第四章 电力系统电压调整和无功功率控制技术

1、第四章第四章 电力系统电压调整和电力系统电压调整和无功功率控制技术无功功率控制技术第第1 1节节 电力系统电压控制的意义电力系统电压控制的意义频率调整频率调整: : 1.1.全系统频率相同全系统频率相同2.2.调发电机调发电机3.3.消耗能源消耗能源4.4.集中控制集中控制5.5.调进汽量调进汽量电压调整：电压调整：1.1.电压水平各点不同电压水平各点不同2.2.调发电机、调相机、调发电机、调相机、电容器和静止补偿器等电容器和静止补偿器等3.3.不消耗能源不消耗能源4.4.电压控制分散进行电压控制分散进行5.5.调节手段多种多样调节手段多种多样4.1 4.1 电力系统电压控制的意义电力系统电压

2、控制的意义 电压是衡量电能质量的一个重要指标。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质量合格的电压应该在供电电压偏移电压偏移、电压波动与闪变电压波动与闪变、高次谐波高次谐波和和三相不对三相不对称程度称程度（负序电压系数）（负序电压系数）这四个方面都能这四个方面都能满足有关国家标准规定的要求满足有关国家标准规定的要求电压降低的不良影响：电压降低的不良影响：1.1.减少发电机所发有功功率。减少发电机所发有功功率。2.2.异步电动机的转差率将增大，电流也将增大，温升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，其输出功率将将增加。当转差增大、转速下降

3、时，其输出功率将迅速减少。迅速减少。3.3.电动机的启动过程将大为增加，启动过程温度过高。电动机的启动过程将大为增加，启动过程温度过高。4.4.电炉等电热设备的发热量降低。电炉等电热设备的发热量降低。5.5.危及电力系统运行的稳定性。危及电力系统运行的稳定性。4.1 4.1 电力系统电压控制的意义电力系统电压控制的意义4.1 4.1 电力系统电压控制的意义电力系统电压控制的意义 严格保证电压在额定水平下工作，也没严格保证电压在额定水平下工作，也没有必要，允许的电压偏移：有必要，允许的电压偏移： 35kV35kV及以上：及以上： 5%10kV以下：以下： 7%低压照明：低压照明： +5%，-10

4、%农村电网：农村电网： 7.5%，-10% （+10%，-15%）第第2 2节节 电力系统的无功功率电力系统的无功功率平衡与电压的关系平衡与电压的关系4.2 4.2 电力系统的无功功率平衡与电力系统的无功功率平衡与电压的关系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、无功功率的平衡应本着分层、分区、 就地平衡的原则就地平衡的原则 无功电源的无功输出应能满足系统负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荷和网络损耗在额定电压下对无功功功 率的需求

5、率的需求4.2 4.2 电力系统的无功功率平衡与电力系统的无功功率平衡与电压的关系电压的关系 异步电动机是电力系统主要的无功负荷 系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定 无功功率负荷R/SjXaioijXmV=0.6=0.3QV=0.84.2 4.2 电力系统的无功功率平衡与电力系统的无功功率平衡与电压的关系电压的关系无功功率损耗 输电线路的无功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)2NSSVs100%2100%Io4.2 4.2 电力系统的无功功率平衡与电

6、电力系统的无功功率平衡与电压的关系压的关系输电线路的无功损耗QLQBQL+QBXVQPXVQP222222212121)(22221VVBXVQP212121无功功率损耗 变压器的无功损耗 输电线路的无功损耗)(22221VVB4.2 4.2 电力系统的无功功率平衡与电力系统的无功功率平衡与电压的关系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jB/2R+jXP2+jQ2P1+jQ1jB/2V1V24.2 4.2 电力系统的无功功率平衡与电力系统的无功功率平衡与电压的关系电压的关系无功无功功率功率电源电源q 发电机发电机q 同步调相机同步调相机q 静电电容器静电

7、电容器 q 静止无功补偿器静止无功补偿器 q 静止无功发生器静止无功发生器 4.2 4.2 电力系统的无功功率平衡与电力系统的无功功率平衡与电压的关系电压的关系无功无功功率功率电源电源q 发电机发电机q 发电机发电机发电机是唯一发电机是唯一的有功功率电的有功功率电源，又是最基源，又是最基本的无功功率本的无功功率电源电源Q QB BD DC CA AP PO OE EjXdIN4.2 4.2 电力系统的无功功率平衡与电力系统的无功功率平衡与电压的关系电压的关系无功无功功率功率电源电源q 同步调相机同步调相机 同步调相机相当于空载运行的同步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

8、统供给发电机。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，适应动态无功控制的要求，2020世纪世纪7070年年代以来已逐渐被静止无功补偿装置所取代以来已逐渐被静止无功补偿装置所取代。代。4.2 4.2 电力系统的无功功率平衡与电力系统的无功功率平衡与电压的关系电压的关系无功无功功率功率电源电源q 静电电容器静电电容器 静电电容器供给的无功功率静电电容器供给的无功功率Qc与所在节点与所在节

9、点的电压的电压V的平方成正比，即：的平方成正比，即： QcV2/Xc，式中，式中，Xc1/c为静电电容器的电抗。当节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。无功功率调节性能比较差。4.2 4.2 电力系统的无功功率平衡与电力系统的无功功率平衡与电压的关系电压的关系无功无功功率功率电源电源q 静止无功补偿

10、器静止无功补偿器 SVCSVC由静电电容器与由静电电容器与电抗器并联组成，电抗器并联组成，SVCSVC在我国电力系统在我国电力系统中得到广泛应用。中得到广泛应用。饱和电抗器型饱和电抗器型可控硅控制电可控硅控制电抗器型抗器型(TCR)(TCR)可控硅投切电可控硅投切电容器型容器型(TCR)(TCR)TCRTCR和和TSCTSC组合组合型型4.2 4.2 电力系统的无功功率平衡与电力系统的无功功率平衡与电压的关系电压的关系无功无功功率功率电源电源q 静止无功发生器静止无功发生器 它是一种更为先进的静止型无功补偿装置它是一种更为先进的静止型无功补偿装置(SVG)(SVG)，它的主体是电压源型逆变器。

11、适当，它的主体是电压源型逆变器。适当控制逆变器的输出电压，就可以灵活地改控制逆变器的输出电压，就可以灵活地改变变SVGSVG的运行工况，使其处于容性负荷、感的运行工况，使其处于容性负荷、感性负荷或零负荷状态。与性负荷或零负荷状态。与SVCSVC比较，比较，SVGSVG具具有有响应快响应快、运行范围宽运行范围宽、谐波电流含量少谐波电流含量少等优点。尤其是等优点。尤其是电压较低时仍可向系统注电压较低时仍可向系统注入较大的无功电流入较大的无功电流。4.2 4.2 电力系统的无功功率平衡与电力系统的无功功率平衡与电压的关系电压的关系无功无功功率功率平衡平衡l无功功率平衡的基本要求无功功率平衡的基本要求

12、l无功电源发出的无功功率应该大于或至少等于负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；荷所需的无功功率和网络中的无功损耗之和；l系统还必须配置一定的无功备用容量；系统还必须配置一定的无功备用容量；l尽量避免通过电网元件大量地传送无功功率，应尽量避免通过电网元件大量地传送无功功率，应该分地区分电压级地进行无功功率平衡；该分地区分电压级地进行无功功率平衡；l一般情况下按照正常最大和最小负荷的运行方式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。或

13、故障后运行方式下的无功功率平衡。4.2 4.2 电力系统的无功功率平衡与电力系统的无功功率平衡与电压的关系电压的关系无功无功功率功率平衡平衡系统无功功率平衡关系式：系统无功功率平衡关系式： Q QGCGCQ QLDLDQ QL LQ Qres res Q QGCGC为电源供应的无功功率之和，为电源供应的无功功率之和，Q QLDLD为无功负荷为无功负荷之和，之和，Q QL L为网络无功功率损耗之和，为网络无功功率损耗之和，Q Qresres为无功为无功功率备用；功率备用； Q Qresres00表示系统中无功功率可以平衡且有适量的表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用；备用；Q Qresres

14、00表示系统中无功功率不足，应考虑表示系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装置。加设无功补偿装置。4.2 4.2 电力系统的无功功率平衡与电力系统的无功功率平衡与电压的关系电压的关系无功无功功率功率平衡平衡l系统电源的总无功出力系统电源的总无功出力Q QGCGC包括发电机的无功功包括发电机的无功功率率Q QGG和各种无功补偿设备的无功功率和各种无功补偿设备的无功功率Q QCC，即，即 Q QGCGCQ QGGQ QCCl总无功负荷总无功负荷Q QLDLD按负荷的有功功率和功率因数计按负荷的有功功率和功率因数计算。算。l网络的总无功损耗网络的总无功损耗Q QL L包括变压器的无功损耗包括变压器

15、的无功损耗Q QLTLT、线路电抗的无功损耗线路电抗的无功损耗QQLL和线路电纳的无功功和线路电纳的无功功率率QQBB，即，即 Q QL L Q QLTLTQQLLQQBB 4.2 4.2 电力系统的无功功率平衡与电力系统的无功功率平衡与电压的关系电压的关系l总之，无功平衡是一个比有功平衡更复杂的问题。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、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网损、线路改造、投运、新变压器投运及各种

16、大用户对无功平衡的影响。用户对无功平衡的影响。l 一般无功功率按照一般无功功率按照就地平衡的原则就地平衡的原则进行补偿容量进行补偿容量 l 的分配。小容量的、分散的无功补偿可采用的分配。小容量的、分散的无功补偿可采用静静止止l 电容器电容器；大容量的配置在系统中枢点的无功补；大容量的配置在系统中枢点的无功补偿偿l 则宜采用则宜采用同步调相机或同步调相机或SVCSVC。4.2 4.2 电力系统的无功功率平衡与电力系统的无功功率平衡与电压的关系电压的关系无功功率平衡的讨论：无功功率平衡的讨论： 1 1、全局平衡和分地区平衡，保证满足以上总的、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

17、足电压要求，还必需实现局平衡条件，不一定满足电压要求，还必需实现局部无功功率平衡，部无功功率平衡，无功功率的分层次就地平衡是无功功率的分层次就地平衡是一个基本原则一个基本原则。2 2、任何时候网络中实际产生和消耗和无功功率、任何时候网络中实际产生和消耗和无功功率相等。相等。3 3、快速无功功率，无功功率动态平衡。、快速无功功率，无功功率动态平衡。4.2 4.2 电力系统的无功功率平衡与电力系统的无功功率平衡与电压的关系电压的关系无功功率对电压有决定性的影无功功率对电压有决定性的影响；响；无功功率是引起电压损耗的主无功功率是引起电压损耗的主要原因；要原因；无功功率的远距离传输和就地平无功功率的远

18、距离传输和就地平衡；衡；节点电压有效值的大小对无功功节点电压有效值的大小对无功功率分布起决定性作用。率分布起决定性作用。无功无功功率功率和电和电压的压的关系关系4.2 4.2 电力系统的无功功率平衡与电力系统的无功功率平衡与电压的关系电压的关系无功功率平衡与电压水平的关系无功功率平衡与电压水平的关系jXjXV Vi iP+jQP+jQE EI IV VjXjXI IE E 4.2 4.2 电力系统的无功功率平衡与电力系统的无功功率平衡与电压的关系电压的关系无功功率平衡与电压水平的关系无功功率平衡与电压水平的关系22111 1aaa ac c2 2Q QV VVaVaVaVaO O4.2 4.2

19、 电力系统的无功功率平衡与电力系统的无功功率平衡与电压的关系电压的关系无功功率平衡与电压水平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。是保证电压质量的基本条件。第2章 思考题 1、同步发电机励磁控制系统的有哪些任务？ 2、同步发电机励磁系统的基本要求有哪些？ 3、简述同步发电机励磁调节器的功能和基本原理？ 4、简述励磁调节器有哪几部分构成？第3章 思考题 1、简述电力系统频率和有功功率控制的必要性？ 2、简述频率和有功功率平衡之间的关系？ 3、简述一次调频和二次调频 4、简述实现自动调频的方法有哪些？第

20、第3 3节节 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施中枢中枢点的点的定义定义电力系统中重要的电压支撑点；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；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。量也能基本满足要求。中枢中枢点的点的选择选择区域性水、火电厂的区域性水、火电厂的高压母线高压母线；枢纽变电所的枢纽变电所的二次母线二次母线；有大量地方负荷的有大量地方负荷的发

21、电机电压母线发电机电压母线；中枢点设置数量不少于全网中枢点设置数量不少于全网220KV220KV及以上电压及以上电压等级变电所总数的等级变电所总数的7 7。 中枢点的电压管理中枢点的电压管理4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施中枢中枢点调点调压模压模式式q 逆调压模式逆调压模式q 顺调压模式顺调压模式q 恒调压模式恒调压模式4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施中枢点调中枢点调压模式压模式q 逆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。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一般采用逆调

22、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压比线路额定电压高5 5，在最小负荷时保持为线路，在最小负荷时保持为线路额定电压。额定电压。供电线路较长、负荷变动较大的中枢点供电线路较长、负荷变动较大的中枢点往往往要求采用这种调压方式。往要求采用这种调压方式。4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施中枢点调中枢点调压模式压模式q 顺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电压的102.5102.5；小负荷时允许其电压高一些，但不；小负荷时允许其电压高一些，但不超过线路额定电压的超过线路额定电压的107.

23、5107.5的调压模式。对于某些的调压模式。对于某些供电距离较近供电距离较近，或者，或者负荷变动不大的变电所负荷变动不大的变电所，可以采，可以采用这种调压方式。用这种调压方式。4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施中枢点调中枢点调压模式压模式q 恒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，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一般较线路额定电压高2 25 54.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施 电压调整的基本原理电压调整的基

24、本原理R+jXP+jQ1:K1Vb1:K2VGV Vb b=(V=(VG Gk k1 1V)/kV)/k2 2(V(VG Gk k1 1 )/ k)/ k2 2 式中式中k k1 1和和k k2 2分别为升压和降压变压器的变比，分别为升压和降压变压器的变比，R R和和X X分别为变压器和线路的总电阻和总电抗分别为变压器和线路的总电阻和总电抗PRQXV4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施 电压调整的基本原理电压调整的基本原理 由公式可见，为了调整用户端电压由公式可见，为了调整用户端电压V Vb b可以采取可以采取以下措施：以下措施： 1 1、调节励磁电流以改变发电机端电压、调节励

25、磁电流以改变发电机端电压V VG G 2 2、适当选择变压器的变比、适当选择变压器的变比 3 3、改变线路的参数、改变线路的参数 4 4、改变无功功率的分布、改变无功功率的分布4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施电压电压调整调整措施措施 发电机调压发电机调压 改变变压器变比调压改变变压器变比调压 利用无功功率补偿调压利用无功功率补偿调压 线路串联电容补偿调压线路串联电容补偿调压4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施电压电压调整调整措施措施 发电机调压发电机调压对于不同类型的供电网络，发电机调压所起作用对于不同类型的供电网络，发电机调压所起作用不同：不同：（1 1）

26、由孤立的发电厂不经升压直接供电的小型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；电压质量要求，不必另外再增加调压设备；（2 2）对于线路较长、供电范围较大、有多级变对于线路较长、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；地方负荷的电压质量要求；4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施电压电压调整调整措施措施 发电机调压发电机调压（3 3）对于由若干发电厂并列运行的电力系统，对于由若干

27、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。般只作为一种辅助性的调压措施。4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施电压电压调整调整措施措施 发电机调压发电机调压 改变变压器变比调压改变变压器变比调压 利用

28、无功功率补偿调压利用无功功率补偿调压 线路串联电容补偿调压线路串联电容补偿调压4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施电压电压调整调整措施措施 改变变压器变比调压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。求适当选择分接头。（1 1）降压变压器分接头的选择）降压变压器分接头的选择V V2 2P+jQP+jQV V1 1R RT T j jX XT T4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施 1、降压变压器分接头

29、的选择、降压变压器分接头的选择V2P+jQV1RT jXT 改变变压器变比调压改变变压器变比调压VT（PRTQXT）/V1V2(V1VT)/k式中，式中，kV1t/V2N是变压器的变比，即高压绕组分接头电压是变压器的变比，即高压绕组分接头电压V1t和低压绕组额定电压和低压绕组额定电压V2N之比。将之比。将k代入上式，得高压侧代入上式，得高压侧分接头电压：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侧分接头电压。下为满足低压侧调压要求所应选择的高压侧分接

30、头电压。4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施 1、降压变压器分接头的选择、降压变压器分接头的选择 改变变压器变比调压改变变压器变比调压 普通的双绕组变压器的分接头只能在停电情况下改变，普通的双绕组变压器的分接头只能在停电情况下改变，在正常运行中无论负荷怎样变化只能使用一个固定的分接头。在正常运行中无论负荷怎样变化只能使用一个固定的分接头。这样可以计算最大负荷和最小负荷下所要求的分接头电压。这样可以计算最大负荷和最小负荷下所要求的分接头电压。 V1tmax（V1maxVtmax）V2N/V2max V1tmin（V1minVtmin）V2N/V2min 然后求取它们的算术平均值，

31、即然后求取它们的算术平均值，即 V1t.av（V1tmax V1tmin）/2 根据计算值可选择一个与它最接近的分接头，然后根据根据计算值可选择一个与它最接近的分接头，然后根据所选取的分接头校验最大负荷和最小负荷时低压母线电压上所选取的分接头校验最大负荷和最小负荷时低压母线电压上的实际电压是否符合要求。的实际电压是否符合要求。 1、降压变压器分接头的选择、降压变压器分接头的选择 改变变压器变比调压改变变压器变比调压4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施maxmaxjQP min1tVminminjQP max1tVmaxV minV 当考虑负荷变化时，分别求出最大和最小负荷时的抽

32、头选择，当考虑负荷变化时，分别求出最大和最小负荷时的抽头选择，然后取其算术平均值，再进行校验是否满足电压要求，基本步骤然后取其算术平均值，再进行校验是否满足电压要求，基本步骤如下如下 ： 1）根据最大和最小负荷的运行情况，求出其一次侧电压根据最大和最小负荷的运行情况，求出其一次侧电压 和和 ，以及通过变压器的负荷，以及通过变压器的负荷 ， 求求取变压器的电压损耗取变压器的电压损耗 和和 。 2）套用公式计算最大负荷和最小负荷时的分接头选择。套用公式计算最大负荷和最小负荷时的分接头选择。 1、降压变压器分接头的选择、降压变压器分接头的选择 改变变压器变比调压改变变压器变比调压4 4）选择最接近的

33、分接头作为所选分接头选择最接近的分接头作为所选分接头 1maxmax1 max22 maxtNVVVVV 1minmin1 min22 mintNVVVVV 3）取其算术平均值取其算术平均值11m ax1m in1()2tttVVV4.3 4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施 1、降压变压器分接头的选择、降压变压器分接头的选择 改变变压器变比调压改变变压器变比调压5 5）套用低压侧电压计算公式进行校验套用低压侧电压计算公式进行校验1 m axm ax2 m ax21TNtVVVVV 1m inm in2 m in21TNtVVVVV 4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控

34、制的措施2、升压变压器分接头的选择、升压变压器分接头的选择 改变变压器变比调压改变变压器变比调压V V2 2P+jQP+jQV V1 1R RT T j jX XT T电压电压调整调整措施措施选择升压变压器分接头的方法选择升压变压器分接头的方法与选择降压变压器的基本相同与选择降压变压器的基本相同4.3 4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施2、升压变压器分接头的选择、升压变压器分接头的选择 改变变压器变比调压改变变压器变比调压 由于升压变压器中功率方向是从低压侧送往高压侧的，由于升压变压器中功率方向是从低压侧送往高压侧的，故公式中故公式中VT前的符号应相反，即应将电压损耗和高压侧

35、前的符号应相反，即应将电压损耗和高压侧电压相加。因而有电压相加。因而有V1t(V1+VT)/V2 *V2N式中，式中， V V2 2为变压器低压侧的实际电压或给定电压；为变压器低压侧的实际电压或给定电压； V V1 1为高为高压侧所要求的电压。压侧所要求的电压。4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施（1 1）采用固定分接头的变压器进行调压，不可能改变电压损采用固定分接头的变压器进行调压，不可能改变电压损 耗的数值，也不能改变负荷变化时次级电压的变化幅度；耗的数值，也不能改变负荷变化时次级电压的变化幅度； 通过对变比的适当选择，只能把这一电压变化幅度对于通过对变比的适当选择，只能把

36、这一电压变化幅度对于 次级额定电压的相对位置进行适当的调整。次级额定电压的相对位置进行适当的调整。（2 2）如果计及变压器电压损耗在内的总损耗，最大负荷和最如果计及变压器电压损耗在内的总损耗，最大负荷和最 小负荷时的电压变化幅度超过了分接头的可能调整范围，小负荷时的电压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，则此时要装设或者调压要求的变化趋势与实际的相反，则此时要装设 带负荷调压的变压器或采用其它调压措施。带负荷调压的变压器或采用其它调压措施。 改变变压器变比调压改变变压器变比调压总结总结4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施三绕组变压器分接头的

37、选择三绕组变压器分接头的选择 将高低压绕组看作双绕组，确定高压绕组抽头；将高低压绕组看作双绕组，确定高压绕组抽头； 将高中压绕组看作双绕组，确定中压绕组分抽头将高中压绕组看作双绕组，确定中压绕组分抽头 位置。位置。注意：功率分布注意：功率分布4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施有载调压变压器（加压调压变压器）有载调压变压器（加压调压变压器）有载调压变压器（加压调压变压器），一般只用于枢纽变有载调压变压器（加压调压变压器），一般只用于枢纽变电所，控制策略一般与静电电容器电所，控制策略一般与静电电容器C C、静止无功发生器、静止无功发生器SVGSVG等联合控制。等联合控制。 4.3

38、 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施电压电压调整调整措施措施 利用无功功率补偿调压利用无功功率补偿调压 无功功率的产生基本上不消耗能源，但是无功功无功功率的产生基本上不消耗能源，但是无功功率沿电力网传送却要引起有功功率损耗和电压损耗。率沿电力网传送却要引起有功功率损耗和电压损耗。 合理地配置无功功率补偿容量以改变电力网的无合理地配置无功功率补偿容量以改变电力网的无功潮流分布，可以减少网络中的有功功率损耗和电压功潮流分布，可以减少网络中的有功功率损耗和电压损耗，从而改善用户处的电压质量。损耗，从而改善用户处的电压质量。 并联补偿设备有调相机、静止补偿器、电容器，并联补偿设备有调相机、静

39、止补偿器、电容器，它们的作用都是在重负荷时发出感性无功功率，补偿它们的作用都是在重负荷时发出感性无功功率，补偿负荷的需要，减少由于输送这些感性无功功率而在输负荷的需要，减少由于输送这些感性无功功率而在输电线路上产生的电压降落，提高负荷端的输电电压。电线路上产生的电压降落，提高负荷端的输电电压。4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施 利用无功功率补偿调压利用无功功率补偿调压1 1、并联无功补偿调压的基本原理、并联无功补偿调压的基本原理 2 2、按调压要求选择补偿量的基本原理、按调压要求选择补偿量的基本原理 4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施VQXPRVVXQQPR

40、VC221VQXPRVV补偿前：补偿前：补偿后：补偿后： 利用无功功率补偿调压利用无功功率补偿调压第二项很小第二项很小 122()cccPRQQ XVVV22222()()ccccVPRQXPRQXQVVxxV4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施 222VVxVQccc CCCVXQQPRVVQXPRV2222 利用无功功率补偿调压利用无功功率补偿调压选择补偿容量的基本原则：选择补偿容量的基本原则：在满足各种运行方式下的调压要在满足各种运行方式下的调压要求下，与其它调压方式配合，使补偿容量最小。求下，与其它调压方式配合，使补偿容量最小。2222()ccck VVQVxk2222

41、()cck VVVx有补偿的变压器选择的基本原则有补偿的变压器选择的基本原则：在满足调压的要求下，：在满足调压的要求下，使补偿容量最小。使补偿容量最小。 4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施电压电压调整调整措施措施 利用无功功率补偿调压利用无功功率补偿调压（1 1）补偿设备为静电电容器）补偿设备为静电电容器 通常在大负荷时降压变电所电压偏低，小通常在大负荷时降压变电所电压偏低，小负荷时电压偏高。电容器只能发出感性无功功负荷时电压偏高。电容器只能发出感性无功功率以提高电压，但电压过高时却不能吸收感性率以提高电压，但电压过高时却不能吸收感性无功功率来使电压降低。为了充分利用补偿容无

42、功功率来使电压降低。为了充分利用补偿容量，在量，在最大负荷时电容器应全部投入最大负荷时电容器应全部投入，在，在最小最小负荷时全部退出。负荷时全部退出。4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施电压电压调整调整措施措施 利用无功功率补偿调压利用无功功率补偿调压（1 1）补偿设备为静电电容器）补偿设备为静电电容器 根据调压要求，按最小负荷时没有补偿，这根据调压要求，按最小负荷时没有补偿，这样变压器变比样变压器变比 按最大负荷时的调压要求选择补偿容量按最大负荷时的调压要求选择补偿容量 22 max2max2 max()cccVVQVkxk 校验实际电压是否满足要求校验实际电压是否满足要求4

43、.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施NNtVVVXQRPVVVVV221111222minminminminminminmin电压电压调整调整措施措施 利用无功功率补偿调压利用无功功率补偿调压（2 2）补偿设备为同步调相机）补偿设备为同步调相机 调相机的特点是既能过励磁运行，又能欠调相机的特点是既能过励磁运行，又能欠励磁运行。如果调相机在最大负荷时按额定容励磁运行。如果调相机在最大负荷时按额定容量过励磁运行，在最小负荷按（量过励磁运行，在最小负荷按（0.50.50.650.65）额定容量欠励磁运行，那么，调相机的容量将额定容量欠励磁运行，那么，调相机的容量将得到最充分的利用。得到

44、最充分的利用。4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施电压电压调整调整措施措施 利用无功功率补偿调压利用无功功率补偿调压（2 2）补偿设备为同步调相机）补偿设备为同步调相机同步调相机容量选择同步调相机容量选择最大负荷时调相机发出全部容性无功最大负荷时调相机发出全部容性无功 ，最小负，最小负荷时吸收荷时吸收 感性无功，（感性无功，（ ），有：），有： 两式相除：两式相除： 4.3 4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施CNQCNQ6050.2222KKVVXVQCCCmaxmaxmax2222KKVVXVQCCCminminmin电压电压调整调整措施措施 利用无功功率补

45、偿调压利用无功功率补偿调压（2）补偿设备为同步调相机按以上公式选择按以上公式选择k k和和 CNQ4.3 4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施maxmaxmaxminminminCCCCCCVKVVVKVV22222222222222minmaxminminmaxmaxCCCCVVVVVVK 利用无功功率补偿调压总结利用无功功率补偿调压总结（1 1）电压损耗）电压损耗V（PRQX）/V 中包含两个分量：一个中包含两个分量：一个 是有功负荷及电阻产生的是有功负荷及电阻产生的PR/VPR/V分量；另一个是无功负荷分量；另一个是无功负荷 及电抗产生的及电抗产生的QX/VQX/V分量。

46、利用无功补偿分量。利用无功补偿调压的效果与网调压的效果与网 络性质及负荷情况有关。络性质及负荷情况有关。（2 2）在低压电网中，）在低压电网中，V V中有功功率引起的中有功功率引起的PR/VPR/V分量所占的分量所占的 比重大；在高压电网中，比重大；在高压电网中，V V中无功功率引起的中无功功率引起的QX/VQX/V分分 量所占比重大。在这种情况下，减少输送无功功率可以量所占比重大。在这种情况下，减少输送无功功率可以 产生比较显著的调压效果。反之，对截面不大的架空线产生比较显著的调压效果。反之，对截面不大的架空线 路和所有电缆线路，用这种方法调压就不合适。路和所有电缆线路，用这种方法调压就不合

47、适。4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施四、利用串联电容器控制电压四、利用串联电容器控制电压 在输电线路上接入电容器，利用电容器上的容抗补偿输电在输电线路上接入电容器，利用电容器上的容抗补偿输电线路中的感抗，使电压损耗后的线路中的感抗，使电压损耗后的QX/U分量减小，从而提高输分量减小，从而提高输电线路末端的电压。电线路末端的电压。 五、电力系统电压控制措施的比较五、电力系统电压控制措施的比较 在各种电压控制措施中，在各种电压控制措施中，首先应该考虑发电机调压首先应该考虑发电机调压。对。对无无功功率电源供应较为充裕的系统，采用变压器有载调压功功率电源供应较为充裕的系统，采用变压

48、器有载调压既灵既灵活又方便。对活又方便。对无功功率电源不足无功功率电源不足的电力系统，首先应该解决的电力系统，首先应该解决的问题是的问题是增加无功功率电源增加无功功率电源，因此以采用并联电容器、调相，因此以采用并联电容器、调相机或静止补偿器为宜。同时，并联电容器或调相机还可以降机或静止补偿器为宜。同时，并联电容器或调相机还可以降低电力网中功率传输中的有功功率损耗。低电力网中功率传输中的有功功率损耗。 4.3 电力系统电压控制的措施电力系统电压控制的措施第第4 4节节 电力系统电压的综合控制电力系统电压的综合控制4.4 电力系统电压的综合控制电力系统电压的综合控制 发电机发电机G1和和G2具有自

49、动励磁调节装置，可以使母线电压具有自动励磁调节装置，可以使母线电压U1、U2发生改变；发生改变；T为有载调压变压器，变比为有载调压变压器，变比K可以调节；可以调节；q代表无功补偿设备，它可以是静电电容器、同步调相机和代表无功补偿设备，它可以是静电电容器、同步调相机和静止无功补偿器。现分析静止无功补偿器。现分析G1和和G2控制的电压控制的电压U1和和U2、变压、变压器变比器变比K、补偿容量、补偿容量q这些控制措施对节点这些控制措施对节点3母线电压母线电压U3的的影响。由于电压与无功功率分布密切相关，所以改变电压影响。由于电压与无功功率分布密切相关，所以改变电压的同时也会对无功功率的同时也会对无功

50、功率Q产生影响。将节点产生影响。将节点3电压电压U3、无功、无功功率功率Q定义为状态变量，发电机母线电压定义为状态变量，发电机母线电压U1、U2以及变压以及变压器 变 比器 变 比 K 和 无 功 补 偿 量和 无 功 补 偿 量 q 定 义 为 控 制 变 量 。定 义 为 控 制 变 量 。 一、电力系统电压的综合控制原理一、电力系统电压的综合控制原理根据图根据图4-134-13，有，有由此可以解得由此可以解得 由此可以分析各种电压控制措施对节点电压和由此可以分析各种电压控制措施对节点电压和无功功率无功功率Q Q的影响以及各种控制措施配合的效果。的影响以及各种控制措施配合的效果。 一、电力

51、系统电压的综合控制原理一、电力系统电压的综合控制原理)(qQXUUQXKUU2211qXXXKXXXUXXXUXXXU 21221222121212qXXXKXXUXXUXXQ 21221221121111 通过公式（通过公式（4-39）、（）、（4-40）可以获得如下结论：）可以获得如下结论： 改变变压器变比改变变压器变比K和改变发电机和改变发电机G1的母线电压对节的母线电压对节点点3电压控制效果相同，并且可以使无功功率电压控制效果相同，并且可以使无功功率Q增加，增加，而且参数比值而且参数比值X1/X2越小，电压控制效果越显著。越小，电压控制效果越显著。 改变发电机改变发电机G2的母线电压的

52、母线电压U2对节点对节点3的母线电压的母线电压U3的影响与参数比值的影响与参数比值X2/X1有关，比值越小，影响越显有关，比值越小，影响越显著。著。 一、电力系统电压的综合控制原理一、电力系统电压的综合控制原理当当X2越大，即越大，即G2离节点离节点3的距离相对较远时，改变发的距离相对较远时，改变发电机电机G1的母线电压的母线电压U1对节点对节点3的电压影响较大，会使的电压影响较大，会使无功功率无功功率Q增加。反之，当增加。反之，当X1越大，即越大，即G1离节点离节点3的的距离相对远一些时，改变发电机距离相对远一些时，改变发电机G2的电压的电压U2对节点对节点3的电压影响较大，会使无功功率的电

53、压影响较大，会使无功功率Q减少。减少。 控制节点控制节点3的无功补偿容量的无功补偿容量q的效果与等效电抗的效果与等效电抗X1X2/(X1+X2)有关；等效电抗越大，控制电压有关；等效电抗越大，控制电压U3效果效果越好。越好。 节点节点3的无功补偿输出容量的无功补偿输出容量q按与输电线路电抗成反按与输电线路电抗成反比的关系向两侧流动，其结果使无功功率比的关系向两侧流动，其结果使无功功率Q减少。减少。一、电力系统电压的综合控制原理一、电力系统电压的综合控制原理二、变电站电压无功综合控制目标二、变电站电压无功综合控制目标 电力系统中电压和无功功率的调整对电网的输电能力、安全稳定运行水平和降低电能的损

54、耗有极大影响，故要对电压和无功功率进行综合调控。 其具体的调控目标如下： (1)维持供电电压在规定的范围内。 各级供电母线电压的允许波动范围(以额定电压为基准)规定如下： 1)500(330)kV变电站的220kV母线，正常时0+10，事故时一5+10。 2)220kV变电站的35110kV母线，正常时-3+7，事故时10。 3)配电网的10kV母线，电压合格范围为10.010.7kV。二、二、变电站电压的综合控制目标 (2)(2)保持电力系统稳定和合适的无功平衡保持电力系统稳定和合适的无功平衡。 主输电网络应实现无功分层平衡；地区供电网络应实现无功分区就地平衡，才能保证各级供电母线电压在规定

55、的范围内。 (3)(3)保证在电压合格的前提下使电能损耗为最小保证在电压合格的前提下使电能损耗为最小。 为了达到以上目标，必须增强对无功功率和电压的调控能力，充分利用现有的无功补偿设备和调压设备(调相机、静止补偿器、补偿电容器、电抗器、有载调压变压器等)的作用，对它们进行合理的优化调控。二、二、变电站变电站电压的综合控制目标电压的综合控制目标 造成系统电压下降的主要原因是系统的无功功率不足或无功功率分布不合理。 2.2.解决方法： 调压手段：调压手段： 发电厂-调整发电机励磁 变电站-有载调压变压器的分接头、 控制无功补偿电容器 变电站中利用有载调压变压器和补偿电容器组进行局部的电压及无功补偿

56、的自动调节，以保证负荷侧母线电压在规定范围内及进线功率因数尽可能接近1，称为变电站电压无功综合控制。 二、二、变电站变电站电压的综合控制目标电压的综合控制目标 注意注意：调压措施本身不产生无功功率，但系统消耗的无功功率与电压水平有关，因此在系统无功功率不足的情况下，不能用改变变比的办法来提高系统的电压水平；否则电压水平调得越高，该地区的无功功率越不足，反而导致恶性循环。 所以在系统缺乏无功的情况下，必须利用补偿电容器进行调压。 二、二、变电站变电站电压的综合控制目标电压的综合控制目标 控制无功补偿电容器的投切，既能补充系统的无功功率，又可改变网络中无功功率的分布，改善功率因数，减少网损和电压损

57、耗，从而有利于系统电压水平的提高及改善用户的电压质量。 因此，必须把调变压器分接头与控制电容器组的投、切结合起来，进行合理的调控，才能起到既改善电压水平，又降低网损的效果。 二、二、变电站变电站电压的综合控制目标电压的综合控制目标 典型的终端变电站一般有两台带负荷调节的主变压器，低压10kV母线分段，两段母线上各接有一组电容器组。控制系统的设计必须能识别并适应变电站的多种运行方式，保证调节正确。另外，当进线、变电站发生不正常状态或故障时，应闭锁控制装置。 三、三、变电站电压无功控制的规律变电站电压无功控制的规律 （1）投切电力电容器 正常负载时，在变压器低压母线上投入电容器可以减少变电所高压侧

58、输入的无功功率，实现无功就地平衡，从而减少流经变压器的电流，即减少变压器的压降，从而提高变电所低压侧电压。 而在最小负荷或空载时，补偿电容器可能引起变压器低压侧电压严重升高，并产生多余的有功损耗，需退出若干电容器容量。三、三、变电站变电站电压无功控制的规律电压无功控制的规律 （2）有载调压改变变压器分接头位置，变压器变比改变，从而改变低压侧电压。当低压侧电压降低时，同时会使负荷向系统吸收的无功功率也减少了。 可见：无功功率调节和有载调压并不是互相独立的问题，在有载调压的同时也改变了无功功率，在无功功率调节的同时电压也发生了变化。而且在负荷发生变化时，系统的电压与无功功率也都会发生相应变化。 理

59、想的电压与无功功率的调节应是一种综合性的调节。三、三、变电站变电站电压无功控制的规律电压无功控制的规律 （1)采用硬件装置。 采样有载调压变压器和并联补偿电容器的数据，通过控制和逻辑运算实现电压和无功自动调节，以保证负荷侧母线电压在规定的范围之内及进线功率因数尽可能高。 通常称这种在变电站内实现无功电压综合调节的方法为就地VQC调节方法。 四、电压无功综合控制的实现方法四、电压无功综合控制的实现方法 这种装置具有独立的硬件，因此它不受其他设备的运行状态影响，可靠性较高。 但它不能做到与变电站的就地监控装置共享硬软件资源的要求，不能尽可能多地采集变电站的各种信息为综合调节电压和无功功率服务。 这

60、种装置适合在电网网架结构尚不太合理、基础自动化水平不高的电力网的变电站内使用。 四、电压无功综合控制的实现方法四、电压无功综合控制的实现方法 (2)采用软件VQC 它是在就地监控主机上利用现成的遥测、遥信信息，通过运行控制算法软件，用软件模块控制方式来实现变电站电压和无功自动调节。 用这种方法可以发展为通过调度中心实施全系统电压与无功的综合在线控制。这是保持系统电压正常、提高系统运行可靠性的最佳方案。 这种方法的实施前提条件是电网网架结构合理，基础自动化水平较高，尤其适用于综合自动化的变电站中。 四、电压无功综合控制的实现方法四、电压无功综合控制的实现方法 (3)厂站VQC和区域VQC 厂站V