淺談電力系統(tǒng)的電壓控制

淺談電力系統(tǒng)之電壓控制

　　                                     吳　文　勝

　　                        （重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院，重慶　400044）

   摘　要：對當(dāng)前電力系統(tǒng)電壓控制之設(shè)備及運行進行了比較全面之總結(jié)，指出了各種控制設(shè)備之優(yōu)缺點及適用范圍，并結(jié)合靈活交流輸電技術(shù)（FACTS技術(shù)）之發(fā)展而出現(xiàn)之新型FACTS設(shè)備，提出了設(shè)備之分類[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。
   關(guān)鍵詞：電壓；控制；電氣設(shè)備；SCADA系統(tǒng)；無功補償；FACTS技術(shù)；電力系統(tǒng)
1 前　言
　 眾所周知，電力系統(tǒng)之電能質(zhì)量主要括頻率性能指標(biāo)和電壓性能指標(biāo)[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。一般規(guī)定負(fù)載點電壓允許在±5型％Ue（額定電壓）范圍內(nèi)偏移[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。若電壓偏差超過一定限值，說明電能質(zhì)量受到影響[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。電壓過低，將使電氣設(shè)備不能發(fā)揮正常功能甚至不能啟動工作，如一般常用之白熾燈，其發(fā)光效率和亮度將會大幅下降；電壓過高，將湖南陽光電子學(xué)校維修專家認(rèn)為：也許使電氣設(shè)備之絕緣被擊穿或燒毀，甚至危及電力系統(tǒng)之安全，造成大面積停電，對國民經(jīng)濟和社會穩(wěn)定造成嚴(yán)重之損失和影響[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。因此，必須千方百計采取措施維持電力系統(tǒng)之正常電壓水平[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。
2 電壓控制之方式
　 電力系統(tǒng)線路中存在之電壓降落主要是由于線路傳輸無功功率造成之，所以對電力系統(tǒng)之電壓控制往往是對線路中傳輸之無功功率進行補償[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。從大之方面來說，電壓自動控制有集中式和分散式（又稱分層控制）兩種[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。
2．1　集中控制
　 集中式是通過調(diào)度SCADA（數(shù)據(jù)采集及監(jiān)控）系統(tǒng)，采集括各發(fā)電廠、變電所等中樞點之電壓、發(fā)電廠無功、變壓器接頭位置、無功補償設(shè)備開斷、投入狀態(tài)等狀態(tài)量和數(shù)字量，經(jīng)計算機數(shù)據(jù)處理，以較短之時間調(diào)整系統(tǒng)中樞點之電壓，使偏離值減小，并調(diào)整無功補償設(shè)備之開斷和投入以及變壓器之分接頭位置，實現(xiàn)整個系統(tǒng)電壓和無功功率之閉環(huán)控制[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。這種控制方式自動化程度要求非常高，是電壓和無功功率自動控制發(fā)展之必然趨勢，是變電站實行無人值班之前提條件[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。
2．2　分散控制
　 我國目前多采用分散式控制方式，就是整個自動控制系統(tǒng)按控制之性質(zhì)和復(fù)雜程度以及控制系統(tǒng)之組織結(jié)構(gòu)，將全系統(tǒng)之監(jiān)視和控制功能分別由不同之級別去完成，只有屬于全局之、綜合之控制功能才由 高一級來完成[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。這種方式不能從整個系統(tǒng)角度來進行綜合控制，只能在各地區(qū)實行自動控制，不能達到 優(yōu)控制之目之[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。
3 電壓控制設(shè)備
　 在電力系統(tǒng)中電壓補償之方式、設(shè)備很多，按發(fā)電、輸電可分為利用發(fā)電機調(diào)壓、利用有載調(diào)壓變壓器變比調(diào)壓和利用無功補償設(shè)備調(diào)壓三類[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。
3．1　發(fā)電機
　 發(fā)電機調(diào)壓是利用發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過對發(fā)電機端電壓進行負(fù)反饋并經(jīng)勵磁機勵磁來維持端電壓之，可實現(xiàn)逆調(diào)壓來滿足負(fù)荷對電壓質(zhì)量之要求，不需附加投資[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。這種方法在全世界都已普遍采用，但有局限性，一般只適用于發(fā)電機不經(jīng)升壓直接向用戶供電之簡單系統(tǒng)[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。當(dāng)發(fā)電機經(jīng)多級變壓向負(fù)荷供電時，僅靠發(fā)電機調(diào)壓就無法滿足系統(tǒng)中各點之電壓要求，必須與其它調(diào)壓方法相配合[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。
3．2　有載調(diào)壓變壓器
　 利用有載調(diào)壓變壓器變比調(diào)壓，能夠在電力網(wǎng)電壓變化和負(fù)荷變化時，不停電地改變變壓器分接頭位置以滿足調(diào)壓要求，調(diào)節(jié)速度也較快，而且便于實現(xiàn)自動化，是一種有效之調(diào)壓措施[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。但它之價格較高，運行維護較復(fù)雜，并且只有當(dāng)系統(tǒng)無功功率電源容量充足時，用改變變壓器變比調(diào)壓才能奏效[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。因此，它在無功功率充裕時才顯得靈活而有效，尤其是系統(tǒng)中個別負(fù)荷之變化規(guī)律以及它們距電源遠近相差懸殊時[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。這種方法主要適用于系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)線和中低壓配電網(wǎng)絡(luò)中分散調(diào)壓[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。
3．3　無功補償設(shè)備
　 利用無功補償設(shè)備調(diào)壓是在無功功率供應(yīng)不夠充裕之情況下采取之調(diào)壓措施[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。無功補償設(shè)備調(diào)壓按設(shè)備之結(jié)構(gòu)可分為同步調(diào)相機（有旋轉(zhuǎn)部件）、機械無功補償靜態(tài)調(diào)壓設(shè)備和電子無功補償動態(tài)調(diào)壓設(shè)備三種[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。
　 (1) 同步調(diào)相機實質(zhì)是只能吸收或發(fā)出無功功率之發(fā)電機，在過激運行時向系統(tǒng)供應(yīng)感性無功功率，欠激運行時從系統(tǒng)吸收感性無功功率[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。對它之控制，與發(fā)電機調(diào)壓一樣通過勵磁系統(tǒng)來完成[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。當(dāng)負(fù)荷電壓低時，調(diào)相機就過勵磁；當(dāng)負(fù)荷電壓高時，調(diào)相機就欠勵磁[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。優(yōu)點是可得到均勻之調(diào)壓，既能發(fā)出無功功率，又能吸收無功功率，而且由于裝有自動勵磁裝置，在故障時能保持電力系統(tǒng)之電壓，從而達到提高系統(tǒng)之穩(wěn)定性；但缺點是造價高，運行費用亦高，維護工作量大，而且損耗和噪音較大，響應(yīng)速度慢，已逐漸被各變電站棄用[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。如重慶沙坪壩供電局盤溪調(diào)相站在1999年都還在使用同步調(diào)相機，但到2000年就改用電力電容器了[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。
　 (2) 機械無功補償靜態(tài)調(diào)壓設(shè)備括并聯(lián)電容器和并聯(lián)電抗器，與系統(tǒng)并聯(lián)[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。它們分別向系統(tǒng)提供和吸收感性無功功率[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。并聯(lián)電容器之優(yōu)點是損耗小、效率高、設(shè)備費用低、運行費用低、結(jié)構(gòu)簡單、維修方便、適用性強；缺點是不能連續(xù)調(diào)節(jié)、負(fù)荷之調(diào)節(jié)特性較差、對系統(tǒng)中之高次諧波有放大作用[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。對它之控制，是根據(jù)配電網(wǎng)無功之變化，采取不同容量電容器之投切方式或組合投切方式[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。并聯(lián)電容器現(xiàn)在在我國使用得 普遍，在老變電站和新建變電站中廣泛得到應(yīng)用，如在成都準(zhǔn)備修建之成都花園變電站就是采用并聯(lián)電容器,并聯(lián)電抗器主要應(yīng)用于線路負(fù)荷輕、無功功率充足、電壓偏高之場所，控制方式與并聯(lián)電容器基本相同[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。
　 (3) 電子無功補償動態(tài)調(diào)壓設(shè)備是應(yīng)用FACTS(靈活交流輸電系統(tǒng))技術(shù)，能實時、快速地控制線路電壓之設(shè)備，括靜止無功補償器(SVC)、新型靜止無功發(fā)生器(ASVG)和統(tǒng)一潮流控制器(UPFC)[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。靜止無功補償器能夠通過大功率電力電子器件———晶閘管之導(dǎo)通情況來快速控制并聯(lián)電容器或并聯(lián)電抗器之投入和撤出，控制方式一般采用對設(shè)備接入點電壓之負(fù)反饋來控制晶閘管之導(dǎo)通角，從而實現(xiàn)并聯(lián)等效電納之變化，改變無功補償功率，達到穩(wěn)定電壓之目之[陽光電子學(xué)校維修專家友情提示]。根據(jù)電容器、電抗器之連接方式，靜止無功補償器又分為晶閘管控制電抗器(TCR)、晶閘管投切電容器(TSC)、固定電容器與晶閘管控制電抗器(FC—TCR)和晶閘管控

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