第5章 电力系统的质量控制
第1节 电力系统的电压质量控制——电压调整
一、电压调整的必要性和目标
电压偏移
U?UN电压偏移＝?100%
UNGB12325-90《中华人民共和国国家标准 电能质量 供电电压允许偏差》规定： （1）35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10％。
注：如供电电压上下偏差同号(均为正或负)时按较大的偏差绝对值作为衡量依据。 （2）10kV 及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7% （3）220V 单相供电电压允许偏差为额定电压的＋7%、-10%
注：用电设备额定工况的电压允许偏差仍由各自标准规定例如旋转电机按GB755《旋转电机 基本技术要求》规定。
对电压有特殊要求的用户供电电压允许偏差由供用电协议确定
SD325—1989《电力系统电压和无功电力技术导则》规定：
（1）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%。 （2）10kV 用户的电压允许偏差值为系统额定电压的7%。 （3）380V 用户的电压允许偏差值为系统额定电压的7%。
（4）220V 用户的电压允许偏差值为系统额定电压的+5% -10%。 （5）特殊用户的电压允许偏差值按供用电合同商定的数值确定。
二、电力系统的无功功率特性和无功平衡
1. 无功损耗
负荷的无功特性就是指负荷的无功功率和电压之间的关系，即QD?f(U)，称作无功电压静态特性。
异步电动机的无功损耗包括励磁功率Qm和漏抗中无功损耗Q?。，呈二次曲线。
U2QM?Qm?Q???I2X?
Xm变压器的无功损耗包括励磁损耗?QYT和漏抗损耗?QZT，即
?QT??QYT??QZT?I00SN?Us%S2100SN
电力线路的无功损耗也有两部分组成，并联导纳中的无功损耗?QYL（容性）和串联阻抗中的无功损耗?QZL（感性）。
2P12?Q12U12?U2?QL?ZL?BL 22U1式中，P1、Q1、U1——线路首端的功率和电压；
U2——线路末端的电压；
XL、BL——线路的电抗和电纳。
35kV及以下的线路，?QL为正，消耗无功；330kV及以上线路，?QL为负，为无功电源；110kV和220kV线路，需通过具体计算确定。 2. 无功电源 （1）发电机
系统有功充裕、无功不足时，可以使发电机降低功率因数，即在ADC区域运行，多发出一些无功，甚至不发P出有功，只发无功，即作同步调相机运行。
系统无功充裕，发电机可提高功率因数，即在BA段
BA运行。
如果系统无功过剩，还可运行在第二象限，此时发电机处于欠励磁状态，发出有功但吸收无功，称为进相运行。 （2）同步调相机
实质上是空载运行的同步电动机，过励磁运行时发出无功，欠励磁运行时吸收无功。额定容量定义为过励磁运行时的额定无功功率，而欠励磁容量通常为过励磁容量的
ODC50％～65％。
优点：能连续调节，调节范围宽。
发电机的运行极限缺点：旋转设备，运行维护复杂，有功损耗大（额定容量的1.5％～5％），成本高。容量越小，单位投资越大，有功损耗的百分比值越大，所以宜大容量地（5Mvar）装设于枢纽变电所。 （3）电容器
U2QC??U2?C
XC缺点：电压越高，发出的无功越大；电压越低，发出的无功越小。具有正的调节效应，调节性能不理想。（电源应具有负的调节效应，负荷具有正的调节效应，才能保证运行的稳定性）。
优点：运行维护简单，有功损耗小（约为容量的0.3％～0.5％），成本低，装设灵活方便，故得到广泛应用。
（4）静止无功补偿器（SVC）
动态：可以根据运行状态的变化自动调节发出的无功。
电容C发出无功；电抗器L吸收无功；电容器CK、电感线圈LK组成滤波电路，滤去高次谐波，以免产生电压和电流畸变；可控硅有适当控制回路，控制导通角的大小。
优点：能快速平滑地调节无功，对冲击负荷有较强的适应性，运行维护简单，损耗较小，还能分相补偿。
3. 无功平衡与电压水平的关系
QG??QD??QG??QD?QL?Qres
Qres>0表示系统中无功功率可以平衡且有适量的比用；
Qres<0表示系统中无功功率不足，应考虑加设无功补偿装置。 隐极发电机
P?UIcos??EUsin? XQ???QD??QDQD?EUU2Q?UIsin??cos??
XX当P为一定值时，得
a??a?a???a??QGQG?U2?EU?2Q?? ??P?XX??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，这两条曲线的交点就是无功平衡点，该点确定了系统的电压。
当负荷增加时，其无功电压特性如
2??Ua?UaUaU电力系统的无功平衡??所示，如果系统的无功电源没曲线QD??的交点a’ 就是新的无功平衡点，并由有相应的增加，仍然是QG?。这时QG?和曲线QD?。显然Ua??Ua。这说明负荷增加后，系统的无功电源已不能此决定了负荷点的电压为Ua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。
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
??，从而使曲线QG??和Ua?的交点所确定的负荷节点电压达到的无功特性曲线向上移到QG或接近原来的Ua。
无功留有一定的备用容量，一般为最大无功负荷的7％～8％。 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。
《导则》规定：
? 高压供电的工业用户和高压装有带负荷调压装置的电力用户，功率因数为0.9以上； ? 其他100MVA及以上电力用户和大、中型电力排灌站，功率因数为0.85以上； ? 农业用电功率因数在0.8以上。 对电网规定：
? 500（330）kV线路的充电功率应基本上予以补偿，从最小负荷至满负荷情况下无
功功率均应基本平衡；
? 220kV变压器二次的功率因数不小于0.95；
? 110kV至35kV变压器二次的功率因数不小于0.9。
三、电压控制的策略
电压中枢点：具有代表性的电厂和变电所作为电压质量的监视和控制点。
电压控制的策略：选择合适的中枢点；确定中枢点电压的允许偏移范围；采用一定的方法将中枢点的电压偏移控制在允许范围内。
1. 电压中枢点的选择
? 区域性水、火电厂的高压母线 ? 枢纽变电所的低压母线
? 有大量地方性负荷的发电厂母线 2. 中枢点电压允许偏移范围的确定
中枢点的最低电压等于在地区负荷最大时，电压最低一点的用户电压的下限加上该用户到中枢点的电压损失；中枢点的最高电压等于地区负荷最小时，电压最高点的用户电压的上限加上该用户到中枢点的电压损失。
负荷点A对中枢点O的电压要求是：
0～8时，U?UA??UA?(0.95~1.05)UN?0.04UN?(0.99~1.09)UN 8～24时，U?UA??UA??0.95~1.05?UN?0.10UN??1.05~1.15?UN 负荷点B对中枢点电压的要求为：
0～16时，U?UB??UB??0.96~1.06?UN 16～24时，U?UB??UB??0.98~1.08?UN
两者的公共部分，图中阴影部分，就是中枢点Q点的电压允许偏差范围。
1.15UN?U0.1UN0.04UN0.03UN0.01UN081624t(h)UN1.09UN0.04UN1.06UN1.08UN.05UN0.98UN0.99UN0.96UN016824t(h)SASAminOBSAmaxSBmax~SASBmin~SB081624t(h)
中枢点电压允许偏移范围的确定
3. 中枢点电压调整方法
? 逆调压，在电压允许偏移范围内，供电电压的调整使在电网高峰负荷时的电压值高于电网低谷负荷时的电压值。
? 恒调压，任何情况下均保持中枢点的电压为一基本不变的值。 ? 顺调压，高峰负荷时中枢点的电压低于低谷负荷时的电压。 适用范围
? 逆调压：中枢点至负荷点的线路较长，各负荷变化规律大致相同，且变化幅
度较大的情况。
? 恒调压：负荷变动较小的情况。
? 顺调压：负荷变动较小，线路损耗也小，或者用户处电压偏移允许较大的情况。
四、电压调整的方法和分析计算
GUGT1LT2D~P+jQk1:1R+jX简单电力系统的电压调整k2:1
UD??UGk1??U??PR?QX??Uk??G1k2UGk1????k2 ?（1.） 调节发电机的端电压，称为发电机调压。
（2.） 调节变压器的变比k1和k2，称为变压器调压。
（3.） 在负荷端并联无功补偿装置，减小经线路传输的无功Q，从而减小电压损耗，称为
并联补偿调压。
（4.） 在输电线路中串连电容器以减小X，从而减小电压损耗，称为串联补偿调压。 （5.） 综合调压