电力系统自动化---第四章 电力系统电压调整和无功功率控制技术.ppt

SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 1 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 本章内容本章内容 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 4.2 4.2 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平衡与电压的关系 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 4.4 4.4 电力系统电压的综合控制电力系统电压的综合控制 4.5 4.5 电力系统无功功率电源的最优控制电力系统无功功率电源的最优控制 2 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 第一节 电力系统电压控制的意义 3 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 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 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 4 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.1 电力系统电压控制的意义 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电压偏移、 电压波动与闪变、高次谐波和三相不对 称程度（负序电压系数）这四个方面都能 满足有关国家标准规定的要求 5 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 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。 4.1 电力系统电压控制的意义 6 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.1 电力系统电压控制的意义 严格保证电压经济上下可行，也没有必 要，允许的电压偏移： 35kV及以上： 5% 10kV以下： 7% 低压照明： 7%，-10% 农村电网： 7.5%，-10%（+10%，-15% ） 7 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 第一节 电力系统的无功功率 平衡与电压的关系 8 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系 无功 功率 平衡 无功负荷与无功电源失去平衡时，会 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、 就地平衡的原则 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功 率的需求 9 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系 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/S jXa io i jXmV =0.6 =0.3 Q V =0.8 10 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系 无功功 率损耗 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QLT包括励磁损耗Q0和漏抗中的损耗 QT QLTQ0QTV2BT(S/V)2XT SN (VN/V)2 11 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系 输电线路的无功损耗 QL QB QL+QB 无功功 率损耗 变压器的无功损耗 输电线路的无功损耗 12 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系 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/2 R+jXP2+jQ2 P1+jQ1 jB/2 V1 V2 13 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系 无功 功率 电源 发电机 同步调相机 静电电容器 静止无功补偿器 静止无功发生器 14 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系 无功 功率 电源 发电机 发电机 发电机是唯一 的有功功率电 源，又是最基 本的无功功率 电源 Q B D C A P O E jXdIN 15 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系 无功 功率 电源 同步调相机 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，向系统供给无功 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，20世纪70年代以 来已逐渐被静止无功补偿装置所取代。 16 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系 无功 功率 电源 静电电容器 静电电容器供给的无功功率Qc与所在节点的 电压V的平方成正比，即 QcV2/Xc 式中，Xc1/c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。 17 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系 无功 功率 电源 静止无功补偿器 SVC由静电电容器与 电抗器并联组成， SVC在我国电力系统 中得到广泛应用。 饱和电抗器型 可控硅控制电 抗器型(TCR) 可控硅投切电 容器型(TCR) TCR和TSC组合 型 18 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系 无功 功率 电源 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 (SVG)，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 变SVG的运行工况，使其处于容性负荷、感 性负荷或零负荷状态。与SVC比较，SVG具 有响应快、运行范围宽、谐波电流含量少 等优点。尤其是电压较低时仍可向系统注 入较大的无功电流。 19 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系 无功 功率 平衡 l无功功率平衡的基本要求 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； 系统还必须配置一定的无功备用容量； 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； 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 或故障后运行方式下的无功功率平衡。 20 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系 无功 功率 平衡 系统无功功率平衡关系式： QGCQLDQLQres QGC为电源供应的无功功率之和，QLD为无功负荷之 和，QL为网络无功功率损耗之和，Qres为无功功 率备用； Qres0表示系统中无功功率可以平衡且有适量的 备用；Qres0表示系统中无功功率不足，应考虑 加设无功补偿装置。 21 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系 无功 功率 平衡 系统电源的总无功出力QGC包括发电机的无功功 率QG和各种无功补偿设备的无功功率QC，即 QGCQGQC 总无功负荷QLD按负荷的有功功率和功率因数计 算。 l网络的总无功损耗QL包括变压器的无功损耗QLT 、线路电抗的无功损耗QL和线路电纳的无功 功率QB，即 QL QLTQLQB 22 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系 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用户对 无功平衡的影响。 一般无功功率按照就地平衡的原则进行补偿容量 的分配。小容量的、分散的无功补偿可采用静电 电容器；大容量的配置在系统中枢点的无功补偿 则宜采用同步调相机或SVC。 23 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系 无功功率平衡的讨论： 1、全局平衡和分地区平衡，保证满足以上总的 平衡条件，不一定满足电压要求，还必需实现局 部无功功率平衡，无功功率的分层次就地平衡是 一个基本原则。 2、任何时候网络中实际产生和消耗和无功功率 相等。 3、快速无功功率，无功功率动态平衡。 24 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系 无功功率对电压有决定性的影响 ； 无功功率是引起电压损耗的主要 原因； 无功功率的远距离传输和就地平 衡； 节点电压有效值的大小对无功功 率分布起决定性作用。 无功 功率 和电 压的 关系 25 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系 无功功率平衡与电压水平的关系 jX V i P+jQ E I V jXI E 26 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系 无功功率平衡与电压水平的关系 2 1 1 a a c 2 Q V VaVa O 27 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.2 电力系统的无功功率平衡与电压的关系 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 平衡是保证电压质量的基本条件。 28 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 第三节 电力系统电压控制的措施 29 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.3 电力系统电压控制的措施 中枢 点的 定义 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 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 量也能基本满足要求。 中枢 点的 选择 区域性水、火电厂的高压母线； 枢纽变电所的二次母线； 有大量地方负荷的发电机电压母线； 中枢点设置数量不少于全网220KV及以上电压 等级变电所总数的7。 中枢点的电压管理 30 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.3 电力系统电压控制的措施 中枢 点调 压模 式 逆调压模式 顺调压模式 恒调压模式 31 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.3 电力系统电压控制的措施 中枢 点调 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。一般采用逆调压方式，在最大负荷时可保持中 枢点电压比线路额定电压高5，在最小负荷时保 持为线路额定电压。供电线路较长、负荷变动较大 的中枢点往往要求采用这种调压方式。 32 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.3 电力系统电压控制的措施 中枢 点调 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 定电压的102.5；小负荷时允许其电压高一些， 但不超过线路额定电压的107.5的调压模式。对 于某些供电距离较近，或者负荷变动不大的变电所 ，可以采用这种调压方式。 33 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.3 电力系统电压控制的措施 中枢 点调 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25 34 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.3 电力系统电压控制的措施 电压调整的基本原理 R+jX P+jQ 1:K1 Vb 1:K2 VG Vb=(VGk1V)/k2(VGk1 )/ k2 式中k1和k2分别为升压和降压变压器的变比，R和X 分别为变压器和线路的总电阻和总电抗 35 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.3 电力系统电压控制的措施 电压调整的基本原理 由公式可见，为了调整用户端电压Vb可以采取 以下措施： 1、调节励磁电流以改变发电机端电压VG 2、适当选择变压器的变比 3、改变线路的参数 4、改变无功功率的分布 36 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.3 电力系统电压控制的措施 电压 调整 措施 发电机调压 改变变压器变比调压 利用无功功率补偿调压 线路串联电容补偿调压 37 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.3 电力系统电压控制的措施 电压 调整 措施 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 不同： （1）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 电压质量要求，不必另外再增加调压设备； （2）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 地方负荷的电压质量要求； 38 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.3 电力系统电压控制的措施 电压 调整 措施 发电机调压 （3）对于由若干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 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 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 般只作为一种辅助性的调压措施。 39 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.3 电力系统电压控制的措施 电压 调整 措施 发电机调压 改变变压器变比调压 利用无功功率补偿调压 线路串联电容补偿调压 40 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.3 电力系统电压控制的措施 电压 调整 措施 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 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。 （1）降压变压器分接头的选择 V2 P+jQ V1 RT jXT 41 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.3 电力系统电压控制的措施 1、降压变压器分接头的选择 V2 P+jQ V1 RT jXT 改变变压器变比调压 VT（PRTQXT）/V1 V2(V1VT)/k 式中，kV1t/V2N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V2N之比。将k代入上式，得高压侧 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 下为满足低压侧调压要求所应选择的高压侧分接头电压。 42 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.3 电力系统电压控制的措施 1、降压变压器分接头的选择 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， 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 。 V1tmax（V1maxVtmax）V2N/V2max V1tmin（V1minVtmin）V2N/V2min 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 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。 43 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 1、降压变压器分接头的选择 改变变压器变比调压 4.3 电力系统电压控制的措施 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 和 ，以及通过变压器的负荷 ， 求 取变压器的电压损耗 和 。 2）套用公式计算最大负荷和最小负荷时的分接头选择。 44 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 1、降压变压器分接头的选择 改变变压器变比调压 4）选择最接近的分接头作为所选分接头 3）取其算术平均值 4.3 电力系统电压控制的措施 45 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 1、降压变压器分接头的选择 改变变压器变比调压 5）套用低压侧电压计算公式进行校验 4.3 电力系统电压控制的措施 46 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2、升压变压器分接头的选择 改变变压器变比调压 V2 P+jQ V1 RT jXT 电压 调整 措施 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 4.3 电力系统电压控制的措施 47 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 2、升压变压器分接头的选择 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， 故公式中VT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 V1t(V1+VT)/V2 *V2N 式中， V2为变压器低压侧的实际电压或给定电压； V1为高 压侧所要求的电压。 4.3 电力系统电压控制的措施 48 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY （1）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； 通过对变比的适当选择，只能把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。 （2）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， 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。 改变变压器变比调压总结 4.3 电力系统电压控制的措施 49 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 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； 将高中压绕组看作双绕组，确定中压绕组分抽头 位置。 注意：功率分布 4.3 电力系统电压控制的措施 50 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 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 电所，控制策略一般与静电电容器C、静止无功发生器SVG 等联合控制。 4.3 电力系统电压控制的措施 51 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 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。 4.3 电力系统电压控制的措施 KV113110 MVA5 .31 KV3 . 6/%5 . 22110 MVAj S MVAj S 610 1428 min max += += )(4044. 2归算到高压侧j+ X j RTT+ 图4-8 降压变压器及其等值电路 52 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 解 首先计算最大负荷和最小负荷时变压器的电压损耗： 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 4.3 电力系统电压控制的措施 53 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 取算术平均值，有 可以选择的高压分接抽头U1t=107.25kV。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。 可见所选择的高压分接头是能够满足电压控制要求的。 4.3 电力系统电压控制的措施 54 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 电压 调整 措施 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。 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。 4.3 电力系统电压控制的措施 55 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 利用无功功率补偿调压 1、并联无功补偿调压的基本原理 2、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 补偿前： 补偿后： 56 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 利用无功功率补偿调压 第二项很小 4.3 电力系统电压控制的措施 57 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 利用无功功率补偿调压 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 求下，与其它调压方式配合，使补偿容量最小。 有补偿的变压器选择的基本原则：在满足调压的要求下， 使补偿容量最小。 4.3 电力系统电压控制的措施 58 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 电压 调整 措施 利用无功功率补偿调压 （1）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 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 无功功率来使电压降低。为了充分利用补偿容 量，在最大负荷时电容器应全部投入，在最小 负荷时全部退出。 4.3 电力系统电压控制的措施 59 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 电压 调整 措施 利用无功功率补偿调压 （1）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，这样 变压器变比 按最大负荷时的调压要求选择补偿容量 校验实际电压是否满足要求 4.3 电力系统电压控制的措施 60 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 电压 调整 措施 利用无功功率补偿调压 （2）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 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（0.50.65）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。 4.3 电力系统电压控制的措施 61 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 电压 调整 措施 利用无功功率补偿调压 （2）补偿设备为同步调相机 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 ，最小负 荷时吸收 感性无功，（ ），有： 两式相除： 4.3 电力系统电压控制的措施 62 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 电压 调整 措施 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k和 4.3 电力系统电压控制的措施 63 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 利用无功功率补偿调压总结 （1）电压损耗V（PRQX）/V 中包含两个分量：一个 是有功负荷及电阻产生的PR/V分量；另一个是无功负荷 及电抗产生的QX/V分量。利用无功补偿调压的效果与网 络性质及负荷情况有关。 （2）在低压电网中，V中有功功率引起的PR/V分量所占的 比重大；在高压电网中，V中无功功率引起的QX/V分 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 路和所有电缆线路，用这种方法调压就不合适。 4.3 电力系统电压控制的措施 64 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 例 输电系统如图4-10所示，降压变压器变比为110kV 2 2.5 %/ 11kV ，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：电容器；同步调相机。 4.3 电力系统电压控制的措施 65 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 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 ： 所以 4.3 电力系统电压控制的措施 66 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 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： 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： 4.3 电力系统电压控制的措施 67 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 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: 规格化后，取110+0分接抽头，即 4.3 电力系统电压控制的措施 68 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 按最大负荷求电容器补偿容量QC： 由公式（4-28）可得到 规格化后取11022.25%/11kV，即K9.5，由公式（4-25）确定调相机容 量： 4.3 电力系统电压控制的措施 69 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 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的感 抗，使电压损耗后的QX/U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。 4.3 电力系统电压控制的措施 70 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 第四节 电力系统电压的综合控制 71 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.4 电力系统电压的综合控制 72 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 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。 4.4 电力系统电压的综合控制 73 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 根据图4-13，有 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无功功率Q 的影响以及各种控制措施配合的效果。 4.4 电力系统电压的综合控制 74 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 通过公式（4-39）、（4-40）可以获得如下结论： 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X1/X2越 小，电压控制效果越显著。 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X2/X1有关，比值越小，影响越显著。 4.4 电力系统电压的综合控制 75 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 当X2越大，即G2离节点3的距离相对较远时，改变发电机G1的 母线电压U1对节点3的电压影响较大，会使无功功率Q增加。反 之，当X1越大，即G1离节点3的距离相对远一些时，改变发电机 G2的电压U2对节点3的电压影响较大，会使无功功率Q减少。 控制节点3的无功补偿容量q的效果与等效电抗X1X2/(X1+X2)有 关；等效电抗越大，控制电压U3效果越好。 节点3的无功补偿输出容量q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Q减少。 4.4 电力系统电压的综合控制 76 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 第五节 电力系统无功功率 电源的最优控制 77 电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 4.5 电力系统无功功率电源的最优控制 无功功率电源的最优控制目的在于控制各无功电 源之间的分配，使有功功率网络损耗达到最小。 电力网中的