初中物理 第三节电力系统电压控制的措施
电力系统电压控制
电力系统电压控制电力系统电压控制是指对电力系统中的电压进行调节和控制，以确保电力系统的稳定运行。
电力系统中的电压控制是一个重要的技术问题，涉及到电力系统运行的安全性和稳定性。
本文将介绍电力系统电压控制的重要性、控制方法以及现代电力系统电压控制的发展趋势。
一、电力系统电压控制的重要性在电力系统中，电压是电力传输和供电的基本参数之一。
电压控制的稳定性直接影响着电力系统的安全运行。
过高或过低的电压都会对电力设备和用户设备产生不利影响，甚至导致设备故障和事故发生。
因此，电力系统电压控制是确保电力系统运行稳定、供电可靠的关键技术。
二、电力系统电压控制的方法1. 发电机调压器调节发电机调压器是电力系统中调节电压的主要手段之一。
通过调节发电机的励磁电压，可以实现电压的调节和控制。
调压器可以根据系统需求来调整励磁电压，使得发电机输出的电压保持在合理的范围内。
2. 变压器调压器调节变压器调压器是在电力系统中常用的电压控制装置。
通过调节变压器的绕组比例，可以实现对电压的调节。
变压器调压器可以根据系统负荷情况来调整变压器的绕组比例，以维持稳定的电压输出。
3. 发电和负荷管理通过发电计划和负荷管理，可以在电力系统中实现对电压的控制。
合理调度发电机组和负荷的运行，在系统负荷变化时调整发电机组的出力，使得系统电压保持在合适的范围内。
三、现代电力系统电压控制的发展趋势随着电力系统的规模扩大和技术的进步，现代电力系统电压控制也不断发展和完善。
以下是现代电力系统电压控制的一些发展趋势：1. 自动化控制现代电力系统电压控制越来越趋向于自动化和智能化。
通过引入先进的自动控制装置和算法，可以实现对电力系统电压的自动调节和控制。
2. 多源电力系统随着可再生能源的不断发展和应用，电力系统中多源电力并网已成为趋势。
对于多源电力系统，电压控制的挑战更大，需要更加复杂的控制策略和装置。
3. 柔性交流输电技术柔性交流输电技术是一种新型的电力输电技术，具备较好的电压控制能力。
电力系统的无功功率和电压控制
若大于，则任何分接头都无法满足要求，需其他调压措施配合
双绕组升压变压器一般按高压侧的电压要求选择分接头
Ut1max
U1max U1max U 2max
Ut2
Ut1
U 2 U2
Ut2
U1 U1 Ut2 U2
Ut1min
U1min U1min Ut 2 U 2min
Ut1
Ut1max
发电机的端电压与发电机的无功功率输出密切相关，增加端电 压的同时也增加无功输出，反之，降低端电压也就减小无功输 出，因此发电机端电压的调节受发电机无功功率极限的限制。 发电机有功出力较小时，无功调节范围会大些，调压能力会强 些。发电机端电压的允许调节范围为0.95~1.05UN，如果端电压 低于0.95UN，输出的最大视在功率要相应减小（小于SN）
仅当系统无功功率电源容量充足时，改变变压器变比调压才有
效。当系统无功不足、电压水平偏低时，应先装设无功功率补偿
设备，使系统无功功率容量有一定的裕度。
例5.1，p191
5.2.5 应用无功功率补偿装置调节电压
常用并联电容器、同步调相机、静止补偿器等并联无功补偿装置
减小线路和变压器输送的无功，从而减小电压损耗、提高电网电
对故障后的非正常运行方式，一般允许电压偏移较正常时大5%
5.2.3 应用发电机调节电压
应用发电机调压不需要另外增加投资。根据励磁电源的不同， 同步发电机励磁系统可分为直流机励磁系统、自励半导体励磁 系统、它励半导体励磁系统 3大类。现代发电机励磁系统都有 自动调节功能，即自动励磁调节器（AER）或自动电压调节器 （AVR），通过改变励磁调节器的电压整定值，自动控制励磁 电流，即发电机空载电势，实现发电机端电压的闭环控制。
第四章电力系统电压及无功功率的调节
第五节电力系统无功功率电 源的最优控制
无功功率电源的最优控制目的在于控制各无功电 源之间的分配，使有功功率网络损耗达到最小。 电力网中的有功功率网损可以表示为所有节点注入功率 的函数
∆P = ∆P ( PG1 , PG 2 ,..., PGn , QG1 , QG 2 ,..., QGn ) ∑ ∑
无功功率损耗：
= ∆QT + ∆Q − ∆Q
∑
Q
L
X
B
ΔQT：变压器中的无功功率损耗（属感性） ΔQX：线路电抗中的无功功率损耗（属感性） ΔQB：线路电纳中的无功功率损耗（属容性）
第二节电力系统的无功功率 平衡与电压的关系
电力系统无功功率平衡与电压水平有着密切的关系
U
G
= U + ∆U + Q
N
1 min
6 .3 = (110 − 5 . 7 ) * = 109 . 4 kV 6 6 .3 = (113 − 2 . 34 ) * = 105 . 6 kV 6 .6
第三节 电力系统电压控制的措施
取算术平均值，有
U
1 tav
= (109 . 4 + 105 . 6 ) / 2 = 107 . 5 kV
第三节U
B
= (U
G
K1 − ∆U ) / K
2
= (U
G
K1
PR + QX − )/ K U N
2
式中，K1和K2分别为升压和降压变压器的变比；R和X分 别为变压器和输电线路的总电阻和总电抗。
第三节 电力系统电压控制的措施
要想控制和调整负荷点的电压，可以采取以下的 控制方式： ①控制和调节发电机励磁电流，以改变发电机端 电压UG； ②控制变压器变比K1及K2调压； ③改变输送功率的分布P+jQ（主要是Q），以使 电压损耗减小； ④改变电力系统网络中的参数R+jX（主要是X）， 以减小输电线路电压的损耗。
电力系统电压控制
确定中枢点 电压范围
编制中枢点电压曲线
调控中枢 点电压
利用各种调压措施
电压在规定 范围变化
用户电压符合要求
中枢点电压的管理
电压允许偏差值范围
二 电力系统电压/无功的基本理论
电压/无功 关系 负荷无功 电压特性 无功平衡 电源无功-电压 特性 维持电网正常电压水平下的无功功率平衡，是保证电网电压质量的基本条件
泰州地区电网运行效益
降低线损 用户电压合格率上升
七 电压稳定性及其控制
电压稳定性
相关知识
机理分析
电压稳定性研究的发展过程 电压稳定的相关概念 电压稳定性的分类 电压不稳定事件的特征
电压失稳的一般解释 静态电压崩溃机理解释 动态电压崩溃机理解释
一级电压控制 二级电压控制 三级电压控制 系统在不同状态下的电压控制
电压稳定性研究的发展过程
从马尔科维奇提出第一个判据到20世纪70年代中期，是电压稳定问题未引起足够重视的阶段；
第一阶段
第二阶段
第三阶段
从20世纪70时年代末到20世纪80年代中期，是注重静态研究的阶段；
从20世纪80年代中期到现在，是以动态机理的探讨为基础的全面研究阶段。
电力系统是一个动态系统，电力系统电压稳定性是整个电力系统稳定性的一个分支。最早在20世纪40年代，前苏联学者H.M.马尔科维奇再研究负荷稳定性时，提出第一个电压稳定判据，故电压稳定性有时也称为负荷稳定性。
结论： 1）变压器向系统吸收的无功与电压的平方U2D成正比。 2）负荷所需无功随电压升高而增加，随电压降低而减少。
投退电容器对电压的影响
结论： 1）投入电容器组后，变压器负荷侧电压升高 2）退出电容器组后，变压器负荷侧电压降低 3）防止电容器的影响，造成负荷侧电压过高
4-电力系统电压调整和无功功率控制技术
第五节 电力系统无功功率电源的最优控制
最优控制的目的： 合理控制各无功电源的无功大小，使网络有功损耗达到最小
确定无功优化法：
设定模型 目标函数：以新增无功补偿设备投资费用及运行费用和最小为目标 约束条件：（1）投资决策约束，各节点要满足最大允许安装限制
（2）负荷约束，满足负荷要求和潮流分布要求 （3）支路潮流限制 （4）节点发电出力限制 （5）节点电压限制 （6）可调变比限制 选择算法：近年来，有hopfield算法，模拟退火算法、遗传算法、交叉分解法等 求解：得到一组满足约束条件，目标函数最小的解
合方式的SVC
➢ STATCOM（静止同步补偿器）
jX
U 1
Ia Ib Ic
AC
VS U 2
IR AC VR0
I
U 1 I
U 2
STATCOM
U 2 U U 1
I U1 U U 2
STATCOM原理结构图
变流器在运行时无需有功能量，所以电流 I 应与 U1相位差90°
当U2大于U1时，电流超前电压 90°,STATCOM吸收容性的无功功率
发电机增加励磁使发电机电压恢复到原 来值，发电机曲线由2移到2’，则工作点 为C点，曲线1’与曲线2’的交点
6
电力系统无功电源特点：
➢ 同步发电机
发出无功时主要受发电机电流限制 吸收无功时要受发电机稳定以及定子端部发热限制
➢ 同步调相机及同步电动机
可以发出或吸收无功，属旋转机械，维护量较大
➢ 并联电容器及高压输电线路的充电功率
第四章
电力系统电压调整和无功功率控制技术
主讲 谢荣军
1
第一节 电力系统电压控制的意义
电力系统无功电源：
电力系统电压控制
电力系统电压控制电力系统是现代社会不可或缺的基础设施，而电压控制是电力系统运行中的重要一环。
本文将从电力系统电压控制的概念、原理、方法以及应用等方面进行论述。
一、概述电力系统电压控制是指通过一系列的控制手段，使电力系统中的电压维持在合理的范围内，以保证电力系统的稳定运行。
其主要目的是调整电力系统中的电压水平，以保证负荷的正常供给，并防止电压过高或过低对设备和用户造成不良影响。
二、原理电力系统电压控制的实现依赖于电压控制装置和自动调压设备。
在电力系统中，通过控制装置对电压进行监测和控制，自动调整电力系统中的电压水平。
其原理主要包括电力系统的负荷调度、电压压差控制和无功补偿等。
1. 负荷调度负荷调度是指根据电力系统中的实际负荷情况，通过合理的负荷分配和负荷控制，使电力系统中的电压保持在合理范围内。
通过负荷调度，可以实现对电力系统中的电压进行有效控制，保证负荷的正常供给。
2. 电压压差控制电压压差控制是指通过调整电力系统中不同节点之间的电压差，以控制电力系统中的电压水平。
通过监测电力系统中的电压压差，通过电压控制装置和自动调压设备，可以实现电力系统中电压的稳定控制。
3. 无功补偿无功补偿是指通过对电力系统中的无功功率进行调整，以控制电力系统中的电压水平。
通过合理的无功补偿，可以实现电力系统中电压的调节和控制，提高电力系统的稳定性，并降低电压波动对设备和用户的影响。
三、方法电力系统电压控制的方法多种多样，主要包括遥测遥控技术、自动化控制技术、智能化技术等。
1. 遥测遥控技术遥测遥控技术通过传感器和遥控装置，实时监测和控制电力系统中的电压水平。
遥测遥控技术可以远程监测电力系统中的电压参数，并通过遥控装置实现对电力系统的远程控制，提高电力系统电压控制的效率和精度。
2. 自动化控制技术自动化控制技术通过电子控制器和自动调节装置，自动控制电力系统中的电压水平。
自动化控制技术可以实现电力系统中电压的实时监控和调节，有效提高电力系统的安全性和稳定性。
电力系统电压调整和无功功率控制技术(ppt 40页)
当转差增大、转速下降时，其输出功率将迅速减少。 电动机的启动过程将大为增加，启动过程温度过高。 电炉等电热设备的发热量降低。 危及电力系统运行的稳定性。
电压损耗：
Smax
202 152 1102
(26
j130)
1.34
j6.72MVA
S min
102 7.52 (26 1102
j130)
0.34
j1.68MVA
所以
S1max Smax Smax 20 j15 1.34 j6.72 21.34 j21.72MVA
（4-6）
式中 X C —电容器的容抗；
—交流电的角频率；
C—电容器的电容量。
第二节 电力系统的无功功率平衡与电压的关系
（4）静止无功功率补偿器（Static VAR Compensator，简称 SVC）
在正常额定电压U N 情况下 I L I C 0
Q i
U
I
Q L C L
UG U U
UG
如果无功功率平衡：
QG QD QL
UG
且 U UN
Xd
Eq
U
PD jQD
jX
U
PD jQD YD
图 4-1 电力系统接线图
第二节 电力系统的无功功率平衡与电压的关系
Q
2'
1'
1
Eq
电力系统中的电网电压稳定控制策略
电力系统中的电网电压稳定控制策略在现代社会中，电力供应是我们生活中不可或缺的一部分。
然而，电力系统中存在着电网电压波动的问题，这对于电力系统的稳定运行和各种电气设备的正常工作都会带来很大的影响。
因此，电力系统中的电网电压稳定控制策略显得尤为重要。
1. 电力系统中的电网电压稳定性问题电网电压稳定性是指电力系统在受到外部扰动时，能够快速恢复到稳定状态并保持在一定范围内的能力。
电力系统中的电压稳定性问题主要表现为电压过高或过低，其原因包括负载变化、电力设备故障、短路等。
电压过高会导致设备过热、寿命缩短甚至损坏，而电压过低会引起设备失效、启动困难等问题。
因此，电力系统需要采取有效的电网电压稳定控制策略来解决这一问题。
2. 主动控制策略主动控制策略是指通过调整电力系统中的各种控制装置，主动干预电压波动，以达到稳定控制的目的。
常见的主动控制策略包括调整发电机励磁系统、有功功率控制、无功功率控制等。
调整发电机励磁系统可以通过改变励磁电流来调整发电机的输出电压，从而控制电压的稳定性。
有功功率控制主要通过控制发电机的有功输出来调整电压水平。
无功功率控制则是通过调整电源装置的无功功率输出来控制电压的稳定性。
3. 储能技术的应用随着新能源的不断发展和应用，储能技术逐渐成为电力系统中的一种重要手段。
储能技术可以通过存储过剩的电能或者释放储存的电能来平衡电力系统中的供需关系，从而提供电力系统的稳定性。
在电压稳定控制方面，储能技术可以通过调整充放电策略来控制电网电压的波动。
常见的储能技术包括电池储能系统、超级电容储能系统等。
这些储能技术可以根据电力系统的需求来进行合理的配置和运营，以实现电力系统中的电网电压稳定控制。
4. 智能电网的应用智能电网是指利用现代信息技术和通信技术来实现电力系统的高效、智能化管理的一种电力系统构架。
智能电网通过实时监测电力系统的运行状态和电网电压的波动情况，并及时传递数据给控制中心进行处理和调度。
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电力系统电压控制的措施
教学内容：掌握电压调整的几种措施；掌握电压调整的基本原理与措施及相应的
计算；了解变压器分接头的选择方法；掌握选择变压器变比的条件；
掌握补偿设备是电容器的容量计算和同步调相机容量的计算；掌握串
联电容补偿容量的计算；调压措施的技术经济方案比较。
教学重点：电压调整的基本原理；变压器变比的选择；几种电压调整措施的相应
计算。
教学难点：变压器变比的选择；各补偿设备容量的计算。
教学组织：电压调整的基本原理→电压调整的措施→⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧压利用串联电容器控制电
利用无功补偿设备调压
控制变压器变比调压发电机控制电压
1、电压调整的基本原理与措施
图4-6所示的简单电力系统电压控制原理图。
图4-6 电压控制原理图
（a ）系统接线；（b ）系统等值电路
若近似的略去网络阻抗元件的功率损耗以及电压降落的横分量，变压
器的参数已归算到高压侧，则由发电厂母线处（G U ）开始推算，可
求得b U 为：
21121)(k U k QX PR k U k U k U U G G G b ⎪⎪⎭⎫ ⎝
⎛+-=∆-= 式中1k 、2k 为变压器T1和T2的变化，R 、X 为归算到高压侧的变
压器和线路总阻抗。
为维持用户处端电压b U 满足要求，可以采用以下措施进行电压调整：
（1）调节励磁电流以改变发电机端电压G U ；
（2）改变变压器T1、T2的变比1k 、2k ；
（3）通过无功补偿来调压；
（4）改变输电线路的参数（降低输电线路的电抗）。
前两种措施是利用改变电压水平的方法来得到所需要的电压，后两种
措施是用改变电压损耗的方法来达到调压的目的。
2、发电机控制调压
控制发电机励磁电流，可改变发电机的端电压，但发电机允许电压偏
移额定值不超过5%，所以利用发电机直接供电的小系统，利用发电
机直接控制电压是最经济合理的电压措施；但输电线路较长、多电压
等级的网络，仅靠发电机控制调压不能满足负荷对电压的质量的要求，
在大型电力系统中仅作为一种辅助性的控制措施。
3、控制变压器变比调压
在高压电网中，各节点电压与无功功率的分布有着密切的关系，通过
控制变压器变比改变负荷节点电压，实际上改变了无功功率的分布。
控制变压器变比调压是以全电力系统无功功率电源充足为基本条件。
4、利用无功功率补偿设备调压
合理配置无功功率补偿设备和容量以改变电力网络中的无功功率分布，可以减少网络中的的有功功率损耗和电压损耗，改善用户负荷的电压
质量。
并联补偿设备有调相机、静止补偿器、并联电容器。
5、利用串联电容器控制电压
在输电线路上串联接入电容器，利用电容器上的容抗补偿输电线路中的感抗，使电压损耗U
QX 减小，从而提高输电线路末端的电压。
说明： 通过这次培训，我明确了本门课程的指导思想，对课程理念有了新的体会。
如：知识点讲授的深度、广度；知识点之间、章节之间的链接等。
此外如何
提高教学质量方面有了一些新的感想。