第8次课-电压调整

电力系统自动控制技术第9次——电压调整2026/8/302上次课内容低频减载含义什么是低频减载、其与自动调频系统（一、二、三次调频）的关系电力系统低频运行的危害低频减载实现（整定）方法总的切负荷量（接于低频减载装置上负荷总功率PJH）动作轮次和各轮动作频率各轮最佳断开功率计算特殊轮设计动作时限低频减载基本原理电力系统频率的动态特性基于“逐次逼近”法的低频减载原理2026/8/303本次课内容电压控制意义和目标电力系统低压/高压运行的危害电力系统电压控制措施及特点四种主要电压控制措施掌握变压器分接头选择、并联补偿电容器容量计算方法自学并联调相机容量计算、串联电容器容量计算方法电力系统无功平衡和无功电源单机系统中无功平衡与电压间关系常见的无功功率源及其特点2026/8/3041电压控制意义回忆：电力系统频率异常会导致多种危害，有哪些？（1）系统频率降低使厂用机械的出力大为下降，可能引发频率崩溃（2）系统频率降低使励磁机等的转速也相应降低，可能造成电压失稳（3）系统频率长期运行在49.5～49Hz以下，影响生产生活（4）为避免汽轮机共振，可能引起低速切机（5）局部电网频率升高，导致大机组过速跳机（6）影响冷却泵工作，可能导致核能电厂停机思考：电力系统电压异常会导致哪些危害？2026/8/3051.1电压控制意义——电压异常危害用电设备只有在额定电压下运行才能取得最佳的工作效率电压偏离额定值较大时，会对供电设备和负荷的运行带来不良影响。影响产品的质量和产量，损坏设备，甚至引起电力系统电压崩溃，造成大面积停电（1）降低发电机和变压器利用率电力系统电压降低时，为了维持恒定功率，发电机的定子电流增大，进而损耗增加为了使发电机定子绕组不致过热，不得不减少发电机所发有功功率电力系统电压降低后，也需要减少变压器所带的有功负荷，减少发热2026/8/306（2）降低电动机使用效率、寿命，并导致后续连锁效应电压降低，异步电动机转差率将增大。电动机绕组电流也将增大，温升将增加，效率将降低，寿命会缩短；电压降低，电动机启动过程将显著延长，电动机可能在启动过程中因温度过高而烧毁；电压偏高，将加速电器设备的绝缘老化，影响电动机的使用寿命电动机输出的机械转矩与转速的高次方成正比，所以当转差增大、转速下降时，其输出功率将迅速减少，而电厂厂用电动机输出功率的减少又将反过来影响锅炉、汽轮机的工作，最终影响发电厂所发出的功率1.1电压控制意义——电压异常危害2026/8/307（3）影响电热、照明负荷的效率和寿命电炉等电热设备的发热量与电压平方成正比，电压降低将大大降低发热量，使效率降低。照明负荷，尤其是白炽灯，对电压变化的反应最灵敏。电压过高，白炽灯的寿命将大为缩短，电压过低，亮度和发光效率要大幅度下降1.1电压控制意义——电压异常危害（4）增加电力系统损耗且影响电力系统稳定性电压降低时，会使电网中的有功功率损耗和无功损耗增加，过低还会危及电力系统运行的稳定性电压过高，各种电气设备的绝缘会受到损坏，在超高压输电线路中还将增加电晕损耗2026/8/3081.2电压控制意义——控制目标将各电压等级负荷的供电电压偏移控制在允许范围：电压等级正偏移负偏移10kV及以下电压供电的负荷±7%35kV及以上电压供电的负荷±5%低压照明负荷+5%-10%农村电网（正常）+7.5%-10%农村电网（事故）+10%-15%事故后运行状态下，由于电力系统部分设备退出运行，电压损耗比正常时大，且故障时间较短，电压偏移允许比正常值再多5％，但电压的正偏移不应超过10％2026/8/3092.1电力系统无功平衡和无功电源——无功平衡回忆：电力系统稳态频率是如何确定的？有功电源的功频特性曲线与负荷的工频特性曲线交点交点处为有功发电与有功负荷的平衡点思考：电力系统电压如何确定？2026/8/30102.1电力系统无功平衡和无功电源——无功平衡电力系统电压水平与无功平衡密切相关，电压取决于达到无功平衡处的无功供应曲线和无功消耗曲线的交点与有功控制存在显著区别：有功：全网频率统一；集中控制为主，分散为辅；控制手段单一（发电机）无功：系统各处电压不同；分层分区控制；控制手段多样（多种无功电源）；电网元件损耗占无功消耗较大比重2026/8/30112.1电力系统无功平衡和无功电源——无功平衡以单机单负荷为例，说明无功平衡与电压关系图4-1单机单负荷系统接线图2026/8/30122.1电力系统无功平衡和无功电源——无功平衡异步电动机负荷，无功消耗与电压间为正开口的二次函数系统输出无功是负载电压U的二次函数，且开口向下二者交点决定负载电压异步电机等值电路及特性β：负荷率无功供给与无功负荷2026/8/30132.1电力系统无功平衡和无功电源——无功平衡初始状态：QG与QLD平衡，交点为1，对应电压U1负荷增加：负荷无功曲线抬升为QLD’新平衡点：如无功电源特性不变，则新交点为2，即系统电压降低；若无功电源提供的有功增加，则电源无功曲线也抬升至QG’，新交点为3，电压一定程度恢复，甚至可恢复至初始额定值负荷无功曲线：QLD与QLD’电源无功曲线：QG与QG’2026/8/30142.1电力系统无功平衡和无功电源——无功平衡无功平衡的一般形式：无功功率供给等于无功负荷与损耗之和电源供应的无功功率，包括发电机、无功补偿设备供应无功功率，后者又可分为调相机、并联电容器和静止补偿器无功损耗包括三部分：变压器、线路电抗、线路电纳无功损耗2026/8/30152.2电力系统无功平衡和无功电源——无功供给无功电源：同步发电机、调相机、并联电容、静止无功补偿器、输电线路充电功熟悉各类无功电源运行限制和优缺点（1）同步发电机基本的无功功率电源、出力由P-Q曲线决定可以发出无功功率或吸收无功功率发出无功极限由定子电流和励磁电流限制吸收无功极限（进相）由并联运行稳定性或定子端部铁芯发热限制2026/8/30162.2电力系统无功平衡和无功电源——无功供给（1）同步发电机发出无功极限由定子电流和励磁电流限制，吸收无功极限（进相）由并联运行稳定性或定子端部铁芯发热限制①视在功率（定子电流）限制②③④欠励限制2026/8/30172.2电力系统无功平衡和无功电源——无功供给（2）调相机特殊运行状态的同步电动机运行特性与同步发电机类似励磁较大处于过激运行状态时，输出无功功率；欠激运行时，吸收无功功率吸收无功功率能力为发出无功能力的50%-60%有功损耗为额定容量的1.5%-5%调节效应一般为正：输出无功功率随电压降低而增加2026/8/30182.2电力系统无功平衡和无功电源——无功供给（3）并联电容器原理：优点：使用灵活，既可集中使用，又可以分散使用成本低、损耗小（0.3%-0.5%）式中—电容器地电抗；—交流电的角频率;C—电容器的电容量。缺点：产生的无功功率正比于电压的平方，在系统低电压期间无功输出反而下降，这是一个恶性循环问题大量应用时，电压调节能力反而变差，可能导致电压失稳控制精度差2026/8/30192.2电力系统无功平衡和无功电源——无功供给（4）静止无功功率补偿器（SVC）原理：综合无源元件（电感、电容）和电力电子技术的无功补偿装置，运行特性与同步发电机类似实现快速无功补偿、准确连续控制广泛用于配电系统，应对电焊机和电气化铁路等冲击性负荷导致的电压快速跌落问题2026/8/30202.2电力系统无功平衡和无功电源——无功供给（4）静止无功功率补偿器（SVC）优点：快速、平滑的调节无功功率的大小和方向，以满足动态无功功率补偿要求，尤其是对冲击性负荷适应性较好；与同步调相机比较，运行维护简单，功率损耗较小；能够作到分相补偿以适应不平衡的负荷变化。缺点：最大无功补偿量正比于端电压的平方，在电压很低时，无功补偿量将大大降2026/8/30212.2电力系统无功平衡和无功电源——无功供给（5）高压输电线路高压输电线即产生无功，又消耗无功：500kV、1000kV线路，通常采用分裂导线，其充电功率相当可观，是电力系统所固有的无功功率电源传输线无功发出量等于消耗量时的传输功率为自然功率传输功率大于自然功率时，需要无功补偿；小于自然功率时需要并联高压电抗器，减小容升效应产生无功：消耗无功：变化不大随潮流而变2026/8/30222.2电力系统无功平衡和无功电源——无功消耗（1）异步电动机电动机是电力负荷的重要类型；象居民区中的空调、冰箱；工业中的各种泵、鼓风机、风扇等电动机吸收的稳态有功值基本上与电压无关（取决于机械负载），但无功值对电压水平较灵敏当电压开始降低时，无功会瞬时减少；但电压进一步降低时，无功反而增加异步电机等值电路及特性β：负荷率2026/8/30232.2电力系统无功平衡和无功电源——无功消耗（2）变压器和线路变压器和中低压线路多数为感性，吸收大量无功功率（3）空调和热泵空调属于电动机一类，但很多空调器不用接触器，发生故障和电压下降时不会从系统断开故障下，电压降低引起的无功消耗增加可能导致电压不稳（4）照明负荷照明可能占到商用负荷的20%需要建立整流类照明负荷的负荷模型，评估对系统电压影响2026/8/30242.2电力系统无功平衡和无功电源——总结无功功率总是保持平衡状态，当电力系统无功功率电源充足，可调节容量大时，电力系统可在较高电压水平上保持平衡当电力系统无功功率电源不足，可调容量小甚至没有时，电力系统只能在较低电压水平上保证平衡无功功率的输送将引起电力网中的有功功率损耗及电压损耗的增加，一般不能远距离输送，因此一般无功功率补偿要在负荷中心地区设置为了维持电力系统应有的电压水平，除了在整个电力系统需要达到相应的无功功率平衡外，在负荷地区也要基本上达到无功功率的平衡，以避免无功功率在电网中的大量传输2026/8/30253电力系统调压措施发电机经升压变、线路、降压变给负载供电由UB表达式可知：调整负荷点的电压可以通过调整UG、K1/K2、R/X、Q来实现，分别对应各种调压方式。2026/8/30263电力系统调压措施发电机调压：控制和调节发电机励磁电流，以改变发电机端电压UG；变压器调压：调整变压器分接头，进而改变变比K无功补偿调压：无功负荷就地产生，减小无功功率传输，继而减小电压损耗线路补偿调压：减小输电线路电抗，继而减小同等无功传输下的电压损耗熟悉各调压措施原理和优缺点确定变压器调压、并联和串联补偿调压方案变压器分接头选择、并联电容器容量计算并联调相机容量计算、串联电容器容量计算（自学）2026/8/30273.1电力系统调压措施——（1）发电机调压原理：控制同步发电机励磁电流，可以改变发电机的端电压；优势：不需要增加额外的设备，因此是最经济合理的控制电压措施，应该优先考虑2026/8/30283.1电力系统调压措施——（1）发电机调压缺点：输电线路较长、多电压等级并且有地方负荷的情况下，仅依靠发电机控制调压不能满足负荷电压质量要求限制：能力有限，发电机端电压偏离额定值不超过5％适用场合：对于由发电机直接供电的小系统，供电线路不长，输电线路上的电压损耗不大时，可以采用发电机直接控制电压方式，以满足负荷电压要求在大型电力系统中仅仅作为一种辅助性的控制措施变压器调2026/8/30293.1电力系统调压措施——（2）变压器调压原理：调整分接抽头（高压侧）位置，控制变压器的变比；优势：基本调压方式、不需额外投资局限：改变无功分布，改善局部电压；系统无功电源不足时，无法达到满意的调压效果；应用要求：兼顾多种运行方式，选择分接头，从而多种方式（最大、最小运行方式）下电压满足要求2026/8/30303.1电力系统调压措施——（3）并联补偿调压原理：配置无功功率补偿设备，在重负荷时发出感性无功功率而补偿负荷的需要，减少由于输送感性无功功率而在输电线路上产生的电压降落，提高负荷端电压；优缺点：电容器组只能发出感性无功功率，而不能吸收感性无功功率，但成本低、运维简单、损耗小；调相机即可吸收又可以发出无功，但成本高、运维复杂、损耗大；应用场合：输配电网、负荷侧广泛应用2026/8/30313.1电力系统调压措施——（4）串联补偿调压原理：输电线路上串入电容器，利用电容器容抗补偿输电线路感抗，减小电压损耗，从而提高输电线路末端的电压优缺点：调压效果与传输的无功功率有关，通常同等调压效果下容量要求小；投资更大，技术要求更高，需要考虑绝缘、保护等多方面配合；应用场合：负荷波动大且频繁、功率因数低的10kV、35kV输配线路2026/8/30323.1电力系统调压措施——总结在各种电压控制措施中，首先应该考虑发电机调压，用这种措施不需要增加附加设备，从而不需要附加任何投资。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。尤其是电力系统中个别负荷的变化规律相差悬殊时，不采取有载调压变压器调压几乎无法满足负荷对电压质量的要求。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。2026/8/30333.2电力系统调压措施计算——（1）分接头选择已知送端电压U1，受端电压要求为U2r，求变压器变比K受端电压表达式：设高压侧分接头对应1次侧电压为U1t，则K为代入U2表达式，并令其为要求值U2r，则U1t为2026/8/30343.2电力系统调压措施计算——（1）分接头选择适应多种工况：最大负荷工况+最小负荷工况取算术平均值可以根据U1tav

来选择一个与它最接近的分接抽头，对所选取的分接抽头校验最大负荷和最小负荷时低压母线上的实际电压是否符合用户的要求2026/8/30353.2电力系统调压措施计算——（1）分接头选择【例】降压变压器参数及负荷、分接抽头已标明，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，试选择变压器分接头。【解】①计算最大负荷和最小负荷时变压器的电压损耗：2026/8/30363.2电力系统调压措施计算——（1）分接头选择假定变压器在最大负荷和最小负荷运行时低压侧电压分别为6kV和6.6kV（最大负荷时电压损耗大，电压低），②分别计算高压侧额定电压取算术平均值选择最接近的分接抽头2026/8/30373.2电力系统调压措施计算——（1）分接头选择③校验：按所选分接抽头校验是否满足低压负荷母线的实际电压。2026/8/30383.2电力系统调压措施