第四章電力系統(tǒng)電壓調(diào)整和無功功率控制技術(shù)

1、電力系統(tǒng)自動化第四章 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制技術(shù)n電壓控制：電壓就是控制目標(biāo)，即通過控制電力系統(tǒng)中的各種因素，使電力系統(tǒng)電壓滿足用戶、設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行的要求。n無功功率控制：指的是控制手段，即通過控制無功功率的分布，實(shí)現(xiàn)某種控制目標(biāo)。一般是“電壓水平合格”，“提高電網(wǎng)穩(wěn)定性”，“提高經(jīng)濟(jì)性”。第四章第四章 電力系統(tǒng)電壓調(diào)整和電力系統(tǒng)電壓調(diào)整和無功功率控制技術(shù)無功功率控制技術(shù)電力系統(tǒng)自動化第四章 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制技術(shù)第四章第四章 電力系統(tǒng)電壓調(diào)整和無功功率控制技術(shù)電力系統(tǒng)電壓調(diào)整和無功功率控制技術(shù)頻率調(diào)整頻率調(diào)整: 1全系統(tǒng)頻率相同2調(diào)發(fā)電機(jī)3消耗能源4集中控制5調(diào)進(jìn)汽量電壓調(diào)整：電

2、壓調(diào)整：1電壓水平各點(diǎn)不同2調(diào)發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)、電容器和靜止補(bǔ)償器等3不消耗能源4電壓控制分散進(jìn)行5調(diào)節(jié)手段多種多樣電力系統(tǒng)自動化第四章 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制技術(shù)1、控制電壓的必要性、控制電壓的必要性A：從用戶角度，影響用戶設(shè)備的安全，降低用電設(shè)備效率和性能，影響用戶的生產(chǎn)、生活。 異步電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩與端電壓的平方成正比。電壓下降轉(zhuǎn)矩下降轉(zhuǎn)速下降滑差增大輸出功率下降電流上升發(fā)熱增加，同時(shí)還可能帶來產(chǎn)品質(zhì)量下降等問題； 電爐功率與電壓的平方成正比，電壓下降功率不足； 照明設(shè)備：電壓過高壽命縮短，電壓過低發(fā)光能力下降； 變壓器等電磁設(shè)備：電壓過高磁通飽和激磁電流上升過流發(fā)熱。 電壓過高，造成絕緣

3、擊穿，影響設(shè)備的使用壽命。電力系統(tǒng)自動化第四章 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制技術(shù)B：從系統(tǒng)角度，可能影響系統(tǒng)安全穩(wěn)定，影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性： 負(fù)荷中的異步電動機(jī)在電壓降低時(shí)，滑差增大，功率因數(shù)降低，使吸收無功功率增加，導(dǎo)致電壓進(jìn)一步降低。這樣的一個(gè)反饋過程，有可能造成電壓失穩(wěn)問題。n電壓水平影響電網(wǎng)損耗：傳輸相同的有功功率，電壓下降電流升高線損增加；因此，無功功率控制是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的一個(gè)重要方面。n隨著電力市場的逐步推進(jìn)，供電企業(yè)角色的轉(zhuǎn)變，不僅要連續(xù)供電，而且要供好電，用戶對供電質(zhì)量的要求越來越高，電能質(zhì)量也將逐步成為供、用電雙方合同內(nèi)容的一部分，而電壓是電能質(zhì)量最重要的指標(biāo)之一。

4、電力系統(tǒng)自動化第四章 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制技術(shù) 2、電力系統(tǒng)的無功電源、電力系統(tǒng)的無功電源GNGNNGNNsintgQSP （1 ） 發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) （2）調(diào)相機(jī)）調(diào)相機(jī) （3） 靜電電容器靜電電容器2222CCUQCUfCUX（4）靜止無功補(bǔ)償器）靜止無功補(bǔ)償器(Static Var Compensator, SVC) 由電力電容器與電抗器并聯(lián)組成。由電力電容器與電抗器并聯(lián)組成。 （5） 靜止無功發(fā)生器靜止無功發(fā)生器 使用大功率可關(guān)斷晶閘管使用大功率可關(guān)斷晶閘管(GTO)器件代替普通的晶閘管構(gòu)成的器件代替普通的晶閘管構(gòu)成的無功補(bǔ)償器稱為靜止補(bǔ)償器無功補(bǔ)償器稱為靜止補(bǔ)償器(Static C

5、ompensator，STATCOM)，或稱為靜止無功發(fā)生器，或稱為靜止無功發(fā)生器(SVG)。電力系統(tǒng)自動化第四章 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制技術(shù) 3、 電力系統(tǒng)中的無功負(fù)荷和無功損耗電力系統(tǒng)中的無功負(fù)荷和無功損耗 （1） 電力系統(tǒng)的無功負(fù)荷電力系統(tǒng)的無功負(fù)荷 包括異步電動機(jī)、同步電動機(jī)、電爐和整流設(shè)備等。包括異步電動機(jī)、同步電動機(jī)、電爐和整流設(shè)備等。 其中異步電動機(jī)占的比重較大、消耗的無功功率較多，其中異步電動機(jī)占的比重較大、消耗的無功功率較多，也就是說，系統(tǒng)中大量的無功負(fù)荷是異步電動機(jī)，因此，也就是說，系統(tǒng)中大量的無功負(fù)荷是異步電動機(jī)，因此，系統(tǒng)無功負(fù)荷的電壓特性，主要取決于異步電動機(jī)的無

6、系統(tǒng)無功負(fù)荷的電壓特性，主要取決于異步電動機(jī)的無功靜態(tài)電壓特性。功靜態(tài)電壓特性。QQQmMmmXUQ2XIQ2電力系統(tǒng)自動化第四章 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制技術(shù) （2） 電力系統(tǒng)的無功損耗電力系統(tǒng)的無功損耗 a. 變壓器的無功損耗變壓器的無功損耗T0kQQQ 00N%100IQS2kkNN%100USQSS b. 輸電線路的無功損耗輸電線路的無功損耗 輸電線路的無功功率損耗包括并聯(lián)電納和串聯(lián)電輸電線路的無功功率損耗包括并聯(lián)電納和串聯(lián)電抗中的無功功率損耗。抗中的無功功率損耗。 并聯(lián)電納中的無功功率與線路電壓的平方成正比，并聯(lián)電納中的無功功率與線路電壓的平方成正比，呈容性，又稱為線路的充電功率；

7、呈容性，又稱為線路的充電功率； 串聯(lián)電抗中的無功功率損耗與負(fù)荷電流的平方成串聯(lián)電抗中的無功功率損耗與負(fù)荷電流的平方成正比正比,呈感性。這兩部分功率是互為補(bǔ)償?shù)?。呈感性。這兩部分功率是互為補(bǔ)償?shù)摹?線路是呈容性以無功電源狀態(tài)運(yùn)行，還是呈感性線路是呈容性以無功電源狀態(tài)運(yùn)行，還是呈感性以無功負(fù)載狀態(tài)運(yùn)行，應(yīng)視具體情況而定。以無功負(fù)載狀態(tài)運(yùn)行，應(yīng)視具體情況而定。電力系統(tǒng)自動化第四章 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制技術(shù)4、影響電力系統(tǒng)電壓的主要因素、影響電力系統(tǒng)電壓的主要因素（1）電力系統(tǒng)的無功電壓關(guān)系）電力系統(tǒng)的無功電壓關(guān)系 無功功率平衡方程：無功功率平衡方程： QQG GQQD DQQL L Q QG

8、G無功功率電源無功功率電源 QQD D無功功率負(fù)荷無功功率負(fù)荷 QQL L無功功率損耗無功功率損耗 電力系統(tǒng)中，上述關(guān)系式在任何時(shí)候都是成立電力系統(tǒng)中，上述關(guān)系式在任何時(shí)候都是成立的，關(guān)鍵是成立時(shí)的電壓水平如何。的，關(guān)鍵是成立時(shí)的電壓水平如何。電力系統(tǒng)自動化第四章 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制技術(shù)A、電源的無功電壓關(guān)系、電源的無功電壓關(guān)系 同步發(fā)電機(jī)是系統(tǒng)中最主要的電源設(shè)備，故電力系同步發(fā)電機(jī)是系統(tǒng)中最主要的電源設(shè)備，故電力系統(tǒng)無功電源與電壓的靜態(tài)特性可由同步發(fā)電機(jī)的無功電統(tǒng)無功電源與電壓的靜態(tài)特性可由同步發(fā)電機(jī)的無功電壓特性獲得壓特性獲得：同步發(fā)電機(jī)輸出的無功功率和電壓關(guān)系簡化公式：同步發(fā)電機(jī)

9、輸出的無功功率和電壓關(guān)系簡化公式：)cos(UEXUQqG注：注：U為負(fù)荷電壓。為負(fù)荷電壓。Eq為感應(yīng)電動勢，由發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流決定。為感應(yīng)電動勢，由發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流決定。 為發(fā)電機(jī)功角，一般為發(fā)電機(jī)功角，一般很小很小1cosq電力系統(tǒng)自動化第四章 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制技術(shù) 異步電動機(jī)負(fù)荷在電力系統(tǒng)無功負(fù)荷中占很大的比重異步電動機(jī)負(fù)荷在電力系統(tǒng)無功負(fù)荷中占很大的比重，故電力系統(tǒng)的無功負(fù)荷與電壓的靜態(tài)特性主要由異步，故電力系統(tǒng)的無功負(fù)荷與電壓的靜態(tài)特性主要由異步電動機(jī)決定。異步電動機(jī)的無功消耗為電動機(jī)決定。異步電動機(jī)的無功消耗為 Qm 異步電動機(jī)激磁功率，與異步電動機(jī)的電壓平方成異步電動機(jī)激磁

10、功率，與異步電動機(jī)的電壓平方成正比正比Q異步電動機(jī)漏抗異步電動機(jī)漏抗X的無功損耗，與負(fù)荷電流平方成的無功損耗，與負(fù)荷電流平方成正比。正比。XIXUQQQmmD22B、負(fù)荷的無功電壓關(guān)系、負(fù)荷的無功電壓關(guān)系電力系統(tǒng)自動化第四章 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制技術(shù)說明：說明：曲線曲線1、2的交點(diǎn)確定了的交點(diǎn)確定了節(jié)點(diǎn)的電壓值節(jié)點(diǎn)的電壓值UA，電力，電力系統(tǒng)在此電壓水平下達(dá)系統(tǒng)在此電壓水平下達(dá)到無功功率平衡。到無功功率平衡。無功負(fù)荷功率增加，無功負(fù)荷功率增加，使使曲線曲線1轉(zhuǎn)移至轉(zhuǎn)移至1，曲線交，曲線交點(diǎn)變?yōu)辄c(diǎn)變?yōu)锳，電壓下降；，電壓下降；若提高若提高UG，則，則使曲線使曲線2轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移至移至2，達(dá)到新平衡

11、點(diǎn)，達(dá)到新平衡點(diǎn)為為C。與。與A相比，新平衡相比，新平衡點(diǎn)電壓相同，但是發(fā)電點(diǎn)電壓相同，但是發(fā)電機(jī)無功出力增加，機(jī)端機(jī)無功出力增加，機(jī)端電壓升高。電壓升高。C、運(yùn)行電壓分析、運(yùn)行電壓分析電力系統(tǒng)和無功功率電壓的靜態(tài)特性電力系統(tǒng)和無功功率電壓的靜態(tài)特性電力系統(tǒng)自動化第四章 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制技術(shù)（2）影響電力系統(tǒng)電壓的主要因素以一個(gè)單機(jī)單負(fù)荷的簡單系統(tǒng)為例，推導(dǎo)負(fù)荷側(cè)電壓公式b電力系統(tǒng)自動化第四章 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制技術(shù)假設(shè)系統(tǒng)不含變壓器，以負(fù)荷側(cè)電壓Ub為正方向，推導(dǎo)線路末端的電壓降落 ：)(*WYbbjIIUIUjQPSZIU)()(jXRjIIWY)(jXRUjQPbbbU

12、QRPXjUQXPRbbUjU其中， 為電壓降落的縱分量。 bbUQXPRUbbUQRPXU 為電壓降落的橫分量。電力系統(tǒng)自動化第四章 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制技術(shù)相量圖為：電流的有功功率分量在感抗上產(chǎn)生的電壓PX/ Ub和無功分量在電阻上產(chǎn)生的電壓QR/ Ub，均與受端電壓Ub垂直，兩者之和等于橫分量，由于兩者方向相反，相互抵消后再與Ub垂直相加，故對電壓Ub的影響較??； 而電流的無功功率分量在感抗上產(chǎn)生的電壓QX/Ub和有功分量在電阻上產(chǎn)生的電壓PR/Ub，均與受端電壓Ub同向，兩者之和等于縱分量，由于兩者均與Ub同向，所以能夠最大程度地影響Ub。 bbbG電力系統(tǒng)自動化第四章 電力系統(tǒng)

13、電壓和無功功率控制技術(shù)2121/)(KUQXPRKUKUKUUbGGb 考慮變壓器后，經(jīng)過同樣的推導(dǎo)，負(fù)荷端的電壓考慮變壓器后，經(jīng)過同樣的推導(dǎo)，負(fù)荷端的電壓公式如下：公式如下：近似計(jì)算及結(jié)論近似計(jì)算及結(jié)論 ： 由上可知，電壓損耗主要由電壓降落的由上可知，電壓損耗主要由電壓降落的縱分量縱分量決定，決定，受橫分量影響較小，故工程上近似計(jì)算時(shí)常常略去橫分量受橫分量影響較小，故工程上近似計(jì)算時(shí)常常略去橫分量不計(jì)，即：不計(jì)，即： bbUQXPRUbbUQXU 由于在高壓電網(wǎng)中的各元件阻抗（發(fā)電機(jī)，變壓器由于在高壓電網(wǎng)中的各元件阻抗（發(fā)電機(jī)，變壓器，輸電線路）均是感抗遠(yuǎn)大于電阻，通常在簡化分析與，輸電線路

14、）均是感抗遠(yuǎn)大于電阻，通常在簡化分析與計(jì)算中，將電阻忽略而只考慮感抗的作用，計(jì)算中，將電阻忽略而只考慮感抗的作用，即：即：電力系統(tǒng)自動化第四章 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制技術(shù) 從上述分析可得，影響負(fù)荷端電壓的因素有：從上述分析可得，影響負(fù)荷端電壓的因素有： 發(fā)電機(jī)端電壓發(fā)電機(jī)端電壓UG或或Eq 變壓器變比變壓器變比K1,K2 負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功、無功負(fù)荷負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的有功、無功負(fù)荷PjQ 電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的參數(shù)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的參數(shù)RjX 因此，為了有效控制電力系統(tǒng)中的電壓，就可以針對因此，為了有效控制電力系統(tǒng)中的電壓，就可以針對上述因素進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中，根據(jù)前面推導(dǎo)過程得出的結(jié)論，上述因素進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中，

15、根據(jù)前面推導(dǎo)過程得出的結(jié)論，無功功率的分布起著決定性的作用。無功功率的分布起著決定性的作用。2121/ )(KUQXPRKUKUKUUbGGb電力系統(tǒng)自動化第四章 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制技術(shù)5、電力系統(tǒng)電壓控制的主要方法概述、電力系統(tǒng)電壓控制的主要方法概述注意：這里所指的電壓控制，主要指控制負(fù)荷點(diǎn)的電壓。（1）控制原則：）控制原則： 無功功率分層、就地、就近平衡；無功功率分層、就地、就近平衡；超高壓電網(wǎng)中，XR，因此I2XI2R，即無功損耗要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于有功損耗，而無功負(fù)荷和無功損耗又是造成電壓下降的主要原因。因此，無功功率是無法遠(yuǎn)距離傳輸和跨越變壓器補(bǔ)償?shù)模@就決定了無功功率必須遵循分層、就

16、地、就近平衡的原則。 無功功率就地平衡就是無功功率分層、分區(qū)就地平衡，無功功率就地平衡就是無功功率分層、分區(qū)就地平衡，是指在按電壓等級所形成的層面內(nèi)，各個(gè)分區(qū)范圍內(nèi)無功功是指在按電壓等級所形成的層面內(nèi)，各個(gè)分區(qū)范圍內(nèi)無功功率都要實(shí)現(xiàn)自給自足，與相鄰的區(qū)域沒有無功功率交換。率都要實(shí)現(xiàn)自給自足，與相鄰的區(qū)域沒有無功功率交換。電力系統(tǒng)自動化第四章 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制技術(shù) 任何一個(gè)負(fù)荷點(diǎn)電壓的調(diào)整都應(yīng)當(dāng)依靠當(dāng)?shù)氐臒o功功率資源進(jìn)任何一個(gè)負(fù)荷點(diǎn)電壓的調(diào)整都應(yīng)當(dāng)依靠當(dāng)?shù)氐臒o功功率資源進(jìn)行，不應(yīng)當(dāng)依靠相鄰站點(diǎn)的無功功率支援。具體的辦法是在各負(fù)行，不應(yīng)當(dāng)依靠相鄰站點(diǎn)的無功功率支援。具體的辦法是在各負(fù)荷點(diǎn)

17、裝設(shè)電容器組、調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器等無功功率電源，盡量荷點(diǎn)裝設(shè)電容器組、調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器等無功功率電源，盡量使無功功率就地平衡。當(dāng)無功功率就地平衡不能實(shí)現(xiàn)時(shí)，則應(yīng)考使無功功率就地平衡。當(dāng)無功功率就地平衡不能實(shí)現(xiàn)時(shí)，則應(yīng)考慮無功功率就近平衡的原則。慮無功功率就近平衡的原則。 確保穩(wěn)定性：確保穩(wěn)定性： 深入分析負(fù)荷特點(diǎn)，做好負(fù)荷預(yù)測，通過運(yùn)行計(jì)劃優(yōu)先 利用動態(tài)響應(yīng)慢的控制手段，將快速控制手段留作備用。 兼顧經(jīng)濟(jì)性：兼顧經(jīng)濟(jì)性： 合理安排電網(wǎng)中的無功電源和補(bǔ)償裝置的配置及運(yùn)行計(jì) 劃，降低整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的線損，提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。電力系統(tǒng)自動化第四章 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制技術(shù)5、電力系統(tǒng)電壓控

18、制的主要方法概述、電力系統(tǒng)電壓控制的主要方法概述（2）控制手段簡介：）控制手段簡介：針對各種影響節(jié)點(diǎn)電壓的因素，電壓針對各種影響節(jié)點(diǎn)電壓的因素，電壓控制方法無非以下幾種：控制方法無非以下幾種： 控制發(fā)電機(jī)端電壓控制發(fā)電機(jī)端電壓UG：通過控制勵(lì)磁電流控制發(fā)電機(jī)端電壓。同步發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)的主要無功電源，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流可以調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的端電壓及其輸出的無功功率。電力系統(tǒng)自動化第四章 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制技術(shù) 控制變比控制變比K1和和K2：通過變壓器分接頭變化，主要分為普通變壓器和有載調(diào)壓變壓器： 普通調(diào)壓變壓器：變壓器繞組的分接抽頭變化必須在停電時(shí)進(jìn)行。一般情況下，容量為一般情況下，

19、容量為6300kVA及以下的變壓器有三及以下的變壓器有三個(gè)分接頭個(gè)分接頭;容量為容量為8000kVA及以上的變壓器有五及以上的變壓器有五個(gè)分接頭。個(gè)分接頭。 普通三繞組變壓器一般在高、中壓繞組有分接頭可供選擇使普通三繞組變壓器一般在高、中壓繞組有分接頭可供選擇使用。用。 高、中壓側(cè)分接頭選擇方法：根據(jù)變壓器的運(yùn)行方式分高、中壓側(cè)分接頭選擇方法：根據(jù)變壓器的運(yùn)行方式分別地或依次地逐個(gè)進(jìn)行。一般先按低壓側(cè)調(diào)壓要求，由高、別地或依次地逐個(gè)進(jìn)行。一般先按低壓側(cè)調(diào)壓要求，由高、低壓側(cè)確定好高壓繞組的分接頭；然后再用選定的高壓繞組低壓側(cè)確定好高壓繞組的分接頭；然后再用選定的高壓繞組的分接頭，考慮中壓側(cè)的調(diào)

20、壓要求，由高、中壓側(cè)選擇中壓的分接頭，考慮中壓側(cè)的調(diào)壓要求，由高、中壓側(cè)選擇中壓繞組的分接頭。繞組的分接頭。電力系統(tǒng)自動化第四章 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制技術(shù) 利用無功補(bǔ)償：利用無功補(bǔ)償：利用無功功率補(bǔ)償降低負(fù)荷利用無功功率補(bǔ)償降低負(fù)荷側(cè)對系統(tǒng)的無功負(fù)荷需求，控制線路傳輸?shù)膫?cè)對系統(tǒng)的無功負(fù)荷需求，控制線路傳輸?shù)臒o功功率無功功率Q，主要包括：，主要包括： 普通并聯(lián)電容器：普通并聯(lián)電容器：包括固定式電容器和分組投切包括固定式電容器和分組投切電容器。電容器。 并聯(lián)電抗器：并聯(lián)電抗器：也稱高抗，包括固定式電抗器和分也稱高抗，包括固定式電抗器和分組投切電抗器。組投切電抗器。 SVC和和SVG：利用電力電子技術(shù)的新型并聯(lián)無功利用電力電子技術(shù)的新型并聯(lián)無功補(bǔ)償裝置。補(bǔ)償裝置。電力系統(tǒng)自動化第四章 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制技術(shù) 改變線路參數(shù)：改變線路參數(shù)：在線路上串接電容器或其他補(bǔ)償裝置：在線路上串接電容器或其他補(bǔ)償裝置： 串聯(lián)電容串聯(lián)電容：包括固定式電容器和分組投切電容器。：包括固定式電容器和分組投切電容器。 可控串補(bǔ)（可控串補(bǔ)（TCSC）：利用電力電子技術(shù)的新型串聯(lián)補(bǔ)償裝：利用電力電子技術(shù)的新型串聯(lián)補(bǔ)償裝置。置。需要注意的是，裝設(shè)串聯(lián)電容、可控串補(bǔ)等裝置，主要目的是需要注意的是，裝設(shè)串聯(lián)電容、可控串補(bǔ)等裝置，主要目的是提高線路的輸送能力，提高系統(tǒng)穩(wěn)定水平，電壓控制僅是其具提高線路