電力系統(tǒng)有功無(wú)功及調(diào)整

1、第一節(jié) 功率三角形一、 概述 1、有功和無(wú)功的概念電力系統(tǒng)無(wú)論是發(fā)電廠發(fā)出的電能還是消費(fèi)的電能，其電功率都可分為有功功率和無(wú)功功率。有功功率就是指電能轉(zhuǎn)化為熱能或者機(jī)械能等形式被人們使用或消耗的能量，有功電能是我們最直接能感受到的電功率；而無(wú)功功率比較抽象，它是指用于建立電場(chǎng)能和磁場(chǎng)能相互交換所必須的、并用來(lái)在電氣設(shè)備中建立和維持磁場(chǎng)的那部分電功率。它不對(duì)外作功，而是轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪芰?，凡是有電磁線圈的電氣設(shè)備要建立磁場(chǎng)，都要消耗無(wú)功功率。無(wú)功功率決不是無(wú)用的功率，它的作用很大。電動(dòng)機(jī)需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)而帶動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)就是靠從電源取得無(wú)功功率建立的；變壓器也同樣需要無(wú)

2、功功率在變壓器的一次線圈建立磁場(chǎng)，進(jìn)而才能在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此沒(méi)有無(wú)功功率，電動(dòng)機(jī)就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，變壓器也不能變壓，交流接觸器也不會(huì)吸合。無(wú)功功率的符號(hào)用Q表示，單位為乏（Var）或千乏（kVar）。 發(fā)電廠(站）擔(dān)負(fù)著向用戶提供安全優(yōu)質(zhì)電能的任務(wù)，由于電能不能儲(chǔ)存，因此發(fā)電廠(站）必須按照用戶的需求向系統(tǒng)實(shí)時(shí)送出經(jīng)濟(jì)安全優(yōu)質(zhì)足量的有功和無(wú)功電能，確保總發(fā)出電能與總需求電能的平衡。 2、電能質(zhì)量的兩個(gè)重要指標(biāo)電壓和頻率是衡量電能質(zhì)量的兩個(gè)重要指標(biāo)，有功功率充足與否直接影響是頻率的變動(dòng)，而影響電壓質(zhì)量的直接因素就是無(wú)功功率。電力系統(tǒng)中各種用電設(shè)備只有在電壓和頻率為額定值時(shí)才能有安全運(yùn)行和最好的

3、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。但是在電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行中，用電負(fù)荷和系統(tǒng)運(yùn)行方式都是經(jīng)常變化的，也由此引起電壓和頻率發(fā)生變化，不可避免地出現(xiàn)電壓和頻率偏移。 電力系統(tǒng)運(yùn)行中，頻率的穩(wěn)定與否取決于有功功率的平衡，電壓水平高低取決于無(wú)功功率的平衡。系統(tǒng)中的有功電源和各種無(wú)功電源的功率輸出必須能滿足系統(tǒng)負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)損耗在額定狀態(tài)下對(duì)有功功率和無(wú)功功率的需求，否則就會(huì)偏離額定值，系統(tǒng)的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行指標(biāo)就不可能實(shí)現(xiàn)。二、功率三角形1、有功功率在交流電路中，凡是消耗在電阻元件上、功率不能可逆轉(zhuǎn)換的那部分功率（如轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、光能或機(jī)械能）稱為有功功率，簡(jiǎn)稱有功用“P”表示，單位是瓦（W）或千瓦（KW）。它反映了交流電源在電阻元

4、件上做功的能力大小，或單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌芰啃问降碾娔軘?shù)值。實(shí)際上它是交流電在一個(gè)周期內(nèi)瞬時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌芰啃问降碾娔軘?shù)值，故又稱平均功率。它的大小等于瞬時(shí)功率最大值的1/2，就是等于電阻元件兩端電壓有效值與通過(guò)電阻元件中電流有效值的乘積。2、無(wú)功功率無(wú)功功率比較抽象，它不對(duì)外作功。在交流電路中，凡是具有電感性或電容性的元件，在通過(guò)后便會(huì)建立起電感線圈的磁場(chǎng)或電容器極板間的電場(chǎng)。因此，在交流電每個(gè)周期內(nèi)的上半部分（瞬時(shí)功率為正值）時(shí)間內(nèi)，它們將會(huì)從電源吸收能量用建立磁場(chǎng)或電場(chǎng)；而下半部分（瞬時(shí)功率為負(fù)值）的時(shí)間內(nèi)，其建立的磁場(chǎng)或電場(chǎng)能量又返回電源。因此，在整個(gè)周期內(nèi)這種功率的平均值等于零。就是

5、說(shuō)，電源的能量與磁場(chǎng)能量或電場(chǎng)能量在進(jìn)行著可逆的能量轉(zhuǎn)換，而并不消耗功率。為了反映以上事實(shí)并加以表示，將電感或電容元件與交流電源往復(fù)交換的功率稱之為無(wú)功功率，簡(jiǎn)稱無(wú)功用“Q”表示。單位是乏（Var）或千乏(KVar)。無(wú)功功率是交流電路中由于電抗性元件（指純電感或純電容）的存在而進(jìn)行可逆性轉(zhuǎn)換的那部分電功率，它表達(dá)了交流電源能量與磁場(chǎng)或電場(chǎng)能量交換的最大速率。實(shí)際工作中，凡是有線圈和鐵芯的感性負(fù)載，它們?cè)诠ぷ鲿r(shí)建立磁場(chǎng)所消耗的功率即為無(wú)功功率。無(wú)功功率決不是無(wú)用功率，它的用處很大。電動(dòng)機(jī)需要建立和維持旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)就是靠從電源取得無(wú)功功率建立的；變壓器

6、也同樣需要無(wú)功功率，才能使變壓器的一次線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，在二次線圈感應(yīng)出電壓。因此，沒(méi)有無(wú)功功率，電動(dòng)機(jī)就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，變壓器也不能變壓，交流接觸器不會(huì)吸合。 在正常情況下，用電設(shè)備不但要從電源取得有功功率，同時(shí)還需要從電源取得無(wú)功功率。如果電網(wǎng)中的無(wú)功功率供不應(yīng)求，用電設(shè)備就沒(méi)有足夠的無(wú)功功率來(lái)建立正常的電磁場(chǎng)，這些用電設(shè)備就不能維持在額定情況下工作，用電設(shè)備的端電壓就要下降，用電設(shè)備就不能正常運(yùn)行。 無(wú)功功率不足對(duì)供電、用電產(chǎn)生的不良影響主要表現(xiàn)在： 降低發(fā)電機(jī)有功功率的輸出。 降低輸、變電設(shè)備的供電能力。 造成線路電壓損失增大和電能損耗的增加。 造成低功率因數(shù)運(yùn)行和電壓下降，使電氣設(shè)備容量得不到

7、充分發(fā)揮。 從發(fā)電機(jī)通過(guò)高壓輸電線供給的無(wú)功功率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了負(fù)荷的需要，所以在電網(wǎng)中需要添置一些無(wú)功補(bǔ)償裝置來(lái)補(bǔ)充無(wú)功功率，以保證用戶對(duì)無(wú)功功率的需要，使用電設(shè)備在額定電壓下工作。 3、視在功率交流電源所能提供的總功率，稱之為視在功率，在數(shù)值上是交流電路中電壓與電流的乘積。視在功率用S表示。單位為伏安（VA）或千伏安（KVA）。它通常用來(lái)表示交流電源設(shè)備（如變壓器）的容量大小。視在功率既不等于有功功率，也不等于無(wú)功功率，但它既包括有功功率，又包括無(wú)功功率。能否使視在功率100KVA的變壓器輸出100KW的有功功率，主要取決于負(fù)載的功率因數(shù)。4、功率三角形視在功率（S）、有功功率（P）及無(wú)功功

8、率（Q）之間的關(guān)系，可以用功率三角形來(lái)表示，如下圖所示。它是一個(gè)直角三角形，兩直角邊分別為Q與P，斜邊為S。S與P之間的夾角為功率因數(shù)它反映了該交流電路中電壓與電流之間的相位差（角）。 圖1 功率三角形 各種功率有如下關(guān)系式:第二節(jié) 有功功率和頻率調(diào)整一、頻率隨負(fù)荷的變化與影響1、頻率不穩(wěn)的影響 頻率是衡量電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，工業(yè)中普遍應(yīng)用的是異步電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速和輸出有功均與頻率有關(guān)，頻率的變化直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量，頻率的變化也影響電子設(shè)備的精確性。頻率不光是影響工農(nóng)業(yè)產(chǎn)品，對(duì)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行也是十分有害的。汽輪發(fā)電機(jī)在額定頻率下運(yùn)行時(shí)效率最佳，頻率偏高或偏低對(duì)葉片都有影響；電廠的給排水

9、泵、風(fēng)機(jī)等在頻率降低時(shí)都要減小出力，直接威脅到電力生產(chǎn)的安全；頻率降低時(shí)，異步電動(dòng)機(jī)和變壓器的勵(lì)磁電流增大，無(wú)功功率損耗增加，這些會(huì)使電力系統(tǒng)無(wú)功平衡和電壓調(diào)整增加困難。2、頻率偏差范圍 由于系統(tǒng)中的負(fù)荷隨時(shí)在變動(dòng)，發(fā)電機(jī)的電磁功率存在機(jī)械慣性，頻率是不可能絕對(duì)平衡的，因此電力系統(tǒng)中的頻率隨時(shí)都在變化。為了滿足用戶的需要，頻率的變化有個(gè)允許范圍，電力工業(yè)技術(shù)管理法規(guī)中規(guī)定的頻率偏差范圍為： 0.20.5HZ，一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家系統(tǒng)頻率偏移大致控制在不超過(guò)0.1 HZ3、系統(tǒng)負(fù)荷的分類 根據(jù)負(fù)荷的變化規(guī)律，系統(tǒng)負(fù)荷可以分為三種，第一種是變化幅度小，變化周期較短；第二種是變化周期較長(zhǎng)，屬于此類負(fù)荷的

10、主要有電爐，電氣機(jī)車等；第三種是變化緩慢的持續(xù)變動(dòng)負(fù)荷。 引起負(fù)荷變化的原因主要是工廠的作息制度、人民的生活規(guī)律等。當(dāng)然負(fù)荷的變化將引起頻率的相應(yīng)的變化。第一種變化負(fù)荷引起的頻率偏移將由發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器進(jìn)行調(diào)整，這種調(diào)整通常稱為頻率的一次調(diào)整；第二種負(fù)荷引起的頻率變動(dòng)僅靠調(diào)速器的作用往往不能將頻率偏移限制在容許范圍之內(nèi)，這時(shí)必須有調(diào)頻器參與頻率調(diào)整，這種調(diào)整通常稱為頻率的二次調(diào)整。二、有功功率與頻率的關(guān)系1、負(fù)荷的有功功率與頻率的關(guān)系當(dāng)頻率變化時(shí)，系統(tǒng)中的有功負(fù)荷也將發(fā)生變化，系統(tǒng)中有功負(fù)荷隨頻率的變化特性稱為負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性。根據(jù)所需的有功功率與頻率的關(guān)系可將負(fù)荷分成以下幾種：1）與頻率的

11、變化無(wú)關(guān)的負(fù)荷，如照明、整流負(fù)荷。2）與頻率的一次方成正比的負(fù)荷3）與頻率的二次方成正比的負(fù)荷4）與頻率的高次方成正比的負(fù)荷。整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)荷有功與頻率的關(guān)系式：當(dāng)頻率偏離額定值不大時(shí)，負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性常用一條直線近似表示。斜率 稱為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)，由全系統(tǒng)各類負(fù)荷比重決定，不同系統(tǒng)或同一系統(tǒng)不同時(shí)刻值都不同，它是不能整定的。2、發(fā)電機(jī)組的有功功率與頻率的關(guān)系當(dāng)系統(tǒng)有功功率平衡遭到破壞，引起頻率變化，原動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)將自動(dòng)改變?cè)瓌?dòng)機(jī)的進(jìn)水量，相應(yīng)增加或減少發(fā)電機(jī)出力，這種有功出力同頻率之間的關(guān)系稱為調(diào)速器的功-頻率靜態(tài)特性。機(jī)組的靜態(tài)調(diào)差系數(shù)上式與系統(tǒng)的負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)公式互為倒數(shù)，但區(qū)

12、別在多了一個(gè)負(fù)號(hào)，原因是系統(tǒng)中的有功功率是與頻率成正比變化：有功多了，頻率自然升高。發(fā)電機(jī)的有功與頻率成反比變化，并且符號(hào)相反。靜態(tài)調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)就是機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率。由靜態(tài)調(diào)差系數(shù)公式可以看出，調(diào)差系數(shù)愈小，頻率的偏移亦愈小，但是因受機(jī)組調(diào)速機(jī)構(gòu)的限制，調(diào)差系數(shù)的調(diào)整范圍是有限的。通常水輪機(jī)組取0.020.04。3、電力系統(tǒng)的有功功率與頻率調(diào)節(jié)關(guān)系要確定電力系統(tǒng)的負(fù)荷變化引起的頻率波動(dòng)，需要同時(shí)考慮負(fù)荷及發(fā)電機(jī)組兩者的調(diào)節(jié)效應(yīng)。 為簡(jiǎn)單起見(jiàn)只考慮一臺(tái)機(jī)組和一個(gè)負(fù)荷的情況.把負(fù)荷和發(fā)電機(jī)的靜態(tài)特性畫(huà)在一張圖上。 圖2 發(fā)電機(jī)組的p-f曲線 現(xiàn)假定系統(tǒng)負(fù)荷增加了PD0，其特性曲線變?yōu)镻2（f）

13、,發(fā)電機(jī)組仍是原來(lái)的特性，那么新的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行點(diǎn)將由P2(f)和發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)特性的交點(diǎn)B決定，與此相應(yīng)的系統(tǒng)頻率為f2，由圖可見(jiàn)，由于頻率變化了f, 且f=f2-f10此時(shí)發(fā)電機(jī)的功率輸出的增量PG=-KGf由于負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)所產(chǎn)生的負(fù)荷功率變化為“PD=KDf當(dāng)頻率下降時(shí)，PD是負(fù)的。故負(fù)荷功率的實(shí)際增量為：PD+PD0=PD0+KDf它應(yīng)同發(fā)電機(jī)組的功率增量相平衡，即PD+PD0=PG PD0=-（KG+KD）f=-kf根據(jù)上式可知:系統(tǒng)負(fù)荷增加時(shí),在發(fā)電機(jī)組功率頻率特性和負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)共同作用下又達(dá)到了新的功率平衡,即:一方面,負(fù)荷增加,頻率下降,發(fā)電機(jī)按有差調(diào)節(jié)特性增加輸出；另一

14、方面負(fù)荷實(shí)際取用的功率也因頻率的下降而有所減小。根據(jù)圖可知：發(fā)電機(jī)組已經(jīng)滿載運(yùn)行，即運(yùn)行到D點(diǎn)，在D點(diǎn)以后，發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)特性將是一條與縱軸平行的直線，在這段KG=0。當(dāng)系統(tǒng)的負(fù)荷再增加時(shí)，由于發(fā)電機(jī)已沒(méi)有可調(diào)節(jié)的容量，不能再增加輸出了，只有靠頻率下降后負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)的作用來(lái)取得新的平衡，但由于負(fù)荷的調(diào)節(jié)效應(yīng)數(shù)值比較小，所以負(fù)荷增加所引起的頻率下降就相當(dāng)嚴(yán)重了。三、電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整1、自動(dòng)發(fā)電控制AGC系統(tǒng)利用調(diào)度監(jiān)控計(jì)算機(jī)、通道、遠(yuǎn)方終端、執(zhí)行裝置、發(fā)電機(jī)組自動(dòng)化裝置等組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)、調(diào)整電力系統(tǒng)的頻率來(lái)控制發(fā)電機(jī)出力。它是電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化的主要內(nèi)容之一。 （1）簡(jiǎn)介 AG

15、C是發(fā)電機(jī)組在規(guī)定的出力調(diào)整范圍內(nèi)，跟蹤電力調(diào)度下發(fā)的指令，按照一定調(diào)節(jié)速率實(shí)時(shí)調(diào)整發(fā)電出力滿足電力系統(tǒng)頻率和聯(lián)絡(luò)線功率控制要求的操作，或者說(shuō)自動(dòng)發(fā)電控制是對(duì)電網(wǎng)部分機(jī)組出力進(jìn)行調(diào)整,以滿足控制目標(biāo)要求?；竟δ苁牵贺?fù)荷頻率控制（LFC）、經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制（EDC）、備用容量監(jiān)視（RM）、AGC性能監(jiān)視（AGC PM）、聯(lián)絡(luò)線偏差控制（TBC）等?；灸繕?biāo)是：保證發(fā)電出力與負(fù)荷平衡，保證系統(tǒng)頻率為額定值。電力系統(tǒng)的供電頻率是系統(tǒng)正常運(yùn)行的主要參數(shù)之一，若總輸出功率與總功率消耗之間失去平衡時(shí)頻率就發(fā)生波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)頻率崩潰，要保證電能的質(zhì)量，就必須對(duì)電力系統(tǒng)頻率進(jìn)行監(jiān)視和調(diào)整。當(dāng)頻率偏離額定值后

16、，就調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的出力以使電力系統(tǒng)的有功功率達(dá)到新的平衡。所以，自動(dòng)發(fā)電控制是通過(guò)對(duì)供電頻率的監(jiān)測(cè)、調(diào)整實(shí)現(xiàn)的。 一個(gè)大的電力系統(tǒng)是由幾個(gè)區(qū)域電力系統(tǒng)通過(guò)聯(lián)絡(luò)線互聯(lián)構(gòu)成。各區(qū)域電力系統(tǒng)按預(yù)定計(jì)劃進(jìn)行功率交換。每一個(gè)區(qū)域電力系統(tǒng)的負(fù)荷、線路損耗與聯(lián)絡(luò)線凈交換功率之和必須與該地區(qū)的發(fā)電出力相等。 （2）控制指標(biāo)自動(dòng)發(fā)電控制的功能指標(biāo)為 1）電力系統(tǒng)頻率偏差(f)小于0.1Hz。 2）與鄰區(qū)電力系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線凈交換功率保持在計(jì)劃值。 （3）調(diào)頻廠與非調(diào)頻廠參加調(diào)頻的發(fā)電廠稱為調(diào)頻廠，對(duì)調(diào)頻廠的要求為： 1）所有調(diào)頻廠的調(diào)速系統(tǒng)均應(yīng)符合自動(dòng)控制的要求，調(diào)整靈敏，死區(qū)小等； 2）水電廠的機(jī)組自動(dòng)裝置和火電廠的

17、常規(guī)熱工自動(dòng)裝置應(yīng)完好地投用； 3）水電站的機(jī)組可調(diào)容量應(yīng)滿足0100的要求； 4）火電廠的可調(diào)容量要求滿足50100額定范圍內(nèi)調(diào)整。負(fù)荷變動(dòng)速度要求最大為每分鐘3%額定值。2、頻率調(diào)整和電壓的關(guān)系電力系統(tǒng)中的有功功率和無(wú)功功率需求既同電壓有關(guān)，也同頻率有關(guān)，頻率或電壓的變化都將通過(guò)系統(tǒng)的負(fù)荷特性同時(shí)影響到有功功率和無(wú)功功率的平衡。當(dāng)系統(tǒng)中的頻率下降時(shí)，無(wú)功需求略有增加；頻率高時(shí)，無(wú)功需求略有減少。當(dāng)電網(wǎng)中的電壓提高時(shí)，負(fù)荷所需的有功功率將要增加，電網(wǎng)中的損耗略有減少，系統(tǒng)總的有功功率需求有所增加。如果有功電源不充裕，將引起頻率的下降；當(dāng)電壓降低時(shí)，系統(tǒng)總的有功需求將要減少，從而導(dǎo)致頻率的升高

18、。當(dāng)系統(tǒng)由于有功和無(wú)功不足引起頻率和電壓都偏低時(shí)，應(yīng)該首先解決有功功率平衡的問(wèn)題，因?yàn)轭l率的提高能減少無(wú)功功率的缺額，這對(duì)于調(diào)整電壓是有利的；但如果首先去提高電壓，就會(huì)擴(kuò)大有功的缺額，導(dǎo)致頻率更加下降，因而無(wú)助于改善系統(tǒng)的運(yùn)行條件。調(diào)頻和調(diào)壓的區(qū)別，全系統(tǒng)的頻率是統(tǒng)一的，調(diào)頻涉及整個(gè)系統(tǒng)，而無(wú)功功率平衡和電壓調(diào)整則有可能按地區(qū)解決。第三節(jié) 無(wú)功功率與電壓調(diào)整一、電壓的變化與影響 1、電壓不穩(wěn)的影響 電壓是衡量電能質(zhì)量的又一個(gè)重要指標(biāo)，電壓過(guò)高或過(guò)低都會(huì)對(duì)用戶造成不良的影響： （1）、低電壓的危害： 在電力系統(tǒng)中最常見(jiàn)的用電設(shè)備是異步電動(dòng)機(jī)、各種電熱設(shè)備、照明用具以及家用電器。這些設(shè)備與電壓的關(guān)

19、系十分密切。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是與電壓的平方成正比，當(dāng)電壓下降時(shí)轉(zhuǎn)矩也下降，如果電動(dòng)機(jī)所拖的機(jī)械負(fù)荷不變，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差增大，定子電流也隨之增大，發(fā)熱加劇繞組溫度增高，加速絕緣老化，當(dāng)電壓再低時(shí)，電動(dòng)機(jī)將停轉(zhuǎn)；電壓降低，照明燈不亮，電爐冶煉時(shí)間長(zhǎng)，降低效率；電壓降低，會(huì)使網(wǎng)絡(luò)中的功率損耗和能量損耗將加大，電壓過(guò)低還可能危及電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。 （2）、電壓高的危害： 電壓偏高，用電設(shè)備的使用壽命將縮短，加在設(shè)備上的電場(chǎng)變強(qiáng)，使介質(zhì)中的局部產(chǎn)生放電就是電老化，在超高壓網(wǎng)絡(luò)中還將增加電暈損耗等。 2、電壓偏差允許范圍 電力系統(tǒng)根據(jù)電壓等級(jí)的不同，制定了各類用戶的電壓偏差允許范圍：1）35kV及以上用戶供電電

20、壓正負(fù)偏差絕對(duì)值之和不超過(guò)額定電壓的10%。2）10kV用戶的電壓允許偏差值，為系統(tǒng)額定電壓的7%。3）380V用戶的電壓允許偏差值，為系統(tǒng)額定電壓的7%。4）220V用戶的電壓允許偏差值，為系統(tǒng)額定電壓的+5%-10%。 事故后考慮時(shí)間較短，事故又不經(jīng)常發(fā)生，電壓偏移容許比正常值再多5%。二、 無(wú)功功率與電壓的關(guān)系 1、負(fù)荷的無(wú)功與電壓的關(guān)系電力系統(tǒng)負(fù)荷中，大部分是感性負(fù)荷，需要消耗無(wú)功功率，現(xiàn)在以幾個(gè)典型的無(wú)功負(fù)荷研究無(wú)功功率與電壓的關(guān)系。1）異步電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)是電力系統(tǒng)中的主要無(wú)功負(fù)荷，占了比較大的比重。根據(jù)異步電動(dòng)機(jī)的等值電路，列出它所消耗的無(wú)功功率為：為勵(lì)磁功率同電壓平方成正比，實(shí)

21、際上當(dāng)電壓較高時(shí)，由于飽和影響，勵(lì)磁電抗還將下降，所需的無(wú)功會(huì)更多； 為漏抗所需的無(wú)功損耗，如果負(fù)載功率不變，當(dāng)電壓降低時(shí)，轉(zhuǎn)差將增大，定子電流隨之增大，相應(yīng)地在漏抗中的無(wú)功損耗也要增大。綜合這兩部分無(wú)功功率的變化特點(diǎn)，可得異步電機(jī)的無(wú)功功率與端電壓的關(guān)系曲線如圖。圖3 電動(dòng)機(jī)的Q-v曲線可見(jiàn)，在額定電壓附近，電動(dòng)機(jī)的無(wú)功功率隨電壓的升降而增減，當(dāng)電壓明顯地低于額定值時(shí)，無(wú)功功率主要由漏抗中的無(wú)功損耗決定，隨電壓下降具有上升的性質(zhì)。2）變壓器的無(wú)功損耗變壓器無(wú)功損耗包括勵(lì)磁損耗和漏抗損耗。勵(lì)磁功率大致與電壓平方成在正比，當(dāng)通過(guò)變壓器的視在功率不變時(shí)，漏抗中損耗的無(wú)功功率與電壓平方正反比，變壓器

22、的無(wú)功損耗電壓特性也與異步電動(dòng)機(jī)的相似。由于變壓器的、數(shù)值比較大，變壓器在額定情況下，消耗的無(wú)功功率的數(shù)值相當(dāng)可觀，因此變壓器空載運(yùn)行也要消耗電能。3）輸電線路的無(wú)功損耗 輸電線路用形等值電路表示線路串聯(lián)電抗中的無(wú)功功率損耗與所通過(guò)電流的平方成正比：即 線路電容的充電功率 線路的無(wú)功功率總損耗為 +=從線路的無(wú)功功率總損耗可以看出，線路輕載時(shí)，線路的無(wú)功總損耗為負(fù)，電路變?yōu)榱藷o(wú)功電源，因此晚高峰過(guò)后，有的電廠機(jī)組需深度進(jìn)相運(yùn)行。從以上幾個(gè)典型的無(wú)功損耗元件的無(wú)功損耗特性可以看出，電壓與無(wú)功成在緊密的關(guān)系。2、無(wú)功電源與電壓的關(guān)系電壓是電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的又一個(gè)重要指標(biāo)，系統(tǒng)中的無(wú)功電源出力應(yīng)滿足

23、系統(tǒng)所有無(wú)功負(fù)荷加網(wǎng)絡(luò)損耗的需求，否則電壓就會(huì)偏離額定值。電壓偏低時(shí)，系統(tǒng)中的功率損耗和能量損耗就會(huì)加大，電壓過(guò)低時(shí)還可能危及系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，甚至引起電壓崩潰；電壓過(guò)高時(shí)，各種電氣設(shè)備的絕緣可能受到損害，只有通過(guò)合理的無(wú)功補(bǔ)償才能使電壓水平達(dá)到額定運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)和滿足用戶的要求。在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，無(wú)功電源在任何時(shí)刻都應(yīng)同負(fù)荷的無(wú)功功率加電網(wǎng)的無(wú)功損耗之和（及總的無(wú)功負(fù)載）相等，也就是說(shuō)無(wú)論何時(shí)電網(wǎng)中的無(wú)功總是平衡的，問(wèn)題在于無(wú)功的這種平衡是在什么樣的電壓水平下實(shí)現(xiàn)的。圖4 無(wú)功電源與電壓的關(guān)系曲線系統(tǒng)總的無(wú)功電源包括發(fā)電機(jī)輸出的無(wú)功功率和各種無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的無(wú)功功率。上圖所示的無(wú)功電源與電壓的關(guān)系

24、曲線中，1、3是系統(tǒng)（無(wú)功電源）的無(wú)功電壓曲線，2、4是負(fù)荷的無(wú)功電壓曲線。 如果此時(shí)系統(tǒng)的無(wú)功功率是平衡的，那么曲線1與曲線2的交點(diǎn)a，即為額定電壓下的無(wú)功平衡點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的電壓就是額定電壓Ue；當(dāng)負(fù)荷無(wú)功增加時(shí)，負(fù)荷的無(wú)功電壓特性如曲線4，如果此時(shí)系統(tǒng)的無(wú)功沒(méi)有相應(yīng)的增加，電源的電壓無(wú)功特性曲線仍為曲線1，這時(shí)曲線1與曲線4的交點(diǎn)c就代表了新的無(wú)功平衡點(diǎn)，并由此決定了負(fù)荷電壓為Ua，顯然 UaUe，這說(shuō)明負(fù)荷無(wú)功增加后，系統(tǒng)的無(wú)功總電源已不能滿足在額定電壓Ue下無(wú)功平衡的需要，因此，只好降低電壓運(yùn)行，以取得在較低電壓Ua下的無(wú)功功率平衡。如果此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電機(jī)又無(wú)充足的無(wú)功備用，我們只有通過(guò)投入

25、無(wú)功補(bǔ)償電容器，使系統(tǒng)的無(wú)功電壓特性曲線上移到曲線3，從而使曲線3與曲線4的交點(diǎn)b所確定的電壓接近額定電壓Ue。 所以，投切無(wú)功補(bǔ)償裝置可以補(bǔ)償系統(tǒng)無(wú)功、穩(wěn)定和提高系統(tǒng)電壓水平，確保在額定電壓Ue下的無(wú)功平衡。三、 電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整1、電壓的調(diào)整概述電壓的調(diào)整，一般采用就地調(diào)整，因?yàn)樵诰€路上傳輸無(wú)功既增加電壓損耗，又增加有功損耗。調(diào)壓方式：逆調(diào)壓、順調(diào)壓、常調(diào)壓。大負(fù)荷時(shí)升高電壓、小負(fù)荷時(shí)降低電壓，這種調(diào)壓方式稱為“逆調(diào)壓”。大負(fù)荷時(shí)允許偏低電壓運(yùn)行，但不能低于額定值的2.5%；小負(fù)荷時(shí)允許偏高一些運(yùn)行，但不超過(guò)額定電壓的7.5%，這種方式成為順調(diào)壓。介于逆調(diào)壓和順調(diào)壓之間的調(diào)壓叫常調(diào)壓，即

26、在任何負(fù)荷下，中樞點(diǎn)電壓保持為恒定的數(shù)值。逆調(diào)壓方式用于遠(yuǎn)距離、負(fù)荷波動(dòng)大的中樞點(diǎn)； 順調(diào)壓方式用于離負(fù)荷中心近、或負(fù)荷波動(dòng)小的中樞點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)整的方法：1）發(fā)電機(jī)調(diào)壓改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的大小進(jìn)行調(diào)壓。2）改變變壓的分接頭進(jìn)行調(diào)壓一般廠站的主變壓器高壓側(cè)都有分接頭，能改變分接頭進(jìn)行調(diào)壓。變壓器調(diào)壓是有級(jí)調(diào)壓，變化幅度比較大。變壓器調(diào)壓分為：有載調(diào)壓和無(wú)載調(diào)壓。3）改變網(wǎng)絡(luò)的無(wú)功功率分配各電力網(wǎng)的網(wǎng)點(diǎn)采用無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)償。4）改變線路參數(shù)在線路上串接電容器。利用電容器的容抗補(bǔ)償線路的感抗，使電壓損耗中分量減小，從而提高線路末端電壓。未串前： 串后:以上兩式電壓損耗之差，使線路末端電壓提高的

27、數(shù)值串聯(lián)接入的電容器安裝地點(diǎn)與負(fù)荷和電源的分布有關(guān),地點(diǎn)選擇的原則是:使沿線電壓盡可能均勻,各負(fù)荷點(diǎn)電壓都在允許范圍內(nèi)。電容的串接要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)來(lái)定,對(duì)單電源線路,要求到線路末端安裝,這樣可以避免始端電壓過(guò)高和通過(guò)電容器的短路電流過(guò)大；對(duì)沿線有若干個(gè)負(fù)荷,安裝在補(bǔ)償前產(chǎn)生二分之一線路電壓損耗之處.串補(bǔ)一般用于35KV、10KV、負(fù)荷波動(dòng)大而頻繁、功率因數(shù)又很低的配電線路上，補(bǔ)償所需要的容抗值XC和被補(bǔ)償線路原來(lái)的感抗值XL之比稱為補(bǔ)償度一般選在14之間。對(duì)超高壓輸電線路加上串補(bǔ)，其作用在于提高輸送容量和提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，其補(bǔ)償度也不一致。 2、自動(dòng)電壓控制AVC系統(tǒng)介紹電網(wǎng)自動(dòng)無(wú)功電壓閉環(huán)控制

28、系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱AVC系統(tǒng))是通過(guò)監(jiān)視關(guān)口的無(wú)功和變電站母線電壓，保證關(guān)口無(wú)功和母線電壓合格的條件下進(jìn)行無(wú)功電壓優(yōu)化計(jì)算，通過(guò)改變電網(wǎng)中可控?zé)o功電源的出力，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的投切，變壓器分接頭的調(diào)整來(lái)滿足安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件，提高電壓質(zhì)量，降低網(wǎng)損。系統(tǒng)優(yōu)化的目標(biāo)為關(guān)口無(wú)功合格，母線電壓合格，網(wǎng)損最優(yōu)。圖5為AVC系統(tǒng)的原理框圖?，F(xiàn)根據(jù)圖5對(duì)系統(tǒng)簡(jiǎn)單介紹如下:(1)AVC系統(tǒng)接口與SCADA系統(tǒng)的的連接它是通過(guò)地區(qū)變電站內(nèi)的RTU與系統(tǒng)服務(wù)器及SCADA工作站通信的，所以每個(gè)變電站內(nèi)都要有遠(yuǎn)方終端，它是電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分，它的主要任務(wù)是將變電站的實(shí)時(shí)運(yùn)行信息送給調(diào)度控制中心，把調(diào)度的控制、調(diào)節(jié)

29、等命令送給廠站執(zhí)行。(2) AVC系統(tǒng)接口與省網(wǎng)主站AVC系統(tǒng)的連接通過(guò)與省網(wǎng)主站AVC系統(tǒng)的連接通信，地區(qū)電網(wǎng)可根據(jù)省局下發(fā)的無(wú)功指令對(duì)電容器和變壓器分接頭進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)各變電站進(jìn)行電壓無(wú)功的調(diào)整，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)地區(qū)電網(wǎng)的無(wú)功優(yōu)化控制。(3) 系統(tǒng)的基本功能 全網(wǎng)電壓優(yōu)化功能:當(dāng)無(wú)功功率流向合理，某變電站10kV側(cè)母線電壓越上限或越下限運(yùn)行，處在不合理范圍時(shí)，分析同電源、同電壓等級(jí)變電站和上級(jí)變電站電壓情況，決定是調(diào)節(jié)本變電站有載主變分接頭開(kāi)關(guān)還是調(diào)節(jié)上級(jí)電源變電站有載主變分接頭開(kāi)關(guān)檔位，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)調(diào)節(jié)電壓，可以達(dá)到以盡可能少的有載調(diào)壓變壓器分接開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)，達(dá)到最大范圍地提高電壓水平，同時(shí)避免了多

30、變電站多主變同時(shí)調(diào)節(jié)主變分接開(kāi)關(guān)可能引起的調(diào)節(jié)振蕩。圖5 自動(dòng)電壓無(wú)功控制系統(tǒng)原理框圖全網(wǎng)調(diào)節(jié)電壓，可以達(dá)到以盡可能少的有載調(diào)壓變壓器分接開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)，達(dá)到最大范圍地提高電壓水平，同時(shí)避免了多變電站多主變同時(shí)調(diào)節(jié)主變分接開(kāi)關(guān)可能引起的調(diào)節(jié)振蕩。實(shí)施有載調(diào)壓變壓器分接開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)優(yōu)化分配，保證了電網(wǎng)有載調(diào)壓變壓器分接開(kāi)關(guān)動(dòng)作安全和減少日常維護(hù)工作量。實(shí)現(xiàn)熱備用有載調(diào)壓變壓器分接開(kāi)關(guān)檔位聯(lián)調(diào)，使熱備用有載調(diào)壓變壓器分接開(kāi)關(guān)檔位與運(yùn)行有載調(diào)壓變壓器分接開(kāi)關(guān)檔位一致調(diào)節(jié)，可迅速完成熱備用變壓器的并聯(lián)運(yùn)行。 全網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化功能:當(dāng)電網(wǎng)內(nèi)各級(jí)變電站電壓處在合格范圍內(nèi)時(shí)，可控制本級(jí)電網(wǎng)內(nèi)無(wú)功功率流向，使其更為

31、合理，達(dá)到無(wú)功功率分層就地平衡，提高受電功率因數(shù)。依據(jù)電網(wǎng)對(duì)電壓、無(wú)功變化的需要，計(jì)算并決策同電壓等級(jí)不同變電站電容器組、同變電站不同容量電容器組誰(shuí)優(yōu)先投入。省網(wǎng)關(guān)口功率因數(shù)不合格時(shí)，優(yōu)化220kV及其下級(jí)變電所的電容器組的投切。無(wú)功電壓綜合優(yōu)化功能:當(dāng)變電站10kV母線電壓越上限時(shí)，先降低主變分接開(kāi)關(guān)檔位，如達(dá)不到要求，再切除電容器。當(dāng)變電站10kV母線電壓超下限時(shí)，先投入電容器，達(dá)不到要求時(shí)，再提高主變分接開(kāi)關(guān)檔位，盡可能做到電容器投入量達(dá)到最合理。預(yù)測(cè)10kV母線電壓和負(fù)荷變化，防止無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備投切振蕩。網(wǎng)損的優(yōu)化：在電壓和功率都合格的情況下，通過(guò)設(shè)備的電壓、網(wǎng)損靈敏度分析和綜合的調(diào)整費(fèi)用來(lái)進(jìn)行排隊(duì)選擇控制的設(shè)備。對(duì)設(shè)備的控制保證電壓合格，同時(shí)不引起電壓的太大變化。通過(guò)定義設(shè)備的調(diào)整費(fèi)用來(lái)控制調(diào)整頻度和調(diào)整優(yōu)先級(jí)。實(shí)現(xiàn)逆調(diào)壓：軟件系統(tǒng)可以根據(jù)當(dāng)前的負(fù)荷水平，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)高峰負(fù)荷電壓偏上限運(yùn)行，低谷負(fù)荷電壓偏下限運(yùn)行的逆調(diào)壓功能。電壓校正、功率因數(shù)校正、網(wǎng)損優(yōu)化這三個(gè)功能的優(yōu)先級(jí)根據(jù)用戶考