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1、天津大学硕士学位论文变电站自动化系统中电压无功综合控制的研究姓名：刘海波申请学位级别：硕士专业：电气工程指导教师：王守相;刘世明20071201摘要电压是电力系统电能质量的重要指标之一，而系统的无功平衡是保证电压质最的重要条件。要使系统电压达到规定的标准，在变电站主要通过调节有载调压变压器的分接头和投退无功补偿设备达到调整电压的目的。研究变电站自动化系统中电压无功综合控制具有重要的实践意义。_本文对电力系统无功补偿和电压调整进行了深入分析，在讨论了电力系统电压、无功调节特点以及电压无功总体控制原则的基础上，分析了变电站电压、无功控制特性以及控制原理，给出了变电站电压无功的控制规律。针对目前电压
2、无功综合控制装置的控制规则中无功上下限边界是固定的，控制策略中没有考虑无功补偿对电压状态的影响以及变压器分接头的调节次数相对较多的问题，结合国内外无功补偿和电压调整的研究状况，考虑了变压器分接头的变化及电容器组的投切对无功和电压的综合影响，对电压无功的各种运行控制区域给出了相应调节策略。在保持无功调节次数和无功补偿效果不变的情况下，有效地减少了变压器分接头的调节次数，并减少了电压的波动。本文详细介绍了电压无功控制装置的软硬件结构和功能，装置硬件设计采用M O T O R O L A 3 2 位C P U 和1 4 位A D 采样芯片，软件中对自动控制功能进行优化，增加提高稳定性和可靠性的措施，
3、使电压无功自动控制功能运行更加可靠，操作次数相对减少。在设计了电压无功自动控制功能以后，将电压无功控制集成于R T U 并对R T U 中实现的软件V Q C 功能的实现原理、特性以及设置方法进行了详细的分析和探讨。关键词：电力系统电压无功控制无功补偿电压调整A B S T R A C TV o l t a g ei so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tt a r g e ta i m so fp o w e rq u a l i t yi np o w e rs y s t e m R e a c t i v ep o w e rb a l a n c
4、 ei np o w e rs y s t e mi si m p o r t a n tc o n d i t i o nt oe n s u r et h ev o l t a g eq u a l i t y I no r d e rt om a k et h ev o l t a g er e a c ht h ep r e s c r i p t i v es t a n d a r d，r e g u l a t i n gt h ec h a n g er a t i oo ft h et r a n s f o r m e ra n dc a s t i n go rs h u
5、 t t i n go f ft h er e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o ne q u i p m e n t sa r ea d o p t T h er e s e a r c ho fv o l t a g er e g u l a t i o na n dr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o ni ns u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e mh a sv e r yi m p o r t a n tp r a c t i
6、 c es i g n i f i c a n c e T h i st h e s i sa n a l y s eh o m e l yb a s i ct h e o r ya b o u tV A Ra n dv o l t a g ec o n t r o lo fe l e c t r i cp o w e rs y s t e m W i t ht h ed i s c u s s i o no nv o l t a g ea n dr e a c t i v ep o w e rr e g u l a t i o no fp o w e rs y s t e ma sw e l
7、 la st h ep r i n c i p l eo fV A Ra n dv o l t a g ep o w e rc o n t r o l，t h et h e s i sm a k e sas t u d yo nt h ec h a r a c t e ra n dp r i n c i p l eo fV o l t a g ea n dr e a c t i v ep o w e rc o n t r o l，i n t e r p r e t st h ec o n t r o l l i n gr e g u l a r i t yo fs u b s t a t i
8、o n A tp r e s e n tt h em a r g i no fu p p e r l o w e rl i m i ti nt h ec o n t r o lr e g u l a t i o no fv o l t a g ea n dr e a c t i v ep o w e rc o n t r o lu n i t s i sf m e d，i th a v en o tc o n s i d e rt h a tr e a c t i v ep o w e rc o m p e n s a t i o ni m p a c t so nv o l t a g ec
9、 o n d i t i o na n dt h a tt h ea d j u s t m e n tn u m b e ro ft h et r a n s f o r m e rt a p ss w i t c hi se x c e s s i v er e l a t i v e l y W i t ht h ec o n s i d e r a t i o no ft h ec h a n g e so ft r a n s f o r m e rt a p sa n dt h ec o m b i n e di n f l u e n c eo fc a p a c i t yg
10、 r o u p sa n dr e a c t i v ep o w e ra n dv o l t a g e，t h et h e s i sm a k e sa d j u s t m e n ts u g g e s t i o nt ot h ed i f f e r e n t o p e r a t i n g。z o n e so fv o l t a g ea n dr e a c t i v ep o w e r I nt h em a i n t e n a n c eo fa d j u s t m e n tn u m b e ra n dc o m p e n s
11、 a t i o ne f f e c t，e f f e c t i v e l yr e d u c e dt h ea d j u s t m e n tn u m b e ro ft h et r a n s f o r m e rt a ps w i t c h,a n dr e d u c e dt h ev o l t a g eu n d u l a t i o n T h et h e s i si n t r o d u c e st h es t r u c t u r eo fh a r d w a r ea n ds o f t w a r e，t h eh a r
12、d w a r ea d o p t s3 2-b i tM o t o r o l aC P Ua n d14-b“A Ds a m p l ec h i p s i ns o f t w a r eo p t i m i z e sa u t o m a t i o nf u n c t i o na n da d d ss o m em e a s u r et oe l e v a t i o nt h es t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t y A f t e rt h ed e s i g no fv o l t a g ea n dr
13、 e a c t i v ep o w e ra u t o m a t i o n，m a k e sar e s e a r c ho nt h ef u n c t i o no fi n t e g r a t ei nt h er e m o t et e r m i n a lu n i t so fs u b s t a t i o na u t o m a t i o ns y s t e m,a l s od i s c u s st h ep r i n c i p l ea n dc h a r a c t e ra n dm e t h o do f V Q Ci nR
14、 T U K E YW o R D S：E l e c t r i cP o w e rS y s t e m,V o l t a g ea n dR e a c t i v eP o w e rC o n t r o l，R e a c t i v eP o w e rC o m p e n s a t i o n,V o l t a g eR e g u l a t i o n独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤盗本堂或其他教育机构的学位或证书而使
15、用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位敝储虢别侈咬签锢期：缈7 年州汐日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解：苤盗盘鲎：有关保留、7 使用学位论文的规定。特授权墨宣盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：豳吻坡导师签名：乏孑莎哿签字日期：2 此7 年2 月加同签字日期：砂D 口g 年f 月z 日第一章绪论1 1 引言第一章绪论在电能的传输和分配的
16、过程中，由于线路和变压器的损耗的存在，每年都造成了数量可观的电能损失。电能质量的好坏不仅与工农业生产的产品的质量和产量密切相关，而且与电力系统的安全、可靠运行直接相关。如何有效减少电力系统网损，向用户提供可靠、优质、经济的电能，是关系到国家节约能源、减少开支、提高人民生活质量的重要问题。本文将从降低网损和提高变电站自动化运行水平的角度讨论变电站的电压无功控制问题。电压是衡量电能质量的重要指标，它既是电力用户最为关注的目标，也是电力系统自身运行时要控制的重要目标。因为各种电气设备都是按额定电压设计和制造的，只有在额定电压下运行，电气设备才能获得最佳的效益和性能。电压如果偏离额定值，轻则影响经济效
17、益，重则危机电力设备的安全。对电力用户而言，如果电压降低，用户照明设备发光不足，影响人的视力和工作效率；电压降低，动力设备的出力下降，如异步电动机的电磁转矩随电压的平方变化，转矩降低，转差增大，从而导致定子电流增大，影响其绝缘和使用寿命，电压过低甚至会使电动机无法正常工作；电压降低，电热设备的发热量降低j 从而生产效率下降，如电炉的冶炼时间加长。电压过高，轻则缩短寿命，重则直接损坏设备。对电力系统本身而言，电压降低会增加功率损耗和电压损耗，甚至会引起电压崩溃，导致系统运行失去稳定，电压过高会影响电力设备的使用寿命。电压是如此重要，无论是电力用户还是电力系统自身都希望在额定电压下运行，但由于电力
18、系统幅员辽阔，负荷又是无时无刻不在变化之中，因而要保证所有的电气设备时时刻刻都在额定电压下运行是不现实的。实际上大多数电气设备的运行电压都或多或少会偏离额定值，通过合理调节电压和投退无功补偿设备就能使我们的电能质量得到保证，达到稳定运行的标准和满足用户的要求。在电力系统的正常运行中，随着用电负荷的变化和系统运行方式的改变，电网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，系统运行中各电压监测点或用户电压有稍微的偏移(只要是在规定允许的范围内，对于监测点电压允许范围：2 2 0 k V：2 0 9 -2 3 l k V；1 1 0 k v：1 0 6 1 1
19、 6 k V；1 0 k V-1 0 1 l k V，第一章绪论对于用户电压允许范围：1 1 0 k V：1 0 4 5,-,1 1 5 5 k V；3 5 k V：3 3 3 3 6 8 k V；l O k V：9 3 1 0 7 k V)是不可避免的。要使系统电压达到规定的标准，对一般的供电局来说主要可以采用以下措施：a、当系统的无功功率供用比较充裕时，可以调节变压器的变比；b、当系统无功供用不足或过剩时，可以通过投切无功补偿设备，改变无功功率的分布，达到调节电压的目的。有载调压变压器可以在带负荷条件下切换分接头。从而改变变压器的变比，可以起到调整电压降低损耗的作用，而合理地配置无功功率补
20、偿容量，可改变网络中的无功潮流分布，改善功率因数，减少网损和电压损耗，从而改善用户的电压质量。以上两种措施虽然都有调整电压的作用，但其原理作用和效果是不同的，在利用有载调压变压器分接头进行调压时，调压措施本生不产生无功功率。因此在整个系统无功不足的情况下不可能用这种方法来提高全系统的电压水平。而利用补偿电容器进行调压，由于补偿装置本身可产生无功功率，因此这种方式既能弥补系统无功的不足，又可以改变网络中的无功分布，然而在系统无功充足但由于无功分布不合理，而造成电压质量下降时，这种方式却又是无能为力的，因此只有将两者有机的结合起来，才有可能达到良好的控制效果，在传统的控制方式下，这两种控制方式是运
21、行人员根据系统调度部门下达的电压无功控制计划，根据运行情况进行调整的。这不仅增加了值班人员的劳动强度，而且对双参数调整难以达到最优的控制效果。多数情况下，两者必须综合考虑，人们在这方面做了大量的工作并取得了可喜成绩，种种判据及相应装置在不同的历史阶段都发挥了应有的作用。随着无人值班变电站的建立和计算机技术在变电站控制系统中的广泛应用，这种传统的调节方式显然难以适应。为了提高电压合格率和降低能耗，目前各种电压等级的变电站中普遍采用了电压无功综合控制器，就是在变电站中利用有载调压变压器和并联电容器组。根据运行情况进行本站的电压和无功自动调整，以保证负荷侧母线电压和高压侧无功功率在规定范围之内。1
22、2 目前主要存在的问题微机型电压无功控制装置已经应用于我国各种电压等级的变电站中，并达到了比较好的控制效果。自8 0 年代末9 0 年代初，微机型控制装置投运以来，在改善电压质量和降低网损等方面起到了积极作用，并获得了良好的推广。但在运行过程中也发现了一些不足和值得完善的地方，特别是进入9 0 年代中期后，随着变电站自动化水平的提高，原有的电压无功调节装置普遍存在以下一些问题：第一章绪论(1)原有的V Q C 装置普遍存在结构复杂、互换性差、体积大等特点。不仅装置本身生产、调试工作量大，而且现场运行可靠性相对较差；(2)原有电压无功调节装置均以控制对象数量较小，大部分是以2 台有载调压变压器和
23、两段母线上并接的并联电容器组作为控制对象，难以适应新建大型变电站3 台以上的有载调压变压器和3-4 段以上10 K V 母线的电压、无功控制要求；(3)原有V Q C 装置普遍精度不高，在故障识别和处理能力上较差，没有故障顺序记录功能，也不具备相应的运行情况的统计功能；(4)原有V Q C 装置对电压、无功缺乏综合控制，容易造成系统冲击，在负荷波动较大时，难以及时准确的进行电压调整和无功控制；：(5)原有V Q C 装置控制原理简单，在负荷波动情况下，分接开关动作频繁，未能实现按电压负荷变化曲线进行有效控制的目的；(6)原有V Q C 装置不具备通信功能，难以适应变电站只能设备联网运行的要求，
24、也难以适应区域电网电压、无功综合优化控制的要求。在变电站运行管理逐步实行之后，集控站或调度自动化系统主站端难以及时了解V Q C 装置本身以及被控设备和操作机构的运行情况，难以实行远方参数的设置和定值的修改；特别是近几年微机保护的广泛应用，原来为V Q C 提供接点的继电器换成了综合自动化装置，不能再提供闭锁、位置、控制等信号给V Q C 装置。1 3 本文的主要工作本文在充分讨论电力系统电压无功控制原理的基础上，探讨屯压无功控制装置的实用设计，主要做了以下几方面的工作(1)简述电力系统功率控制和电压调整；(2)电力系统电压无功控制的原理和策略；(3)D F 3 3 8 3 电压无功控制的实现
25、原理和软硬件分析；(4)电压无功控制集成于R T U 的实现原理和特性分析。第二章无功功率和电压调整第二章无功功率和电压调整2 1 无功功率负荷和无功功率损耗2 1 1 无功功率负荷各种用电设备中，除相对很小的白炽灯照明负荷只消耗有功功率、为数不多的同步电动机可发出一部分无功功率外，大多数都要消耗无功功率。因此，无论工业或农业用户都以滞后的功率因数运行，其值大约为0 6 0 9。其中较大的数值对应于采用大容量同步电动机的场合。无功功率负荷曲线的变化规律虽然大体与有功功率相似，也并非完全一致。其最大值可能出现在白天而不是傍晚，原因在于，系统总负荷的成分昼夜间各不相同。白天，工业用电比重大；傍晚生
26、活用电等比重将会增加，而二者的功率因数不同。大致可认为，如白天和傍晚有功功率负荷的峰值大致相等，白天无功功率负荷的峰值将大于傍晚；反之，白天有功功率负荷的峰值远小于傍晚，白天和傍晚无功功率负荷的峰值将大致相等。但无论是电力系统的运行和设计部门，一般都不编制无功功率负荷曲线而只编制无功功率平衡表或各枢纽点电压曲线。而且，这些表格或曲线也只是隔一段时间制作一次。对无功功率管理之所以与对有功功率管理不同，原因仍是无功功率和有功功率本身性质的不同。2 1 2 变压器的无功功率损耗变压器中的无功功率损耗分为两个部分：励磁支路损耗和绕组漏抗中的损耗。其中励磁支路损耗的百分值基本上等于空载电流1 0 的百分
27、值即1 2；绕组漏抗中的损耗，在变压器满载时基本上等于短路电压U k 的百分值约为1 0。因此对于一台变压器或一级变压的网络，变压器中的无功功率损耗并不大，满载时约为额定容量的百分之十几。但对多电压级网络，变压器中的无功功率损耗就相当可观。以一个五级变压的网络为例，设电厂中1 0 2 2 0 k V 升压，网络中2 2 0 1 1 0、1 1 0 3 5、3 5 1 0、1 0 0 4 k V降压至用户负荷电压，典型的计算结果表明 1 ：第二章无功功率和电压调整所有变压器满载所有变压器半载变压器的励磁支路损耗7 7 变压器绕组漏抗中损耗5 0 1 2 5 变压器中总损耗5 7 1 9 5 变压
28、器损耗变压器负荷5 7 1 0 03 9 1 0 0由此可见，系统中变压器的无功功率损耗占相当大的比例，较有功功率的损耗要大得多。2 1 3 传输线路上的无功功率损耗电力线路上的无功功率损耗也分为两部分：并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。并联电纳中的这种损耗通常也成为充电功率，与线路电压的平方成正比，呈容性。串联电抗中的损耗与负荷电流的平方成正比，呈感性。因此线路作为电力系统中的一个元件其消耗的容性无功功率或感性无功功率无法确定，可作一大致估计：当通过线路输送的有功功率大于自然功率时，线路将消耗感性无功功率；当通过线路输送的有功功率小于自然功率时，线路消耗容性无功功率。高压线路存在着对地的电
29、容，线路充电后电容可以发出一定的无功功率，线路导线存在电感，线路通过电流会消耗一定的无功功率，当线路输送有功功率达到某个值的时候，此时线路消耗和产生的无功正好平衡，此时输送的功率就称为自然功率，自然功率和线路的电压等级、线型、补偿装置的配置都有关系。：一般情况下，通过11 0 k V 及以下线路输送的功率往往大于自然功率；通过，5 0 0 k V 线路输送的功率大致等于自然功率；通过2 2 0 k V 线路输送的功率则因线路长度而不同，线路较长时小于自然功率，线路较短时大于自然功率。2 2 无功功率电源2 2 1 发电机同步发电机既是有功功率电源，又是最基本的无功功率电源。发电机在以低于额定的
30、功率因数运行时，发电机的视在功率应取决于励磁电流不超过额定值的条件，从而将低于额定值S N。发电机以高于额定功率因数运行时，励磁电流的大小不再是限制条件，但其原动机功率又成了限制条件，因与发电机配套的原动机功率总和约略与其额定有功功率P N 相等。第二章无功功率和电压调整系统中有功功率备用容量较充裕时，可使靠近负荷中心的发电机在降低有功功率负荷的条件下运行。这时，发电机的视在功率虽较额定值小，可利用的无功功率却较在额定有功负荷下大。2 2 2 电容器和调相机并联电容器补偿是目前应用最广的一种调压方式。可永久或通过断路器连接至系统某些节点上。当系统无功不足时，补偿装置要尽量装在无功负荷中心，做到
31、无功功率就地平衡。通常小容量的、分散的、用户的无功补偿采用电容器；大容量的、系统中枢点的无功补偿采用调相机或兼用调相机和电容器。与调相机相比，并联电容器的优点是：投资省、运行经济；结构简单、维护方便；容量可任意选择、适应性强。缺点是：不能连续调节；负荷的调节特性较差；对系统中的高次谐波有放大现象，在谐波电流过大时可能会引起爆炸。调相机确切的说是一种不带机械负载的可以过励磁(经常的运行状态)或欠励磁(较少的运行状态)运行的同步电动机。调相机同并联电容器一样装设在枢纽变电站，但与并联电容器相比，它的优点是：可双向连续调节；能独立的用调节励磁的方法调节无功功率；具有较大的过负荷能力。缺点是：设备投资
32、高，起动、运行、维修复杂；动态调节效应慢；不适应太大或太小的补偿；只能用于三相平衡的补偿；增加系统短路容量等。目前我国电力系统的一些枢纽变电站虽都装有调相机，但可以预测其与静止补偿器控制系统相比，它的应用前景低于后者。2 2 3 静止补偿器和静止调相机静止补偿器的全称为静止无功功率补偿器(S V C)有各种不同型式。目前常用的有晶闸管控制电抗器型(T C R 型)、晶闸管开关电容器型(T S C 型)和饱和电抗器型(S R 型)三种，不论何种型式的静止补偿器，它们之所以能作无功功率电源产生感性无功功率，依靠的仍是其中的电容器。而电容器所能产生的感性无功功率则与其端电压的平方成正比。因此当系统电
33、压水平过于低下，迫切需要补偿器增加其感性无功功率输出时，补偿器往往无法增加，这是作为无源元件的静止补偿器所无法克服的缺陷。2 2 4 并联电抗器就感性无功功率而言，并联电抗器显然不是电源而是负荷，并联电抗器调压主要是用在超高压(3 3 0 K V 及以上)系统的线路上。它并联在线路末端或中间，轻载或空载线路上过剩的无功功率，以防止超高压系统线路在空载充电或轻负荷第二章无功功率和电压调整时末端电压过高。而对高压远距离输电线路而言，它还有提高输送能力、降低过电压的作用。2 3 无功功率的平衡系统中无功功率的平衡关系如式2=l 所示：艮一g 一绕=0(2-1)式2-1 中，电源供给的无功功率Q c
34、_,cI 主t 两部分组成，即发电机供给的无功功率Q G 和补偿设备提供的无功功率Q c j 而补偿设备供应的无功功率又分调相机供应的Q c l、并联电容器供应的Q c 2 和静止补偿器供应的Q c 3 三部分。因此：j Q G c=鳊+Q c=Q G+Q c+Q c：+Q c。(2-2)式2-1 中，负荷消耗的无功功率Q L 可按负荷的功率因数计算，未经改善的负荷功率因数一般不高，仅达到0 6 -0 9，也就是说负载消耗的无功功率约为其有功功率的0 5 -1 3 倍。无功功率损耗姨包括三部分：变压器中的无功功率损耗Q r，线路电抗中的无功功率损耗鲰和线路电纳中的无功功率损耗Q 6。因此g 可
35、分解为：呸=岛+A g 一Q 6(2 3)进行无功功率计算的前提是系统的电压水平正常，如不能在正常电压水平下保证无功功率的平衡，系统的电压质量总不能保证。2 4 电力系统电压调整的必要性电力系统的电压和频率一样也需要经常调整。由于电压偏移过大时会影响工农业生产产品的质量和产量、损坏设备甚至引起系统性的电压崩溃，造成大面积停电。一系统电压降低时发电机的定子电流将因其功率角的增大而增大。若电流原己达到额定值，则电压降低后，将使其超过额定值，为使发电机绕组不致过热，不得不减少发电机所发功率。相似的，系统电压降低后，也不得不减少变压器的负荷；当系统电压降低时各类负荷中占比重最大的异步电动机的转差率增大
36、，电动机各绕组中的电流将增大，温度升高同时效率降低，缩短电动机的使用寿命，而且某些电动机驱动的生产机械的机械转矩与转速的高次方成正比，转差增大、转速下降时，其功率迅速减少。而发电厂用电动机组功率的减少又将影响锅炉、汽轮机组的工作，影响发电厂所发的功率；系统电压降低时电动机的起动过程增长，电动机可能在起动过程中因温度过高而烧毁。第二章无功功率和电压调整系统电压过高将使所有电气设备绝缘受损。而且变压器、电动机等的铁芯要饱和，铁芯损耗增大、温升增加、寿命缩短。因系统中无功功率短缺，电压水平低下，某些枢纽变电所母线电压在微小扰动下顷刻之间的大幅下降，即“电压崩溃”，则更是一种导致发电厂之间失步，系统瓦
37、解的灾难性事故。总之，电力系统的电压调整是一种很基本的、很重要的行为。2 5 调整电压的措施2 5 1 改变发电机端电压在各种调压手段中，首先应考虑调节发电机端电压，因这是一种不需耗费投资而且最直接的调压手段。现代的同步发电机可在额定电压的9 5 1 0 5 范围内保持以额定功率运行，在发电机不经升压直接用发电机电压向用户供电的简单系统中，如供电线路不很长，线路上电压损耗不很大，一般就借调发电机励磁，改变其母线电压、使之实现逆调压以满足负荷对电压质量的要求。发电机经多级变压向负荷供电时，仅借发电机调压往往不能满足负荷对电压质量的要求。2 5 2 改变变压器变比。一：双绕组变压器的高压绕组和三绕
38、组变压器的高、中压绕组往往有若干分接头可供选择。变压器的分接头从而变比即可选择，合理的选择变压器分接头也可调整电压。一例如，可有U n 5 或U n 4X2 5，即可有三个或九个分接头供选择，其中，对应于U n 的分接头常称“主接头或“主抽头”。目前，变电站采用的绝大部分变压器都是有载调压变压器。通过自动调节分接头位置可使低压母线实际电压满足对调压的要求。一般，如系统中无功功率不缺乏，凡采用普通变压器不能满足调压要求的场合，诸如由长线路供电的、负荷变动很大的、系统间联络线两端的变压器以及某些发电厂的变压器，采用有载调压变压器后都可满足调压要求。第二章无功功率和电压调整2 5 3 补偿设备调压以
39、上介绍的调压措施只能适用于系统中无功功率可以平衡或具有一定的无功功率储备的场合。如果系统中的无功功率不够充裕时，就需要考虑采用补偿设备进行调压。补偿设备大体可分为两类：串联补偿和并联补偿。所谓并联补偿指调相机、静止补偿器和并联电容器等并联在主电路中的补偿设备。他们主要起供应感性无功功率的作用。所谓串联补偿则是指串联在主电路中的电容器，串联补偿电容器的作用主要在抵偿线路的感抗。并联补偿设备虽有调相机、静止补偿器、电容器之分，他们的作用却都是在重负荷时发出感性无功，补偿负荷所需，以减少由于输送这些感性无功功率而在线路上产生的电压降落，提高负荷端电压。具体的调节方式则因不同的补偿设备而异。并联电容器
40、不能调节，只能分组切除以改变其供应的感性无功功率。调相机的调节方式是借改变其励磁电流改变其供应或吸取感性无功功率。端电压为定值时，这无功功率与励磁电流之间有线性关系。静止补偿器中，直流助磁饱和电抗器型的调节方式是借改变直流助磁电流改变电抗器吸取的感性无功功率，从而改变补偿器供应或吸取的感性无功功率。可控硅控制电抗器型的调节方式则是借改变可控硅的控制角，改变电抗器吸取的无功功率，从而改变补偿器供应或吸取的感性无功功率。2 5 4 几种调压措施的比较在各种调压手段中，应首先考虑利用发电机调压，因为这种措施不用附加设备从而不需附加投资。变压器的变比或分接头虽可选择或改变，但一般只能在变压器退出运行的
41、条件下才能作这种改变。因此，作为经常性的调压措施，所谓借改变变压器的变比调压，只能理解为采用有载调压变压器或串联加压器。而采用串联加压器时，需附加设备。对无功功率供应较充裕的系统，采用各种类型有载调压变压器调压显得灵活而有效。系统间联络线上装设串联加压器后可使两个系统的电压调整互不影响，即可以作到所谓分散调压。中低压配电网络则因线路电阻较大，借改变无功功率分布调压效果不显著，往往不得不采用装有有载调压开关的有载调压变压器。在需要附加设备的调压措施中，对无功功率不足的系统，首要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。而且采用任何并联补偿设备都还可降低网络中的功率和能
42、量损耗。作为调压措施，串联补偿电容器由于设计、运行等方面的原因目前应用的还第二章无功功率和电压调整不很广泛。最后应指出，为合理选择调压措施，应进行技术经济比较。所选措施不仅应技术上优越，可完全满足调压要求，而且要有最优的经济指标。2 6 电力系统无功功率补偿2 6 1 无功功率控制的重要性随着我国各种产业的迅速发展，现代电力系统规模日益扩大，因此，对电网运行的可靠性要求越来越高。改善电网运行质量，提高电网功率因数、减少网络损耗是一件十分重要的工作。在电力负荷中，有相当一部分属于感性负荷，这些负荷投入运行之后除了消耗大量的有功之外还要吸收大量的无功。根据有关资料分析，电力系统的无功负荷约为有功负
43、荷的1 3 倍。大量的无功如果完全由发电厂来提供，就会使用户功率因数降低，其结果造成线路有功损失加大，用户电压降低，电力设备得不到充分利用。当整个系统无功严重缺乏时，还会使整个电力系统崩溃。我们知道，无功功率增加将使视在功率增加，从而使流过供电系统的电流增加，这将对系统产生如下影响：(1)总电流增加会使电力系统的元件容量增大，因而使投资费用增大；(2)在传输同样有功功率情况下，总电流动增大，使设备及线路的损耗增加；(3)线路及变压器的电压损失增大：(4)对电力系统的发电设备来说，无功电流动增大，对发电机转子的去磁效应增加，电压降低，如过度增加励磁电流，则使转子绕组超过允许温升。此外，无功功率的
44、增加，会导致原动机效率达相对降低。显然，这些无功功率如果都要由发电机提供并经过长距离传送是不合理的，通常也是不可能的。合理的方法应是在需要消耗无功功率的地方安装无功补偿设备。2 6 2 无功功率补偿的原则为节约能源，提高电力系统的可靠性和供电质量，电力部门要求各变电站，各电力用户加装无功补偿设备。在各级电网中合理进行无功补偿，可提高供电网的运行电压，减小电能损耗，挖掘供电设备的潜力。合理选择无功补偿方式的原则是：(1)减少无功功率流动，实行就地补偿的原则；(2)分级补偿原则，集中装设与分散装设相结合，分散补偿为主，全面规划；(3)防止在低负荷情况下过补偿，即向电网倒送无功功率。第二章无功功率和
45、电压调整2 6 3 无功功率补偿的手段(1)并联电容器组设置无功补偿电容器是补偿无功功率的传统手段之一。由于其结构简单、经济方便等优点，在国内外得到了广泛的应用。并联电容器补偿无功功率的方式按其安装的位置不同，通常有三种：(1)变电站集中装设电容器组；(2)低压负载的就地补偿；(3)用户集中装设低压电容器组，用户的低压母线上装设能自动投切的并联电容器成套补偿装置。投切电容器目前并无统一的准则。根据实践经验，可有下述五种方法：(1)按母线电压的高低投切；(2)按无功功率方向投切；(3)按功率因数大小投切；(4)一按负载无功电流大小投切；(5)按昼夜时间划分投切。并联电容器传统的方法是用机械开关投
46、切电容的，所以它不能快速跟踪负荷无功需求的变化，也就是不能实现对无功功率的动态补偿。而随着电力系统的发展，对无功功率进行快速动态补偿的需求越来越大。(2)调相机它实际上是不带机械负荷，空载运行的同步电动机。它从电网中吸取少量有功功率供应给运转时的机械损耗和铜、铁等损耗。同步调相机有过激和欠激两种运行方式：过激运行时，向系统提供感性无功功率，为无功电源，这是一种经常的运行状态；欠激运行时，则从系统中吸收感性无功功率，成为无功负荷，这是在系统负荷比较轻，无功功率过剩，电压过高时的特殊运行状态。只要改变同步调相机的励磁，就可以平滑的改变它的无功功率的大小及方向，因而可以平滑的改变所在地区的电压。5
47、0 年来，同步调相机在电压和无功控制中发挥了重要作用。由于其自身的优点，即在系统电压下降时，靠维持或提高本身的出力，可以给系统提供紧急的电压支持，所以至今仍在高压输电系统中发挥着重要作用。但由于体积大、噪声高、维护不方便、造价高等原因，目前在中、低压输电区域，大部分己被并联电容器组取代。第三章电力系统的电压无功综合控制第三章电力系统的电压无功综合控制随着电网结构的日益复杂，电压等级的不断提高，各种用电设备接入电网消耗了大量的无功功率，无功功率不足和电压波动大的问题日益突出，这时仅仅依靠发电机的自动电压无功调节器进行无功补偿已远远不够，必须增强电网本身的调控能力。变电站是实现无功分散控制和就地补
48、偿的理想场所。通过对变电站无功功率的就地平衡能很好的保证电压质量，因此研究变电站的电压无功控制具有重要的意义。目前我国在许多变电站中都装设了有载调压变压器和无功补偿并联电容器组等设备，电压质量有了有效的改善。然而很多变电站仍然采用调度值班人员手动调节的方法，不能及时跟踪无功负荷的变化，不能始终保持电压和无功所要求的指标，电容器补偿也达不到应有的经济技术效益，不能充分发挥设备的潜力。因此，国内外的学者和厂家提出了很多电压无功综合控制的方法，研制了很多相应的自动控制装置。而且随着变电站综合自动化的发展，电压无功综合自动控制装置也不断发展成为变电站综合自动化中的一个重要组成部分。3 1 电压和无功综
49、合控制的目标电力系统中，电压和无功功率的调整对电网的输电能力、安全稳定运行水平和降低电能损耗有极大的影响。因此要对电压和无功功率进行综合调控，保证实现包括电力部门和用户在内的总体运行技术指标和经济指标最佳，具体的调控目标如下：(1)维持供电电压在规定范围内。根据电力系统电压和无功电力技术导则中的规定，各级供电母线电压的允许波动范围：5 0 0(3 3 0)k V 变电所的2 2 0 k V母线：正常时0+1 0；事故时5+1 0。2 2 0 k V 变电所的3 5 1 l O k V 母线：正常时一3+7；事故时1 0。配电网的l O k V 母线：1 0 0 -1 0 7 k V。(2)保持
50、电力系统稳定和合适的无功平衡。主输电网络应实现无功分层平衡；地区供电网络应实现无功分区就地平衡的原则，才能保护各级变电所母线电压(包括用户入口电压)在导则的规定范围内。(3)保证在电压合格的前提下使电能损耗最小。为了达到以上目标必须增强第三章电力系统的电压无功综合控制对无功功率和电压的调控能力，充分利用现有的无功补偿设备和调压设备的作用对它们进行合理调控。3 2 电力系统电压无功综合控制的方式在变电站中，对电压和无功的综合控制，主要是自动调节有载调压变压器的分接头位置和自动控制无功补偿设备(电容器、电抗器和调相机等)的投切或控制其运行工况。通过对变电站内相关设备的控制来达到电压调整的目的，具体