核，常仅流于形式，难以取得实效。n（五）无功管理问题n目前，配电网的无功补偿容量一般是依据规定达到的功率因数来确定，而不是根据用户用电时实际的节能效益和电能质量最佳，支付电费最少的经济功率因数。同时，一些用电企业开展无功补偿工作认识不足，有些是在硬性规定下执行的，造成无功补偿工作的管理混乱，如不按规定投切电容器，或退出运行，或长期投入，造成不良后果。因此，必须调整“一刀切”的管理模式，科学制定无功管理方案。（一）基于用户侧的功率因数要求第三节 配电网无功补偿的常用控制方式第三节 配电网无功补偿的常用控制方式n（二）基于“九区图”控制的变电站电压无功控制装置n1.“

33、九区图”的含义n电力系统各级运行电压和无功功率均具有“合格”、“越上限”和“越下限”三种工作状态。电压和无功这两项参数的三种工作状态机双参数控制策略，按照由低到高的排列顺序。在二维平面上，可以将直角坐标平面划分为九个区域。这就是“九区图”。n2.“九区图”无功电压控制策略n实时采集配电网电力变压器的无功功率Q和母线电压U，然后按调节判据分析并取得不同区域的控制方法，决策电容器的投切和变压器分接头的调整，提高变电站低压母线电压的合格率。n为了避免变压器分接头与电容器调整过程中发生的“振荡”现象，VQC装置经历了“细分九区图”到模糊边界控制九区图“的发展过程。n3.“九区图”控制方式的优缺点n“九

34、区图”的无功电压控制策略和方式是对传统的固定电容器投切方式的重大改进。这一无功补偿装置选型，接线简单、价格较低，易于大面积推广。其缺点是控制方式差，控制的目标电压与无功功率不在同一界面（对于变电站而言，采集的是变压器高压侧的无功功率Q和低压侧的母线电压U）；不能实时跟踪用电的无功负荷进行动态调整，与电网无功及电压不断变化的现实情况不一致，以致影响到系统电压质量和配电网经济运行的效果。同时，控制目标的无功功率与单组电容器容量相关，并不是电网无功功率优化要求的数值，并不具有电网无功功率优化的特征。过去很少采用动态无功补偿方式的主要原因是电力电子技术不适应，动态无功补偿装置性能差，价格昂贵。n（三）

35、基于全网无功电压优化控制的“分级电压控制”方式n基于全网优化的分级电压控制，通常是二级电压控制。它是基于全网无功功率基本平衡，而区域无功功率不一定平衡（因为无功补偿装置配置不尽合理）。这是在达不到全网无功功率优化运行的情况下，为了满足电压控制的需要，使电压合格或基本合格，不至于发生电压事故而产生的电压控制方法。n一级电压控制器设置在发电厂、用户和各供电点的无功/电压控制设备上，包括：同步电机（发电机、调相机、同步电动机）、静止无功补偿器、快速投切电容器、电抗器以及变压器有载分接开关自动切换等。响应时间一般为一秒到十几秒。控制目标是抵消快速负荷波动造成的电压波动，维持系统电压的稳定。n二级电压控

36、制器设置在区域调度中心。响应时间是几十秒到几分钟，大于一级电压控制的响应时间。控制目标是当系统中变化相对缓慢的负荷变化n三级电压控制器设置在系统调度中心，是等级电压控制系统的最高级，其响应时间是几十分钟。控制目标是以全网安全和经济运行准则来优化系统的运行状态，确定各区域中主导节点电压的参考值，协调各二级电压控制系统，使全系统达到最优运行状态。n通常把电网分为三级：n一级电压控制、二级电压控制和三级电压控制。其中二级电压控制的主要目标是以某种协调方式重新设置区域内各自动电压调节器（一级电压控制）的参考值，使得各个节点电压满足要求。n二级电压控制连接其他两个层次（电压控制）的关键环节，它还从电压稳

37、定的角度出发，合理、协调地分配本区域内各个节点的电压无功源的出力，突破了只根据本机附近信息进行电压控制的所固有的分散性与局部性。分级电压控制的应用，在我国电网中正在发展，人们习惯的称它为自动电压控制，简称AVC。n二级电压控制首先应将电力系统进行分区，这些分区最理想的是彼此电气距离较远，相互近似。并且在这些区域中选取主导节点，主导节点电压的变化能够代表本区域的其余节点电压的变化。n二级电压控制是根据主导节点电压的偏离（Up=Up-Upset），以某种预定的控制方式协调改变区域内各被控发电机的自动电压调节器的参考电压设定值或其他无功源的设定值，从而引导节点电压基本保持不变，进而维持整个系统的电压

38、水平和无功功率分布在一个良好的状态。n系统控制目标是：在确保电网和设备安全运行的前提下，进一步提高电网调度自动化水平，提高电力系统运行的稳定性和安全性，全面改善和提高电网电压质量，降低电网损耗，提高设备出力。从全网角度进行无功电压优化控制，实现无功分层就地平衡和无功补偿设备投入合理，同时电压合格率最高，主变压器分解开关调节次数最少、达到输电网损最小的目的。n系统优化原则：提高全网电压合格率；全网电能损耗尽可能地低；同时，全网变压器有载调压开关等设备动作次数尽可能地少。当让，所有的操作和控制以及调度权限应符合安规，运规和调规的规定。n功能实现方式：系统接收SCADA相关信息，进行有关无功和电压综

39、合优化的计算，输出有载调压变压器分接开关调节指令、无功补偿设备投切指令及相关控制信息，然后将这些信息返回调度SCADA监控系统，再由调度系统下发指令到配电网监控站或工作站执行（体现调度操作的“命令单一化原则”）。n经过这样的闭环控制，控制地区电网内各级电压在合格范围内，同时，控制本级电网内无功功率方向合理，显示无功分层就地平衡，提高功率因数；对于相同电压等级的不同变电站，其电容器组根据计算决策确定谁先投入；对于同一变电站，不同容量的电容器组根据计算决策确定投切顺序。资料：AVC技术资料n浅谈电力系统二级电压控制的研究现状及不足_华梁电力市场下的无功优化n求解过程当只考虑等式约束，而将不等式约束

40、作为校验条件来处理时，构造拉格朗日函数，并且求极值，使目标函数最小。在进行无功优化时，认为已进行过有功优化。与有功优化有关的控制变量和状态变量保持不变。n全网无功电压优化系统的自动控制，建立的目标函数是：全网电能损耗最小、设备动作次数最少；运行的约束条件是：控制范围内的系统力率合格，同时，母线电压不越限、调压开关动作次数不越限、电容器投切次数不越限。它与人为控制方式相比，潮流计算更精确，控制方式更为科学合理，可以大大减轻调度人员和运行人员的工作量。n（四）加强无功电压管理，提高配电网经济运行的措施n1.充分发挥全网无功电压优化系统的作用n无功电压优化管理涉及电力生产的全过程，点多、面广、量大。

41、地区及县级调度，因为电网可供调节的有功、无功电源数量少，而对主网电压尤其是220kV及以上的电压无法进行控制。所以，要保证电网的安全、经济、稳定运行，保证对用户供电的电压质量，前提是系统的无功潮流应科学合理。因此要按照“无功补偿分层、分区和就地平衡”的原则，做好无功补偿设备的规划、设计、建设和运行管理，合理建设无功电源、配置补偿装置、优化无功潮流、强化运行管理。通过技术措施和管理措施的共同加强，充分发挥全网无功电压优化系统的作用，努力提高地区电网的电能质量和经济运行水平。n2.建立合理完善的供配电网络n（1）应对重要负荷集中地区的最高一级电压网络加强网络联系及电压支持，以形成一个坚强的供电受端

42、系统。n（2）为了提高供电可靠性，通常10kV系统采用环形布置，开环运行的一次接线方式。这样，在正常和事故运行方式时，均能满足供电需求和电压质量的要求。n（3）对于中低压电网的供电范围，应根据电压损失允许值、负荷大小、无功潮流、经济运行及可靠性要求，统筹规划并留有一定的裕度，尽可能使供电半径保持在合理的范围内。n（4）在规划、建设电力系统时，电力系统中应有足够的无功电源备用容量和补偿装置，无功电源应与有功电源同步进行规划，并按照需要，分别装设在无功平衡和电压调整比较敏感的变电站内。n3.配备合理的无功补偿设备n（1）配足无功补偿设备，各变电站都应按技术导则要求配足无功补偿设备，不能因一时电压的

43、高低而不配或减配电容器。n（2）对110kV及以下的变电站电缆线路较多时，在切除并联电容器组后，若仍出现向系统倒送无功，则应在变电站的低压母线上装设并联电抗器，以加大该变电站的无功负荷，达到无功平衡。n（3）无功补偿设备的容量要配置合理，变电站内的无功补偿设备的单组容量不宜太大。n资料：调谐型无功补偿装置选型计算n 调谐型无功补偿装置采用与电容器串联电抗器的方法，使该回路的调谐频率低于网络中产生的最低次谐波的频率。这样，该装置在工频时呈容性，改善功率因数；在谐波频率时呈感性，防止谐波放大，避免谐振的发生。因此，调谐型无功补偿装置得到日益广泛的应用。 n选用调谐型无功补偿装置时，电抗率是该装置的

44、重要参数，这一参数值需根据电网频谱特性选择。选取电容器的设计电压需高于电网电压，同时需选择与之匹配的电抗器。调谐型无功补偿装置向电网提供的无功补偿容量由电容器和串联电抗器构成的补偿回路特性决定。与纯电容补偿方式相比，调谐型无功补偿方式增加了电抗器这一元器件，使补偿回路实现无功补偿的同时，可以有效抑制谐波，防止发生谐振，满足更多用户需求。 n4.合理配置与选择变压器变比和采用有载调压变压器n（1）发电厂的升压变压器采用无励磁调压变压器，调压范围为22.5%，高压侧额定电压为1.1倍系统额定电压。n（2）对地区企业自备电厂来说，因上网线路路径短，为便于同附近的降压变压器分接头相配合，变压器高压侧额

45、定电压一般选用1.05倍的系统额定电压。n（3）对220kV变电站的降压变压器，若负荷、电压变化大，一般采用有载调压变压器；110kV变电站的主变，基本上都采用有载调压变压器。n（4）若采用无励磁调压变压器，高压调压范围一般选择32.5%或42.5%；若采用有载调压变压器，高压调压范围一般选择81.5%或81.25%。n（5）无论是无励磁调压或是有载调压，高压侧额定电压均与系统侧额定电压相等，中、低压侧额定电压为1.05倍的系统额定电压。n5.搞好无功平衡、分析工作n（1）做好用户端平衡。用户无功补偿设备的投入容量，应随用电负荷的大小增减，并维持一定的功率因数，不向电网倒送无功，做到无功就地平

46、衡。n（2）110kV及以下变电站的无功补偿设备的投入容量，应随时与本站所供的无功负荷平衡，不得向高压侧电网倒送无功。n（3）220kV及以上变电站的无功补偿设备的投入容量和发电厂的无功出力，有调度部门按照系统调压要求和网络经济运行的原则实行最优分配。n（4）同一变电站中如装有无功补偿设备和有载调压变压器，则这两种设备的运行应按以下要求协调：首先按无功就地平衡原则调节无功补偿设备的投入容量，然后再按电压要求调节有载调压变压器分接头位置。n（5）积极采用无功、电压自动调节设备，提高电网自动化水平。n6.提高认识，加强管理n（1）应建立健全各项管理制度，完善管理网络和管理流程。n（2）县市级调度和

47、生产技术部门要确保无功管理的受控、在控，从而达到降低线损、提高电压合格率和功率因数合格率的目的。n（3）加强对发电厂有功、无功出力的管理，不但要编制和下达发电厂的有功出力曲线，还要根据负荷变化和调整电压、功率因数考核的需要，编制下达发电厂、变电站的无功出力曲线和电压曲线，使发电厂始终处于受控状态。 n（一）电能质量改善型节电器n1.谐波产生与危害1994年我国颁布了电能质量公用电网谐波的国家标准，对各级功用电网的谐波电压和用户注入电网的谐波电流均做出了明确的规定。随着各种非线形干扰负荷增长，导致电力系统中高次谐波含量迅速增长，引起供电电压波形畸变，增加了线损和用电设备的损耗，降低了电能质量。谐

48、波已成为污染公用电网和危害其他设备的“公害”。谐波的抑制已成为了节电工作的一项重要措施。 节电器的作用及运行效果分析n谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，从而产生谐波。谐波频率是基波频率的整倍数。n供电电源可分解为有功电流、无功电流、谐波和间谐波电流。基波无功电流占用电网容量，导致网压波动，在供电设施上产生热损耗，降低设备的运行可靠性。谐波的集肤效应使输电线等效面积变小，线路损耗增加，铁芯中附加高频涡流损耗；谐波还导致网压波形畸变n2、谐波对电气设备的危害n对电动机的危害：谐波对异步电动机的影响，主要是增加电动机的附加损耗，降低

49、效率，严重时使电动机过热。尤其是负序谐波在电动机中产生负序旋转磁场，形成与电动机旋转方向相反的转矩，起制动作用，从而减少电动机的出力。另外电动机中的谐波电流，当频率接近某零件的固有频率时还会使电动机产生机械振动，发出很大的噪声。n对变压器的影响：谐波电流导致铜损和杂散损增加，谐波电压增加铁损，增加噪声n对弱电系统设备的干扰：对于计算机网络、通信、有线电视、报警与楼宇自动化等弱电设备，电力系统中的谐波通过电磁感应、静电感应与传导方式耦合到这些系统中，产生干扰。其中电感应与静电感应的耦合强度与干扰频率成正比，传导则通过公共接地耦合，有大量不平衡电流流入接地极，从而干扰弱电系统。n对人体危害：从人体

50、生理学来说，人体细胞在受到刺激兴奋时，会在细胞膜静息电位基础上发生快速电波动或可逆翻转，其频率如果与谐波频率相接近，电网谐波的电磁辐射就会直接影响人的脑磁场与心磁场。n节电原理：抑制和改善配电系统中谐波影响，改善电压质量，改善供电品质（同时提高功率因数），减少负载总电流及电压降，降低电网中功率损耗和电能损失，提高设备利用率。n（1）缓冲节电：绝大部分工厂都装有感性电度表来反映电力使用情况。驱动电度表表盘的同时性力矩的大小，取决于电路中同时性的线电压与线电流的大小。由于谐波是突发式的过压，它会导致作用于电度盘上的同时性力矩突然发生变化，使表盘发生阶跃式的转快。其结果导致电度表对一个系统总的用电量的过度计量，此