电压调整及AVC

静 止 无 功 补 偿 器
9
（三）无功平衡与电压水平的关系
电力系统无功平衡的基本要求：
QG QD QL Qres
式中， QG、 QD、 QL、Qres ——电源供应的无功功率之和、
负荷无功功率之和、网络无功功率损耗之和、无功功率备用；
Qres >0表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用； Qres <0表示系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装置。
A站 35kV 36.3
线路B
P:30.1 Q:13.5
110k V
B站
线路C
P:20.3 Q:9.5
C站
10.32
10.35
10kV
10.42
分区：区域自适应嵌套划分，使无功尽量小区域平衡
41
42
四、AVC介绍
(一）AVC的概念
在自动装置的作用和给定电压约束条件下，发电机的励 磁、变电站和用户无功补偿装置的出力以及变压器的分接头 都能按指令自动进行闭环调整，使其注入电网的无功逐渐接 近电网要求的最优值，从而使全网有接近最优的无功电压潮 流，这个过程叫自动电压控制，简称AVC。
具有代表性的用户
20
2.电压中枢点 电网中重要的电压支撑点。
电压中 枢点选 择原则
区域性水、火电厂的高压母线 母线短路容量较大的220KV变电站母线 有大量地方负荷的发电厂母线
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3.中枢点允许电压偏移范围的确定
最低电压
地区负荷最大时，电压最低一点用户电压的 下限加上该用户到中枢点的电压损失 。
偏低原因
网络结构不合理 无功电源不足 变压器分接头不合理 运行方式不合理
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偏高原因
负荷太轻 设备配置不合理 线路充电功率的影响
15
（三）电压不合格的危害
致发电设备过载
电压过低 的危害
影响异步电动机寿命 电动机停转
电热设备降低效率
电网网损增加、稳定性降低
16
电压偏高 的危害
影响电网设备绝缘
17
43
(二）AVC基本功能 主要功能：全网无功优化控制，全网电压优化调节，
控制全网关口力率，全网控制自动协调，优化动作次数， 安全运行措施，分析及统计确定无功补偿点。
作用：保证电网安全稳定运行；保证电压和电网关口 功率因数合格；优化网络无功分配，即尽可能减少线路无 功传输、降低电网因无功潮流不合理引起的有功损耗。
缺点
运行维护简单，有功损耗小（约为容量的 0.3％～0.5％），成本低，装设灵活方便， 故得到广泛应用。
8
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，电容器、电感线圈组成滤波电路， 滤去高次谐波，以免产生电压和电流畸变。
优点
能快速平滑地调节无功，对冲击负荷有较强 的适应性，运行维护方便，功率损耗小，对 不平衡的负荷变化可以作到分相补偿。可以 根据负荷的变化自动调节发出的无功。
图5-9 降压变压器分接头等值图
（2）降压变压器分接头的选择
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3、电容器与电抗器调压
（1）并联电容器补偿调压
U 1C
U
/ 2C
Z R jX
U 2C S
k :1
jQC
并联电容器补偿调压
32
电容器调 压优点
最经济的设备 损耗低、效率高 运行维护噪音简单，没有 应用范围广、适用“分层、分区”补偿
根据变电站电压无功综合控制（VQC）的调控要 求，应将受控母线（即主变低压侧母线）电压控制 在规定的电压上下限之间，确保电压合格；同时尽 量将无功功率（或功率因数）控制在规定的无功功 率（或功率因数）上下限之间；若不能使电压、无 功功率（或功率因数）同时满足要求，则优先保证 电压合格。
（四）电压调整的必要性和目标
必要性
用电设备在额定电压下可以取得最佳的效果
目标
电压偏移 电压波动和闪变
电网谐波
三相不对称程度
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电压允许的范围
等级 1000 750 500 330 220 110
正常
≤10% ≤10% 0-10% -3-7%
事故
-3-10% ±10%
等级 63 35 10、6 3 0.38
电压调整及AVC
重庆綦南供电公司 李勇芳
1
目录
一．电力系统的无功功率特性和无功平衡 二．电压调整的相关知识 三．电压调整的方法 四．AVC介绍
2
一、电力系统的无功功率特性和无功平衡
电力系统的运行电压水平取决于系统的无功功率。 系统中各种无功电源输出的无功功率应能满足系统负 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。
最高电压
等于地区负荷最小时，电压最高一点用户电 压的上限加上该用户到中枢点的电压损失。
22
A
~
O
SA
B
~
SB
(a)一个中枢点带两个负荷节点
S
S Am in S B m in
S Amax SB max
0
8
16
24 t(h)
(b)两节点负荷随时间变化折线
U
0.1U N
节点O到A节点的电压降
0.04U N
48
利用改变有载调压变压器的分接头位置进行调压时，调 压措施本身不产生无功功率，但系统消耗的无功功率与 电压水平有关，因此在系统无功功率不足的情况下，不 能用改变变比的办法来提高系统的电压水平，否则电压 水平调的越高，该地区的无功功率就越不足，反而导致 恶性循环。所以在系统缺乏无功的情况下，可以利用补
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二、电压调整的相关知三识、影响电压的因素
（一）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
2020/3/19
生产、生活、气候等条件引起的负荷变化
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（二）电网电压偏低及偏高的原因
补偿设备（通常并联电容器组）。 有载调压变压器可以在带负载的情况下切换分接头位
置，从而改变变压器的变比，起到调整电压和和降低 损耗的作用。
47
控制无功补偿设备的投切，可改变网络中无功功 率的分布，改善功率因数，减少网损和电压损耗 ，改善用户的电压质量。
以上两种调节和控制的措施，都有调整电压和改 变无功分布的作用，但它们的作用原理和后果有 所不同。
39
主电网
局部小电网
如图所示：因检修方式安排，某局部小电网与主 网只有两回线路联系，且局部小电网内部没有大 的电源点即没有大电厂。电网负荷高峰时，局部 小电网电压偏低，作为值班调度员，如何调整电 压？
40
如何调整合理？
220k V
P:50.2 Q:20.3
分层：220kV主变或关口将高压网（省网）和地区网解 耦
1.发电机
过励磁
欠励磁
发电机三种运行方式向量图
6
2.调相机
过励磁 欠励磁
优点
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。
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3.电容器
无功功率计算公式：
QC
U2 XC
U 2C
优点
电压越高，发出的无功越大；电压越低， 发出的无功越小。
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(三）AVC工作过程
调度AVC主站
电厂AVC装置
变电站AVC装置
电厂机组励磁 系统或DCS
变电站低压电容器/ 电抗器投退、主变
有载分接头调整
电网AVC系统控制示意图
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AVC
工 作 流 程 图
46
变电站九区图控制策略介绍
1、有载调压与无功补偿的区别 变电站调压一般采用有载调压变压器（OLTC）和无功
10
电力系统运行中： Q Q Q
G
D
L
隐极发电机经过一段线路向负荷供电，略去各元件电
阻，假定发电机和负荷的有功功率为固定值，可以确定发
电机送到负荷节点的功率为：
P UI cos EU sin
X
Q
UI
sin
EU
cos
U2
X
X
当P为一定值时，得
Q
EU 2
P2
U2
X
X
11
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。
I0% 100
S
N
Us % 100
S2 SN
4
电力线路的 无功损耗
两部分组成：并联导纳中的无功损耗 （容 性）和串联阻抗中的无功损耗 （感性）。
QL
P12 Q12 U12
ZL
U12
U
2 2
2
BL
电抗器的 无功损耗
主要取用感性无功功率，与电压的平方成 正比。 Q U 2
X
5
（二）无功电源
正常励磁
理
变压器 调压
串联补 偿调压
28
1、发电机调压
4%
10%
4%
8%
2%
5%
2%
3%
3%
6%
1%
2%
~
110k
10kV
V
多级变压器供电系统的电压损耗分布
29
2、变压器调压
+
低压绕组
K
--
高压绕组 有载调压变压器的原理图
30
（1）降压变压器分接头的选择
U1
ZT
U
/ 2
k :1
U2
P1 jQ1
P2 jQ2
限制高压线路的过电压，提高单相重合成功率。
35
（3）改变线路参数（X）的方法调压
用串联电容补偿线路参数的方法调压。 在高压电网中，通常电抗X比电阻R大很多，用串联电 容的方法，改变线路电抗以减小电压损耗。对于负荷功率 因数低、输送功率较大、负荷波动大、导线截面较大的线 路，串联电容器调压，效果尤其显著。
正常
≤10% 0-7%
±7%
事故
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（五）电压监测点和中枢点的选择
1.电压监测点
电网中可反映电压水平的主要负荷供电点以 及某些有代表性的发电厂、变电站。
电压监 测点设 置原则
与主网直接相连的发电厂高压母线电压
各调度“界面”处的220KV及以上的变电 站的一、二次母线电压。
所有变电站和地方发电厂的10（6）KV母 线
两者的公共部分，即图中阴影部分，就是中枢点Q点的电 压允许偏差范围。
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三、调压方法
（一）电压 电网的无功补偿实行分层分区就地平衡的原 调整原则 则
25
☼ 分层分区
220k V
P:50.2 Q:20.3
分层：220kV主变或关口将高压网（省网）和地区网解 耦
A站 35kV 36.3
线路B
P:30.1 Q:13.5
偿电容器进行调压。
49
因此，必须把调节分接头与无功补偿设备的投、 切两者结合起来，进行合理的调控，才能起到既 改善电压水平，又降低网损的效果。
50
2、九区图的基本原理
简单系统接线图
51
九区图控制策略是按照固定的电压和无功功率（或 功率因数）上下限将电压-无功平面划分为9个区域 。
52
53
36
4、综合调压
（1）各种调压方式的比较 简单灵活，无需投资，应充分利用，是发电
发电机调压 机直接供电的小系统的主要调压手段。
只能改变电压的高低，从而改变无功功率的 变压器调压 流向和分布，而不能发出或吸收无功，只能
用于无功充裕的系统。
并联补偿 调压
无功功率分层分区平衡的主要手段
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（2）综合调压的原则 根据就地平衡补偿原则，先投入电压最低点附
无功不足时 近的无功电源；再考虑分区、分层补偿，投入 远处的无功电源和集中补偿的无功电源。
无功充足时 考虑选择变压器分接头进行调整，以充分发挥 各种设备的调压效果。
38
（3）改变电网运行方式调压 当地区调度员采取上诉几种基本的调压措施后，仍不
能达到规定电压的范围时，应立即报告上级调度员采取措 施改善地区电压水平。
缺点
电容器无功输出随电压降低而大大降低，将 电网拖入崩溃的边缘。
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（2）并联电抗器补偿调压
并联电抗器主要装设在四个电压等级上：35kV、 66kV、330kV和500kV
按电压等 级分类
高抗：本身损耗小、造价高 低抗：造价较低、操作方便
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削弱工频过电压
电抗器补 偿优点
改善电压分布、无功分布并降低线损 限制甩负荷或接地故障引起的过电压
110k V
B站
线路C
P:20.3 Q:9.5
C站
10.32
10.35
10kV
10.42
分区：区域自适应嵌套划分，使无功尽量小区域平衡
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（二）调压方式
逆调压源自文库
恒调压
顺调压
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G UG T1
L
T2
D
~
P+jQ k1:1
R+jX
k2:1
简单电力系统电压调整图
发电机 调压
运行方 式调压
（三）电 压调整原
0.01U N
0
8
0.03U N
节点O到B压降
16
24 t(h)
UN
1.09U N 1.06U N
1.15U N 1.08U N
1.05U N
0.99U N
0.96U N
0
8
0.98U N
16
24 t(h)
(c)两个负荷输电设备压降
(d)中枢点允许电压范围
图5-5 中枢点电压允许偏移范围
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负荷节点A对中枢点O的电压要求是：
0～8时， U UA UA (0.95 ~ 1.05)UN 0.04UN (0.99 ~ 1.09)UN
8～24时， U UA UA 0.95 ~1.05UN 0.10UN 1.05 ~1.15UN
负荷节点B对中枢点O的电压要求为： 0～16时，U UB UB (0.95～1.05)UN 0.01UN (0.96～1.06)UN 8～24时， U UB UB (0.95～1.05)UN 0.03UN (0.98～1.08)UN
3
（一）无功负荷与无功损耗
负荷的无功 指负荷的无功功率和电压之间的关系 , 即
特性
QD =ƒ(U)， 称作无功电压静态特性。
异步电动机 包括励磁功率 和漏抗中无功损耗 ，呈二次
的无功损耗 曲线关系。
QM
Qm
Q
U2 Xm
I 2 X
变压器的无 功损耗
包括励磁损耗 和漏抗损耗 ，即
QT
QYT
QZT