chapter4电力系统电压调整和无功控制

频率调整:1全系统频率相同2调发电机3消耗能源4集中控制5调进汽量第四章电力系统电压调整和无功功率控制技术电压调整：1电压水平各点不同2调发电机、调相机、电容器和静止补偿器等3不消耗能源4电压控制分散进行5调节手段多种多样第四章电力系统电压调整和无功功率控制技术电压和频率一样，都是电能质量的重要指标。电压降低的不良影响：1.减少发电机所发有功功率。2.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，其输出功率将迅速减少。3.电动机的启动过程将大为增加，启动过程温度过高。4.电炉等电热设备的发热量降低。5.危及电力系统运行的稳定性。第一节电力系统电压控制的意义无功功率平衡，即QQQLDG电源无功功率：QQQQQCCCGiG321QGi：发电机供应的无功功率QC1：调相机供应的无功功率QC2：并联电容器供应的无功功率QC3：静止补偿器供应的无功功率第二节电力系统的无功功率平衡与电压的关系无功功率损耗：QLQTQXBQQT：变压器中的无功功率损耗（属感性）QX：线路电抗中的无功功率损耗（属感性）QB：线路电纳中的无功功率损耗（属容性）第二节电力系统的无功功率平衡与电压的关系电力系统无功功率平衡与电压水平有着密切的关系UUUG如果无功功率平衡：QQQLDG且NUU图4-1电力系统接线图GUUQjPDDGUXdYDQjPDDXjUEq第二节电力系统的无功功率平衡与电压的关系第二节电力系统的无功功率平衡与电压的关系A'1'2'21UACUQoAUUA图4-2电力系统和无功功率电压的静态特性UXIjqEI图4-3电力系统向量图由电力系统送至负荷无功功率的无功电压特性曲线可以由如下方法获得。由图4-l画出其相应的向量图，如图4-3所示。由图可知XEUXIXUUIPqsincoscos所以sinXEUPq（4-4）而XUUXIXUUIQEqcossinsin第二节电力系统的无功功率平衡与电压的关系即)cos(UEXUQq（4-5）由于较小，可以近似认为1cos，这样电力系统送至负荷的无功功率的无功电压特性也近似为二次曲线，如图4-2曲线2所示。如果增加Eq，则将使曲线向上移动（曲线2'）。曲线1与2交点A就确定了负荷节点的电压值UUA，电力系统在此电压水平下可以达到无功功率的平衡。第二节电力系统的无功功率平衡与电压的关系电力系统的无功功率电源有：（1）同步发电机同步发电机目前是电力系统中惟一的有功功率电源，它又是基本的无功功率电源。（2）同步调相机及同步电动机同步调相机是特殊运行状态下的同步电动机，可视为不带有功负荷的同步发电机或是不带机械负荷的同步电动机。第二节电力系统的无功功率平衡与电压的关系第二节电力系统的无功功率平衡与电压的关系SN)(MWP)(MVarQPNQN8040408.05.04.0图4-4同步发电机的曲线85.0cos第二节电力系统的无功功率平衡与电压的关系（3）静电电容器电容器所输出的无功功率QC与其端电压的平方成正比，即CUXUQCC22（4-6）式中XC—电容器的容抗；—交流电的角频率；C—电容器的电容量。第二节电力系统的无功功率平衡与电压的关系（4）静止无功功率补偿器（StaticVARCompensator，简称SVC）在正常额定电压UN情况下0CLIIQiUIQDQCLQLC)(aICILUUN容性感性o12)(bUI容性感性oLCI)(c图4-5静止无功功率补偿器工作原理UN工作段I第二节电力系统的无功功率平衡与电压的关系（5）高压输电线路的充电功率高压输电线的充电功率可以由下式求出：BUQLL2（4-9）式中BL—输电线路的对地总的电纳；U—输电线路的实际运行电压。用户端的电压为：KUKUUGB21KUQXPRKUNG21式中，K1和K2分别为升压和降压变压器的变比；R和X分别为变压器和输电线路的总电阻和总电抗。UGK1:11:2KUB　　　　　　　　　　　　　jQPjXR图4-6电力系统电压控制原理图第三节电力系统电压控制的措施要想控制和调整负荷点的电压，可以采取以下的控制方式：①控制和调节发电机励磁电流，以改变发电机端电压UG；②控制变压器变比K1及K2调压；③改变输送功率的分布jQP（主要是Q），以使电压损耗减小；④改变电力系统网络中的参数jXR（主要是X），以减小输电线路电压的损耗。第三节电力系统电压控制的措施一、发电机控制调压控制同步发电机的励磁电流，可以改变发电机的端电压二、控制变压器变比调压调整分接抽头的位置可以控制变压器的变比三绕组变压器分接抽头的选择可以按如下方法来考虑：三绕组变压器一般在高压、中压绕组有分接抽头可供选择，而低压侧是没有分接抽头的。一般可先按高压、低压侧的电压要求来确定高压侧的分接抽头；再由所选定的高压侧分接抽头，来考虑中压侧的电压要求，最后选择中压侧的分接抽头。第三节电力系统电压控制的措施例图4-8所示为降压变压器，变压器参数及负荷、分抽头已标明，高压侧最大负荷时的电压为110V，最小负荷时的电压为113V，相应的负荷低压母线允许电压上下限为6～6.6kV，试选择变压器分接抽头。KV113~110MVA5.31KV3.6/%5.22110MVAjSMVAjS6101428minmax)(4044.2归算到高压侧jXjRTT图4-8降压变压器及其等值电路第三节电力系统电压控制的措施解首先计算最大负荷和最小负荷时变压器的电压损耗：kVUkVUTT34.211340644.2107.5110401444.228minmax假定变压器在最大负荷和最小负荷运行时低压侧的电压分别为kVU6max2和kVU6.6min2，则kVUkVU6.1056.63.634.21134.1090.63.67.5110min1max1第三节电力系统电压控制的措施取算术平均值，有kVUtav5.10726.05.14.1091可以选择的高压分接抽头kVUt25.1071。然后按所选分接头校验是否满足低压负荷母线的实际电压。kVkVUkVkVU6.65.625.1073.634.2113613.625.1073.67.5110min2max2可见所选择的高压分接头是能够满足电压控制要求的第三节电力系统电压控制的措施三、利用无功功率补偿设备调压1、无功功率的产生基本上是不消耗能源的，但是无功功率沿输电线路上传送却要引起有功功率的损耗和电压的损耗。2、合理的配置无功功率补偿设备和容量以改变电力网络的无功功率分布，可以减少网络中的有功功率损耗和电压损耗，从而改善负荷用户的电压质量。3、并联补偿设备有调相机、静止补偿器、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。第三节电力系统电压控制的措施例输电系统如图4-10所示，降压变压器变比为kV11/%5.22110，变压器励磁支路和输电线路对地电容均被忽略，节点1归算到高压侧的电压为118kV，且维持不变，负荷端低压母线电压要求保持为10.5KV，试确定受端装设如下的无功功率补偿设备容量：①电容器；②同步调相机。121T2T　　　　　　　　　　　　　)(13026归算到高压侧jMVAjSMVAjS5.7101520minmax图4-10输电线路系统第三节电力系统电压控制的措施解由于发电机首端电压已知，因此可按末端功率来计算输电线路的电压损耗：MVAjjSMVAjjS68.134.0)13026(1105.71072.634.1)13026(1101520222min222max所以72.634.11520maxmaxmax1jjSSSMVAj72.2134.2168.134.05.710minminmin1jjSSSMVAj18.93.10第三节电力系统电压控制的措施利用首端功率求出最大负荷时降压变压器归算到高压侧的低压母线电压：kVUXQRPUU37.8911813018.92634.211181max1max11'max2利用首端功率求出最小负荷时降压变压器归算到高压侧的低压母线电压：kVUXQRPUU61.10511813018.92634.101181min1min11'min2①按最小负荷时电容器全部退出运行来选择降压变压器变比:kVUUUUNt69.11061.1055.10112min2'min2规格化后，取110+0％分接抽头，即1011110K第三节电力系统电压控制的措施按最大负荷求电容器补偿容量QC：KXUUXUQCCCC2max2max2max2'②由公式（4-28）可得到54.95.1025.1061.1055.10237.895.1022K规格化后取kV11%5.22110，即K＝9.5，由公式（4-25）确定调相机容量：KXUUXUQCCCC2max2max2max2'MVA96.75.95.93.895.101305.102在以上求出QC后，从产品目录中选择合适的规格设备，再校验经过无功功率补偿后负荷电压是否满足质量要求第三节电力系统电压控制的措施四、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线路中得感抗，使电压损耗后得UQX分量减小，从而提高输电线路末端的电压。五、电力系统电压控制措施的比较在各种电压控制措施中，首先应该考虑发电机调压。对无功功率电源供应较为充裕的系统，采用变压器有载调压既灵活又方便。对无功功率电源不足的电力系统，首先应该解决的问题是增加无功功率电源，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低电力网中功率传输中的有功功率损耗。第三节电力系统电压控制的措施发电机G1和G2具有自动励磁调节装置，可以使母线电压U1、U2发生改变；T为有载调压变压器，变比K可以调节；q代表无功补偿设备，它可以是静电电容器、同步调相机和静止无功补偿器。现分析G1和G2控制的电压U1和U2、变压器变比K、补偿容量q这些控制措施对节点3母线电压U3的影响。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Q产生影响。将节点3电压U3、无功功率Q定义为状态变量，发电机母线电压U1、U2以及变压器变比K和无功补偿量q定义为控制变量。jQPXjR11)(qQjPXjR22qTG1G21U2U3UK:1图4-13电力系统电压的综合控制第四节电力系统电压的综合控制根据图4-13，有qQXUUQXKUU2211由此可以解得qXXXKXXXUXXXUXXXU21221222121212qXXXKXXUXXUXXQ21221221121111由此可以分析各种电压控制措施对节点电压和无功功率Q的影响以及各种控制措施配合的效果。第四节电力系统电压的综合控制通过公式（4-39）、（4-40）可以获得如下结论：①改变变压器变比K和改变发电机G1的母线电压对节点3电压控制效果相同，并且可以使无功功率Q增加，而且参数比值XX21越小，电压控制效果越显著。②改变发电机G2的母线电压U2对节点3的母线电压U3的影响与参数比值XX12有关，比值越小，影响越显著jQPXjR11)(qQjPXjR22qTG1G21U2U3UK:1图4-13电力系统电压的综合控