电力系统电压调整和无功功率控制技术

1、电力系统电压调整和无功功率控制技术2问题1、电压偏移如何影响现代生产和生活？2、电力系统为何总存在电压偏移？允许电压偏移量？3、电力系统的电压水平取决于什么？4、控制电压的无功电源主要有哪些？分别有何特点？5、现代电力大系统的电压是如何管理和控制的？3一、大电压偏移对现代生产和生活影响？电力设备设计：额定电压下才能有好技术经济性能异步电动机：电压低，定子电流显著增大，温升，加速绝缘老化，烧电机；电压高，破坏绝缘。电热设备：电压低，大大降低发热量。照明设备：电压低，发光不足；电压高，影响寿命家用电器（如电视机）：电压低，图像不稳定；电压高，影响显像管寿命。电子设备、精密仪器：对电压都极其敏感，要

2、求更高，电压质量已经成为现代企业投资环境的重要因素电力系统用户，要求提供电压合格的优质电能商品4二、大电压偏移对电力系统自身的影响？电压低：功率损耗、电能损耗增大，危机电力系统的稳定性。电压高：破坏绝缘，超高压网络电晕损耗电网额定电压电压允许偏移范围35KV及以上5%10KV及以下7%低压照明+5%-10%农村照明+7.5%-10%事故时再加5%，正偏移不能超过10%电力系统允许的电压偏移？负荷随机变化系统运行方式经常变化不可能严格保证所有节点任何时刻额定电压，电压偏移不可避免，需合理规定允许的偏移范围。5电压损耗随机变化6如何使电压偏移在合理的范围内？首先要解决的问题是：电力系统的电压水平取

3、决于什么？Northeastern University无功功率负荷无功功率负荷 在电力系统的各种用电设备中，除一小部分照明负荷消耗有功功率、为数不多的同步电动机发出一部分无功功率外，大量的异步电动机消耗无功功率。异步电动机的等值电路如图6-1所示，其消耗的无功功率为： XIXUQQQmmM22Northeastern University 无功功率损耗无功功率损耗 电力系统的无功损耗包括变压器和线路的无功损耗。变压器的无功损耗包括励磁损耗 和漏抗中的损耗 ，即 0QQTTTXUSBUQQQ220)( 可见，变压器的无功损耗一电压特性与异步电动机类似。线路的无功损耗包括线路串联电抗中的无功损耗

4、 与线路电容的充电功率 ，即XQBQ)2()(22UBXUSQQQBXL 对35kV及以下的线路，充电功率甚小，线路消耗无功功率。对110kV及以上线路，当线路传输功率较大时，线路电抗消耗的无功功率大于充电功率，线路无功损耗成为无功负载；当传输功率较小(小于自然功率)时，充电功率大于线路电抗消耗的无功，线路无功损耗成为无功电源。 Northeastern University 无功功率电源无功功率电源 1.发电机发电机既是惟一的有功功率电源，又是最基本的无功功率电源。发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率为： NGNNGNGNtgPSQsin式中 发电机的额定视在功率、额定有功功率和额定功率

5、因数角。NGNGNPS、Northeastern University 据此相量图作出了发电机的运行极限图。运行极限图表明在不同功率因数下，受发电机定子额定电流(额定视在功率)、转子额定电流(空载电势)、原动机出力(额定有功功率)等的限制，发电机应发有功功率和无功功率的限额。 图中，以A为圆心，以AC为半径的圆弧表示定子额定电流的限制；以O为圆心，OC为半径的圆弧表示转子额定电流的限制；水平线DC表示原动机出力的限制。此外，曲线DF表示当发电机超前功率因数运行即进相运行时，发电机静态稳定性和定子端部温升的限制。发电机应发有功功率、无功功率的限额在图中体现为曲线段AB、BC、CD、DF包围的面积

6、。 第六章 电力系统的无功功率平衡和电压调整Northeastern University2.同步补偿机（调相机） 它是专门用来生产无功功率的一种同步电机。在过励磁、欠励磁的不同情况下，它可分别发出或吸收感性无功功率。而且，只要改变它的励磁，就可以平滑地调节无功功率输出，单机容量也可以做得较大。通常，它可以直接装设在用户附近就近供应无功功率，从而减少输送过程中的损耗。但由于它是旋转电机，故有功功率损耗较大。3.并联电容器 静电电容器可按三角形和星形接法连接在变电所母线上。它供给的无功功率QC值与所在节点电压的平方成正比，即：ccXUQ/2Northeastern University4.静止补

7、偿器 静止补偿器是20世纪60年代起发展起来的一种新型可控的静止无功补偿装置，它简称为SVC。其特点是：利用晶闸管电力电子元件所组成的电子开关来分别控制电容器组与电抗器的投切，这样它的性能完全可以做到和同步补偿机一样，既可发出感性无功，又可发出容性无功，并能依靠自身装置实现快速调节，从而可以作为系统的一种动态无功电源，对稳定电压、提高系统的暂态稳定性以及减弱动态电压闪变等均能起着较大的作用。Northeastern University（1） FC-TCR型静止补偿器（2）TSC-TCR型静止补偿器图 FC-TCR型静止图 TSC-TCR型静止补偿器原理接线图Northeastern Univ

8、ersity无功功率的平衡无功功率的平衡电力系统无功功率平衡的基本要求：系统中的无功电源可以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。CGGCBLLTLresLLDGCQQQQQQQQQQQ 0表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用； 0UAt结论：中枢点至各负荷点在最大最小负荷时电压损耗之差不能大于负荷点允许上下限电压之差(一般为10%)。即：中枢点到不同负荷点的电压损耗不能太大Northeastern University 最大负荷时升高中枢点电压、最小负荷时降低中枢点电压的调压方式称为逆调压。逆调压在最大负荷时可将中枢点电压升高至105 ，( 为线路额定电压

9、)，最小负荷时可将中枢点电压降为 。供电线路较长，负荷变动较大的中枢点往往采用逆调压方式逆调压方式。 最大负荷时允许中枢点电压降低，最小负荷时允许中枢点电压升高的调压方式称为顺调压。顺调压在最大负荷时允许中枢点电压不低于102.5 ，最小负荷时允许不高于107.5 。供电线路不长，负荷变动不大的中枢点通常采用顺调压方式顺调压方式。 在任何负荷情况下都保持中枢点电压为一基本不变的数值，如(102105) ，称为恒称为恒(常常)调压调压。 NUNUNUNUNUNUNortheastern University中枢点的调压方式最大负荷最小负荷逆调压调为1.05VN调为VN顺调压不低1.025VN不高

10、1.075VN常调压1.05VNNortheastern University电压调整的措施电压调整的措施 随着运行方式的改变，电网中电压损耗的作用有可能出现无论中枢点电压取什么范围，都不能满足所有负荷对电压的要求。当发生这种情况时，只靠控制中枢点电压就不能保证所有负荷点的电压。因此必须采取其他调压措施来保证电压质量。 各种调压措施所依据的基本原理说明如下。 一简单电力系统以及略去元件导纳支路和功率损耗后归算至基本级的等值电路。Northeastern University要求调整的负荷节点b的电压为: 21122/ )(/ )(/kkUQXPRkUkUUkUUGGGbb式中 -b点、G点的实

11、际电压； -b点、C点的归算电压； 变压器T1、T2的变比； R、X -电力网的等值电阻、等值电抗。GbUU 、GbUU、21kk 、调整负荷节点b的电压可以采取以下措施： (1)调节发电机励磁电流以改变发电机端电压 ； (2)选择适当变压器变比； (3)改变线路的电抗参数； (4)改变无功功率分布。 GU 需要说明的是，为了调压改变有功功率的分配以及增大导线截面以减小电阻是不恰当的。 Northeastern University1改变发电机机端电压调压 大中型同步发电机都装有自动励磁调节装置，根据运行情况调节发电机励磁电流以改变-发电机机端电压以达到调压的目的。这是一种不需耗费投资而且最直

12、接的调压手段。这种调 压措施对供电线路不长的直配电网，是最经济合理的调压措施。但对供电线路较长、供电范围较大的多电压等级电网，由于不同运行方式下电压损耗的变化幅度太大，靠发电机调压不 能满足负荷点电压的需求。 此外，对大型电力系统中有众多处于并列运行的发电机，个别发电机进行机端电压的调整，会引起系统无功功率的重新分配，并可能造成与无功功率经济分配发生矛盾。在这两种情况下，改变发电机机端电压调压只能作为一种辅助性的调压措施。 Northeastern University2改变变压器变比调压 改变变压器变比调压就是根据调压要求适当选择变压器的分接头电压。下面介绍普通双绕组变压器分接头的选择方法。

13、 1） 降压变压器分接头选择(1) 分接头电压的计算及选择降压变压器的接线及等值电路如图4-9 所示 Northeastern University设 高压测母线电压； 低压测母线归算至高压测的归算电压； 低压测母线电压（要求电压）； 变压器的电压损耗； 变压器的高压绕组的分接头电压； 变压器低压绕组的额定电压； k 变压器的变化1U2U2UTUtU1NU2根据等值电路有（略去功率损耗） TUUU12其中1UQXPRUTTT也即：TUUkU22而NtUUk21则有：NTtUUUUU2211 由于普通变压器只能停电改变电压，再运行中只能使用一个固定分接头，所以应在最大、最小负荷下分别求出变压器的

14、分接头电压的计算值Northeastern University1maxmax1 max22maxTtNUUUUU1minmin1 min22minTtNUUUUU然后取其平均值： 2/ )(min1max11UUUt再根据计算值 选择一个与它数值最接近的分接头电压。Northeastern University（2）分接头电压的校验 根据所选择的分接头电压计算最大、最小负荷下低压母线的实际电压，并校验其是否满足调压要求 。tNTtUUUUU12max1max1max2)(tNTtUUUUU12minmin1min2)(2） 升压变压器分接头选择升压变压器的接线及等值电路如图所示。图中1仍为高

15、压侧，2仍为低压侧。Northeastern University根据等值电路有： TUUU12其中1UQXPRUTTT即TUUkU12而NtUUk21则有NTtUUUUU2211（6-12） 升压变压器分接头电压的计算、选择及校验方法与降压变压器相同。但需注意的是： 升压变压器与降压变压器的额定电压是有区别的； 升压变压器电压损耗的计算方向与降压变压器不同，即 (降压变压器为 )；发电机机端接有地区负荷时，应按地区负荷的调压要求(一般为逆调压)计算；如没有地区负荷，则按发电机机端电压的要求计算。 TUUU12TUUU12Northeastern University3） 三绕组变压器分接头的

16、选择（1）将高低绕组看作双绕组，确定高绕组接头；（2）将高中绕组看作双绕组，确定中绕组分接头位置。4）、有载调压变压器有载调压变压器可以在带负荷的条件下切换分接头而且调节范围也比较大，一般在15%以上。目前我国暂定，110kV级的调压变压器有7个分接头，即VN32.5%；220kV级的有9个分接头即VN42.0%。注意点:三个绕组功率不一样, 计算U时, 须计算O点电压Northeastern University有载调压变压器接线图采用有载调压变压器时，可以根据最大负荷算得的V1tmax值和最小负荷算得的V1tmin 分别选择各自合适的分接头。这样就能缩小次级电压的变化幅度，甚至改变电压变化

17、的趋势。Northeastern University3改变无功功率分布调压 无功功率的产生基本上不消耗能源，但无功功率沿电网传输则会引起网络的有功功率损耗和电压损耗。改变无功功率分布以减少电压损耗，从而改善用户的电压质量，正是调压的目的所在。改变无功功率分布调压的方法，是在用户处就地补偿(并联补偿)无功功率电源，以减少电网传输的无功功率。调压计算的内容是按调压要求确定应设置的无功功率补偿容量。确定补偿容量时，要结合考虑变压器变比的选择，使之达到既充分发挥变压器的调压作用，又充分利用了无功补偿容量，达到在满足调压要求的前题下，使用的补偿容量最少。 图6-7所示为一简单电力网。设分别为 补偿前后

18、归算至高压侧的变电站低压母线电压，补偿前后供电点电压 维持不变，不计线路充电功率和变压器的励磁功率，忽略电压降落的横分量，可推导出补偿设备的容量为： cUU22和1U假定补偿前后，U1不变补偿前： 补偿后： 16利用无功补偿控制电压无功补偿：按调压要求；按经济要求。与变压器调压配合，充分利用变压器作用U1U2P+jQjQCPR (QQC)X PR QX K:1Z=R+jX122PR+QXU =U +UC12C2CPR+(Q-Q )XU =U+U2U2U2CU2CU ( )(QC 17PR (QQC)X PR QX 引入K：PR QX ) XQC X( )U2CKXQC )K2U2CXK(U2C

19、 (U2CK ) PR QX补偿量QC取决于补偿前后的电压U2、U2C及变比K根据补偿设备不同，补偿量选择方法不同2U2U2CU2CU2CU2CU2CU2CU2CU2U2U2U2U2U18利用无功补偿控制电压（并联电容器）特点: 只发感性无功, 可全部或部分切除，不能平滑调节分两步计算: 最小负荷时，无功电源不缺，全部切除电容，利用变压器调压满足要求(确定K)U2CmUTHm UNLU2Cm调压要求的低压侧希望电压(最小负荷时)规格化为UTHN，求变比：K=UTHN/UNL1mmU- U19利用无功补偿控制电压（并联电容器） 最大负荷时，K已定，确定QC:际电压规格化QC，并校验U2CM、U2

20、Cm是否达到要求U2CM：最大负荷时，由调压要求确定的低压希望电压U 2M：最大负荷时，补偿前低压侧归算到高压侧的实22CM2MC2CMUUQ =U-KXK20求出K，规格化，然后求QSC ，再规格化后校验)K2U2CmXK(U2Cm (0.5 0.6)QSC U2Cm(KU2Cm )U2CM(KU2CM )(0.5 0.6) 利用无功补偿控制电压（同步调相机）特点: 能作无功电源；又能作无功负荷，但此时最多为容量的50%；能平滑调节 最大负荷时：作无功电源（QSC调相机容量） 最小负荷时：作无功负荷22CM2MSC2CMUUQ=U-KXK2mU2mU2MUNortheastern University4 改变输电线路的参数进行调压从电压损耗的计算公式可知，改变输电线路电阻R和电抗X，都可以达到改变电压损耗的目的。（1）改变R：增大导线截面积，可降低电压损耗，同时降低网损. 用于10kv及以下线路。（2）改变X：串联电容，多用于35kv及以上线路.由于减小电阻将增加导线材料的消耗，加之QX/U这一项对电压损耗的影响更大，所