電力行業(yè)企業(yè)案例電壓、無(wú)功綜合自動(dòng)化控制裝置電壓、無(wú)功綜合自動(dòng)化控制裝置一、電壓降低升高的危害電壓是衡量電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，保證用戶(hù)處的電壓接近額定值是電力系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)整的基本任務(wù)之一。電力系統(tǒng)運(yùn)行電壓水平取決于無(wú)功功率的平衡。

電壓降低的危害：（1）燈泡：夜間Un高5-10%使損壞率達(dá)30%。（2）其它光源：Un下降10%，日光燈亮度約減少10%,壽命縮短10%，水銀熒光燈亮度減少10～30%。Un下降20%，日光燈不能啟動(dòng)，水銀燈啟動(dòng)頻繁，影響壽命。（3）電動(dòng)機(jī)：Un下降，轉(zhuǎn)矩急劇減少，如：Un下降20%，轉(zhuǎn)矩降至額定值的64%，電流增加20%－35%，溫度升高12-15度，轉(zhuǎn)矩減少，使轉(zhuǎn)速降低，甚至停轉(zhuǎn)，導(dǎo)致工廠產(chǎn)生廢品甚至導(dǎo)致重大事故。（4）電熱及冶煉設(shè)備：Un下降，使生產(chǎn)率下降，能耗顯著上升，成本增高。電壓、無(wú)功綜合自動(dòng)化控制裝置二、無(wú)功功率的平衡和電壓水平的關(guān)系

系統(tǒng)中各種無(wú)功電源的無(wú)功功率輸出應(yīng)能滿足系統(tǒng)負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)損耗在額定電壓下對(duì)無(wú)功功率的要求，否則電壓就會(huì)偏高額定值。無(wú)功電源：發(fā)電機(jī)（唯一的有功電源和無(wú)功電源）靜電電容器（只能吸收容性無(wú)功）同步調(diào)相機(jī)靜止無(wú)功補(bǔ)償器靜止的無(wú)功發(fā)生器無(wú)功補(bǔ)償裝置即吸收容性又吸收感性無(wú)功電壓、無(wú)功綜合自動(dòng)化控制裝置無(wú)功功率負(fù)荷及無(wú)功功率損耗：異步電動(dòng)機(jī)(無(wú)功負(fù)荷)，變壓器和輸電線路（無(wú)功損耗）。無(wú)功功率平衡用公式表示：（電源無(wú)功之和-無(wú)功負(fù)荷之和-網(wǎng)絡(luò)無(wú)功損耗之和=無(wú)功備用）當(dāng)，表示無(wú)功功率平衡且有適量的備用，

則系統(tǒng)中無(wú)功功率不足，應(yīng)考慮加設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置。電壓、無(wú)功綜合自動(dòng)化控制裝置

以簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)為例說(shuō)明無(wú)功功率平衡與電壓水平的關(guān)系。

隱極發(fā)電機(jī)經(jīng)過(guò)一段線路向負(fù)荷供電，略去元件電阻，X是發(fā)電機(jī)與線路電抗之和，等值電路如圖6-1(a)，假設(shè)發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的有功功率為定值。圖6-1無(wú)功功率和電壓關(guān)的解釋圖EIVEVI（b)（a)電壓、無(wú)功綜合自動(dòng)化控制裝置

根據(jù)相量圖6-1（b）可以確定發(fā)電機(jī)送到負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的功率為當(dāng)P為定值時(shí)，得

電壓、無(wú)功綜合自動(dòng)化控制裝置

當(dāng)電勢(shì)E為一定值時(shí)，Q同V的關(guān)系如圖6-2曲線1所示，是一條向下開(kāi)口的拋物線。負(fù)荷的主要成分是異步電動(dòng)機(jī)，其無(wú)功功率電壓特性如圖曲線2所示。曲線1和曲線2的交點(diǎn)a確定了負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓Va，或者說(shuō)，系統(tǒng)在電壓Va下，達(dá)到了無(wú)功功率的平衡。圖6-2按無(wú)功功率平衡確定電壓負(fù)荷的無(wú)功電壓特性電源的無(wú)功電壓特性電壓、無(wú)功綜合自動(dòng)化控制裝置當(dāng)負(fù)荷增加，負(fù)荷的無(wú)功電壓特性曲線為2′所示，此時(shí)電源的無(wú)功功率仍舊是曲線1，曲線1和曲線2′的交點(diǎn)a′就代表了新的無(wú)功功率平衡點(diǎn)，并由此決定了負(fù)荷點(diǎn)的電壓為Va′。如果發(fā)電機(jī)有充足的無(wú)功備用，通過(guò)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，增大發(fā)電機(jī)的電勢(shì)E，則發(fā)電機(jī)的無(wú)功特性曲線將上移到曲線1′的位置，從而使曲線1′和2′的交點(diǎn)c所確定的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓達(dá)到或接近原來(lái)的數(shù)值Va。由此可見(jiàn)，系統(tǒng)的無(wú)功電源比較充足，能滿足較高電壓水平下的無(wú)功平衡的需要，系統(tǒng)就有較高的運(yùn)行電壓水平；反之，無(wú)功不足就反映為運(yùn)行電壓水平偏低。因此，應(yīng)該力求實(shí)現(xiàn)在額定電壓下的系統(tǒng)無(wú)功功率平衡。電壓、無(wú)功綜合自動(dòng)化控制裝置三、電力系統(tǒng)調(diào)壓的基本原理和主要手段

以下圖所示的簡(jiǎn)單電力系統(tǒng)為例，說(shuō)明常用的各種調(diào)壓措施所依據(jù)的基本原理。為了調(diào)整用戶(hù)端電壓Vb可采取以下措施：（1）調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流以改變發(fā)電機(jī)端電壓；（2）適當(dāng)選擇變壓器的變比；（3）改變線路的參數(shù)；（4）改變無(wú)功功率的分布。電壓、無(wú)功綜合自動(dòng)化控制裝置電力系統(tǒng)調(diào)壓的主要手段1、發(fā)電機(jī)調(diào)壓（滿足近處地方負(fù)荷的電壓質(zhì)量要求）

發(fā)電機(jī)電壓偏高額定不超過(guò)±5%，能夠以額定功率運(yùn)行。短線路可通過(guò)改變發(fā)電機(jī)端電壓來(lái)滿足負(fù)荷點(diǎn)的電壓質(zhì)量要求。長(zhǎng)線路從發(fā)電機(jī)到最遠(yuǎn)處負(fù)荷之間在最大負(fù)荷時(shí)總電壓損耗達(dá)35%，最小負(fù)荷時(shí)為15%，此時(shí)發(fā)電機(jī)調(diào)壓不能滿足。2、改變變壓器變比調(diào)壓：降壓/升壓變壓器分接頭選擇

不產(chǎn)生無(wú)功功率，但可以改變無(wú)功功率，如無(wú)功不足（↓）時(shí)，無(wú)法用此法提高全系統(tǒng)電壓水平。電壓、無(wú)功綜合自動(dòng)化控制裝置3、無(wú)功功率補(bǔ)償調(diào)壓：靜電電容器、同步調(diào)相機(jī)（產(chǎn)生無(wú)功功率，對(duì)無(wú)功充足但分布不合理無(wú)能為力）4、線路串聯(lián)電容補(bǔ)償調(diào)壓

利用電容器的容抗補(bǔ)償線路的感抗，使電壓損耗中QX/V分量減少，從而提高線路末端電壓。電壓、無(wú)功綜合自動(dòng)化控制裝置四、變電站調(diào)壓得主要手段—有載調(diào)壓變壓器和補(bǔ)償電容器。有載調(diào)壓變壓器：改變變壓器的變比，可起到調(diào)整電壓，降低損耗的作用。但調(diào)壓本身不產(chǎn)生無(wú)功功率，在整個(gè)系統(tǒng)無(wú)功不足的情況下不可能用這種方法來(lái)提高全系統(tǒng)的電壓水平。補(bǔ)償電容器：可產(chǎn)生無(wú)功功率，能彌補(bǔ)系統(tǒng)無(wú)功的不足，又可改變網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)功分布,但在系統(tǒng)無(wú)功充足但無(wú)功分布不合理而造成電壓質(zhì)量下降時(shí)卻無(wú)能為力。電壓、無(wú)功綜合自動(dòng)化控制裝置為了提高電壓合格率和降低損耗，目前各種電壓等級(jí)的變電站中普遍采用了電壓、無(wú)功綜合控制器。電壓無(wú)功綜合控制裝置就是利用有載調(diào)壓變壓器和并聯(lián)電容器組，根據(jù)運(yùn)行情況進(jìn)行本站的電壓和無(wú)功自動(dòng)調(diào)整，以保證負(fù)荷側(cè)母線電壓在規(guī)定的范圍之內(nèi)及進(jìn)線功率因素盡可能提高的一種裝置。電壓、無(wú)功綜合自動(dòng)化控制裝置五、電壓、無(wú)功綜合自動(dòng)控制策略1、電壓、無(wú)功綜合自動(dòng)控制的原理圖6.5單一輻射狀網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)示意圖電壓、無(wú)功綜合自動(dòng)化控制裝置電壓無(wú)功綜合控制所要達(dá)到的目的：一是使負(fù)荷端電壓與額定電壓的偏差最小，即二是使系統(tǒng)的功率損耗最小。（無(wú)功功率平衡，損耗為零）。

要達(dá)到上述目的采用兩種方法：(1)調(diào)整變壓器的變比KT負(fù)荷↑—線路電壓損失增加—負(fù)荷端電壓UL↓—減少變比KT

—增大低壓側(cè)U1—負(fù)荷端電壓UL↑。(2)無(wú)功功率補(bǔ)償（改變補(bǔ)償電容器組發(fā)出的無(wú)功功率）。電壓、無(wú)功綜合自動(dòng)化控制裝置2、變電站運(yùn)行方式的識(shí)別多臺(tái)有載調(diào)壓變壓器運(yùn)行方式（運(yùn)行、停運(yùn)、并列、獨(dú)立）。識(shí)別的方式有人工設(shè)置和自動(dòng)識(shí)別。3、變電站運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)和識(shí)別變電站運(yùn)行狀態(tài)是指變電站各種電氣量所處的狀態(tài)（正常/越限）?？刂频哪繕?biāo)是保證主變壓器二次側(cè)電壓在允許范圍內(nèi)，且盡可能提高進(jìn)線的功率因素，故一般選擇電壓和進(jìn)線處功率因數(shù)為狀態(tài)變量。電壓、無(wú)功綜合自動(dòng)化控制裝置根據(jù)狀態(tài)變量的大小，可將變電站運(yùn)行狀態(tài)劃分為9個(gè)區(qū)域（九區(qū)圖）。圖6.6運(yùn)行狀態(tài)圖

目標(biāo)電壓的確定：(1)根據(jù)預(yù)測(cè)的日負(fù)荷曲線；(2)建立負(fù)荷與目標(biāo)電壓的數(shù)學(xué)模型。

為了保證控制過(guò)程的穩(wěn)定性，避免頻繁調(diào)節(jié)，規(guī)定了一個(gè)控制死，當(dāng)電壓在和之間時(shí)，不進(jìn)行調(diào)節(jié)。目標(biāo)電壓電壓、無(wú)功綜合自動(dòng)化控制裝置

O區(qū)是合格，不用調(diào)整1、簡(jiǎn)單越限情況（單參數(shù)越線）1區(qū)：U超過(guò)上限―調(diào)整變壓器分接頭使U降低cosф合格3區(qū)：U合格cosф低于下限―投入電容器5區(qū)：U低于下限―調(diào)整變壓器分接頭使U升高cosф合格7區(qū)：U合格cosф超過(guò)上限―切除電容器電壓、無(wú)功綜合自動(dòng)化控制裝置2、雙參數(shù)越限情況2區(qū)：

U超過(guò)上限―調(diào)整變壓器分接頭使U降低cosф低于下限―投入電容器。

如果先投入電容器，U會(huì)更上升，因此先降壓，后投入電容器。4區(qū)：

U低于下限―調(diào)整變壓器分接頭使U升高cosф低于下限―投入電容器

如果先調(diào)整變壓器分接頭升壓，則無(wú)功會(huì)更加缺乏。因此先投入電容器，后升壓。6區(qū)和8區(qū)類(lèi)似。電壓、無(wú)功綜合自動(dòng)化控制裝置六、電壓、無(wú)功綜合自動(dòng)控制方式控制方式有：集中控制方式、分散控制方式、關(guān)聯(lián)分散控制方式。

集中控制方式：指調(diào)度中心對(duì)各個(gè)變電站的主變壓器的分接頭