第四章电力系统电压调整和无功功率控制技术

第一章 发电机的自动并列 （题型：选择题、简答题）1、 同步发电机并列有哪几种方式？准同期并列（一般采用） 自同期并列（很少采用）2、 同步发电机准同期并列的理想条件是什么？(1) fG=fX 待并发电机频率与系统频率相等，即滑差(频差)为零； (2) UG=UX待并发电机电压与系统电压的幅值相等，即压差为零； (3)δe=0 断路器主触头闭合瞬间，待并发电机电压与系统电压间的瞬时相角差为零。

3、 同步发电机机端电压与电网电压差值的波形是什么形式？第二章 同步发电机励磁自动控制系统 （题型：选择题、简答题、计算分析题）1、 同步发电机励磁自动控制系统由哪几部分组成？励磁调节器，励磁功率单元和发电机2、 同步发电机励磁系统由哪几部分组成？励磁调节器励磁功率单元3、 同步发电机感应电动势和励磁电流关系：等值电路图和矢量图图2-2 同步发电机感应电动势和励磁电流关系(a) 同步发电机运行原理；(b) 等值电路；(c) 矢量图)(b q E •G U •G I •x d )(a GEWG U •G I G EF I EF U G U •ϕx I j dG •x I j d Q •PI •G I •ϕI •q E •δG )(c4、 励磁控制系统的基本任务。

电压调节、无功分配、 提高发电机运行稳定性、 改善电力系统运行条件、 水轮发电机组要求实现强行减磁第三章电力系统频率及有功功率的自动调节（题型：选择题、名词解释、简答题、计算分析题）1、一次、二次、三次调频的概念及区别。

第一种负荷变化引起的频率偏移，利用调速器来调整原动机的输入功率，这称为频率的一次调整。

第二种负荷变化引起的频率偏移较大，必须由调频器参与控制和调整，这称为频率的二次调整。

第三种负荷变化，调度部门预先编制的的日负荷曲线，按照经济原则分配到各个发电厂间。

2、负荷的频率调节效应系数KL的计算。

（例题3-1；3-2）3、常用的几种调频方法都有哪些？各自的特点是什么？哪些可以做到无差调频？一、有差调频法：各调频机组同时参加调频无先后之分、计划外负荷在调频及组间按一定比例分配、频率稳定值得偏差较大。

电力系统无功、电压调整与控制技术综述摘要文中针对近年来国内外典型的电压/无功控制策略进行总结与评述，如九区图法、五区图法和模糊控制、专家系统、神经网络等智能优化控制方法等。

另外对无功电压就地控制等方法进行介绍。

全面分析比较了其设计思想、调节判据及各自的优缺点；并结合电力系统通信、电压稳定性、自动电压控制技术的最新发展，就电压无功控制最新成果进行了综述；最后对未来电压无功控制在电网运行中有待于研究的问题提出了几点展望。

关键词：无功，智能优化，综述，展望0 引言保证频率和电压的稳定是电力系统最基本的控制目标。

电压是衡量电能质量的重要技术指标，对电力系统的安全经济运行、保证用户安全生产和产品质量以及电气设备的安全和寿命具有重要影响。

19世纪70、80年代法国、美国、瑞典、巴西、日本等国家相继发生电压崩溃性事故，这些以电压崩溃特征的电网瓦解事故每次均带来巨大的经济损失，同时也引起了社会的极大混乱。

而电压崩溃是由系统运行中的电压偏移未能良好的进行调整演变而成。

任何电压偏移都会带来经济和安全方面的不利影响，例如：用电设备工作在额定电压以外的电压情况下效率会下降；电压过高会大大缩短白炽灯一类照明设备的寿命，并且对设备的绝缘产生不利的影响；电压过低会严重影响异步电动机的工作性能，由此工业产品中会产生大量的次品废品，甚至会损坏电动机。

当系统出现故障时，电压会降低，如果不及时地采用合理有效的措施对电压进行调整，就会引起电压崩溃进而电网瓦解等重大灾难性事故。

因此，电压调整是保证电网安全可靠运行的重要方面之一。

保证用户处的电压接近额定值是电力系统运行调整的基本任务之一。

由于高压输电系统具有X/R高比值的特点，频率/有功功率和电压/无功功率通常可以解耦来考虑。

对于大区电网和省网，对于频率/有功功率控制采用自动发电控制(AGC)，对于电压/无功功率则采用自动电压控制(A VC)。

但对于大多数地区电网调度而言，电网频率控制一般不作为其主要职责，而电压/无功控制(VQC)则作为其主要任务而倍受重视。

电力系统的无功功率和电压调整前言在今天的社会中，电力系统已经成为了我们日常生活中不可或缺的一部分，而电力系统中的无功功率和电压调整则是其最重要的组成部分之一。

无功功率和电压调整可以保证电力系统的正常运行和稳定性，从而保障了人们生活的安全和稳定。

本文将会针对电力系统的无功功率和电压调整进行介绍和分析。

无功功率定义无功功率是指在交流电中由于电容、电感电流的相位与电压不同而引起的电流，它不能转化为机械功或电能的功率。

虽然无功功率不能直接输出，但是在电力系统中同样是非常重要的，因为它能够影响到电力系统的正常稳定运行。

无功功率的作用在电力系统中，无功功率具有很重要的作用。

第一，无功功率能够平衡电力系统中的有功功率，从而保证电力系统的电压和频率的稳定性。

当有功功率的需求增加时，无功功率就会自动地增加以保持电力系统的稳态；而当有功功率的需求减少时，无功功率也会自动地减少。

第二，无功功率还可以改善电力系统的功率因数。

正常情况下，电力系统的功率因数应该在0.8至1之间，但有些设备如电容器和电感器等会使功率因数发生变化。

而通过对无功功率的调整，我们就可以将功率因数调整到正常范围内，从而保证电力系统的正常运行。

无功功率的调整方法一般来说，无功功率的调整主要有以下几种方法：•静态无功发生器。

静态无功发生器是通过静态电子管将直流电分解成交流电来产生无功功率的。

它具有无机械运动、静音、响应快等优点，因此得到了广泛应用。

•动态无功补偿设备。

动态无功补偿设备可以根据负载状况自动调整无功功率，从而保持电网的稳定性。

这种设备具有响应时间快、可控性强等优点，在大型电力系统中尤为重要。

•磁流控制器。

磁流控制器是利用变压器的饱和磁路特性，通过控制原边电流和二次电流的相位差，调节负载电流，从而达到调整无功功率的目的。

电压调整定义电压调整是指对电力系统电压的控制和调节。

在电力系统中，电压的稳定性对于保证电网正常运行是非常重要的。

如果电压过高或者过低，都会对电力系统的正常运行产生不利的影响。

国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定第一章总则第一条电压质量是电能质量的重要指标之一。

电力系统的无功补偿与无功平衡，是保证电压质量的基本条件，对保证电力系统的安全稳定与经济运行起着重要的作用。

为保证国家电网公司系统电压质量，降低电网损耗，向用户提供电压质量合格的电能，根据国家有关法律法规和《电力系统安全稳定导则》、《电力系统电压和无功电力技术导则》及相关技术标准，特制订本规定。

第二条本规定适用于国家电网公司各级电网企业。

所属发电机组并网运行的发电企业、电力用户应遵守本规定。

第三条各电网有限公司、省（自治区、直辖市）电力公司可根据本规定结合本企业的具体情况制订实施细则。

第二章电压质量标准第四条本规定中电压质量是指缓慢变化（电压变化率小于每秒1%时的实际电压值与系统标称电压值之差）的电压偏差值指标。

第五条用户受电端供电电压允许偏差值（一）35kV及以上用户供电电压正、负偏差绝对值之和不超过额定电压的10%。

（二）10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7%。

（三）220V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7%、-10%。

第六条电力网电压质量控制标准（一）发电厂和变电站的母线电压允许偏差值1．500（330）kV及以上母线正常运行方式时，最高运行电压不得超过系统额定电压的+10%；最低运行电压不应影响电力系统同步稳定、电压稳定、厂用电的正常使用及下一级电压的调节。

2．发电厂220kV母线和500（330）kV及以上变电站的中压侧母线正常运行方式时，电压允许偏差为系统额定电压的0%—+10%；事故运行方式时为系统额定电压的-5%—+10%。

3．发电厂和220kV变电站的110kV—35kV母线正常运行方式时，电压允许偏差为系统额定电压的-3%—+7%；事故运行方式时为系统额定电压的±10%。

4．带地区供电负荷的变电站和发电厂（直属）的10（6）kV母线正常运行方式下的电压允许偏差为系统额定电压的0%—+7%。

电力系统电压和无功功率调节控制摘要：电力系统中的所有设备，都是在一定的电压和频率下工作的。

如果电压偏移过大，不仅会影响工农业生产产品的质量和产量，造成设备损坏，而且还可能引起系统性的电压崩溃，发生大面积停电事故，造成严重后果。

因此，本文对电力系统电压和无功功率调节控制进行分析，以高电压质量。

关键词：电力系统；电压；无功功率一、电力系统的电压调控在各种电压控制措施中，首先考虑发电机调压，但这是发电厂主要的调压手段；而对变配电站来说主要的调压手段是调节变压器分接头档位和无功补偿容量的投、退。

如果系统的无功功率较充裕，采用各种类型有载调压变压器调压显得灵活而有效。

但对无功功率电源不足的系统，首先应增加无功功率电源，以采用并联电容器、调相机或静止补偿器为宜。

有载调压变压器可改变变压器变比，起到调压和降低损耗的目的；但调压本身并不产生无功功率，而系统消耗的无功功率却与电压水平有关，所以在系统无功功率不足的情况下，不能用调压的方法来提高系统的电压水平，必须利用补偿电容器进行调压。

因此，为保证电压的质量，使电力系统能安全可靠运行，必须把调压和无功补偿相结合，进行合理调控，才能起到既改善电压水平，又降低网损的效果。

二、无功补偿2.1无功补偿的原理如果将电力系统产生的功率视为:总功率有功功率+无功功率，那么从以上原理中可以看到，无功功率是帮助有功功率产生的重要能量。

然而在电力系统中如果串联上具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷装置，那么电力系统需要的感性负荷将会减少，此时它能减少无功功率同样能维护电力系统的运转，此时无功功率就能变为有功功率产生能量。

无功补偿能在保持电力系统功能运转不变的前提下减少无功功率的消耗。

在电力系统中，无功补偿的原理能起到重要的做用:它能将更多的无功功率转为有功功率，使电力系统运转时需要的成本降低;如果采用无功补偿，它能无形中加大有功功率的作用，因此它在降低电容的情形下保持电力系统设备的功率，降低电力系统的使用成本;如果电力系统可以降低电容设计，那么就可以降低电力系统使用时的线损。

电力系统无功功率平衡与电压调整由于电力系统中节点很多，网络结构复杂，负荷分布不均匀，各节点的负荷变动时，会引起各节点电压的波动。

要使各节点电压维持在额定值是不可能的。

所以，电力系统调压的任务,就是在满足各负荷正常需求的条件下，使各节点的电压偏移在允许范围之内。

由综合负荷的无功功率一电压静态特性分析可知，负荷的无功功率是随电压的降低而减少的,要想保持负荷端电压水平，就得向负荷供应所需要的无功功率。

所以，电力系统的无功功率必须保持平衡,即无功功率电源发出的无功功率要与无功功率负荷和无功功率损耗平衡。

这是维持电力系统电压水平的必要条件。

一、无功功率负荷和无功功率损耗1．无功功率负荷无功功率负荷是以滞后功率因数运行的用电设备（主要是异步电动机）所吸收的无功功率.一般综合负荷的功率因数为0.6～O.9,其中，较大的数值对应于采用大容量同步电动机的场合。

2．电力系统中的无功损耗（1）变压器的无功损耗。

变压器的无功损耗包括两部分。

一部分为励磁损耗,这种无功损耗占额定容量的百分数，基本上等于空载电流百分数0I ％，约为1%～2％。

因此励磁损耗为0/100Ty TN Q I S = （Mvar) （5-1-1） 另一部分为绕组中的无功损耗。

在变压器满载时,基本上等于短路电压k U 的百分值，约为10％这损耗可用式（6-2）求得 2(%)()100k TN TL Tz TNU S S Q S = （Mvar) (5-1—2）式中,TN S 为变压器的额定容量（MVA ）；TL S 为变压器的负荷功率(MVA ）。

由发电厂到用户，中间要经过多级变压,虽然每台变压器的无功损耗只占每台变压器容量的百分之十几,但多级变压器无功损耗的总和可达用户无功负荷的75%～100％左右。

（2)电力线路的无功损耗.电力线路上的无功功率损耗也分为两部分，即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。

并联电纳中的无功损耗又称充电功率,与电力线路电压的平方成正比，呈容性。

《电力系统自动化》教学规范一、课程的任务本课程是电力系统自动化技术及输变电工程技术S业的专业课程。

主要任务：着重使电力系统自动化专业的学生了解电力系统自动化的基本内容、运行方式、硬件配置结构以及软件控制功能，为使用和设计电力系统中各个层面、规模的自动化系统建立基础。

二、教学大纲课程编号：适用专业：电力系统自动化技术及输变电工程技术专业学时数：40学时（不包括假期和期末考试）均为理论课学分：2说明：本课程教学规范随专业培养方案学时的改变将进行适当修定（一）、课程的性质和目的《电力系统自动化》课程是我院电类各专业的一门综合性很强的学科专业课。

本课程内容丰富，涵盖知识面广，培养学生综合运用基础知识能力，树立理论联系实际的科学作风和提高学生分析问题、解决问题的能力。

通过本课程的学习，使学生掌握电力系统自动化的基本内容，学会分析电力系统自动化实现的基本方法。

为今后从事电类各专业的学习和工作打下必备的基础。

（二）、课程教学内容及基本教学要求第一章发电机的自动并列（6学时）（1）内容概要§ 1.1列操作意义，准同期并列§ 1.2同期并列的基本原理§ 1.3定越前时间并列装置§ 1.4字式并列装置（2）学时安排§ 1.5 1.5 学时§ 1.62学时§ 1.71学时§ 1.8 1.5 学时第二章同步发电机励磁自动控制系统（9学时）（1）内容概要2.1同步发电机励磁控制系统的任务和要求2.2同步发电机励磁系统2.3励磁系统中转子磁场的建立和火磁2.4 2.4励磁调节器原理2.5励磁系统稳定器2.6电力系统稳定器（2）学时安排2.73学时2.8 2.2 1学时2.9 2.3 1学时2.102.4 2学时2.112.5 1学时2.122.6 1学时第三章电力系统频率及有功功率的自动调节（6学时）（1）内容概要§3.1电力系统频率特性§3.23.2调频与调频方程式§3.3电力系统的经济调度与自动调频§3.4电力系统低频减震（2）学时安排§3.51.5 学时§3.61.5 学时§3.73.3 2学时§3.83.4 1学时第四章电力系统电压调整和无功功率控制技术（4学时）（1）内容概要§4.1电力系统电压控制的意义§4.2电力系统无功功率平衡与电压的关系§4.3电力系统电压控制的措施§4.4电力系统电压综合控制§4.5电力系统无功功率电源最优控制（2）学时安排§4.60.5 学时§4.74.2 0.5 学时§4.81学时§4.91.5 学时§4.10 4.5 0.5 学时第五章电力系统调度自动化（6学时）（1）内容概要5.1电力系统调度的主要任务，电力系统的分区、分级调度，功能概述和组成 5.2 5.2远方终端RTU5.3数据通信的通讯规约5.4调度中心的前置机系统，系统结构5.5自动发电机控制5.6EMS的网络分析功能（2）学时安排5.72学时5.8 5.2 0.5 学时5.9 5.3 0.5 学时5.105.4 1学时5.115.5 1学时5.125.6 1学时第六章配电管理系统（6学时）（1）内容概要§6.1配电管理系统（DMS）的概述§6.2馈线自动化（FA）§6.3负荷控制技术及需方用电管理§6.4配电图资地理信息系统§6.5远程自动抄表系统的构成（2）学时安排§6.61学时§6.71.5 学时§6.81.5 学时§6.9 1.5 学时§6.106.5 0.5 学时第七章变电所综合自动化（3学时）（1）内容概要变电所综合自动化系统的基本功能、结构形式（2）学时安排3学时（三）、课程的教学基本要求1、理论教学要求（一）发电机的自动并列基本要求：（1）了解并列操作的意义，理解并列时电压差、频率差和相位差要满足条件的含义。

第1章发电机的自动并列1、掌握并列操作的概念及对并列操作的要求。

☞并列的概念:将一台发电机投入电力系统并列运行的操作，称并列操作。

发电机的并列操作又称为“并车”、“并网”、“同期”。

☞对并列操作的基本要求:①并列断路器合闸时,冲击电流应尽可能的小，其瞬时最大值不宜超过1～2倍的额定电流。

②发电机组并入电网后，应能迅速进入同步运行状态,进入同步运行的暂态过程要短,以减少对电力系统的扰动.2、掌握并列操作的两种方式及各自的特点。

☞并列操作的两种方式:准同期并列(一般采用）、自同期并列（很少采用）。

☞准同期并列的概念：发电机在并列合闸前已励磁，当发电机频率、电压相角、电压大小分别和并列点处系统侧的频率、电压相角、电压大小接近相等时，将发电机断路器合闸，完成并列操作，这种方式称为准同期。

☞自同期并列概念：将一台未加励磁的发电机组升速到接近于电网频率，在滑差角频率不超过允许值，机组的加速度小于某一给定值的条件下，先合并列断路器QF,接着合励磁开关,给转子加励磁电流，在发电机电势逐步增长的过程中,由电力系统将并列机组拉入同步运行。

优点:操作简单，并列迅速，易于实现自动化。

缺点：冲击电流大，对电力系统扰动大，不仅会引起电力系统频率振荡，而且会在自同期并列的机组附近造成电压瞬时下降。

适用:只有在电力系统事故、频率降低时使用.自同期并列不能用于两个系统之间的并列，也不用于汽轮发电机组.3、掌握准同期并列的三个理想条件，了解并列误差对并列的影响。

☞（1）fG=fX或wG=wX:待并发电机频率与系统频率相等,即滑差(频差)为零;（2）UG=UX:待并发电机电压与系统电压的幅值相等,即压差为零;（3）δe=0:断路器主触头闭合瞬间，待并发电机电压与系统电压间的瞬时相角差为零。

☞①电压幅值差对并列的影响：产生的冲击电流,在只存在电压差的情况下,并列机组产生的冲击电流主要为无功冲击电流。

冲击电流的电动力对发电机绕组产生影响，由于定子绕组端部的机械强度最弱，所以须特别注意对它所造成的危害，必须限制冲击电流.②合闸相角差对并列的影响：当相角差较小时,冲击电流主要为有功电流分量。