第二章电力系统电压偏差

1、第二章,电力系统电压偏差,主要内容,电压偏差的国家标准,电压偏差超标的危害,电力系统电压调整,电力系统无功补偿,无功和电压管理,一、电压偏差的国家标准,GB12325-1990,GB12325-2003,GB12325-2008,适用范围：交流,50Hz,电力系统在正常运行,条件下，供电电压对额定电压的偏差,不适用于瞬态和非正常运行情况,1.1,定义,供电系统在,正常运行方式,下，某一节点的,实际电压与系统标称电压之差对系统标称,电压的百分数，称为该节点的电压偏差,供电系统正常运行方式是指系统中所有电,气元件均按预定工矿运行,电压的均方根值偏离额定值的现象称为电,压变动，电压偏差属于电压变动范

2、围,1.2,限值,1,35kV,及以上,正负偏差之和,10,2,10kV,及以下,7,3,220V,单相,7,10,4,对供电短路容量较小，供电距离较长以,及对供电电压有有特殊要求的用户,由供,用电双方共同确定。,2008,版,1.3,国外电压偏差的标准,国别,照明用电,美国,前苏联,5,5,2.5,电压允许偏差范围（,动力用电,10,10,5,5,农村用电,事故后运,行方式,各类扩大,5,日本,德国,英国,6,10,3,6,10,5,12,0,9,7,10,10,加拿大,10,3,10,10,1,前苏联的标准是指用电设备处电压允许偏差,3,3,2,日本中央电力委员会规定,101V,的允许偏差

3、为,6V,202V,的,允许偏差为,20V,一些国家和组织对于供电电压允许偏差,的规定,国别或组织,国际电工委员会,IEC,国际发供电联盟,UNIPEDE,法国电力局,EDF,电压允许偏差,100V,35kV,为,10,低压供电网为,10,中压电网为,7,低压电网电缆供电,为,5,架空线路供电为,7.5,其,他为,10,10,10,无全国规定，一般为,5,最大值为,10,意大利,荷兰,瑞典,瑞士,奥地利,芬兰,无全国规定，一般为,5,以下,无全国规定，一般为,10,无全国规定，通常城市为,5,其他,为,10,国别或组织,丹麦,挪威,前南斯拉夫,波兰,电压允许偏差,无全国规定，实际白天,10,夜

4、间,为,5,无全国规定，通常城市为,5,其他,为,10,规定,10,争取达到,5,城市为,5,其他为,10,捷克,罗马尼亚,匈牙利,希腊,无全国规定，通常为,5,通常为,5,偏僻地区大于,5,5,10,无全国规定，通常为,7.5,二、产生原因,系统无功功率不平衡是系统电压偏离标称,值的根本原因,概念：无功功率不平衡、无功功率过剩,不足,特点：就地补偿,不是就变电站补偿，也不是就变压器,补偿,讨论：为何无功功率要就地补偿,PR,QX,U,U,2,三、电压偏差过大的危害,总得来说，主要分为以下两种,对电气设备的危害,用电设备是按照设备的额定电压进行设,计和制造的，当电压偏离额定电压较大时,用电设备

5、的,运行性能,就会恶化，不仅运行,效率低，很可能会由于,过电压或过电流,而,损坏,对电网的危害,稳定性和经济性,3.1,对照明设备的影响,照明常用的白炽灯、荧光灯，其,发光效率,光通量和使用寿命,均与电压有关,当电压较额定电压降低,5,时，白炽灯的光,通量减少,18,当电压降低,10,时，光通,量减少,30,使照度显著降低,当电压较额定电压升高,5,时，白炽灯的寿,命减少,30,当电压升高,10,时，寿命减,少一半,3.2,对交流电动机的影响,1,转矩,1,m,1,pU,2,T,max,2,c,1,2,f,R,1,R,1,2,X,1,c,2,X,2,2,m,1,pU,R,2,T,st,2,2,

6、2,f,R,c,1,R,2,X,1,c,1,X,2,2,例如，异步电动机端电压从额定电压降至额定电压的,90,则其最大转矩和启动转矩将分别降至额定转矩的,81,2,滑差和转速,s,s,max,b,4,b,K,K,U,2,1,K,T,K,U,2,U,2,s,s,max,b,b,K,2,U,2,4,U,2,2,T,2,T,bK,b,K,K,例如，当机端电压比额定电压降低,10,时，对,b,2,SN,2,的电动机，即,Ku,0.9,KT,1,得,s,2.6,滑差,增大,0.6,相应的转速和功率减小了,0.6,3,有功损耗,与电机的负荷率有关，当负荷率比较高时，机端电压下降,引起电流增大，在定子绕组和

7、转子中的损耗增大，电机总,的损耗增大，反之降低,4,无功损耗,U,2,Q,I,X,1,X,2,X,m,励磁无功损耗,电压升高，转差减小，电流下降,异步电动机的无功电压特性在机端电压大于某一临界值时,无功功率也将随电压的升高而增大，电压越高，负荷率越,低，其变化率越大，但电压低于临界值时，电压降低反而,会使无功增加，原因是电机漏抗上的无功损耗占了主要部,分,定子和转子绕组漏,抗上的无功损耗,2,5,电流,电压下降时，定子和转子电流增大,3.3,对电力变压器的影响,对空载损耗的影响,对绕组损耗的影响,对绝缘的影响,变压器空载损耗包括铁心损耗和附加损耗，铁心损耗又称,为空载损耗，与铁心中的磁感应强度

8、有关，一般只占额定,容量的千分之几,3.3,对电力变压器的影响,对空载损耗的影响,对绕组损耗的影响,对绝缘的影响,在传输同样功率的条件下，变压器电压降低，会使变压器,绕组电流增大，绕组的损耗增大，损耗大小与通过变压器,的电流的平方成正比。其损耗是空载损耗的几几十倍,不能忽视,3.3,对电力变压器的影响,对空载损耗的影响,对绕组损耗的影响,对绝缘的影响,变压器内绝缘主要有变压器油和绝缘纸,变压器油分为热老化和电老化。变压器温度升高会产生热,老化，电压升高会加快电老化,绝缘的环境温度越高、绕组中的电流越大，温升越大，会,使绝缘纸干燥发脆，机械强度产生破坏,3.4,对电力电容器的影响,U,Q,C,X

9、,C,2,U,8,5,L,L,N,U,N,若一般使用年限为,20,年，长期运行在,1.1,倍额定电压下，使,用寿命将减少到,44.48,即仅为,8,9,年,3.5,对家用电器的影响,家用电器中,85,为单相异步电动机，其,工作原理类似于三相异步电动机，电压过低,会影响电动机启动，电压过高会使绝缘损坏,或由于励磁过大而过电流,3.6,对功角稳定的影响,同步发电机的转矩决定于作用在其轴上的转矩,但转矩变化时转速也将相应的发生变化。正常运,行时，原动机的功率与发电机的输出功率是平衡,的，因此发电机以恒定的同步转速运行。但是,这种功率平衡是相对的、暂时的。因为电力系统,的负荷随时都在变化，有时还有偶然

10、事故的产生,所以平衡状态不断被打破,EU,P,sin,X,dP,0,d,EU,P,M,X,当电力系统结构已经确定的情况下,提高系统电压及发电机电动势就能,大大提高系统的静态稳定极限,例如，将,E,U,较额定值升高,10,则静态极限要比运行在额,定电压时提高,20,简单输电系统无功功率与电压的关系,E,cos,U,X,I,sin,两边乘以,U,Q,U,E,cos,U,X,当,无功，反之发电机将从系统吸收无功，进相运,Q0,时，在系统母线上将得到来自发电机的,行,若,因此限值发电机进相运行或高功率因数运行,E,降低时，系统静态稳定极限降低，对电网不利,3.7,对电压稳定性的影响,我国,2001,年

11、新发布的,DL755,2001,电,力系统安全稳定导则中将电压稳定定义,为,电力系统受到小的或大的扰动后，系,统电压能保持或恢复到容许的范围内，不,发生电压崩溃的能力,IEEE,电压稳定小组,1990,年的报告认为,如果电力系统能够维持电压以确保负荷增,大时，负荷消耗的功率随着增大，就称系,统是稳定的；反之是电压不稳定的,所谓电压崩溃，是指由于电压不稳定所导致的系,统内大面积、大幅度的电压下降的过程。,落时可能几秒，也可能长达,10,20min,其衰,电压安全性：不仅是指一个系统稳定运行的能力,也指在出现任何适当而又可信的预想事故或有害,的系统变更后，系统维持电压稳定的能力,电压衰落期间，系统

12、和用户中多种自动、手动的,控制装置或手段都会起作用。包括发电机和励磁,机的保护装置、电厂运行人员的控制、系统运行,人员的控制、配电有载调压变压器、控制电压的,并联电容器组、恒温控制负荷和手动控制负荷,在扰动之后，这些控制交互作用于电压、使得这,个期间成为所谓的慢动态期间,3.7,对电网经济运行的影响,输电线路和变压器在输送功率不变的条件下,流过电流大小与电网运行电压成反比,电网低电压运行时，会使线路和变压器电流增,大，线路和变压器绕组的有功损耗与电流平方成,正比，因此低电压运行会使有功和无功损耗大大,增加，从而增大了供电成本,四、改善电压偏差的措施,电力系统电压水平控制既有局域性又有全,局性，

13、即与网络规划设计有关，又与运行,控制密不可分，保证电力系统各节点电压,在正常水平的充分必要条件是：具备充足,的无功功率电源、且分布合理、同时采取,必要的调压手段,负荷接入点电压,1,PR,QX,1,U,L,U,s,k,1,U,U,s,k,1,k,2,U,N,k,2,U,式中,归算到高压侧线路电压损失,高压侧线路标称值,U,N,由上式可知：改变以下各量，可以改变负荷,接入点电压,改变线路无功分布,改变发电机机端电压，调节发电机励磁电,流,改变变压器变比,改善输电线路参数,4.1,配置足够的无功功率电源,增加,1kW,有功设备，同时应增加,0.55,0,6,5,kVar,无,功,电,源,合,理,情

14、,况,下,为,1,1.8,无功补偿的原则：分区、分层、分变电所,进行不错，实现无功功率的就地平衡，并,留有足够的备用容量,1,同步发电机,发电机是电力系统中唯一的有功电源,也是唯一的电压资源，同时也是最基本的,无功电源,2,同步调相机、同步电动机,3,补偿电容器,电容器这种正反馈电压调节特性不利于,系统电压的稳定,4,电抗器,5,SVC,SVG,各无功电源的比较,有功损耗,同步发电机,同步调相机,同步电动机,基本为零,2,3,对无功影响,可发，少量吸,可发,优缺点,无需额外投资,最经济,有功损耗大，基本不用,设计简单、维护方便、投,资省,但调节不连续,主要用于高电压、长距离,输电线路,充电电容

15、,产生谐波、可靠性差；动,态性能好、调压平滑、分,相补偿,电容器,电抗器,0.3,0.5,0.3,0.5,可发,可吸,SVC,1.6,1.8,可发、可吸,4.1.1,同步发电机电压调节,同步发电机的外特性,同步发电机与无穷大系统并联,发电机励磁电流调整的结果只是改变了发电机送,入系统的无功功率，而完全没有了“调压”作用,同步发电机之间无功负荷分配,并联运行发电机间的无功负荷分配，取决于机组,的外特性曲线。曲线越平坦的机组，无功电流的,增量就越大,微机型自并励,发电机励磁系统,1,三相全控整流电路晶闸管、移相范围,功率因素、各次谐波含量,2,微机测控系统的构成：前向通道、后向,通道、相互通道、人

16、机接口,4.1.2TSC,和,TCR,工作原理,TCR,晶闸管相控电抗器,TSC,晶闸管投切电容器,两者电路基本相同，都是由两个反并联晶,闸管串联电抗器（电容器）构成,都属于交交变流电路范畴，交交变流,电路分为交流调压电路，交流调功电,路,TCR,属于交流调压电路，而,TSC,属于交流调功电路,单相交流调压电路,纯感性负载时谐波分析,晶闸管相控式电抗器主要问题,功率因素低：若忽略电阻影响，其功率因,素变化范围是,0.707, 0.904,产生,3,5,7,等奇次谐波电流,解决办法：采用斩控式,斩控式交流调压电路,三相交流调压电路,星型连接（三相四线,星型连接（三相三线,任意一相导通必,须和另一

17、相构成,回路，因此电流,通路中至少有,个晶闸管,2,触发脉冲顺序和,三相桥式全控整,流电路,一样,触发角的移相范,围,0, 150,支路控制三角形连接,交流调功电路,交流调功电路谐波分析,交流电力电子开关,TSC,晶闸管投切电容器组,TSC,的可控硅在运行的第一周期触发角随意，以后就轮流,在,90,度时触发，形成完整的交流电流；当不再触发脉冲时,可控硅停止导通,TSC,就关闭了，残存在电容上的端电压恰好是,供电交流电压的峰值，而无法迅速放电。所以在,TSC,运行,的前几个周期,晶闸管承受的电压最大值为,2,倍的母线电压峰值,用,TSC,是无法进行平,稳调压的，所以一般,都并联一个同容量的,TC

18、R,用,TCR,均匀地,调整容性无功电流,以达到平稳调压的目,的。开始投入,TSC1,的同时，也投入,TCR,的电流置于最大，总,的无功电流为零,一般,TSC,上串接的可控硅数目为,TCR,的两倍,4.2,系统调压手段,在系统中选择一些关键性的母线作为电压监测点,若能降电压监测点的电压偏差控制在允许范围内,系统中其它点的电压及负荷电压就能基本满足要,求。这些电压监测点称为,统电压偏差的监视与调整就是监视与调整系统的,电压中枢点,对电力系,电压中枢点电压,机容量较大的发电厂高压母线，容量较大的变电,电压中枢点一般选择系统内装,站低压母线，有大量地方负荷的发电机母线,1,电压偏差的调整方式,电力系

19、统电压调整的方式有,3,种，逆调压、顺,调压和恒调压,逆调压：在系统负荷大时，适当提高电压中枢点,电压，适用于出线线路较长，负荷变化规律大致,相同且负荷波动较大的中枢点,顺调压：在负荷较大（小）时，允许电压中枢点,电压稍偏低（高）点。适用于出线线路不长，负,荷变化不大的中枢点,常调压：不管负荷如何变动，中枢点的电压保持,不变,102,105,。使用范围介于逆调压和,顺调压之间,2,电压偏差的手段,发电机调压,改变变压器变比（从理论上有缺陷,前提：是系统的无功功率充足，这种方,式只是改变了电力系统无功功率分布,改变线路参数调压,采用分裂导线：可以显著降低线路电抗,采用串联补偿（在,750kV,有

20、应用,串联电容器补偿,在超高压输电线路中，串联电容器补偿线路电抗,的主要目的是提高线路的输电能力和系统的稳定,性，在一些工业发达的国家得到普遍采用,电机的自激,大容量异步电机、同步电机,变压器的铁磁谐振,变压器,低于工频的次同步振荡,SSR,发电机,各种调压方法的比较和应用,发电机调压,首先被考虑，缺点：此方法只能满足电,厂地区负荷的调压要求，对于通过多级电压输电的负荷无,法满足要求,而不能依靠调变压器分接头的方法,调压变压器,在系统无功功率不足时,首先增加无功补偿设备,在无功功率充足的系统中,应大力推广采用有载,在我国电网有条件地、逐步地推广和普及有载调,压变压器，是保证电网电压质量的重要手

21、段,4.3,无功电压的自动控制,从功能上分为,3,个不通的等级，即一次、二次和三,次控制，有时也分别称为局部的、区域的和整个,系统的（国家）控制,当由于负荷的波动、网络拓扑改变,一次控制,和偶然事故造成的快速随机电压变,二次控制,化时，先由交流发电机本身的一次,电压调节系统部分的吸收；在发生,三次控制,高振幅电压波动时，变压器上的带,负荷抽头切换装置开始工作，并联,电容器自动投切,特点：分散、自动、目的是维持节点电压在一定范围,无功电压的自动控制,从功能上分为,3,个不通的等级，即一次、二次和三,次控制，有时也分别称为局部的、区域的和整个,系统的（国家）控制,控制节点上的电压波动代表整个控,一次控制,制区域内的电压波动，调整控制节,二次控制,点电压的过程称为二次电压控制,三次控制,其任务是协调、控制一个地区的无功电源，使其作用,达到最优化。响应时间较长，可达,3,5min,无功电压的自动控制,从功能上分为,3