电压调整及AVC课件

电压调整及AVC
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主要内容
一. 国家电网无功电压调整新规定 二. 电压调整的相关知识 三. 电力系统的无功功率特性和无功平衡 四. 电压控制的策略 五. 电压调整的方法 六. AVC介绍 七. 操作案例
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一、国家电网无功电压调整新规定
值班监控员负责受控站功率因数、母线电压的运 行监视和调整，加强电网监视，及时投切变电站电容 器、电抗器，遥控变压器分接开关，进行电压调整。
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影响电压的因素
电网发电能力不足、缺无功功率
影响因素
无功母补线偿操能作力不足 供电距离超过合理的供电半径 线路导线截面选择不当
受冲击性负荷或不平衡负荷的影响
系统运行方式改变
生产、生活、气候等条件引起的负荷变化
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4、用户允许电压偏移
（1）35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对 值之和不超过额定的10％；
X
X
.
U
P+jQ当P为一定值时 Nhomakorabea得.
E
.
Q
EU 2
P2
U2
X
X
δ
φ.
I
.
U
*
Q
EU
2
P2
U2
X
X
. . IN
E
.
U
P+jQ
Q
QD
QD
.
QD
E
.
a
a
a a QG
QG
δ
φ.
I
.
U
U a
U a U a
U
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电力系统的无功平衡
Q
EU
2
P2
U2
X
X
Q
当电势E为一定值时， Q同U的关系是一条向下开 口的抛物线。负荷的主要 成分是异步电动机，为二 次曲线，这两条曲线的交 点a就是无功平衡点，该 点确定了系统的电压Ua。 系统在电压Ua下达到了无 功平衡
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IN
.
..
Eq
UN
发电机输出功率
.
Eq
.
δ
φ
.
I
.
U
P==UIcosφ P==UIcosφ ==U Eq sinδ / Xd Q==UIsinφ Q==UIsinφ ==U Eq cosδ/Xd–U2/Xd
输出的无功等于主磁通转换的无功减去电枢绕组电感的无功损耗。
Eq sinδ ==IXd cosφ
QD
QD
a a
QD a
a QG
QG
U a U a U a
U
电力系统的无功平衡 *
当负荷增加时，其无功电 压特性如曲线 QD 所示，如果 Q 系统的无功电源没有相应的增 加，仍然是 QG ,这时和曲线 的交点a’就是新的无功平衡 点，并由此决定了负荷点的电 压为 U a 。显然 U a U a ，这 说明负荷增加后，系统的无功 电源已不能满足在电压Ua下无 功平衡的需求，因而只能降低 电压运行，以取得在较低电压 下的无功平衡
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（2）低谷负荷期间，功率因数不高于0.95，是防止下一级 电压的电容器组未及时切除，导致上一级电压过高。
① 考虑实际运行时，电容器组投退会过于频繁，而将功率因 数放宽到0.98。 ② 设定上限，主要是考虑防止无功倒送和电压过高。
（3）变电站无功补偿到功率因数为1时，变压器无功损耗以 及所供无功负荷完全由电容器组所供给，属于系统的无功平 衡，并非电容C、电感L参数决定的谐振状态。
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2、监视受控站母线电压
监视各受控站各级母线电压不超允许偏差值
电压棒图
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① 220kV母线电压允许偏差
发电厂和500kV变电所的220kV母线电压 正常运行方式，电压允许偏差为 0～＋10％
即：220～242kV 其他变电所220kV母线电压 正常运行方式，电压允许偏差为－3％～＋7％
即：213.4～235.4kV
QL
P12 Q12 U12
ZL
U12
U
2 2
2
BL
.
U1
P1+jQ1 R+jX P2+jQ.2 jB/2 jB/2 U2
线路电抗无功功率损耗 QZL 与电流的平方成正比 线路电容充电功率 QYL 与电压的平方成正比
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35kV及以下架空线路充电功率甚小，消耗无功功率
110kV及以上架空线路，当传输功率较大时，电抗 中消耗的无功功率将大于电纳中产生的无功功率，线 路成为无功负荷。
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发无功功率
优点
吸收无功功 率
能连续调节，调节范围宽。
缺点
旋转设备，运行维护复杂，有功损耗大（额定 容量的1.5％～5％），成本高。容量越小，单 位投资越大，有功损耗的百分比值越大。宜于 大容量安装于枢纽变电站
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3.电容器
优点：运行维护简单，有功损耗小（约为容量 的0.3％～0.5％），成本低，灵活方便。 缺点：调节性能差。
大致与电压的平方成正比
（铁损与电压平方成正比，
.
.RТ jxТ
U
I0
因其占总网损的的一小部分，可忽略）
漏抗中的功率损耗与电压的平方成反比
无功损耗电压特性与异步电动机的相似
（无功消耗达到额定容量的12%）
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3、输电线路的无功损耗
无功损耗也有两部分组成：
并联导纳中的无功损耗 Q（YL 容性） 串联阻抗中的无功损耗 Q（ZL 感性）
4.静止无 功补偿器
动态无功补偿电源。电容器发出无功，电抗器 吸收无功 优点：能快速平滑地调节无功，对冲击负荷有 较强的适应性，可以根据负荷的变化自动调节 发出的无功。
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（四）无功平衡与电压水平的关系
电力系统对无功功率的要求是： 无功发大于供，并有一定的储备
运行中： QG QD QL
电源
负荷
损耗
jxσ
.
.
U jxm I0
Q
β=0.8
β=0.6
β=0.3
U
QM
Qm Q
U2 Xm
I 2X
00..77 00..88 00..99 11
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励磁功率与电压平方成正比
Q
β=0.8
β=0.6
β=0.3
U
00..77 00..88 00..99 11
电压降低时，转差率增大，定子电流增大，漏抗中 的无功损耗也要增大
规划设计： QN QG QR
设备
备用 *
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举例： 隐极发电机经过一段线路向负荷供电，略
去各元件电阻，用X表示发电机与线路电抗之和，假
定发电机和负荷的有功功率为定值，可以确定发电
机送到负荷节点的负荷功率为 .
P UI cos EU sin
X
. IN
E
Q UI sin EU cos U 2
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② 110～35kV母线电压允许偏差
110kV母线电压允许偏差为－3％～ ＋7% 即：106.7～117.7kV
35kV母线电压允许偏差为－3％～ ＋7% 即：33.95～37.45kV
③ 10kV母线电压允许偏差
10kV母线电压允许偏差为 0～＋7% 即： 10～10.7kV
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二、电压调整的相关知识
Icosφ== Eq sinδ/Xd
Eq cosδ==U+IXd sinφ Isinφ== Eqcosδ/Xd–U/Xd
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调节发电机励磁是调节无功的主要手. 段
P==UIcosφ ==U Eq sinδ / Xd Q==UIsinφ ==U Eq cosδ/Xd–U2/Xd
如以电压相量端点为坐标原点O’建立一直角坐标系统， 改以(Xd/U)作该系统的长度单位，并记O’C在该系统中 的长度为o’c==o’c /(Xd/U)==(Eq cosδ–U)/(Xd/U)==Q 同理有ac==ac / (Xd/U)==(Eq sinδ/(Xd/U)==P
异步电动机是系统中无功功率的主要消耗者， 它决定着系统无功负荷的电压特性。
除电动机外，变压器、输电线路也消耗一部分 无功功率。系统的无功负荷电压静态特性实际上 是各种无功无功负荷的综合电压静态特性。
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（二）无功负荷与无功损耗
1、异步电动机无功功率
包括: 励磁功率 、漏抗中的无功损耗 Q与U：呈二次曲线关系
值AC（额定视在功率）、转子电流额定值OC（空载电
势）、原动机出力AD（额定有功功率）的限制。
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P
D
C
.
.
.
E
UN
E
.
.
δ
IN
o
φ.
IN
.
UN
A
B
Q
发电机只有在额定电压、电流和功率因数（运行点C）下 运行时，视在功率才能达到额定值，使其容量得到最充分的利 用。降低功率因数运行时，其无功输出将受转子电流的限制。
1、系统中的电压偏移 正常运行中，随着用电负荷的变化和运行方式
的改变，网络中的电压损耗也将发生变化。要严格 保证所有用户在任何时刻都有额定电压是不可能的
因此，系统运行中各节点出现电压偏移是不可 避免的。
实际上，大多数用电设备在稍许偏离额定值的 电压下运行，仍有良好的技术性能。
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2、电压偏移的不利影响
330kV及以上架空线路，电纳中产生无功功率大于 电抗中消耗的无功功率 ，线路成为无功电源
主要取用感性无功功率，与电压的平方成正比。 4、电抗器
的 无功消耗
Q U2 X
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（三）无功电源
1、发电机 唯一的有功电源 又是最基本的无功功率电源
调节励磁电流，可以 改变发电机输出的无功功率 （与无穷大系统并列时） 或者改变发电机端电压 （单机运行时）
QD
QD
a a
QD a
b Icosφ .
I1 b1
当系统低负荷时，线路电容产生的无 功大量剩余引起系统电压升高，这种情况 下，有选择地安排部分发电机进相运行，
B’ 将有助于缓解电压调整的困难。
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发电机非额定功率因数下
P
运行时可能发出的无功功率
D
C
.
.
E
UN
.
E
.
.
δ
IN
o
φ.
IN
.
UN
A
B
Q
当改变功率因数时，有功P、无功Q 要受定子电流额定
在额定电压附近，无功功率随电压升降而增减， 当电压明显低于额定值时，无功功. 率主要由漏抗中的 无功损耗决定，随电压下降反而上升
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2、变压器无功损耗
包括：励磁损耗 QYT 和漏抗损耗 QZT
ΔQT ΔQYT 励磁功率 QYT
ΔQZT
I0 % 100
SN
Us % 100
S2 SN
UN 2 U
② 要使功率因数接近于1，需额外增加电容器组，由此带 来的安装、控制、保护和安措等资金投入，远大于功率因 数微升所能获得的收益，得不偿失，意义不大。
③电容器对电网谐波电压起放大作用。电容器容量过大， 导致其谐波电流更加增大，流经电网使电压的畸变更加扩 大，给电网带来严重危害。谐波使电气设备损耗增加，加 速其绝缘老化过热损坏，特别当高次谐波发生谐振时，最 易使电容器过载过热，甚至损坏。
（2）10kV及以下三相供电电压允许偏差为额 定电压的±7%；
（3）220V允许偏差为额定电压的＋5%、-10%
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课堂小结
• 1、电压过低或过高有什么危害？ • 2、影响电压的因素有哪些? • 3、电压偏高偏低的危害有哪些？
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三、电力系统的无功特性和无功平衡
电力系统的运行电压水平取决于系统的无功功率。 电力系统电压调整需要通过调节无功功率来实现。
1、监视电网功率因数 监视各级电网功率因数，满足系统对功率因数的要求
35-220kV变压器高压侧功率因数高峰时段不小于0.95； 低谷时段不应高于0.95（放宽到0.98），不低于0.92。
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（1）高峰负荷期间功率因数可以接近于1，但应不引起系统 谐波明显放大，并避免无功倒送。
① 功率因数接近于1时，负荷波动减低，会出现无功倒送。
P (Xd/U)
Eq .
.a
o
δ φ
. I
U
o’
Q (Xd/U)
c
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B
调节励磁原理
P (Xd/U)
A a3
Eq3
a’ Eq2 a2 Eq a Eq1 a1
A’
b3
.
I3
.
.
o
δ
φ. I2
U
o’
c2 c
Q (Xd/U) c1
c3
. b2 I
调节励磁， Eq端点a沿AA’移动
b Icosφ .
I1 b1 B’
电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平 衡。系统中各种无功电源的无功功率输出应能满 足系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率 的需求，否则电压就会偏离额定值。
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（一）负荷的电压特性
无功负荷与电压之间的变化关系较为重要， 因为在电压变化时，无功负荷的变化远远大于有 功负荷的变化，而且无功负荷变化引起的电压波 动也比有功负荷引起的变化大。
各种用电设备都是按额定电压来设计制造的。 这些设备在额定电压下运行将能取得最佳的效果， 电压过大的偏离额定值将对用户和电力系统本身 都有不利影响。
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常见的用电设备：异步电动机、电热设备、 照明灯、家用电器
异步电动机：电磁转矩与电压的平方成正比，低压运 行电流大、温度高、绝缘老化、寿命缩短、甚至堵转
相电流端点b沿BB’移动。
减少励磁，使Eq端点至a’时，Q=0,
对应cosφ =1
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A a3
Eq3
B P (Xd/U)
a’ Eq2 a2 Eq a b3
进相运行
Eq1 a1 A’
.
I3
.
Eq
.
o
δ
φ.
I2
U
o’
c2 c
c1
Q (Xd/U)
. b2
减少励磁，使Eq端点移至a’以左，
c3
I
Q<0,电流I超前电压U,为进相运行状态。
电炉等电热设备：出力大致与电压的平方成正比，低 压运行将延长冶炼时间，降低生产率
照明设备：电压低发光不足、寿命缩短
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电压偏移过大，对电力系统本身不利 电压降低：会使网络中的功率损耗加大 电压过低：能危及系统运行的稳定性 电压过高：设备绝缘受到损坏，在超高压
电网中还将增加电晕损耗
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3、电网电压偏低及偏高的原因