浅谈电力系统的电压控制

浅谈电力系统之电压控制

　　                                     吴　文　胜

　　                        （重庆大学电气工程学院，重庆　400044）

   摘　要：对当前电力系统电压控制之设备及运行进行了比较全面之总结，指出了各种控制设备之优缺点及适用范围，并结合灵活交流输电技术（FACTS技术）之发展而出现之新型FACTS设备，提出了设备之分类[阳光电子学校维修专家友情提示]。
   关键词：电压；控制；电气设备；SCADA系统；无功补偿；FACTS技术；电力系统
1 前　言
　 众所周知，电力系统之电能质量主要括频率性能指标和电压性能指标[阳光电子学校维修专家友情提示]。一般规定负载点电压允许在±5型％Ue（额定电压）范围内偏移[阳光电子学校维修专家友情提示]。若电压偏差超过一定限值，说明电能质量受到影响[阳光电子学校维修专家友情提示]。电压过低，将使电气设备不能发挥正常功能甚至不能启动工作，如一般常用之白炽灯，其发光效率和亮度将会大幅下降；电压过高，将湖南阳光电子学校维修专家认为：也许使电气设备之绝缘被击穿或烧毁，甚至危及电力系统之安全，造成大面积停电，对国民经济和社会稳定造成严重之损失和影响[阳光电子学校维修专家友情提示]。因此，必须千方百计采取措施维持电力系统之正常电压水平[阳光电子学校维修专家友情提示]。
2 电压控制之方式
　 电力系统线路中存在之电压降落主要是由于线路传输无功功率造成之，所以对电力系统之电压控制往往是对线路中传输之无功功率进行补偿[阳光电子学校维修专家友情提示]。从大之方面来说，电压自动控制有集中式和分散式（又称分层控制）两种[阳光电子学校维修专家友情提示]。
2．1　集中控制
　 集中式是通过调度SCADA（数据采集及监控）系统，采集括各发电厂、变电所等中枢点之电压、发电厂无功、变压器接头位置、无功补偿设备开断、投入状态等状态量和数字量，经计算机数据处理，以较短之时间调整系统中枢点之电压，使偏离值减小，并调整无功补偿设备之开断和投入以及变压器之分接头位置，实现整个系统电压和无功功率之闭环控制[阳光电子学校维修专家友情提示]。这种控制方式自动化程度要求非常高，是电压和无功功率自动控制发展之必然趋势，是变电站实行无人值班之前提条件[阳光电子学校维修专家友情提示]。
2．2　分散控制
　 我国目前多采用分散式控制方式，就是整个自动控制系统按控制之性质和复杂程度以及控制系统之组织结构，将全系统之监视和控制功能分别由不同之级别去完成，只有属于全局之、综合之控制功能才由 高一级来完成[阳光电子学校维修专家友情提示]。这种方式不能从整个系统角度来进行综合控制，只能在各地区实行自动控制，不能达到 优控制之目之[阳光电子学校维修专家友情提示]。
3 电压控制设备
　 在电力系统中电压补偿之方式、设备很多，按发电、输电可分为利用发电机调压、利用有载调压变压器变比调压和利用无功补偿设备调压三类[阳光电子学校维修专家友情提示]。
3．1　发电机
　 发电机调压是利用发电机励磁调节系统，通过对发电机端电压进行负反馈并经励磁机励磁来维持端电压之，可实现逆调压来满足负荷对电压质量之要求，不需附加投资[阳光电子学校维修专家友情提示]。这种方法在全世界都已普遍采用，但有局限性，一般只适用于发电机不经升压直接向用户供电之简单系统[阳光电子学校维修专家友情提示]。当发电机经多级变压向负荷供电时，仅靠发电机调压就无法满足系统中各点之电压要求，必须与其它调压方法相配合[阳光电子学校维修专家友情提示]。
3．2　有载调压变压器
　 利用有载调压变压器变比调压，能够在电力网电压变化和负荷变化时，不停电地改变变压器分接头位置以满足调压要求，调节速度也较快，而且便于实现自动化，是一种有效之调压措施[阳光电子学校维修专家友情提示]。但它之价格较高，运行维护较复杂，并且只有当系统无功功率电源容量充足时，用改变变压器变比调压才能奏效[阳光电子学校维修专家友情提示]。因此，它在无功功率充裕时才显得灵活而有效，尤其是系统中个别负荷之变化规律以及它们距电源远近相差悬殊时[阳光电子学校维修专家友情提示]。这种方法主要适用于系统间联络线和中低压配电网络中分散调压[阳光电子学校维修专家友情提示]。
3．3　无功补偿设备
　 利用无功补偿设备调压是在无功功率供应不够充裕之情况下采取之调压措施[阳光电子学校维修专家友情提示]。无功补偿设备调压按设备之结构可分为同步调相机（有旋转部件）、机械无功补偿静态调压设备和电子无功补偿动态调压设备三种[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　 (1) 同步调相机实质是只能吸收或发出无功功率之发电机，在过激运行时向系统供应感性无功功率，欠激运行时从系统吸收感性无功功率[阳光电子学校维修专家友情提示]。对它之控制，与发电机调压一样通过励磁系统来完成[阳光电子学校维修专家友情提示]。当负荷电压低时，调相机就过励磁；当负荷电压高时，调相机就欠励磁[阳光电子学校维修专家友情提示]。优点是可得到均匀之调压，既能发出无功功率，又能吸收无功功率，而且由于装有自动励磁装置，在故障时能保持电力系统之电压，从而达到提高系统之稳定性；但缺点是造价高，运行费用亦高，维护工作量大，而且损耗和噪音较大，响应速度慢，已逐渐被各变电站弃用[阳光电子学校维修专家友情提示]。如重庆沙坪坝供电局盘溪调相站在1999年都还在使用同步调相机，但到2000年就改用电力电容器了[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　 (2) 机械无功补偿静态调压设备括并联电容器和并联电抗器，与系统并联[阳光电子学校维修专家友情提示]。它们分别向系统提供和吸收感性无功功率[阳光电子学校维修专家友情提示]。并联电容器之优点是损耗小、效率高、设备费用低、运行费用低、结构简单、维修方便、适用性强；缺点是不能连续调节、负荷之调节特性较差、对系统中之高次谐波有放大作用[阳光电子学校维修专家友情提示]。对它之控制，是根据配电网无功之变化，采取不同容量电容器之投切方式或组合投切方式[阳光电子学校维修专家友情提示]。并联电容器现在在我国使用得 普遍，在老变电站和新建变电站中广泛得到应用，如在成都准备修建之成都花园变电站就是采用并联电容器,并联电抗器主要应用于线路负荷轻、无功功率充足、电压偏高之场所，控制方式与并联电容器基本相同[阳光电子学校维修专家友情提示]。
　 (3) 电子无功补偿动态调压设备是应用FACTS(灵活交流输电系统)技术，能实时、快速地控制线路电压之设备，括静止无功补偿器(SVC)、新型静止无功发生器(ASVG)和统一潮流控制器(UPFC)[阳光电子学校维修专家友情提示]。静止无功补偿器能够通过大功率电力电子器件———晶闸管之导通情况来快速控制并联电容器或并联电抗器之投入和撤出，控制方式一般采用对设备接入点电压之负反馈来控制晶闸管之导通角，从而实现并联等效电纳之变化，改变无功补偿功率，达到稳定电压之目之[阳光电子学校维修专家友情提示]。根据电容器、电抗器之连接方式，静止无功补偿器又分为晶闸管控制电抗器(TCR)、晶闸管投切电容器(TSC)、固定电容器与晶闸管控制电抗器(FC—TCR)和晶闸管控

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