电力系统电压控制

电压无功综合控制的实现方法
何谓综合
➢电压、无功综合控制 控制 ➢电压无功综合控制的实现方法
—采用硬件装置（就地VQC）
注意一进一出
—采用软件VQC ➢对VQC综合调节的要求(电压、无功、损耗)
MVR-III型微机电压、无功综合控制装置硬件结构
9区域电压/无功优化自动控制（AVC）
AVC（VQC） 安装于变电站内，进行局部的VQC控制；
复杂网络
多级升压：线路较长，供电范围大，综合调节，
结合其它调压措施。 多级并联运行；
调节变压器分接头调节电压
有载调压 变压器
普通 变压器
主要目的调整电压，辅助目的改变无功功 率在电网中的分布。只能分级调压，调压 不够平滑。在无功缺乏的配电网中，会加 剧配电网中其它地区无功不足的情况。
调整电压，辅助改变无功，有时是电压 崩溃的罪魁祸首。
▪ 保持电力系统稳定和合适的无功平衡。 ▪ 在电压合格的条件下实现使电能损耗最小。
变电站的概况
特殊情况下调 控注意事项
低压母线接线形式
可能运 行方 式
降压变电站简化模型
建立简单电力网络中电压与负荷功率之间的关系，假设条件 1）已知负荷功率PL+ jQL 2）忽略线路阻抗、变压器阻抗上的功率损耗 3）忽略对地导纳
电力系统电压控制
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电力系统电压控制
1 电力系统电压控制的意义
充有 足效 的的 无电 功压 功调 率节 电方 源法
2 电力系统电压/无功的基本理论 3 电力系统中的无功电源/负荷 4 电力系统中的电压管理 5 电力系统中的电压调节方法
6 电压/无功优化自动控制（AVC）
7 电压稳定性及其控制
实时控制。
控制算法
确保安全前提下，以各节 点电压、电网关口功率因
数合格最为约束条件，从 全网角度进行电压无功 优化控制，最终形成电压
调节控制命令(分接头调整 ，无功设备投切命令)。
闭环控制
利用调度自动化“四遥 ”功能，通过SCADA执 行控制，实现集中检视 、集中管理和集中控制 。实现地区电网AVC的 闭环控制和电压无功优
电压、无功控制软件功能
软件VQC功能： ➢多功能模块处理 ➢电压与无功功率的上下限值动态变化 ➢调节方式的多样性 ➢实现远方控制VQC ➢闭锁条件 ➢相关信号上送调度 ➢并列运行、拒动、滑档等 ➢登录操作
全网优化（AVC）实现的流程
数据采集
利用“调度自动化平台 ”中的“四遥”功能， 进行实时数据采集，和
中枢点电压的管理
确定中枢点 电压范围
调控中枢 点电压
电压在规定 范围变化
编制中枢点电压曲线
利用各种调压措施
用户电压符合要求
电压允许偏差值范围
二 电力系统电压/无功的基本理论
维持电网正常电压水平下的 无功功率平衡，是保证电网 电压质量的基本条件
负荷无功 电压特性
无功平衡
电压/无功 关系
QGC QL Q 0
QL PL tan
电源无功-电压 特性
二 电力系统电压/无功的基本理论
无功补偿
电压损耗
线路上不传送无功功率 或传送数量甚少，则线 路压降就可以大为减少 。
电能损耗
线路输送无功率减少， 线路有功损耗会减少， 线路电流也相应减少， 同样粗的导线就能传送 更多的有功功率，设备 利用率和电网输送能力 就提高了。
2
的变电站的一次母线和二次母线
所有变电站10kV或6kV母线，带本地负荷的 发电厂10kV 或6kV母线（A类电压监测点）
3 A类
4
供电公司选定一批具有代表性的用户作为电压 质量考核点
用户侧电压监测点选择的原则
110kV及以上供电的和35kV（或 63kV）专线供电的用户
B类
其它35kV（63kV）和10kV（6kV）用户，每1万kW负荷至少要 设一个母线电压监测点，其应包括对电压有较高要求的重要用户 ，以及各变电站10kV或6kV母线供出有代表性线路的末端用户
静电电容器 调相机
发电机
三 电力系统中的无功电源/负荷
电力系统中的无功负荷
异步 电动机
➢无功主要消耗者。 异步电机满载时，其 功率因数可达0.8； 轻载时，功率因数甚 至只有0.2~0.3，这 时消耗的无功大许多 。 ➢额定电压附近； ➢额定电压70~80% 时电压特性
变压器
损耗可观； 满载：空载 电流为额定电流的2.4%， 短路电压为额定值得 10.5%；无功消耗可达 变压器额定容量的13%； 如果从电源到用户经4 级变压，则这些变压器 的总无功损耗将达通过 视在功率的50%~60%； 而不满载时比例更大。
C类
低压（380/220）用户至少每百台配电变压器设置一个电压监 测点，且应考虑有代表性的线路首端或末端重要用户
D类
供电公司还应对所辖电网的10kV用户和公用配电变压器，小区配电室 以及有代表性的低压配电网线路首、末端用户的电压进行巡回检测。
检测周期不应少于每年一次，每次连续监测时间见不应少于24h
并联 电抗器
电容器只发出感性无功，而电抗器只吸收感性无功。如将二者结 合，并对他们的容量加以控制，起作用就可以类似于调相机。与 电容器的调节特性差相仿，无源元件无法克服的一个缺点。
静止补偿器
价格便宜，安装简单，损耗小，占地少，维护方便，实际 中广泛使用。他不能连续调节，只能分组投切。无功调节 能力较差。配置原则“分级补偿，就地平衡”。
电压调节对无功率影响UH(调U节D 变pLR压T 器(QU)LD QC )XT
结论：
1）变压器向系统吸收的无功与电压的平方U2D成正比。 2）负荷所需无功随电压升高而增加，随电压降低而减少。
电压纵分量 U pR QX
UD

UH n
U
暂不考虑电容器、考虑RT《XT 忽略PLRT QL=（n-1）U2D/XT
泰州地区电网运行效益
相当于空在运行的同步电动机。调相机能发能吸，可连续 平滑调节，是相当好的无功电源。但由于其一次投资较大 ，运行维护费用较高，限制其广泛使用，安装在枢纽变电 站中。一般不安装容量小于5Mvar调相机。
唯一有功电源，同时也是基本的无功电源，一般 功率因数0.8（滞后），所发的无功功率为有功功 率的75%。如：10万kW发电机，再发有功10 万kW，其无功出力7.5万kvar。
无功电压综合优化功能
全网无功优化功能
全网电压优化功能
地区电网无功/电压控制实例（泰州地区电网）
泰州地区电网
集控中心管理7个无人值守变电站，其中 OLTC13台，补偿电容器9组，电压等级
220kV,110kV,35kV,10kV
1、仅11变电站10kV电压越限； 2、若11,12,13变电站10kV母线电压越限 3、11,12,13.14,15,16,10kV母线越限 4、电压合格，当流过15变电站D点的无功 功率加上变压器空载损耗，大于本所10kV 电容器容量一半（比例可调）；
电压波动的限制措施
中枢点电压管理
以负荷变化时，中枢点电压自然的变化规律作为比较的基础。
逆调压
常调压
中枢点电压 管理方法
在任何负荷时，中枢点电压始终基本不变，
如在1.02-1.05UN。 在ห้องสมุดไป่ตู้故时，可允许适当降低，通常允许正
常时再降低5%；
在高峰负荷时升高中枢点电压。
例如在高负荷时，将电压调为
1.05UN;在低谷负荷时调低中枢 点电压，如UN; 常用于供电线路较长，负荷变
基本知识 单参数越限 双参数越限 实现方法
1、利用无功、电压将母线运行划分为9个状态 2、调节中注意无功是否充足
逆时针调节
1、采用硬件装置；称为就地AVC（或VQC），可靠性高 2、在监控子系统基础上，采用软件实现；成本低；
改进的电压、无功综合控制的策略
电 压 、 无 功 九 区 域 域 控 制
图
动较大的中枢点。
顺调压
在高峰负荷时，允许中枢点电压低一些，但不允许低于 1.025UN。在低谷负荷时允许高些，但不超过1.075UN。 该种调压方式成本较低，常用于供电距离较近，负荷变 动不大的变电站母线。
电力系统的电压调节方法
A
调节励磁电流以改变发电机的端电压
B
调整变压器的分接头以改变变压器的变比
A 湖南电网电压/无功优化系统
一 电力系统电压控制的意义
负荷
异步电动机 其它用电设备
电压不正常 的危害
电力系统
绝缘损害 损耗、电压崩溃
额定电压设置的意义
电力系统电压控制的意义
电压是一个相对概念，因此电 压控制的核心是关键节点的电 压值的控制，关键节点的电压 值要在给定范围内进行变化。
电力系统电压控制的意义
输电
线路
损耗可正可负； 线路电抗，对地电 容； 线路较短， 线路电容较小，发 出的无功功率也小。 长线路、高电压， 线路可能发出无功 功率
异步电动机及综合负荷的无功电压特性
不同电压等级线路的无功功率损耗
消耗无功功率的
35kV 及以下
架空线路可能正、可能负。 110kV 及以上
充电功率相当大，以致要装高压电抗器加以 500kV 吸收，否则电压会升高到不允许的数值。
”四种方式“
（1）发电机、调相机、 电容器、SVC；（2） OLTC，无功充裕 （3）并联电抗器 （4）线路 500kV； 220kV、110kV等； 35kV电缆；
（1）重要枢纽节点 电压在给定范围内 （2）所控制的电力 系统网损最小 （3）所有调节设备 的运行状态都没有 越限
六 电压/无功优化自动控制（AVC）
化运行。
直接通过调度自动化系统的SCADA应用实现数据采集和远方控制； 集中决策，分层分区决策；
优化目标： 无功分层就地平衡；电压合格率最高； 无功补偿设备投入最合理；主变压器分接开关调节次数最少； 输电网网损最小；
全网优化（AVC）实现一般功能特点
其它
实现逆调压
建立在 调度自动化系统平台上
AVC 功能特点
加压调压 变压器
电压自动 调节器
（AVR）
改变系统无功功率分布调压（并联补偿）
改变线路参数-串联电容补偿调压
电力系统综合调压
无功电源 充足
综合利用 各种调压
手段
各地区分散自 动调压和集中 自动控制调压 相结合
备用容量达7%~8% 总无功负荷
OLTC 有载分接开关 OLTC = on-load tapchanger
三 电力系统中的无功电源/负荷
QC

U2 XC
CU 2
2
fCU 2
就感性无功功率而言，并联电抗器显然是不是电源而是负荷，但某些电力系 统中的确装有这种调压设施，用以吸收轻载或空载线路过剩的感性无功功率 ，抑制电压过分升高。而对高压远距离输电线路而言，并联电抗器还有提高 输送能力等作用。
直接方法 间接方法
C
调整系统中各无功电源的出力
D
调整输电线路的参数
综合调压
E
发电机调压方法
简单网络
发电机 调压
所在位置
受电端负荷中心； 送电端，如无当负荷，考虑充电功率，高功 率因数（滞后0.95以上），或进相运行。
不经升压直接以发电机电压向 用户供电的简单电网络。如采 用逆调压，只能满足发电厂附 近负荷的调压要求。
电力系统电压 控制的目标
电压监测点
考核电压质量的节点。
电压中枢点
电网中重要的电压支撑 点，显然电压监测点一 定是电压中枢点。编制 中枢点电压曲线并调控 中枢点电压合格，是电 网调度运行部门的一项 重要工作。
电压监测点选择的原则
与主网（220kV及以上电压电网 1
）直接相连的发电厂高压母线
各级调度“界面”处的220kV及以上
投退电容器UH对U电D 压 p的LRT影 (响QULD QC )XT
UH
UD

pmin RT
(Qmin UD
QC )XT
结论：
UQ

(QL
QC ) XT UD
1）投入电容器组后，变压器负荷侧电压升高
2）退出电容器组后，变压器负荷侧电压降低
3）防止电容器的影响，造成负荷侧电压过高
局部AVC
区域AVC
变电站内实现
调度中心或集控中心
电压和无功控制的调控目标
▪ 维持供电电压在规定范围内。各级供电母线 电压的运行波动范围（以额定电压为基准） 500(330)kv变电站的220kv母线，正常时0 ％～＋10％，事故时－5％～＋10％ 200kv变电站110kv母线，正常时－3％～＋7 ％，事故时±10％ 配电网10kv母线，10.0～10.7kv
四 电力系统电压管理
电压管理
规划设计阶段
电压波动的限制 措施
由于电力系统冲击性负 荷造成的电压波动，这 类负荷主要有：轧钢机 械、电焊机、电弧炉等 。会使电灯有时一明一 暗。从网络结构设计上 。
中枢点的管理
节点数目众多，全部纳 入管理范围不现实。只 对关键节点进行管理。 在规划设计阶段没有各 负荷的详细资料，只对 中枢点电压提出原则性 的要求。三种调压方法 。