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1、电压调整及AVC 国网技术学院 电网运行培训部,1,本课程介绍了国家电网无功和电压调整相关规定、电力系统无功与电压的关系、无功负荷电压特性、无功电压的监控与调整以及AVC系统。本课程从专业和实践的角度讲述了无功电压调整的方法和基本操作。,2,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AVC介绍操作案例,3,3,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。,1、监视电网功率因数,35-220kV变压器高压侧功率因
2、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。,监视各级电网功率因数，满足系统对功率因数的要求,一、国家电网无功电压调整新规定,4,（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。,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。,功率因数接近于1时，负荷波动减低，会出现无功倒送。,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
3、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。,5,（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。,设定上限，主要是考虑防止无功倒送和电压过高。,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。,（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。,6,电压棒图,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,7,发电厂和500kV变电所的220kV母线电压 正常运行方式，电
4、压允许偏差为 010 即：220242kV,220kV母线电压允许偏差,其他变电所220kV母线电压 正常运行方式，电压允许偏差为37 即：213.4235.4kV,8,110kV母线电压允许偏差为3 7%即：106.7117.7kV,11035kV母线电压允许偏差,10kV母线电压允许偏差为 07%即：1010.7kV,35kV母线电压允许偏差为3 7%即：33.9537.45kV,10kV母线电压允许偏差,9,1、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
5、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。,二、电压调整的相关知识,10,2、电压偏移的不利影响 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。,11,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,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,12,电压偏移过大，对电力系统本身不利,
6、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,13,3、电网电压偏低及偏高的原因,14,14,影响电压的因素,15,15,4、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；（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%,16,1、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？,课堂小结,17,电力系统的运行电压水平取决于系统的无功功率。,三、电力系统的无功特性和无功平衡,18,电力
7、系统电压调整需要通过调节无功功率来实现。,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。,18,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。,（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。,19,U,jxm,I0,j
8、x,.,.,U,Q,1,0.9,0.7,0.8,1、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,U,=0.3,=0.6,=0.8,1,0.9,0.7,0.8,（二）无功负荷与无功损耗,20,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,.,励磁功率与电压平方成正比,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,U,Q,1,0.9,0.7,0.8,U,=0.3,=0.6,=0.8,1,0.9,0.7,0.8,21,包括：励磁损耗 和漏抗损耗,2、变压器无功损耗,励磁功率
9、 大致与电压的平方成正比（铁损与电压平方成正比，因其占总网损的的一小部分，可忽略）,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%）,U,I0,jx,.,.,R,漏抗中的功率损耗与电压的平方成反比,22,无功损耗也有两部分组成：并联导纳中的无功损耗（容性）串联阻抗中的无功损耗（感性）,3、输电线路的无功损耗,U1,jB/2,R+jX,.,U2,.,P1+jQ1,P2+jQ2,jB/2,线路电抗无功功率损耗 与电流的平方成正比,线路电容充电功率 与电压的平方成正比,23,35kV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
10、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。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,24,（三）无功电源,25,1、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）,25,U,Eq,.,I,.,jXdI,.,.,IN,.,jXd,.,UN,.,发电机输出功率,Eq sin=IXd cos Icos=Eq sin/XdEq cos=U+IXd sin Isin=Eqcos/XdU/Xd,Eq,P=UIcosQ=UIsin,P=UIcos=
11、U Eq sin/XdQ=UIsin=U Eq cos/XdU2/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。,26,U,Eq,.,I,.,jXdI,.,.,P=UIcos=U Eq sin/XdQ=UIsin=U Eq cos/XdU2/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OC在该系统中的长度为oc=oc/(Xd/U)=(Eq cosU)/(Xd/U)=Q同理有ac=ac/(Xd/U)=(Eq sin/(Xd/U)=P,调节发电机励磁是调节无功的主要手段,o,o,c,a,Q(Xd/U),P(Xd/U),27,U,E
12、q,I,.,jXdI,.,.,o,o,c,a,Q(Xd/U),P(Xd/U),Eq1,Eq2,Eq3,c2,c1,c3,a1,a2,a3,Icos,b1,b,b3,b2,jXdI1,jXdI2,jXdI3,调节励磁，Eq端点a沿AA移动 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cos=1,A,A,B,B,a,I3,I2,I1,.,.,.,调节励磁原理,28,U,Eq,I,.,jXdI,.,.,o,o,c,a,Q(Xd/U),P(Xd/U),Eq1,Eq2,Eq3,c2,c1,c3,a1,a2,a3,Icos,b1,b,b3,b2,jXdI1,jXdI2,jXdI3,减少
13、励磁，使Eq端点移至a以左，Q0,电流I超前电压U,为进相运行状态。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，将有助于缓解电压调整的困难。,A,A,B,B,a,I3,I2,I1,.,.,.,进相运行,Eq,29,UN,E,.,IN,.,jXdIN,.,.,Q,P,C,B,A,D,IN,.,jXd,E,.,UN,.,当改变功率因数时，有功P、无功Q 要受定子电流额定值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。,发电机非额定功率因数下运行时可能发出的无功功率,o,30,UN,E,.,IN
14、,.,jXdIN,.,.,Q,P,C,B,A,D,IN,.,jXd,E,.,UN,.,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。,o,31,32,32,3.电容器,优点：运行维护简单，有功损耗小（约为容量的0.30.5），成本低，灵活方便。缺点：调节性能差。,33,4.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。,33,（四）无功平衡与电压水平的关系,电力系统对无功功率
15、的要求是：无功发大于供，并有一定的储备,34,34,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,当P为一定值时，得,U,E,.,I,.,jXI,.,.,P+jQ,IN,.,jX,E,.,U,.,35,U,E,.,I,.,jXI,.,.,P+jQ,IN,.,jX,E,.,U,.,36,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,37,当负荷
16、增加时，其无功电压特性如曲线 所示，如果系统的无功电源没有相应的增加，仍然是,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。显然，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,38,如果发电机具有充足的无功备用，通过调节励磁电流，增大发电机的电势E，则发电机的无功特性曲线向上移到，从而使曲线 和 的交点所确定的负荷节点电压达到或接近原来的。,39,可见，无功电源充足，能满足较高电压水平下的无功平衡的需要，系统就有较高的运行电压水平；反之，无功不足就反应为运行电压水平偏低，因此，应力求实现在额定电压下
17、的无功平衡，并根据这个要求装设必要的无功补偿装置,为了避免大量无功由输电线路远距离传送，造成大的电压损耗和功率损耗，无功应当做到分层分区平衡,实现无功功率在额定电压下的平衡是保证电压质量的基本条件,40,课堂小结,1、无功电源有那些？2、无功负荷有哪些？3、请画出无功与电压的关系曲线？,41,选择合适的中枢点；确定中枢点电压允许偏移范围；将电压偏移控制在允许范围内。,四、电压控制的策略,42,（一）电压监测点和中枢点的选择,42,43,对于220kV及以上电网，中枢点变电站设置的数量不应少于全网220kV及以上电压等级变电站总数的7%-10%,43,44,44,逆调压:最大负荷时保持中枢点电压
18、比线路额定电压高5%;最小负荷时,使中枢点电压降至线路额定电压。适用范围：中枢点到各负荷点线路长、负荷变化较大，变化规律大致相同。,45,2.顺调压：最大负荷时电压不低于线路额定电压102.5%;最小负荷时电压不高于线路额定电压的107.5%。适用范围:电压损耗小,负荷变动小,用户允许电压偏移大,3.恒调压：中枢点电压保持在比线路额定电压高25%。适用范围:电压损耗较小,负荷变动较小。,46,1、什么是电压中枢点？2、什么是电压监测点？3、什么是逆调压？,课堂小结,47,为了调整用户的端电压，可采取以下措施：1、调节励磁电流以改变发电机的端电压，称为发电机调压 2、适当选择变压器的变比，称为变
19、压器调压 3、改变线路的参数，从而减小电压损耗，称为串联补偿调压 4、改变无功功率的分布，称为运行方式调压,五、电压调整的方法,48,孤立发电厂不经升压直接供电的小电力网，线路上的电压损失不大，改变发电机端电压就可以满足要求,对于长线路多级供电的系统，电压变化太大，单靠发电机调压不行，只能满足近处地方负荷的电压要求。,1、发电机调压,49,P-Q曲线范围内调压,UN,E,.,IN,.,jXdIN,.,.,Q,P,C,B,A,D,进相运行调压,低谷负荷时，利用发动机吸收系统多余的无功，是降低电厂附近电压较为有效的调压方法。,当系统中无功电源不足，而有功备用容量又较充裕时，可利用靠近负荷中心的发电
20、机降低功率因数运行，多发无功功率，从而提高系统的电压水平。发电机运行点不应越出P-Q极限曲线的范围（一般情况下端电压的调节范围为5）,调相运行调压发电机不发有功，只输送无功,50,改变变压器变比调压,条件:从整个系统来看,必须无功电源充足。变压器本身不是无功电源,当系统中无功电源不足时,达不到调压要求,2、变压器调压,51,52,运行维护简单,3、电容器与电抗器调压,并联电容器补偿调压,原理:减少无功流动，直接减少线路有功损耗，减少电压损耗，从而提高电压,52,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
21、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。,53,并联电抗器主要装设在四个电压等级上：35kV、66kV、330kV和500kV,并联电抗器补偿调压,53,4、综合调压,各种调压方式的比较,54,54,综合调压的原则,55,55,无功补偿的原则；分层分区和就地平衡，避免经长距离线路或多级变压器传送无功功率 分层-是指主要承担有功功率传输的220kV及以上电网，应尽量保持各电压层间的无功平衡，减少各电压层间的无功串动；分区-是指110kV及以下的供电电网，应实现无功分区和就地平衡。总之，分层分区和就地平衡都是为了达到减少无功传
22、输产生的大量功率损耗为目的。,5、电网无功补偿技术,56,课堂小结,1、电压为什么不能全网集中调整？2、调压的方法有哪些?3、电容器调压的原理是什么？4、改变变压器档位调压应注意什么？,57,58,六、AVC介绍,(一）AVC的概念 电压无功优化自动控制（AVC）系统基于OPEN-3000调度自动化平台，其主要功能是在保证电网安全稳定运行前提下，保证电压和功率因数合格，并尽可能降低系统因不必要的无功潮流引起的有功损耗。,58,59,AVC与OPEN-3000平台一体化设计，从PAS网络建模获取控制模型、从SCADA获取实时采集数据并进行在线分析和计算，对电网内各变电所的有载调压装置和无功补偿设
23、备进行集中监视、统一管理和在线控制，实现全网无功电压优化控制闭环运行。,59,（二）AVC系统基本功能 利用电网实时运行数据，从整个电网的角度科学决策出最佳的无功电压调整方案，实现全网无功的分层分区协调控制，使系统的无功分配和各节点电压都能达到相对最优的状态，保证电压和电网关口功率因数合格。,60,60,61,全网无功优化控制。全网电压优化控制。控制全网关口力率。全网控制自动协调。分析及统计确定无功补偿点。,在网络模型的基础上，根据SCADA实时遥信信息，实时动态跟踪电网运行方式的变化，正确划分供电区域，实现动态分区调压。,主要功能,61,典型的地区电网区域接线图如下图所示：,62,63,(三
24、）AVC工作过程,63,64,AVC工作流程图,64,（1）在调度端进行电网无功优化计算，把结果下发到电网各可控节点（发电厂、变电站）。（2）电厂AVC装置根据下发的指令调整电厂的高压母线电压或机组的无功出力。（3）变电站AVC装置根据下发指令调整主变分接头，投、切变电站低压无功补偿设备。,（四）AVC控制手段,65,（1）提高电压合格率（2）优化电网无功潮流，使网损最小化（3）实现无功电压的自动调整，减轻调度及现场值班人员的劳动强度,66,(五）AVC控制目标,66,思考题：,1、AVC是什么？2、什么是电力系统的分层分区？3、AVC控制目标？,67,67,调整思路：电压低、功率因数合格，将
25、#1主变升1档。,案例1：曲水站#1主变档位在6档，35kVI段、10kVI段母线电压偏低（36.2kV、10.4kV）、功率因数合格。需调压。,36.2 kV,II,七、操作案例,68,操作步骤,口头令：将1号主变分接开关由6档调至7档,1、检查10kV段母线电压（10.4kV）,2、检查35kV段母线电压（36.2kV）,3、检查1号主变高压侧电流（131A）,4、检查1号主变有载调压分接开关档位在6档运行,5、将1号主变有载调压分接开关档位由6档调至7档,6、检查1号主变有载调压分接开关档位在7档运行,7、检查10kV段母线电压（10.5kV）,8、检查35kV段母线电压（36.7kV）
26、,档位 7,10.5 kV,36.7 kV,II,69,需要注意：若#1、#2主变并列运行，需由6档调 至8档时，其操作顺序如下：,II,70,调整思路：电压低、功率因数低，先投电容再升档。,案例2：110kV兴隆站10kVI段母线电压偏低（10.1kV）、功率因数0.9。需调整功率因数及10kVI段母线电压。,口头令：投入10kV#1、#2电容器；将1号主变分头由4档调至6档,10.1 kV,-9.2 Mvar,71,操作步骤：,1、检查10kVI段母线电压(10.1 kV),2、检查1号主变005开关无功数值（-9.2Mvar）,3、检查10kV#1电容器001 手车开关指示在分位,4、检
27、查10kV#2电容器002 手车开关指示在分位,5、合上10kV#1电容器001开关,6、合上10kV#2电容器002开关,7、检查10kV#1电容器001 开关电气指示在合位,8、检查10kV#2电容器002 开关电气指示在合位,9、检查1号主变010开关无功数值（-0.5Mvar）,72,10、检查10kV I段母线电压(10.2 kV),11、检查1号主变高压侧电流（131A）,12、检查1号主变有载调压分接开关档位在4档运行,13、将1号主变有载调压分接开关档位由4档调至5档,14、检查1号主变有载调压分接开关档位在5档运行,15、检查10kV I段母线电压(10.3 kV),16、将
28、1号主变有载调压分接开关档位由5档调至6档,17、检查1号主变有载调压分接开关档位在6档运行,18、检查10kV I段母线电压(10.4 kV),73,分析：城区负荷重、变化大，在高峰期间电压降低的原因主要是无功负荷增加，无功不足所引起，故优先考虑投入变电站并联电容器。,案例3：110kV城区变电站主变为有载调压变压器，额定电压11081.25%/11kV。10kV 电容器共四组,两组电容运行、两组开关热备用。高峰负荷期间10kV母线电压已低于10kV。试分析应采取哪些措施进行电压调整？,74,电压调整的思路：1、投入变电站#2、#4电容器2、改变变压器分接头（升档）3、将可转移负荷调整至其它变电站（各联络线负荷转走）,1、增加周边发电机无功出力 2、调整运行方式，改变供电结构 3、通知专线用户控制负荷 4、利用负控装置控制负荷,若采取以上措施后电压仍不合格，可采取调整发电机无功出力及改变网络结构等方法进行调整：,75,一.变压器功率因数与母线电压监控与调整二.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.无功电压自动优化调整七.电容投退和分头调整操作,课堂小结,76,
