电压无功控制精选文档.ppt

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1、电压无功控制本讲稿第一页，共三十六页一、电力系统电压控制的一、电力系统电压控制的必要性必要性（一）电压偏移对（一）电压偏移对电力用户电力用户的影响的影响(1)(1)异步电动机异步电动机占负荷比重占负荷比重最大最大,转矩转矩与与端电压平方成正比端电压平方成正比,电压电压过低：过低：使电动机使电动机 拖动能力拖动能力下降下降;使带使带重载重载启动的电动机启动的电动机无法启动无法启动。还会导致还会导致电动机电流电动机电流显著显著增大增大,使使绕组绕组温升温升,加速加速绝缘老化绝缘老化,严重时严重时电动机电动机烧毁烧毁。电压下降使电压下降使电动机电动机转速转速下降下降,影响产品影响产品产量和质量产量和

2、质量。本讲稿第二页，共三十六页(4)(4)电压电压过高过高将使所有将使所有电气设备电气设备绝缘绝缘受损受损;使使变压器、电动机变压器、电动机等的等的铁心饱和程度铁心饱和程度加深加深,铁心损耗铁心损耗增大增大,温升温升增加增加,寿命寿命缩短缩短.(5)(5)照明负荷照明负荷：电压电压过高过高会使会使白炽灯的寿命白炽灯的寿命大大缩短，电压大大缩短，电压高于额定高于额定1010时，寿命时，寿命缩短一半缩短一半。电压偏离额定值时，电压偏离额定值时，日光灯寿命日光灯寿命也会缩短。也会缩短。本讲稿第三页，共三十六页(2)(2)电炉电炉的的有功功率有功功率与与电压的平方电压的平方成正比。成正比。如如:炼钢厂

3、中的炼钢厂中的电炉电炉会因会因电压下降电压下降而增加冶炼而增加冶炼时间时间,影响影响产量产量.(3)(3)电压电压过低过低时时,照明照明设备的设备的功率下降功率下降,发光率和亮度发光率和亮度会大幅度会大幅度下降下降.如如降降1010时时，白炽灯，白炽灯照度照度减少减少3535；日光灯日光灯照度照度减少减少1010;水银灯水银灯照度照度减少减少2020。本讲稿第四页，共三十六页（二）电压偏移对（二）电压偏移对电力系统电力系统的影响的影响电厂中电厂中厂用机械厂用机械是由电动机驱动的。电压下降会使是由电动机驱动的。电压下降会使电动机电动机转速转速下降，电动机下降，电动机出力出力减少，减少，厂用机械、

4、锅炉、厂用机械、锅炉、汽轮机、发电机出力下降，汽轮机、发电机出力下降，危及系统安全。危及系统安全。若若无功严重缺额无功严重缺额，电压水平过低，使某些，电压水平过低，使某些枢纽变电站枢纽变电站母母线电压运行在线电压运行在临界值之下临界值之下时，时，母线电压微小下降就会使母线电压微小下降就会使无功消耗大增无功消耗大增，无功缺额增大，电压进一步下降。如此，无功缺额增大，电压进一步下降。如此恶性循环恶性循环，会使母线电压下降到，会使母线电压下降到很低水平很低水平。即。即“电压崩电压崩溃溃”现象。现象。本讲稿第五页，共三十六页之后，大量之后，大量电动机自动切除电动机自动切除，某些，某些发电机失步发电机失

5、步，导致，导致系系统解列统解列或或大面积停电的灾难性事故大面积停电的灾难性事故。送变电设备送变电设备因电压因电压降低降低而而减少输送能力减少输送能力，由于其由于其额定电流额定电流受受输电线输电线截面截面、变压器线圈变压器线圈容量容量限制，限制，因此因此,它的它的传输能力传输能力也近似与运行也近似与运行电压成正比电压成正比。本讲稿第六页，共三十六页二、电力系统无功功率控制的二、电力系统无功功率控制的必要性必要性QGieQGiAQAQe0UXUeUAeA无功功率平衡和电压水平的关系无功功率平衡和电压水平的关系（电力系统（电力系统无功负荷的静态电压特性无功负荷的静态电压特性。）。）1.1.维持电力系

6、统电压在允许范围之内维持电力系统电压在允许范围之内无功平衡关系：无功平衡关系：Q本讲稿第七页，共三十六页曲线上的点都是无功平衡点，如曲线上的点都是无功平衡点，如A、e点。点。如果系统电源发出的无功仅为如果系统电源发出的无功仅为QGiA时,虽然无功在然无功在A点点仍仍平衡平衡,但此但此时电压UA低于正常低于正常电压Ue如果不增加系如果不增加系统电源供源供应的无功功率的无功功率,则系系统电压质量量不能完全改善不能完全改善.因此无功功率也需要因此无功功率也需要备用用,以适以适应系系统负荷的荷的变化化,保保证电压质量量.通常无功通常无功备用容量取最大无功功率用容量取最大无功功率负荷的荷的7%8%,有有

7、时需分析需分析计算后才能确定算后才能确定.本讲稿第八页，共三十六页要要控制控制电力系统在电力系统在额定电压额定电压运行运行,就要控制系统中就要控制系统中无无功电源发出功电源发出的的无功功率无功功率等于等于电力系统电力系统负荷负荷在在额定电压时额定电压时所消耗所消耗的的无功功率无功功率。如果这个如果这个“等于等于”关系不能满足，电力系统就会关系不能满足，电力系统就会偏离偏离额定电压额定电压运行。当偏离运行。当偏离过多过多时，电力的系统时，电力的系统电压电压就会就会过多偏离过多偏离额定电压。额定电压。可见，可见，维持维持电力系统电压在允许范围之内是电力系统电压在允许范围之内是靠靠控制控制电力系统电

8、力系统无功电源的出力无功电源的出力实现的实现的。本讲稿第九页，共三十六页无功电源有：无功电源有：同步发电机同步发电机(电厂中电厂中):):是有功、无功电源，增减无功是有功、无功电源，增减无功出力时，可使电压升高或降低。出力时，可使电压升高或降低。调相机调相机(负荷中心附近负荷中心附近)：是只发无功功率的发电机，：是只发无功功率的发电机，系统需要感性无功时采用过励磁运行方式。当系统感性系统需要感性无功时采用过励磁运行方式。当系统感性无功过剩时可欠励磁运行，可从系统吸收相当于其额定无功过剩时可欠励磁运行，可从系统吸收相当于其额定容量容量50%50%65%65%的感性无功功率。因此调相机具有良好的调

9、的感性无功功率。因此调相机具有良好的调压作用。压作用。2.2.提高电力系统运行的经济性提高电力系统运行的经济性本讲稿第十页，共三十六页(3)(3)静电电容器静电电容器(变电所和用户安装的变电所和用户安装的)并联在系统中的静电电容器并联在系统中的静电电容器只能向系统提供感性无功只能向系统提供感性无功功率，且与其端电压平方成正比，系统电压下降时，无功率，且与其端电压平方成正比，系统电压下降时，无功功率大量下降，使系统无功电源反而减少。功功率大量下降，使系统无功电源反而减少。(4)静止补偿器静止补偿器(变电所和用户安装的变电所和用户安装的)全称静止无功功率补偿器全称静止无功功率补偿器(SVC)(5)

10、高压输电线路高压输电线路的充电功率相当于在线路上并联了的充电功率相当于在线路上并联了电容器。电容器。本讲稿第十一页，共三十六页选哪种？配置在何处？如何控制其出力？选哪种？配置在何处？如何控制其出力？做得好做得好不仅可不仅可提高电压质量提高电压质量,而且会减少无功功率传输而且会减少无功功率传输过程中造成的过程中造成的无功、有功损耗无功、有功损耗,因而因而可提高系统运行的可提高系统运行的经济性经济性。如如远离负荷中心的电厂远离负荷中心的电厂，让它，让它少发无功少发无功。因为输送过因为输送过程中，要产生程中，要产生电压损耗电压损耗和和有功损耗有功损耗，且输送越，且输送越远远，环，环节越节越多多，其损

11、耗也越，其损耗也越大大。因此因此,无功功率一般都无功功率一般都尽可能就地、就近平衡尽可能就地、就近平衡。本讲稿第十二页，共三十六页.维持电力系统稳定维持电力系统稳定发电机是重要的发电机是重要的无功电源无功电源，控制发电机，控制发电机无功无功功率的功率的是发电机的是发电机的励磁调节系统励磁调节系统：在在电力系统稳定电力系统稳定方面方面，合理地选用，合理地选用自动励自动励磁调节器磁调节器，可以使，可以使发电机出口的电压维持不发电机出口的电压维持不变变，从而从而提高电力系统的稳定性。提高电力系统的稳定性。本讲稿第十三页，共三十六页在在暂态稳定暂态稳定方面方面，采用，采用高励磁顶值、快速响应的励高励磁

12、顶值、快速响应的励磁系统磁系统，会使发电机在加速过程中，会使发电机在加速过程中迅速增大励磁电流迅速增大励磁电流，有效改善电力系统的有效改善电力系统的暂态稳定性暂态稳定性。在励磁系统中加入在励磁系统中加入电力系统稳定器（电力系统稳定器（PSSPSS)对抑制电对抑制电力系统低频振荡有一定作用。力系统低频振荡有一定作用。本讲稿第十四页，共三十六页电力系统中电力系统中无功电源无功电源有多种。有多种。由于存在由于存在线路阻抗线路阻抗和和变压器漏抗，变压器漏抗，电能电能（主要是无功功（主要是无功功率）通过率）通过电力线路电力线路和和变压器变压器时会时会使电压下降使电压下降。因此因此,系统稳定运行时系统中各

13、系统稳定运行时系统中各节点电压是不相等的节点电压是不相等的。而且而且电压降电压降将随将随输送功率输送功率的变化而变化的变化而变化,这就使得系统中这就使得系统中各节点电压各节点电压又是随着又是随着负荷功率负荷功率的变化而变的变化而变化。化。三、电力系统的电压控制三、电力系统的电压控制本讲稿第十五页，共三十六页电力系统电压控制电力系统电压控制的的首要任务首要任务是是控制控制电力系统中各电力系统中各种无功功率种无功功率电源发出电源发出的无功功率的无功功率总和总和等于等于负荷负荷在在额定额定电压时消耗电压时消耗的无功功率的无功功率总和总和，维持维持电力系统电力系统电压电压的总体的总体水平在水平在额定值

14、额定值附近附近；其次其次是是控制控制电力系统电力系统各节点电压各节点电压在允许范围之内在允许范围之内.通常所谓通常所谓电力系统电压控制电力系统电压控制主要是针对主要是针对变化周期长、变化周期长、波及面大、主要由生产、生活和气象变化引起的波及面大、主要由生产、生活和气象变化引起的无无功负荷变化。功负荷变化。本讲稿第十六页，共三十六页电力系统电压控制电力系统电压控制是在已经解决了变化周期是在已经解决了变化周期短的冲击性和间歇性负荷引起的电压波动的短的冲击性和间歇性负荷引起的电压波动的基础上进行的。基础上进行的。由于电力系统由于电力系统结构复杂结构复杂，负荷极多负荷极多，如果对，如果对每一个用电设备

15、的电压都进行监视和控制，每一个用电设备的电压都进行监视和控制，不可能，而且没必要。不可能，而且没必要。电力系统电压的监视和控制电力系统电压的监视和控制是通过监视和控是通过监视和控制制电压中枢点电压中枢点的电压实现的。的电压实现的。本讲稿第十七页，共三十六页所谓所谓电压中枢点电压中枢点,又称又称电压监控点电压监控点系指某些可反映系系指某些可反映系统电压水平的统电压水平的主要发电厂主要发电厂或或枢纽变电站枢纽变电站的的母线母线。一般都一般都装设装设无功功率电源无功功率电源,具有具有调节电压的能力调节电压的能力.因为很多负荷都由这些中枢点供电，如能控制住这因为很多负荷都由这些中枢点供电，如能控制住这

16、些点的电压偏移，也就控制住了系统中大部分负荷些点的电压偏移，也就控制住了系统中大部分负荷的电压偏移。的电压偏移。通常所说的通常所说的电力系统电压控制电力系统电压控制就是控制各就是控制各电压中枢点电压中枢点的的电压偏移电压偏移不超过允许范围不超过允许范围。本讲稿第十八页，共三十六页发电机发电机是电力系统中的是电力系统中的主要无功电源主要无功电源,占占5560通过通过调节发电机的励磁电流调节发电机的励磁电流:可以调节发电机的可以调节发电机的端电压端电压及其输出的及其输出的无功功率无功功率，从，从而改变电力系统的而改变电力系统的无功功率平衡关系无功功率平衡关系，控制系统，控制系统电压电压的总体水平的

17、总体水平，同时也可以控制同时也可以控制距机端电气距离不大的距机端电气距离不大的节点电压节点电压。本讲稿第十九页，共三十六页调相机调相机的的容量可以做得很大容量可以做得很大，且调节，且调节方便、灵活方便、灵活,是很是很好的无功电源。但好的无功电源。但投资很大投资很大,只有在十分必要的场合才安只有在十分必要的场合才安装装,占占8 81010。由于由于静电电容器骤增静电电容器骤增（灵活、质高价低灵活、质高价低）,所以所以调相机调相机比比例下降例下降为为5 57 7。因此电力系统中因此电力系统中调相机调相机的的数量是有限数量是有限的。的。调相机调相机的的电压调节作用与发电机相同电压调节作用与发电机相同

18、。调相机调相机与同容量的与同容量的发电机相比发电机相比转子较轻，惯量小转子较轻，惯量小。本讲稿第二十页，共三十六页并联电容器并联电容器和和电抗器电抗器及及静止补偿器静止补偿器的容量一般比的容量一般比较小较小,改变改变并联电容器并联电容器和和电抗器电抗器的的容量容量或改变或改变静止静止补偿器补偿器的的电压稳定值电压稳定值，一般只改变并联这些补偿装，一般只改变并联这些补偿装置的置的节点的电压节点的电压和与之相联接的和与之相联接的线路的无功潮流线路的无功潮流。本讲稿第二十一页，共三十六页用用变压器变压器调压时，调压时，对对普通变压器普通变压器，要在，要在停电停电状况下进行状况下进行改变分接头改变分接

19、头的的操作，以使副边得到合适的电压；操作，以使副边得到合适的电压；对对有载调压变压器有载调压变压器，可在运行中，可在运行中带负荷带负荷改变分接改变分接头位置头位置。有载调压变压器有载调压变压器适用适用电压变化幅度较大的地方电压变化幅度较大的地方。本讲稿第二十二页，共三十六页输电线的电容性功率输电线的电容性功率占整个电力系统占整个电力系统无功出力无功出力的的5 51010。一般可一般可代替代替调相机调相机和和静电电容器静电电容器的作用的作用,向负荷向负荷输输出无功功率出无功功率,减少减少了电网内了电网内无功补偿设备无功补偿设备的的投资投资,但但负荷低谷负荷低谷时，输电线的时，输电线的充电功率充电

20、功率（即电容性功率）（即电容性功率）促使系统中促使系统中无功过剩无功过剩。本讲稿第二十三页，共三十六页四、电力系统的四、电力系统的调压措施调压措施如图如图5-15-1所示，忽略输电线路的充电功率、变压器励磁功率及网络中所示，忽略输电线路的充电功率、变压器励磁功率及网络中的功率损耗，变压器参数归算到高压侧，用户端的电压为：的功率损耗，变压器参数归算到高压侧，用户端的电压为：要想要想控制负荷点的电压，可以采取以下的控制方式：控制负荷点的电压，可以采取以下的控制方式：（1 1）调节发电机的励磁电流，以改变发电机的端电压）调节发电机的励磁电流，以改变发电机的端电压U UG G；（2 2）控制变压器变比

21、）控制变压器变比K K1 1和和K K2 2调压；调压；（3 3）改变输送功率）改变输送功率P+jQP+jQ（主要是（主要是Q Q），增设无功补偿装置；），增设无功补偿装置；（4 4）改变电力系统网络中的参数）改变电力系统网络中的参数R+jXR+jX（主要是（主要是X X），以减小输电），以减小输电线路电压损耗。线路电压损耗。本讲稿第二十五页，共三十六页（1）利用发电机调压）利用发电机调压 改变发电机的励磁电流改变发电机的励磁电流 此法简单经济，应优先采用但只适用于供电线此法简单经济，应优先采用但只适用于供电线路不长、负荷波动不大的场合路不长、负荷波动不大的场合因为：因为：I If f不可能无

22、限增加；不可能无限增加；U UG G受近区负荷电压的要求的限制；受近区负荷电压的要求的限制；发电机自身绝缘条件不允许发电机自身绝缘条件不允许U UG G过高过高 所以发电机端电压的允许调节范围是所以发电机端电压的允许调节范围是 （）U UGNGN本讲稿第二十六页，共三十六页（2）改变变压器变比调压）改变变压器变比调压 普通变压器普通变压器的分接头只能在的分接头只能在停电停电的情况下改变，的情况下改变，不能满足负荷变化时电压的质量要求。不能满足负荷变化时电压的质量要求。有载调压变压器有载调压变压器可以带负荷改变分接头。可以带负荷改变分接头。（3）利用无功补偿调压）利用无功补偿调压 当系统的无功不

23、足时当系统的无功不足时,改变变比并不能增加无功改变变比并不能增加无功功率的供给功率的供给.当系统无功不足而引起电压下降时当系统无功不足而引起电压下降时,须增设无功补偿须增设无功补偿设备。设备。本讲稿第二十七页，共三十六页（4 4）改变输电线路参数调压）改变输电线路参数调压 改变改变R:R:增大导线截面积，可降低电压损耗，增大导线截面积，可降低电压损耗，同时降低网损，用于同时降低网损，用于10kv10kv及以下线路。及以下线路。改变改变X:X:串联电容，多用于串联电容，多用于35kV35kV及以上线路，及以上线路，在功率因数较低的场合使用更为有效。在功率因数较低的场合使用更为有效。本讲稿第二十八

24、页，共三十六页调压措施的选择调压措施的选择应该应该首先考虑发电机调压首先考虑发电机调压，因其不需要增加附加设备，是，因其不需要增加附加设备，是最最经济合理经济合理的控制电压措施。对的控制电压措施。对无功功率较为充足的系统无功功率较为充足的系统，采用采用变压器有载调压，既灵活又方便变压器有载调压，既灵活又方便。对。对无功功率不足的无功功率不足的电力系统电力系统，应该解决的问题是增加无功功率电源，因此，应该解决的问题是增加无功功率电源，因此应采用应采用无功补偿调压无功补偿调压。变电站通常采用有载调压变压器和补偿电容器调压，只变电站通常采用有载调压变压器和补偿电容器调压，只有将两者有机结合起来才有可

25、能达到良好的控制效果。有将两者有机结合起来才有可能达到良好的控制效果。目前各种电压等级的变电站中普遍采用了目前各种电压等级的变电站中普遍采用了电压无功综合控制电压无功综合控制装置装置，就是在变电站中利用有载调压变压器和并联电容器组，就是在变电站中利用有载调压变压器和并联电容器组，根据运行情况自动进行本站的无功和电压调整。根据运行情况自动进行本站的无功和电压调整。本讲稿第二十九页，共三十六页五、电力系统的无功功率控制电力系统无功功率控制电力系统无功功率控制的的首要任务首要任务是是控制控制电力系统电力系统中中无功电源发出无功电源发出的无功功率的无功功率总和总和等于等于电力系统负电力系统负荷在荷在额

26、定电压额定电压时所时所消耗的消耗的无功功率总和无功功率总和,以以维持维持电电力系统力系统电压的总体水平电压的总体水平在在额定值附近额定值附近。其次其次是在保证上述是在保证上述“等于等于”关系成立的前提下，关系成立的前提下，优化电力系统中无功功率的分布，即优化电力系统中无功功率的分布，即电力系统电力系统无功功率的优化控制无功功率的优化控制。本讲稿第三十页，共三十六页优化的内容优化的内容有两个：有两个：负荷所需的无功功率负荷所需的无功功率让哪些无功功率电源提供最让哪些无功功率电源提供最好好,即即无功电源的最优分布问题无功电源的最优分布问题；负荷所需的无功功率是负荷所需的无功功率是让已投入运行的无功

27、电源让已投入运行的无功电源供给好供给好,还是还是装设新的无功电源更好装设新的无功电源更好,即即无功功率的无功功率的优化补偿问题优化补偿问题。优化的目的优化的目的是在保证是在保证电压质量的前提下电压质量的前提下获得更多的获得更多的经济效益经济效益。本讲稿第三十一页，共三十六页无功负荷和无功损耗无功负荷和无功损耗1.1.异步电动机异步电动机异步电动机是主要的无功负荷异步电动机是主要的无功负荷.2.2.变压器变压器一般一般Q QT T约为约为1010S SN N.变压器中的无功损耗是很可观的变压器中的无功损耗是很可观的.3.3.线路线路 X X上消耗感性无功上消耗感性无功;B;B上产生的感性无功上产

28、生的感性无功;当线路输送功率较大时，线路消耗的无功是无功负荷当线路输送功率较大时，线路消耗的无功是无功负荷反之，当线路空载或轻载时，线路等值为无功电源反之，当线路空载或轻载时，线路等值为无功电源 本讲稿第三十二页，共三十六页六、电压和无功综合控制六、电压和无功综合控制在电力系统中实现电压和无功的综合控制，一定要考虑用在电力系统中实现电压和无功的综合控制，一定要考虑用户对电压的要求，减少线损，确定电压的允许波动范围，户对电压的要求，减少线损，确定电压的允许波动范围，因此电力系统电压和无功功率自动控制的因此电力系统电压和无功功率自动控制的任务任务是：是：（1 1）维持监视点电压为设定值；）维持监视

29、点电压为设定值；（2 2）联络线无功潮流在给定值或偏离给定值最小，应尽力使）联络线无功潮流在给定值或偏离给定值最小，应尽力使无功潮流就地平衡，避免长距离输送无功引起过多的压降无功潮流就地平衡，避免长距离输送无功引起过多的压降和线损；和线损；（3 3）要求无功热备用在系统各地区均匀分布，防止局部故）要求无功热备用在系统各地区均匀分布，防止局部故障而造成电压崩溃。障而造成电压崩溃。本讲稿第三十三页，共三十六页电力系统电压、无功综合控制方式电力系统电压、无功综合控制方式变电站对无功、电压的变电站对无功、电压的综合控制综合控制，主要是自动，主要是自动调节有载调压变压器的分接头位置和自动控制调节有载调压

30、变压器的分接头位置和自动控制无功补偿设备的投、切或控制其运行工况。其无功补偿设备的投、切或控制其运行工况。其控制方式有三种。控制方式有三种。本讲稿第三十四页，共三十六页（1 1）集中控制方式。）集中控制方式。是指在是指在调度中心调度中心对各个变电站的主变压对各个变电站的主变压器的分接头位置和无功补偿设备进行统一的控制。这种控制器的分接头位置和无功补偿设备进行统一的控制。这种控制方式实施有较大难度。方式实施有较大难度。（2 2）分散控制方式。）分散控制方式。是指在是指在各变电站或发电厂各变电站或发电厂中，自动中，自动调节有载调压变压器的分接头位置或其他调压设备，以调节有载调压变压器的分接头位置或

31、其他调压设备，以控制地区的电压和无功功率在规定的范围内。这是我国控制地区的电压和无功功率在规定的范围内。这是我国当前电压和无功控制的主要方式。当前电压和无功控制的主要方式。（3 3）关联分散控制方式。）关联分散控制方式。是指电力系统正常运行时，实是指电力系统正常运行时，实施分散控制，在电力系统负荷变化较大或紧急情况或施分散控制，在电力系统负荷变化较大或紧急情况或系统运行方式发生大的变动时，可由调度中心修改下系统运行方式发生大的变动时，可由调度中心修改下属变电站所应维持的母线电压和无功功率定值，以满属变电站所应维持的母线电压和无功功率定值，以满足系统运行方式变化后新的要求。这种控制方式是今足系统运行方式变化后新的要求。这种控制方式是今后的发展方向。后的发展方向。本讲稿第三十五页，共三十六页 思考题：思考题：1.比较串联电容补偿调压与并联电容补偿调压有何不同比较串联电容补偿调压与并联电容补偿调压有何不同？2.应该如何选择调压措施？应该如何选择调压措施？3.当电力系统无功不足时，是否可以通过改变变压器当电力系统无功不足时，是否可以通过改变变压器的变比来调压？为什么？的变比来调压？为什么？本讲稿第三十六页，共三十六页