电力系统有功无功及调整
第一节功率三角形
一、概述
1、有功和无功的概念
电力系统无论是发电厂发出的电能还是消费的电能，其电功率都可分为有功功率和无功功率。有功功率就是指电能转化为热能或者机械能等形式被人们使用或消耗的能量，有功电能是我们最直接能感受到的电功率；而无功功率比较抽象，它是指用于建立电场能和磁场能相互交换所必须的、并用来在电气设备中建立和维持磁场的那部分电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量，凡是有电磁线圈的电气设备要建立磁场，都要消耗无功功率。
无功功率决不是无用的功率，它的作用很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动而带动机械运动的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的；变压器也同样需要无功功率在变压器的一次线圈建立磁场，进而才能在二次线圈感应出电压。因此没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器也不会吸合。
无功功率的符号用Q表示，单位为乏（Var）或千乏（kVar）。
发电厂(站）担负着向用户提供安全优质电能的任务，由于电能不能储存，因此发电厂(站）必须按照用户的需求向系统实时送出经济安全优质足量的有功和无功电能，确保总发出电能与总需求电能的平衡。
2、电能质量的两个重要指标
电压和频率是衡量电能质量的两个重要指标，有功功率充足与否直接影响是频率的变动，而影响电压质量的直接因素就是无功功率。
电力系统中各种用电设备只有在电压和频率为额定值时才能有安全运行和最好的经济指标。但是在电力系统的正常运行中，用电负荷和系统运行方式都是经常变化的，也由此引起电压和频率发生变化，不可避免地出现电压和频率偏移。
电力系统运行中，频率的稳定与否取决于有功功率的平衡，电压水平高低取决于无功功率的平衡。系统中的有功电源和各种无功电源的功率输出必须能满足系统负荷和网络损耗在额定状态下对有功功率和无功功率的需求，否则就会偏离额定值，系统的安全和经济运行指标就不可能实现。
二、功率三角形
1、有功功率
在交流电路中，凡是消耗在电阻元件上、功率不能可逆转换的那部分功率（如转变为热能、光能或机械能）称为有功功率，简称有功用“P”表示，单位是瓦（W）或千瓦（KW）。
它反映了交流电源在电阻元件上做功的能力大小，或单位时间内转变为其它能量形式的电能数值。实际上它是交流电在一个周期内瞬时转变为其他能量形式的电能数值，故又称平均功率。它的大小等于瞬时功率最大值的1/2，就是等于电阻元件两端电压有效值与通过电阻元件中电流有效值的乘积。
2、无功功率
无功功率比较抽象，它不对外作功。在交流电路中，凡是具有电感性或电容性的元件，在通过后便会建立起电感线圈的磁场或电容器极板间的电场。因此，在交流电每个周期内的上半部分（瞬时功率为正值）时间内，它们将会从电源吸收能量用建立磁场或电场；而下半部分（瞬时功率为负值）的时间内，其建立的磁场或电场能量又返回电源。因此，在整个周期内这种功率的平均值等于零。就是说，电源的能量与磁场能量或电场能量在进行着可逆的能量转换，而并不消耗功率。为了反映以上事实并加以表示，将电感或电容元件与交流电源往复交换的功率称之为无功功率，简称无功用“Q”表示。单位是乏（Var）或千乏(KVar)。
无功功率是交流电路中由于电抗性元件（指纯电感或纯电容）的存在而进行可逆性转换的那部分电功率，它表达了交流电源能量与磁场或电场能量交换的最大速率。
实际工作中，凡是有线圈和铁芯的感性负载，它们在工作时建立磁场所消耗的功率即为无功功率。无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的；变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。
在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，用电设备就不能正常运行。
无功功率不足对供电、用电产生的不良影响主要表现在：
⑴降低发电机有功功率的输出。
⑵降低输、变电设备的供电能力。
⑶造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。
⑷造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。
从发电机通过高压输电线供给的无功功率，远远满足不了负荷的需要，所以在电网中需要添置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，使用电设备在额定电压下工作。
3、视在功率
交流电源所能提供的总功率，称之为视在功率，在数值上是交流电路中电压与电流的乘积。
视在功率用S表示。单位为伏安（VA）或千伏安（KVA）。它通常用来表示交流电源设备（如变压器）的容量大小。
视在功率既不等于有功功率，也不等于无功功率，但它既包括有功功率，又包括无功功率。能否使视在功率100KVA的变压器输出100KW的有功功率，主要取决于负载的功率因数。
4、功率三角形
视在功率（S）、有功功率（P）及无功功率（Q）之间的关系，可以用功率三角形来表示，如下图所示。它是一个直角三角形，两直角边分别为Q与P，斜边为S。S与P之间的夹角Ф为功率因数它反映了该交流电路中电压与电流之间的相位差（角）。
图1 功率三角形
各种功率有如下关系式:
第二节有功功率和频率调整
一、频率随负荷的变化与影响
1、频率不稳的影响频率是衡量电能质量的一个重要指标，工业中普遍应用的是异步电动机，其转速和输出有功均与频率有关，频率的变化直接影响到产品的质量，频率的变化也影响电子设备的精确性。
频率不光是影响工农业产品，对电力系统的正常运行也是十分有害的。汽轮发电机在额定频率下运行时效率最佳，频率偏高或偏低对叶片都有影响；电厂的给排水泵、风机等在频率降低时都要减小出力，直接威胁到电力生产的安全；频率降低时，异步电动机和变压器的励磁电流增大，无功功率损耗增加，这些会使电力系统无功平衡和电压调整增加困难。
2、频率偏差范围由于系统中的负荷随时在变动，发电机的电磁功率存在机
械惯性，频率是不可能绝对平衡的，因此电力系统中的频率随时都在变化。为了满足用户的需要，频率的变化有个允许范围，电力工业技术管理法规中规定的频率偏差范围为：
±0.2~±0.5H Z ，一些工业发达国家系统频率偏移大致控制在不超过±0.1 H Z
3、系统负荷的分类 根据负荷的变化规律，系统负荷可以分为三种，第一种是变化幅度小，变化周期较短；第二种是变化周期较长，属于此类负荷的主要有电炉，电气机车等；第三种是变化缓慢的持续变动负荷。 引起负荷变化的原因主要是工厂的作息制度、人民的生活规律等。
当然负荷的变化将引起频率的相应的变化。第一种变化负荷引起的频率偏移将由发电机组的调速器进行调整，这种调整通常称为频率的一次调整；第二种负荷引起的频率变动仅靠调速器的作用往往不能将频率偏移限制在容许范围之内，这时必须有调频器参与频率调整，这种调整通常称为频率的二次调整。
二、有功功率与频率的关系
1、负荷的有功功率与频率的关系
当频率变化时，系统中的有功负荷也将发生变化，系统中有功负荷随频率的变化特性称为负荷的静态频率特性。 根据所需的有功功率与频率的关系可将负荷分成以下几种：
1）与频率的变化无关的负荷，如照明、整流负荷。
2）与频率的一次方成正比的负荷
3）与频率的二次方成正比的负荷
4）与频率的高次方成正比的负荷。 整个系统的负荷有功与频率的关系式：
+???? ??+???? ??+=2
210N DN N DN DN D f f P a f f P a P a P ……… 当频率偏离额定值不大时，负荷的静态频率特性常用一条直线近似表示。 斜率f
P K D D ??= 称为负荷的频率调节效应，由全系统各类负荷比重决定，不同系统或同一系统不同时刻D K 值都不同，它是不能整定的。
2、发电机组的有功功率与频率的关系
当系统有功功率平衡遭到破坏，引起频率变化，原动机的调速系统将自动改变原动机的进水量，相应增加或减少发电机出力，这种有功出力同频率之间的关系称为调速器的功-频率静态特性。
机组的静态调差系数
p
f p p f f ??-=---=1212δ 上式与系统的负荷的频率调节效应公式互为倒数，但区别在多了一个负号，原因是系统中的有功功率是与频率成正比变化：有功多了，频率自然升高。发电机的有功与频率成反比变化，并且符号相反。
静态调差系数的倒数就是机组的单位调节功率。由静态调差系数公式可以看出，调差系数愈小，频率的偏移亦愈小，但是因受机组调速机构的限制，调差系数的调整范围是有限的。通常水轮机组取0.02~0.04。
3、电力系统的有功功率与频率调节关系
要确定电力系统的负荷变化引起的频率波动，需要同时考虑负荷及发电机组两者的调节效应。 为简单起见只考虑一台机组和一个负荷的情况.把负荷和发电机的静态特性画在一张图上。
图2 发电机组的p-f 曲线
现假定系统负荷增加了△PD0，其特性曲线变为P2（f）,发电机组仍是原来的特性，那么新的稳态运行点将由P2(f)和发电机组的静态特性的交点B决定，与此相应的系统频率为f2，由图可见，由于频率变化了△f, 且△f=f2-f1<0
此时发电机的功率输出的增量
△PG=-KG△f
由于负荷的频率调节效应所产生的负荷功率变化为“
△PD=KD△f
当频率下降时，△PD是负的。故负荷功率的实际增量为：
△PD+△PD0=△PD0+KD△f
它应同发电机组的功率增量相平衡，即
△PD+△PD0=△PG △PD0=-（KG+KD）△f=-k△f
根据上式可知:系统负荷增加时,在发电机组功率频率特性和负荷本身的调节效应共同作用下又达到了新的功率平衡,即:一方面,负荷增加,频率下降,发电机按有差调节特性增加输出；另一方面负荷实际取用的功率也因频率的下降而有所减小。
根据图可知：发电机组已经满载运行，即运行到D点，在D点以后，发电机组的静态特性将是一条与纵轴平行的直线，在这段KG=0。当系统的负荷再增加时，由于发电机已没有可调节的容量，不能再增加输出了，只有靠频率下降后负荷本身的调节效应的作用来取得新的平衡，但由于负荷的调节效应数值比较小，所以负荷增加所引起的频率下降就相当严重了。
三、电力系统的频率调整
1、自动发电控制AGC系统
利用调度监控计算机、通道、远方终端、执行装置、发电机组自动化装置等组成的闭环控制系统，监测、调整电力系统的频率来控制发电机出力。它是电力系统调度自动化的主要内容之一。
（1）简介AGC是发电机组在规定的出力调整范围内，跟踪电力调度下发的指令，按照一定调节速率实时调整发电出力满足电力系统频率和联络线功率控制要求的操作，或者说自动发电控制是对电网部分机组出力进行调整,以满足控制目标要求。
基本功能是：负荷频率控制（LFC）、经济调度控制（EDC）、备用容量监视（RM）、AGC性能监视（AGC PM）、联络线偏差控制（TBC）等。
基本目标是：保证发电出力与负荷平衡，保证系统频率为额定值。电力系统的供电频率是系统正常运行的主要参数之一，若总输出功率与总功率消耗之间失去平衡时频率就发生波动，严重时会出现频率崩溃，要保证电能的质量，就必须对电力系统频率进行监视和调整。当频率偏离额定值后，就调节发电机的出力以使电力系统的有功功率达到新的平衡。所以，自动发电控制是通过对供电频率的监测、调整实现的。
一个大的电力系统是由几个区域电力系统通过联络线互联构成。各区域电力系统按预定计划进行功率交换。每一个区域电力系统的负荷、线路损耗与联络线净交换功率之和必须与该地区的发电出力相等。
（2）控制指标
自动发电控制的功能指标为
1）电力系统频率偏差(Δf)小于±0.1Hz。
2）与邻区电力系统联络线净交换功率保持在计划值。
（3）调频厂与非调频厂
参加调频的发电厂称为调频厂，对调频厂的要求为：
1）所有调频厂的调速系统均应符合自动控制的要求，调整灵敏，死区小等；
2）水电厂的机组自动装置和火电厂的常规热工自动装置应完好地投用；
3）水电站的机组可调容量应满足0～100％的要求；
4）火电厂的可调容量要求满足50～100％额定范围内调整。负荷变动速度要求最大为每分钟3%额定值。
2、频率调整和电压的关系
电力系统中的有功功率和无功功率需求既同电压有关，也同频率有关，频率或电压的变化都将通过系统的负荷特性同时影响到有功功率和无功功率的平衡。
当系统中的频率下降时，无功需求略有增加；频率高时，无功需求略有减少。
当电网中的电压提高时，负荷所需的有功功率将要增加，电网中的损耗略有减少，系统总的有功功率需求有所增加。如果有功电源不充裕，将引起频率的下
降；当电压降低时，系统总的有功需求将要减少，从而导致频率的升高。
当系统由于有功和无功不足引起频率和电压都偏低时，应该首先解决有功功率平衡的问题，因为频率的提高能减少无功功率的缺额，这对于调整电压是有利的；但如果首先去提高电压，就会扩大有功的缺额，导致频率更加下降，因而无助于改善系统的运行条件。
调频和调压的区别，全系统的频率是统一的，调频涉及整个系统，而无功功率平衡和电压调整则有可能按地区解决。
第三节无功功率与电压调整
一、电压的变化与影响
1、电压不稳的影响
电压是衡量电能质量的又一个重要指标，电压过高或过低都会对用户造成不良的影响：
（1）、低电压的危害：
在电力系统中最常见的用电设备是异步电动机、各种电热设备、照明用具以及家用电器。这些设备与电压的关系十分密切。电动机的转矩是与电压的平方成正比，当电压下降时转矩也下降，如果电动机所拖的机械负荷不变，电动机的转差增大，定子电流也随之增大，发热加剧绕组温度增高，加速绝缘老化，当电压再低时，电动机将停转；电压降低，照明灯不亮，电炉冶炼时间长，降低效率；电压降低，会使网络中的功率损耗和能量损耗将加大，电压过低还可能危及电力系统运行稳定。
（2）、电压高的危害：
电压偏高，用电设备的使用寿命将缩短，加在设备上的电场变强，使介质中的局部产生放电就是电老化，在超高压网络中还将增加电晕损耗等。
2、电压偏差允许范围
电力系统根据电压等级的不同，制定了各类用户的电压偏差允许范围：
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%。
事故后考虑时间较短，事故又不经常发生，电压偏移容许比正常值再多5%。
二、 无功功率与电压的关系
1、负荷的无功与电压的关系
电力系统负荷中，大部分是感性负荷，需要消耗无功功率，现在以几个典型的无功负荷研究无功功率与电压的关系。
1）异步电动机
异步电动机是电力系统中的主要无功负荷，占了比较大的比重。根据异步电动机的等值电路，列出它所消耗的无功功率为：
σσX I X U Q Q Q m
m M 22
+=+= m Q 为励磁功率同电压平方成正比，实际上当电压较高时，由于饱和影响，励磁电抗m X 还将下降，所需的无功会更多； σQ 为漏抗所需的无功损耗，如果负载功率不变，当电压降低时，转差将增大，定子电流随之增大，相应地在漏抗中的无功损耗也要增大。
综合这两部分无功功率的变化特点，可得异步电机的无功功率与端电压的关系曲线如图。
图3 电动机的Q-v 曲线
可见，在额定电压附近，电动机的无功功率随电压的升降而增减，当电压明显地低于额定值时，无功功率主要由漏抗中的无功损耗决定，随电压下降具有上升的性质。
2）变压器的无功损耗
变压器无功损耗包括励磁损耗和漏抗损耗。
22022
0100%100%）（）（V V S S V S I X V S B V Q Q Q N N S N T T T LT +≈+=?+?= 励磁功率大致与电压平方成在正比，当通过变压器的视在功率不变时，漏抗中损耗的无功功率与电压平方正反比，变压器的无功损耗电压特性也与异步电动机的相似。由于变压器的%0I 、%S V 数值比较大，变压器在额定情况下，消耗的无功功率的数值相当可观，因此变压器空载运行也要消耗电能。
3）输电线路的无功损耗 输电线路用Π形等值电路表示
线路串联电抗中的无功功率损耗L Q ?与所通过电流的平方成正比：
即 X V Q P X V Q P Q L 22
2222212121+=+=? 线路电容的充电功率 )(2
2221V V B Q B +-=? 线路的无功功率总损耗为 L Q ?+B Q ?=X V Q P 21
2121+)(22221V V B +- 从线路的无功功率总损耗可以看出，线路轻载时，线路的无功总损耗为负，电路变为了无功电源，因此晚高峰过后，有的电厂机组需深度进相运行。
从以上几个典型的无功损耗元件的无功损耗特性可以看出，电压与无功成在紧密的关系。
2、无功电源与电压的关系
电压是电力系统电能质量的又一个重要指标，系统中的无功电源出力应满足系统所有无功负荷加网络损耗的需求，否则电压就会偏离额定值。 电压偏低时，系统中的功率损耗和能量损耗就会加大，电压过低时还可能危及系统运行的稳定性，甚至引起电压崩溃；电压过高时，各种电气设备的绝缘可
能受到损害，只有通过合理的无功补偿才能使电压水平达到额定运行的标准和满足用户的要求。
在电力系统运行中，无功电源在任何时刻都应同负荷的无功功率加电网的无功损耗之和（及总的无功负载）相等，也就是说无论何时电网中的无功总是平衡的，问题在于无功的这种平衡是在什么样的电压水平下实现的。
图4 无功电源与电压的关系曲线
系统总的无功电源包括发电机输出的无功功率和各种无功补偿设备的无功功率。上图所示的无功电源与电压的关系曲线中，1、3是系统（无功电源）的无功电压曲线，2、4是负荷的无功电压曲线。
如果此时系统的无功功率是平衡的，那么曲线1与曲线2的交点a，即为额定电压下的无功平衡点，对应的电压就是额定电压Ue；当负荷无功增加时，负荷的无功—电压特性如曲线4，如果此时系统的无功没有相应的增加，电源的电压—无功特性曲线仍为曲线1，这时曲线1与曲线4的交点c就代表了新的无功平衡点，并由此决定了负荷电压为Ua，显然 Ua＜Ue，这说明负荷无功增加后，系统的无功总电源已不能满足在额定电压Ue下无功平衡的需要，因此，只好降低电压运行，以取得在较低电压Ua下的无功功率平衡。如果此时系统内发电机又无充足的无功备用，我们只有通过投入无功补偿电容器，使系统的无功—电压特性曲线上移到曲线3，从而使曲线3与曲线4的交点b所确定的电压接近额定电压Ue。
所以，投切无功补偿装置可以补偿系统无功、稳定和提高系统电压水平，确保在额定电压Ue下的无功平衡。
三、 电力系统的电压调整
1、电压的调整概述
电压的调整，一般采用就地调整，因为在线路上传输无功既增加电压损耗，又增加有功损耗。
调压方式：逆调压、顺调压、常调压。
大负荷时升高电压、小负荷时降低电压，这种调压方式称为“逆调压”。 大负荷时允许偏低电压运行，但不能低于额定值的 2.5%；小负荷时允许偏高一些运行，但不超过额定电压的7.5%，这种方式成为顺调压。
介于逆调压和顺调压之间的调压叫常调压，即在任何负荷下，中枢点电压保持为恒定的数值。
逆调压方式用于远距离、负荷波动大的中枢点； 顺调压方式用于离负荷中心近、或负荷波动小的中枢点。
实现电压调整的方法：
1）发电机调压
改变发电机励磁电流的大小进行调压。
2）改变变压的分接头进行调压
一般厂站的主变压器高压侧都有分接头，能改变分接头进行调压。变压器调压是有级调压，变化幅度比较大。
变压器调压分为：有载调压和无载调压。
3）改变网络的无功功率分配
各电力网的网点采用无功补偿设备进行补偿。
4）改变线路参数 在线路上串接电容器。利用电容器的容抗补偿线路的感抗，使电压损耗中V QX 分量减小，从而提高线路末端电压。 未串前：V QX PR V +=
? 串后:V X X Q PR V C C ）（-+=? 以上两式电压损耗之差，使线路末端电压提高的数值V QX C =
串联接入的电容器安装地点与负荷和电源的分布有关,地点选择的原则是:
使沿线电压尽可能均匀,各负荷点电压都在允许范围内。电容的串接要根据网络来定,对单电源线路,要求到线路末端安装,这样可以避免始端电压过高和通过电容器的短路电流过大；对沿线有若干个负荷,安装在补偿前产生二分之一线路电压损耗之处.
串补一般用于35KV 、10KV 、负荷波动大而频繁、功率因数又很低的配电线
路上，补偿所需要的容抗值XC 和被补偿线路原来的感抗值XL 之比l
c c x x k 称
为补偿度一般选在1~4之间。对超高压输电线路加上串补，其作用在于提高输送容量和提高系统运行的稳定性，其补偿度也不一致。
2、自动电压控制AVC 系统介绍
电网自动无功电压闭环控制系统(简称AVC 系统)是通过监视关口的无功和变电站母线电压，保证关口无功和母线电压合格的条件下进行无功电压优化计算，通过改变电网中可控无功电源的出力，无功补偿设备的投切，变压器分接头的调整来满足安全经济运行条件，提高电压质量，降低网损。系统优化的目标为关口无功合格，母线电压合格，网损最优。
图5为AVC 系统的原理框图。现根据图5对系统简单介绍如下:
(1)AVC 系统接口与SCADA 系统的的连接
它是通过地区变电站内的RTU 与系统服务器及SCADA 工作站通信的，所以每个变电站内都要有远方终端，它是电网调度自动化系统的重要组成部分，它的主要任务是将变电站的实时运行信息送给调度控制中心，把调度的控制、调节等命令送给厂站执行。
(2) A VC 系统接口与省网主站AVC 系统的连接
通过与省网主站AVC 系统的连接通信，地区电网可根据省局下发的无功指令对电容器和变压器分接头进行调节，对各变电站进行电压无功的调整，进而实现对地区电网的无功优化控制。
(3) 系统的基本功能
① 全网电压优化功能:当无功功率流向合理，某变电站10kV 侧母线电压越上限或越下限运行，处在不合理范围时，分析同电源、同电压等级变电站和上级变电站电压情况，决定是调节本变电站有载主变分接头开关还是调节上级电源变电 站有载主变分接头开关档位，实现全网调节电压，可以达到以尽可能少的有载调
压变压器分接开关调节次数，达到最大范围地提高电压水平，同时避免了多变电站多主变同时调节主变分接开关可能引起的调节振荡。
图5 自动电压无功控制系统原理框图
全网调节电压，可以达到以尽可能少的有载调压变压器分接开关调节次数，达到最大范围地提高电压水平，同时避免了多变电站多主变同时调节主变分接开关可能引起的调节振荡。
实施有载调压变压器分接开关调节次数优化分配，保证了电网有载调压变压器分接开关动作安全和减少日常维护工作量。
实现热备用有载调压变压器分接开关档位联调，使热备用有载调压变压器分接开关档位与运行有载调压变压器分接开关档位一致调节，可迅速完成热备用变压器的并联运行。
②全网无功优化功能:当电网内各级变电站电压处在合格范围内时，可控制本级电网内无功功率流向，使其更为合理，达到无功功率分层就地平衡，提高受电功率因数。
依据电网对电压、无功变化的需要，计算并决策同电压等级不同变电站电容器组、同变电站不同容量电容器组谁优先投入。省网关口功率因数不合格时，优化220kV 及其下级变电所的电容器组的投切。
③无功电压综合优化功能:当变电站10kV 母线电压越上限时，先降低主变分接开关档位，如达不到要求，再切除电容器。当变电站10kV 母线电压超下限时，先投入电容器，达不到要求时，再提高主变分接开关档位，尽可能做到电容器投入量达到最合理。预测10kV 母线电压和负荷变化，防止无功补偿设备投切振荡。
④网损的优化：在电压和功率都合格的情况下，通过设备的电压、网损灵敏度分析和综合的调整费用来进行排队选择控制的设备。对设备的控制保证电压合格，同时不引起电压的太大变化。通过定义设备的调整费用来控制调整频度和调整优先级。
⑤实现逆调压：软件系统可以根据当前的负荷水平，自动实现高峰负荷电压偏上限运行，低谷负荷电压偏下限运行的逆调压功能。电压校正、功率因数校正、网损优化这三个功能的优先级根据用户考核和管理的规定设定。
第四节 电力系统的稳定简介
一、 概述
1、何谓电力系统稳定问题
把电力系统运行中受到扰动之后能否继续保持发电机间同步运行的问题，统称为电力系统稳定问题。
2、分类 稳定问题分为静态稳定、暂态稳定、动态稳定。
静态稳定：电力系统在运行中受到微小扰动后，能独立恢复到原来运行状态的能力。
暂态稳定：电力系统在运行中受到一个大的扰动后，能从原来的运行状态，过度到新的运行状态而不失去同步，并在新运行状态下稳定运行。
二、 功角特性
系统稳定问题归根结底是系统内发电机的运行问题。 发电机的电磁功率为：δδ2sin *22q d q d q e X X X X V Sin X U
E P -+=
根据这一公式所描绘出的图6所示曲线叫做功角特性：
图6 功角特性曲线
1、特性分析
以a 、b 两个平衡点进行分析发电机的稳定问题：
在a 点运行时，假定系统受到某种微小的扰动，使发电机的功角产生了一个微小的增量△δ，由原来的运行a δ变到'a δ。于是，电磁功率也相应地增加到'a P ，从图中可以看到，正的功角增量a a δδδ-=?'产生正的电磁功率增量0'P P P a e -=?，至于原动机的功率则与功角无关，仍然保持0P P T =不变，发电机电磁功率的变化，使转子上的转矩平衡受到破坏。由于此时电磁功率大于原动机的功率，转子上产生了制动性的不平衡转矩，在此不平衡转矩作用下，发电机转速开始下降，因而功角开始减小。经过衰减振荡后发电机恢复到原来的运行点a ，如果在点a 运行时受扰动产生一个负值的角度增量a a δδδ-=?''，则电磁功率的增量0''P P P a e -=?也是负的，发电机将受到加速性的不平衡转矩作用而恢复到点a 运行。所以在点a 的运行是稳定的。
点b 运行的特性完全不同，正值的角度增量b b δδδ-=?'，使电磁功率减小而产生负值的电磁功率增量0'P P P b e -=?，于是，转子在加速性不平衡转矩作用下开始升速，使功角增大。随着功角δ的增大，电磁功率继续减小，发电机转速继续增加。这样受端和送端的发电机便不能继续保持同步运行，即失去了稳定。
如果在点b 运行时受到微小扰动而获得一个负值的角度增量b b δδδ-=?''，则将 产生正值的电磁功率增量0''P P P b e -=?，发电机的工作点，将由点b 过渡到点a ，由此得出，点b 运行是不稳定的。 发电机要稳定：必须运行在功角特性的上升部分，即
0>??δ
e P 2、提高稳定的措施
由发电机电磁功率公式可以看出，影响发电机稳定运行的因数有：电压、电势、电抗。因此为了提高可靠性可以从改善这几个因数着手来采取措施:
（1） 改善励磁系统的调节特性；
（2） 改善线路的参数，线路加串联电容补偿和并联电抗补偿；
串 补 度： 40%
电容容抗： 21.7Ω
额定电流： 2.2kA
串补容量： 105Mvar/相
串补容量： 315Mvar/回
（3） 输电线路设置开关站；
（4） 切机、切负荷、解列等措施来提高系统稳定。
电力系统频率及有功功率的自动调节
电力系统频率及有功功率的自动调节 摘要 在现实中系统功率并不是一个恒定的值，而是随时变化的，在系统中，每时每刻发电功 率和用电功率基本平衡。而功率又是影响频率的主要因素，当发电功率与用电功率平衡时，频率基本稳定，当发电功率大于用电功率时系统频率则上升，反之则下降，所以系统对有功 功率和频率进行调整。本文研究了电力系统频率及有功功率的自动调节进行了详细的研究与论证。 关键词：频率有功功率自动调节 第一章频率和有功功率自动控制的必要性 1电力系统频率控制的必要性A频率对电力用户的影响 （1）电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化,这会使得电动机所驱动的加工工业产品的机械的转速发生变化,转速不稳定会影响产品质量”甚至会出现次品和废品。 （2）电力系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备的准确性和性能，频率过低时有 些设备甚至无法工作。这对一些重要工业和国防是不能允许的。 （3）电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低，导致其所带动机械的转速和出力降低,影响电力用户设备的正常运行。 B频率对电力系统的影响 （1）频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大，轻则影响使用寿命，重则可能产生裂纹。对于额定频率为50Hz的电力系统，当频率低到45Hz附近时，某些汽轮机的叶片可能因发生共振而断 裂，造成重大事故。（次同步谐振，1970、1971年莫哈维电厂790MV机组的大轴损坏事故） （2）频率下降到47-48HZ时，火电厂由异步电动机驱动的辅机（如送风机、送煤机）的出力随之下降，从而使火电厂发电机发出的有功功率下降。这种趋势如果不能及时制止，就会在短时间内使电力系统频率下降到不能允许的程度。这种现象称为频率雪崩。出现频率雪崩会造 成大面积停电，甚至使整个系统瓦解。 （3）在核电厂中，反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。当频率降到一定数值时，冷却介质泵即自动跳开，使反应堆停止运行。 （4）电力系统频率下降时，异步电动机和变压器的励磁电流增加，使无功消耗增加，引起系统 电压下降，频率下降还会引起励磁机出力下降，并使发电机电势下降，导致全系统电压水平降
国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则
国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则 为进一步加强国家电网公司无功补偿装置的技术管理工作，规范电网无功补偿的配置要求，提高电网的安全、稳定、经济运行水平，国家电网公司在广泛征求公司各有关单位意见的基础上，制定完成了《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》，并于8月24日以国家电网生［2004］435号印发，其全文如下： 国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则 第一章总则 第一条为保证电压质量和电网稳定运行，提高电网运行的经济效益，根据《中华人民共和国电力法》等国家有关法律法规、《电力系统安全稳定导则》、信息来源：《电力系统电压和无功电力技术导则》、《国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定》等相关技术标准和管理规定，特制定本技术原则。 第二条国家电网公司各级电网企业、并网运行的发电企业、电力用户均应遵守本技术原则。 第二章无功补偿配置的基本原则 第三条电力系统配置的无功补偿装置应能保证在系统有功负荷高峰和负荷低谷运行方式下，分（电压）层和分（供电）区的无功平衡。分（电压）层无功平衡的重点是220kV及以上电压等级层面的无功平衡，分（供电）区就地平衡的重点是110kV及以下配电系统的无功平衡。无功补偿配置应根据电网情况，实施分散就地补偿与变电站集中补偿相结合，电网补偿与用户补偿相结合，高压补偿与低压补偿相结合，满足降损和调压的需要。 第四条各级电网应避免通过输电线路远距离输送无功电力。500（330）kV 电压等级系统与下一级系统之间不应有大量的无功电力交换。500（330）kV电压等级超高压输电线路的充电功率应按照就地补偿的原则采用高、低压并联电抗器基本予以补偿。 第五条受端系统应有足够的无功备用容量。当受端系统存在电压稳定问题时，应通过技术经济比较，考虑在受端系统的枢纽变电站配置动态无功补偿装置。 第六条各电压等级的变电站应结合电网规划和电源建设，合理配置适当规模、类型的无功补偿装置。所装设的无功补偿装置应不引起系统谐波明显放大，并应避免大量的无功电力穿越变压器。35kV～220kV变电站，在主变最大负荷时，其高压侧功率因数应不低于0.95，在低谷负荷时功率因数应不高于0.95。 第七条对于大量采用10kV～220kV电缆线路的城市电网，在新建110kV 及以上电压等级的变电站时，应根据电缆进、出线情况在相关变电站分散配置适当容量的感性无功补偿装置。
电力系统无功优化的研究现状与算法综述
电力系统无功优化的研究现状与算法综述 学号：201431403083 姓名：郭宗书 摘要：对我国电力系统无功优化问题的研究现状和无功优化的一般模型进行了简要介绍，并在一般模型的基础上总结了目前已有的传统算法和现代算法，进一步分析了电力系统无功优化领域存在的问题，较全面地反映了这一科研领域的发展现状。 关键词电力系统无功优化现状算法 0 引言 最近几年来，伴随着我们国家的电力工业不断发展壮大，达到无功优化也已经成为了电力系统控制与运行的重点研究对象。在电力市场条件下，供电电压质量是电力系统电能质量的重要指标之一，而供电电压质量的好坏主要取决于电力系统无功潮流分布是否合理，所以，无功优化是合理分布电力系统无功潮流以及保证系统安全经济运行的有效手段。 所谓的无功优化，就是指在给定的系统结构参数和负荷的情况下，通过对一些特定控制变量进行优化，并在一定的约束条件下，使得系统的一个或者是多个性能的指标都能够实现最佳时的一种无功调节方法。 无功优化问题是从最优潮流的发展中逐渐分化出的一个分支问题。建立在严格的数学模型上的最优潮流模型，首先由法国的电气工程师Carpentier于20世纪60年代初期提出[2,3]。但随着电力市场化需求的不断增长，充分利用电力系统的无功优化手段，既满足客户各种用电需求又能保证系统安全经济运行，成为一直以来国内外电力工作者们致力研究解决的问题。而无功优化问题是一个复杂的非线性规划问题，由于其目标函数与约束条件的非线性、控制变量的离散性同连续性混合等特点，目前尚无一种直接、可行、快速完善的无功优化方法。因此，无功优化问题的核心就在于对非线性函数处理、算法收敛、处理优化问题中的离散变量三个方面。 当下，国内外学者根据不同的需求，建立了不同的无功模型，主要分为考虑网损及电压质量[4,5]、考虑负荷变化影响[6]、考虑分布式电源接入[7]和电力市场环
PSASP电力系统分析综合程序简介
电力系统分析综合程序简介 A Brief Introduction of PSASP? 中国电力科学研究院 2011年5月
目录 PSASP电力系统分析综合程序简介............................................................................................- 1 -PSASP图模一体化平台（7.0版）..............................................................................................- 3 -PSASP潮流计算程序....................................................................................................................- 6 -PSASP暂态稳定计算程序............................................................................................................- 8 -PSASP短路计算程序................................................................................................................. - 10 -PSASP最优潮流和无功优化计算程序..................................................................................... - 12 -PSASP静态安全分析计算程序................................................................................................. - 14 -PSASP网损分析计算程序......................................................................................................... - 15 -PSASP静态和动态等值计算程序............................................................................................. - 16 -PSASP用户自定义模型和程序接口..........................................................................................- 17 -PSASP直接法稳定计算程序..................................................................................................... - 19 -PSASP小干扰稳定分析程序......................................................................................................- 20 -PSASP电压稳定分析程序......................................................................................................... - 22 -PSASP继电保护整定计算程序................................................................................................. - 23 -PSASP线性/非线性参数优化程序 ........................................................................................... - 25 -PSASP谐波分析程序..................................................................................................................- 26 -PSASP分布式离线计算平台..................................................................................................... - 28 -PSASP电网风险评估系统......................................................................................................... - 30 -PSASP暂态稳定极限自动求解程序......................................................................................... - 32 -PSASP负荷电流防冰融冰辅助决策系统................................................................................. - 33 -
电力系统无功功率平衡与电压调整
电力系统无功功率平衡与电压调整 由于电力系统中节点很多，网络结构复杂，负荷分布不均匀，各节点的负荷变动时，会引起各节点电压的波动。要使各节点电压维持在额定值是不可能的。所以，电力系统调压的任务，就是在满足各负荷正常需求的条件下，使各节点的电压偏移在允许范围之内。 由综合负荷的无功功率一电压静态特性分析可知，负荷的无功功率是随电压的降低而减少的，要想保持负荷端电压水平，就得向负荷供应所需要的无功功率。所以，电力系统的无功功率必须保持平衡，即无功功率电源发出的无功功率要与无功功率负荷和无功功率损耗平衡。这是维持电力系统电压水平的必要条件。 一、无功功率负荷和无功功率损耗 1．无功功率负荷 无功功率负荷是以滞后功率因数运行的用电设备(主要是异步电动机)所吸收的无功功率。一般综合负荷的功率因数为0.6～O.9，其中，较大的数值对应于采用大容量同步电动机的场合。 2．电力系统中的无功损耗 (1)变压器的无功损耗。变压器的无功损耗包括两部分。一部分为励磁损耗，这种无功损耗占额定容量的百分数，基本上等于空载电流百分数0I ％，约为1％～2％。因此励 磁损耗为 0/100Ty TN Q I S V (Mvar)(5-1-1)
另一部分为绕组中的无功损耗。在变压器满载时，基本上等于短路电压k U 的百分值，约 为10％这损耗可用式(6-2)求得 2(%)()100k TN TL Tz TN U S S Q S V (Mvar)(5-1-2) 式中，TN S 为变压器的额定容量(MVA)；TL S 为变压器的负荷功率(MVA)。 由发电厂到用户，中间要经过多级变压，虽然每台变压器的无功损耗只占每台变压器容量的百分之十几，但多级变压器无功损耗的总和可达用户无功负荷的75%～100％左右。 (2)电力线路的无功损耗。电力线路上的无功功率损耗也分为两部分，即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。并联电纳中的无功损耗又称充电功率，与电力线路电压的平方成正比，呈容性。串联电抗中的无功损耗与负荷电流的平方成正比，呈感性。因此电力线路作为电力系统的一个元件，究竟是消耗容性还是感性无功功率，根据长线路运行分析理论，可作一个大致估计。对线路不长，长度不超过100km ，电压等级为220kV 电力线路，线路将消耗感性无功功率。对线路较长，其长度为300km 左右时，对220kV 电力线路，线路基本上既不消耗感性无功功率也不消耗容性无功功率，呈电阻性。大于300km 时，线路为电容性的。 二、系统综合负荷的电压静态特性 电力系统中某额定功率的用电设备实际吸收的有功功率和无功功率的大小是随电力网的电压变化而变的，尤其是无功功率受电压的影响很大。电力系统综合负荷的电压静态
电力系统无功补偿论文
电力系统的无功优化、补偿及无功补偿技术对低压电网功率因数的影响 电气与信息工程学院 自动化13-2 马春野 20131802
电力系统的无功优化、补偿及 无功补偿技术对低压电网功率因数的影响 一前言 随着国民经济的迅速发展，用电量的增加，电网的经济运行日益受到重视。降低网损，提高电力系统输电效率和电力系统运行的经济性是电力系统运行部门面临的实际问题，也是电力系统研究的主要方向之一。特别是随着电力市场的实行，输电公司（电网公司）通过有效的手段，降低网损，提高系统运行的经济性，可给输电公司带来更高的效益和利润。电力系统无功功率优化和无功功率补偿是电力系统安全经济运行研究的一个重要组成部分。通过对电力系统无功电源的合理配置和对无功负荷的最佳补偿,不仅可以维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性, 而且可以降低有功网损和无功网损,使电力系统能够安全经济运行。 无功补偿，就其概念而言早为人所知，它就是借助于无功补偿设备提供必要的无功功率，以提高系统的功率因数，降低能耗，改善电网电压质量。 二无功优化和补偿的原则和类型 1、无功优化和补偿的原则 在无功优化和无功补偿中，首先要确定合适的补偿点。无功负荷补偿点一般按以下原则进行确定： 1)根据网络结构的特点，选择几个中枢点以实现对其他节点电压的控制； 2)根据无功就地平衡原则，选择无功负荷较大的节点。 3)无功分层平衡，即避免不同电压等级的无功相互流动，以提高系统运行的经济性。 4)网络中无功补偿度不应低于部颁标准0.7的规定。 2、无功优化和补偿的类型 电力系统的无功补偿不仅包括容性无功功率的补偿而且包括感性无功功率的补偿。在超高压输电线路中(500kV及以上)，由于线路的容性充电功率很大，据统计在500kV 每公里的容性充电功率达1.2Mvar／km。这样就必须对系统进行感性无功功率补偿以抵消线路的容性功率。如实际上，电网在500kV的变电所都进行了感性无功补偿，并联了高压电抗和低压电抗，使无功在500kV电网平衡。
第五章 电力系统有功功率和
第五章 电力系统有功功率和频率调整 第一节 电力系统中有功功率的平衡 一、有功功率负荷的变动和调整控制 L L G P P P ?∑+∑=∑ 如图5－1中所示，负荷可以分为三种。第一种变动幅度很小，周期又很短，这种负荷变动有很大的偶然性。第二种变动幅度较大，周期也较长，属于这一种的主要有电炉、压延机械、电气机车等带有冲击性的负荷。第三种变动幅度最大，周期也最长，这一种是由于生产、生活、气象等变化引起的负荷变动。第三种负荷基本上可以预计。 据此，电力系统的有功功率和频率调整大体上也可分为一次、二次、三次调整三种。一次调整或频率的一次调整指由发电机组的调速器进行的、对第一种负荷变动引起的频率偏移的调整。二次调整或频率的二次调整指由发电机的调频器进行的、对第二种负荷变动引起的频率偏移的调整。三次调整实际上就是按最优化准则分配第三种有规律变动的负荷，即责成各发电厂按事先给定的发电负荷曲线发电。 二、有功功率电源和备用容量 装机容量——所有发电设备容量总和。 电源容量——可投入使用的容量之和。 备用容量——系统电源容量减去最大发电负荷（包括网损、负荷、厂用电等）。
系统备用容量可分为热备用和冷备用或负荷备用、事故备用、检修备用和国民经济备用等。 所谓热备用运转中的发电设备可能发的最大功率与系统发电负荷之差。冷备用则指未运转的发电设备可能发的最大功率。 负荷备用是指调整系统中短时的负荷波动并担负计划外的负荷增加而设置的备用。 事故备用是使电力用户在发电设备发生偶然性事故时不受严重影响，维持系统正常供电所需的备用。 检修备用是使系统中的发电设备能定期检修而设置的备用。 电力工业是线性工业，除满足当前负荷的需要设置上述备用外，还应计及负荷超计划增长而设置一定的备用。这种备用就称国民经济备用。 具备了备用容量，才可能谈论它们在系统中各发电设备和发电厂之间的最优分配以及系统的频率调整问题。 第二节电力系统中有功功率的最优分配 一、有功功率最优分配 电力系统中有功功率的分配有两个主要内容，即有功功率电源的最优组合和有功功率负荷的最优分配。 有功功率电源的最优组合是指系统中发电设备或发电厂的合理组合，也就是通常所说谓的合理开停。 有功功率负荷的最优分配是指系统的有功功率负荷在各个正在运行的发电设备或发电厂之间的合理分配。最常用的是按所谓等耗量微增率准则分配。 二、最优分配负荷时的目标函数和约束条件 1．耗量特性 电力系统中有功功率负荷合理分配的目标是在满足一定约束条件的前提下，尽可能节约消耗的一次能源。因此，必须先明确发电设备单位时间内消耗的能源与发出有功功率的关系，即发电设备输入与输出的关系。这关系称耗量特性，如图5－2所示。 耗量特性曲线上某一点纵坐标和横坐标的比值，即单位时间内输入能量与输 μ。耗量特性曲线上某点切线的斜率称耗量微增出功率之比称比耗量μ。P F/ =
电力系统的无功优化与无功补偿
电力系统的无功优化和无功补偿 摘要：电力系统的无功优化和无功补偿是提高系统运行电压,减小网损,提高系统稳定水平的有效手段。本文对当前国内外的无功优化和无功补偿进行了总结，对目前无功补偿和优化存在的问题进行了一定的探讨和研究。 关键词:无功优化无功补偿非线性网损电压质量 1前言 随着国民经济的迅速发展,用电量的增加,电网的经济运行日益受到重视。降低网损,提高电力系统输电效率和电力系统运行的经济性是电力系统运行部门面临的实际问题,也是电力系统研究的主要方向之一。特别是随着电力市场的实行，输电公司(电网公司)通过有效的手段,降低网损，提高系统运行的经济性，可给输电公司带来更高的效益和利润。电力系统无功功率优化和无功功率补偿是电力系统安全经济运行研究的一个重要组成部分。通过对电力系统无功电源的合理配置和对无功负荷的最佳补偿,不仅可以维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性, 而且可以降低有功网损和无功网损,使电力系统能够安全经济运行。 无功优化计算是在系统网络结构和系统负荷给定的情况下,通过调节控制变量（发电机的无功出力和机端电压水平、电容器组的安装及投切和变压器分接头的调节)使系统在满足各种约束条件下网损达到最小。通过无功优化不仅使全网电压在额定值附近运行,而且能取得可观的经济效益,使电能质量、系统运行的安全性和经济性完美的
结合在一起，因而无功优化的前景十分广阔。无功补偿可看作是无功优化的一个子部分,即它通过调节电容器的安装位置和电容器的容量,使系统在满足各种约束条件下网损达到最小。 2无功优化和补偿的原则和类型 2.1无功优化和补偿的原则 在无功优化和无功补偿中，首先要确定合适的补偿点。无功负荷补偿点一般按以下原则进行确定: 1)根据网络结构的特点,选择几个中枢点以实现对其他节点电压的控制； 2)根据无功就地平衡原则,选择无功负荷较大的节点。 ３)无功分层平衡，即避免不同电压等级的无功相互流动,以提高系统运行的经济性。 4)网络中无功补偿度不应低于部颁标准０.7的规定。 2．2无功优化和补偿的类型 电力系统的无功补偿不仅包括容性无功功率的补偿而且包括感性无功功率的补偿。在超高压输电线路中(500kＶ及以上),由于线路的容性充电功率很大，据统计在500kV每公里的容性充电功率达1．２Mvar／km。这样就必须对系统进行感性无功功率补偿以抵消线路的容性功率。如实际上，电网在５00kV的变电所都进行了感性无功补偿，并联了高压电抗和低压电抗,使无功在500kV电网平衡。 3 输配电网络的无功优化(闭式网)
漫谈电力系统无功功率
漫谈电力系统无功功率 目前世界范围内掀起环境保护的热潮，电力系统是一种的特定环境，公用电网中出现的无功功率，是电网本身的运行规律所决定，但它给电网运行带来了许多麻烦。无功功率是一种既不能作有功，但又会在电网中引起损耗，而且又是不能缺少的一种功率。 在实际电力系统中，异步电动机作为传统的主要负荷使电网产生感性无功电流；电力电子装置大多数功率因数都很低，导致电网中出现大量的无功电流。无功电流产生无功功率，给电网带来额外负担且影响供电质量。因此，无功功率补偿(以下简称无功补偿)就成为保持电网高质量运行的一种主要手段之一，这也是当今电气自动化技术及电力系统研究领域所面临发展的一个重大课题，且正在受到越来越多的关注。 设置无功补偿电容器是补偿无功功率的传统方法，目前在国内外均获广泛应用。电容器与网络感性负荷并联，以并联电容器补偿无功功率具有结构简单、经济方便等优点，但其阻抗是固定的，故不能跟踪负荷无功需求的变化，即不能实现对无功功率的动态补偿。 随着电力系统的发展，要求对无功功率进行动态补偿，从而产生了同步调相机(Synchronous Condenser--SC)。它是专门用来产生无功功率的同步电机，在过励磁或欠励磁的情况下，能够分别发出不同大小的容性或感性无功功率。自20世纪2、30年代以来的几十年中，同步调相机在电力系统中作为有源的无功补偿曾一度发挥着主要作用，所以被称为传统的无功动态补偿装置。然而，由于它是旋转电机，运行中的损耗和噪声都比较大，运行维护复杂，而且响应速度慢，难以满足快速动态补
偿的要求。 20世纪70年代以来，同步调相机开始逐渐被静止型无功补偿装置(Static Var Compensator--SVC)所取代，目前有些国家已不再使用同步调相机。早期的静止无功补偿装置是饱和电抗器(Saturated Reactor--SR)型的，1967年英国GEC公司制成了世界上第一批该型无功补偿装置。饱和电抗器比之同步调相机具有静止、响应速度快等优点；但其铁芯需磁化到饱和状态，因而损耗和噪声还是很大，而且存在非线性电路的一些特殊问题，又不能分相调节以补偿负荷的不平衡，所以未能占据主流。电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，将晶闸管的静止无功补偿装置推上了无功补偿的舞台。1977年美国GE公司首次在实际电力系统中演示运行了晶闸管的静止无功补偿装置。1978年此类装置投入实际运行。随后，世界各大电气公司都竟相推出了各具特色的系列产品。近10多年来，占据了静止无功补偿装置的主导地位。于是静止无功补偿装置(SVC)成了专指使用晶闸管的静止无功补偿装置，包括晶闸管控制电抗器(Thyristor ontrolled Reactor--TCR)和晶闸管投切电容器(Thyistor Switched Capactor--TSC)，以及这两者的混合装置(TCR+TSC)，或者TCR与固定电容器(Fixed Capacitor--FC)或机械投切电容器(Mechanically Switched Capacitor--MSC)混合使用的装置(即TCR+FC、TCR+MSC)等。随着电力电子技术的进一步发展，20世纪80年代以来，一种更为先进的静止型无功补偿装置出现了，这就是采用自换相变流电路的无功补偿，有人称为静止无功发生器(Static Var Generator--SVG)，也有人称其为高级静止无功补偿器(Advanced Static Var Compensator--ASVC)或静止调相器
电力系统无功功率优化
电力系统无功功率优化 【摘要】随着我国各种产业的迅速发展，现代电力系统日益扩大，对电网的运行的可靠性要求也越来越高。为了有效提高电力系统输电效率，降低有功网损和减少发电费用，我们需要加强对电力系统运行的经济性研究，合理选择无功补偿方案和补偿容量，通过对电力系统无功电源的合理配置和对无功负荷的最佳补偿，这样不仅能够改善电能的运行环境，给输电公司带来更高的效益和利润，还能提高功率因数，保证电网的电压质量，维持电压水平和提高电力系统运行的稳定性，最终保证了电网的安全、优质、经济运行。我国配电网的规模巨大，因此要想优化电力系统的无功补偿，需要电力部门和用户高度重视，密切配合，分析无功补偿应用技术，选择合适的优化方案。本文先是介绍了无功优化的重要性，接着分析了无功优化的基本思路，无功优化的一般模型和目标函数，阐述了无功功率的动态补偿。 【关键词】电力系统；无功优化；一般模型；目标函数；动态补偿 引言 电压和无功功率的分布有着非常紧密的联系，一般情况下，无功功率是造成电网线路出现有功损耗的主要原因，同时也严重影响着电力系统电压的正确分布。由此可见，根据电网的实际情况，利用现有的无功调节手段，合理的调动无功，在满足安全运行约束的前提下，加强对无功优化的研究，对于提高电压质量、降低系统网损具有重要的意义。无功优化是实现电力系统安全和经济运行的重要手段。 1 无功优化的重要性 随着电力市场改革的不断深化，降低电网损耗，直接决定着电力电网公司的经济效益和供电效率，变得非常重要。降低网损，其主要途径就是要降低电网的无功潮流流动，通过无功优化，可以降低电网有功损耗和电压损耗，优化电网的无功潮流分布，改善电压质量，使用电设备安全可靠地运行。在保证现代电力系统的安全性和经济性方面，无功优化的重要性已经得到全球的关注。因此，电力系统中无功优化的重要性越来越为突出。 2 无功优化的基本思路 无功优化可分为无功运行优化和规划设计优化。其中无功运行优化是利用现有无功补偿装置，通过降低网损的方式，合理调节变压器分接头和发电机端电压，正确分析离线运行方式，实现无功实时或短期控制。而规划设计优化涉及的问题很多，也很复杂，不仅包括多时段，还要充分考虑多运行方式，确定补偿装置的地点、容量和投切时间，扣除补偿投资后的净收益，使得损耗电能减少的收益最大，而年运行费用与投资等年值之和最小。总之，电力系统的无功优化的基本思路，就是在满足电力系统无功负荷的需求下，根据电力系统的有功负荷、有功电
《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》
《国家电网公司电力系统无功补偿配置技术原则》 第一章总则 第一条为保证电压质量和电网稳定运行，提高电网运行的经济效益，根据《中华人民共和国电力法》等国家有关法律法规、《电力系统安全稳定导则》、信息来源：《电力系统电压和无功电力技术导则》、《国家电网公司电力系统电压质量和无功电力管理规定》等相关技术标准和管理规定，特制定本技术原则。 第二条国家电网公司各级电网企业、并网运行的发电企业、电力用户均应遵守本技术原则。 第二章无功补偿配置的基本原则 第三条电力系统配置的无功补偿装置应能保证在系统有功负荷高峰和负荷低谷运行方式下，分（电压）层和分（供电）区的无功平衡。分（电压）层无功平衡的重点是220kV 及以上电压等级层面的无功平衡，分（供电）区就地平衡的重点是110kV及以下配电系统的无功平衡。无功补偿配置应根据电网情况，实施分散就地补偿与变电站集中补偿相结合，电网补偿与用户补偿相结合，高压补偿与低压补偿相结合，满足降损和调压的需要。 第四条各级电网应避免通过输电线路远距离输送无功电力。500（330）kV电压等级系统与下一级系统之间不应有大量的无功电力交换。500（330）kV电压等级超高压输电线路的充电功率应按照就地补偿的原则采用高、低压并联电抗器基本予以补偿。 第五条受端系统应有足够的无功备用容量。当受端系统存在电压稳定问题时，应通过技术经济比较，考虑在受端系统的枢纽变电站配置动态无功补偿装置。 第六条各电压等级的变电站应结合电网规划和电源建设，合理配置适当规模、类型的无功补偿装置。所装设的无功补偿装置应不引起系统谐波明显放大，并应避免大量的无功电力穿越变压器。35kV～220kV变电站，在主变最大负荷时，其高压侧功率因数应不低于0.95，在低谷负荷时功率因数应不高于0.95。 第七条对于大量采用10kV～220kV电缆线路的城市电网，在新建110kV及以上电压等级的变电站时，应根据电缆进、出线情况在相关变电站分散配置适当容量的感性无功补偿装置。 第八条35kV及以上电压等级的变电站，主变压器高压侧应具备双向有功功率和无功功
电力系统无功优化调度研究综述 陆梦龙
电力系统无功优化调度研究综述陆梦龙 发表时间：2017-09-19T12:02:15.953Z 来源：《电力设备》2017年第13期作者：陆梦龙 [导读] 摘要：无功优化是关系到电力系统能否安全经济运行的一个核心问题。电力系统无功优化直接关系到电力公司的经济效益和供电效率。 （国网徐州供电公司江苏徐州 221000） 摘要：无功优化是关系到电力系统能否安全经济运行的一个核心问题。电力系统无功优化直接关系到电力公司的经济效益和供电效率。利用无功优化调度，能够优化电网的无功潮流分布。大大的降低电网的有功损耗和电压的损耗。从根本上缓解电压质量问题，对于电力系统的安全具有重要意义，受到国内外电力学者和研究人员的充分重视。本文对无功优化调度的计算和控制进行了深入讨论，提出了寻优质量，离散变量处理，求解效率动态优化调度及其协同优化方法等关键性问题。 关键词：电力系统；无功优化调度；研究 一、电力系统无功优化问题概述 电力系统无功优化调度问题是指在电力系统无功电源较为充足的情况下，通过调节发电机机端的电压，调整变压器抽头变比，改变无功补偿装置的出力等措施来调整无功潮流。从而使系统电压值能够达到合格值。同时把全网有功损耗降到最小。电力系统无功优化调度问题有时也被称为电力系统无功优化控制，或者电压无功优化控制，无功优化潮流问题等。 电压质量是衡量电力系统电能质量的一个重要指标。在各种电能质量问题中，电压波动过大产生的危害是最大的。它不止会影响电气设备的性能，它会影响到系统的稳定和运行安全。利用无功优化调度，能够优化电网的无功潮流分布。大大的降低电网的有功损耗和电压的损耗。从根本上缓解电压质量问题。保证电气设备的安全运行。无功优化调度在保证现代电力系统的安全性和经济性双面的作用不可小视。 从笔者的观点来看，电力系统无功优化调度，分为静态无功优化调度和动态无功优化调度。静态无功优化调度是指不考虑控制设备是否允许连续调整的情况下，只追求对于电压水平和网损的无功优化。而动态的无功优化调度是指在无功优化过程中，为了适应负荷的动态变化，而加上对控制变量的每日允许操作次数限制的考虑。还要考虑到电力系统各种不同的负荷水平和运行状态下所产生的各种调度结果的相关联系。所以动态优化比静态优化问题要复杂一些。静态优化一般是停留在理论层面的，而动态优化往往是在实际生活中的。 电力系统无功优化调度问题从数学的角度来讲可以类似于一个目标函数和一组约束条件。这个问题具有多目标性，约束条件数量多，非线性不确定性，离散性，多极值性，解的空间缺少连通性等。随着我国电力系统规模的不断扩大，对于无功优化算法的要求也越来越高。如何快速得到最优解。解决不可行问题等都变得十分复杂和困难了。 二、无功优化的几种常用计算方法 无功优化的求解方法主要有非线性规划法，线性规划法，混合整数，动态规划法等常规方法。以及像神经网络法，专家系统方法遗传算法等非常规性方法。这些方法在无功优化的求解方面各有利弊，下面来一一进行分析。 1.非线性规划法。非线性规划法是最先被运用到电力系统无功优化中的一种算法。因为无功优化本身便是具有非线性的特点的。这种算法的优点是既能够保证电力系统的安全性又能够实现他的经济性，还能提高电能质量。非线性规划法的运算操作形式是，首先设定一个目标函数。然后把节点功率平衡作为等式的约束条件。然后再通过引入松弛变量的方法发布董事的约束条件转换成等式的约束条件。那么这个复杂的无功优化问题就转换成了一个非线性代数方程组求解的问题。 2.线性规划法。无功优化虽然是一个非线性问题，但是我们可以对其进行线性化之后再进行研究。通过线性规划的方法对无功优化进行计算，具有加快计算速度，使各种约束条件处理简单化。线性规划法因其较为简单便捷，所以得到了较快的发展。它具有速度快收敛性好算法稳定等优点。但是在进行无功规划优化时需要对目标函数和约束函数进行线性化处理。这便是一个非常容易出问题的环节。如果选取或处理的不合适，很有可能会引发震荡或收敛缓慢。在把无功优化的线性规划模型确定好之后，它的求解方法一般采用具有指数时间复杂性的单纯形法，或者是这一形法的各种变形。美国贝尔实验室于1984年提出内点法。内点法具有迭代次数变化少，鲁棒性和收敛特性较好的特点，很多专家学者在应用中证实它比单纯形法更具有优越性。人们越来越多地开始采用内点法来解决无功优化问题。 3.混合整数算法。非线性和线性规划法虽然各有各自的优点。但是在实际应用中它们都难以反映出变压器分接头变化以及电容器组，电抗器投射的离散特性。为了解决这个问题，便有学者发明了混合整数规划方法。在一般的线性规划问题中，最优解是分数和小数的情况很多，但是对于具体的问题来说，他一般要求某些变量的解必须要是一个整数。把规划中的变量限制为整数，称为整数规划。这个方法能够有效的解决优化计算中变量的离散性问题。它的原理是通过分支定界法，不断的定系缩小范围，使得结果越来越接近于最优解。但是这一算法也存在一些弊端。它的计算时间属于非多项式的类型。随着计算维度的不断增加，计算时间也会快速增长，这样在实际操作中便难以及时有效的反映问题，所以混合整数规划优化算法应当向着更好的适应系统规模，加强实用化这个方面不断发展。 4.人工智能方法。上面提到的三种算法的共同缺陷是他们都存在着无法找到全局最优解的可能性。而且传统的数学优化方法一般都需要依赖于非常精确的数学模型。这就造成了这一问题的复杂性，从而导致它难以被实时控制。基于这一原因和人们受自然界和人类本身的启发。人工智能方法开始逐渐被研究并应用到电力系统无功优化中。例如专家系统，神经网络等都是一些较为具有代表性的人工智能方法。专家系统方法是指在结合上其它方法的基础上，依据专家的经验设置出初始值，然后不断的调整控制参数的大小，选举出一个比较好的解，将专家系统应用于无功优化，有利于结合上运行人员的专业知识，从而增加功能性。人工神经网络又被人称为连接机制模型，它是一个由大量简单元件广泛连接而形成的，被用来模拟人脑行为的一个十分复杂的网络系统。 三、无功优化的领域的关键性问题及发展动态 1.存在的关键性问题。笔者认为目前无功优化领域需要解决的关键性问题有五点。一是选择哪种算法可以求出最优解，二是我们是否能够直接处理离散控制变量，不再采用连续化假设的方法，三是在电网规模不断扩大的同时，优化算法的巡游速度能否赶上实时计算的需求，四是如何解决好控制设备动作次数的限制问题，五是在大规模电网中无功优化调度如何更好的实现对于全局的协调优化控制。 2.国内外关于这些问题的研究现状。就目前国内外的发展情况来看，现在学者们研究的问题大多是针对选择何种优化算法可以求得最优解的，当然，这一研究也取得了较大的成果。而对于不采用连续化假设直接处理离散控制变量来说，只有进化算法和内点算法能够解决这一问题。就目前所存在的算法来看，随着电网规模的不断扩大，优化算法的速度是难以赶上实时计算的需求的，这一点还需要我们不断
电网无功功率计算.docx
电网中的许多用电设备是根据电磁感应原理工作的。它们在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫无功功率。电力系统中，不但有功功率平衡，无功功率也要平衡。 有功功率、无功功率、视在功率之间的关系如图1所示 式中 S——视在功率，kVA P——有功功率，kW Q——无功功率，kvar φ角为功率因数角，它的余弦(cosφ)是有功功率与视在功率之比即cosφ＝P/S称作功率因数。 由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用电企业功率因数cosφ越小，则所需的无功功率越大。如果无功功率不是由电容器提供，则必须由输电系统供给，为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量需增大。这样，不仅增加供电投资、降低设备利用率，也将增加线路损耗。为此，国家供用电规则规定：无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功倒送。还规定用户的功率因数应达到相应的标准，否则供电部门可以拒绝供电。因此，无论对供电部门还是用电部门，对无功功率进行自动补偿以提高功率因数，防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的意义。 无功补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。 当前，国内外广泛采用并联电容器作为无功补偿装置。这种方法安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小。 采用并联电容器进行无功补偿的主要作用： 1、提高功率因数 如图2所示图中
P——有功功率 S1——补偿前的视在功率 S2——补偿后的视在功率 Q1——补偿前的无功功率 Q2——补偿后的无功功率 φ1——补偿前的功率因数角 φ2——补偿后的功率因数角 由图示可以看出，在有功功率P一定的前提下，无功功率补偿以后(补偿量Qc＝Q1-Q2)，功率因数角由φ1减小到φ2，则cosφ2＞cosφ1提高了功率因数。 2、降低输电线路及变压器的损耗 三相电路中，功率损耗ΔP的计算公式为 式中 P——有功功率，kW； U——额定电压，kV； R——线路总电阻，Ω。 由此可见，当功率因数cosφ提高以后，线路中功率损耗大大下降。 由于进行了无功补偿，可使补偿点以前的线路中通过的无功电流减小，从而使线路的供电能力增加，减小损耗。 例：某县电力公司某配电所，2005年1月～2月份按实际供售电量情况进行分析。该站1～2月份，有功供电量152.6万kW·h，无功供电量168.42万kvar·h，售电量133.29万kW·h，功率因数0.67，损耗电量19.31万kW·h，线损率12.654%。装设电容器进行无功补偿后，如功率因数由原来的0.67提高到0.95 时， (1)可降低的线路损耗
电力系统电压与无功补偿
现代生产和现代生活离不开电力。电力部门不仅要满足用户对电力数量不断增长的需要，而且也要满足对电能质量上的要求。所谓电能质量，主要是指所提供电能的电压、频率和波形是否合格，在合格的电能下工作，用电设备性能最好、效率最高，电压质量是电能质量的一个重要方面，同时，电压质量的高低对电网稳定、经济运行也起着至关重要的作用。 1 电压与无功补偿 电压顾名思义就是电(力)的压力。在电压的作用下电能从电源端传输到用户端，驱动用电设备工作。 交流电力系统需要电源供给两部分能量，一部分将用于作功而被消耗掉，这部分电能将转换为机械能、光能、热能或化学能，我们称 为“有功功率”。另一部分能量是用来建立磁场，用于交换能量使用的，对于外部电路它并没有作功，由电能转换为磁能，再由磁能转换为电能，周而复始，并没有消耗，这部分能量我们称为“无功功率”，无功是相对于有功而言，不能说无功是无用之功，没有这部分功率，就不能建立感应磁场，电动机、变压器等设备就不能运转。在电力系统中，除了负荷无功功率外，变压器和线路的电抗上也需要大量无功功率。
国际电工委员会给出的无功功率的定义是：电压与无功电流的乘积 为无功功率。其物理意义是：电路中电感元件与电容元件活动所需要的功率交换称为无功功率。
我们以电感元件和电容元件的并联回路来说明这个问题，见图1a，在电压的作用下，电感回路中电流滞后电压90°，而在电容回路中电流却是超前电压90°，即在同一电压作用下，任一瞬时，IL和IC在时间轴对称。我们将每一瞬间电感上的电压与电感电流IL相乘得到电感的功率曲线PL(图1b)，同样的，将电容上的电压与电容电流IC相乘得到电容的功率曲线PC(图1c)。 如图2a所示，功率在第二个和第四个1/4周期内电感在吸收功率，并把所吸 电感收的能量转化为磁场能量；而在第一和第三个1/4周期内
电力系统无功优化建设
电力系统无功优化建设 摘要：随着电网管理水平的日益提高及不断细化，电网无功补偿安装容量已经能够基本满足电网的负荷需要，但电网无功管理工作仍需加强，就目前县级电网无功优化问题进行深入的研究和探讨，提出一些意见和看法。 关键词：无功优化；管理；电网 1 无功优化建设原则 坚持“全面规划、合理布局、全网优化、分级补偿、就地平衡”的原则，以改善电压质量、降低损耗、节约运行成本、提高企业经济效益和无功优化管理水平为目的，逐步实现变电站、配电线路、低压配电台区的全网分区、分层电压无功优化。 2 无功优化的目的 经过近几年的电网建设与改造，公司所属35kv及以上变电站基本上安装了足够容量的无功补偿装置。但变电站的电容器均采用断路器分组投切方式。这种采用人工投切电容器组的方式不能根据负荷及时的输出无功，且大大的加重了主变有载调压的动作次数，给我局设备安全运行带来隐患。 3 目前现状 1）10kv线路无功自动补偿装置安装的还较少，不能够满足需要。2）没有开展全网无功优化计算，还处于比较粗略的计算方法和仅仅凭借经验从事的状态。需要进一步完善全网优化、提高优化效果。3）农网低压线路存在三相负荷不平衡现象，损耗较大，没有达到
经济运行的要求。4）随着近几年“农网改造”、“农网完善工程”、“农村电气化建设”以及“农田机井通电工程”等农网工程的开展，对全市农村低压线路和设备进行了改造，增补了大批台区无功补偿装置。目前县级电网低压配电台区的随器、随机补偿容量基本满足要求。但因未加装配电台区采集终端，也无法对低压补偿装置进行实时监控和远方控制。5）无法实时监测用户的无功补偿情况，大用户不及时投退电容器会影响电网的无功补偿效果。 4 存在问题 随着电网规模的增大及日益复杂，电压无功优化问题越来越突出，尤其表现在无功补偿虽然达到局部最优，但是全网电压无功质量却上不去。目前电力系统进行无功规划和无功控制都是局部补偿，不能考虑到全网进行优化补偿。目前县级无功电压管理还存在以下问题： 如：高、中、低压无功管理分离，这种管理模式造成管理上的脱节；无功管理理论缺乏、人员素质不高，还处于依据粗略、传统的计算方法和凭借经验指导工作；无功补偿进行了分层、分级补偿，在区域内达到了效果，但是没有实现全网的整体优化补偿。经过近几年的电网建设与改造，县级供电企业所属35kv及以上变电站基本上安装了足够容量的无功补偿装置。但变电站的电容器均采用断路器分组投切方式。这种采用人工投切电容器组的方式不能根据负荷及时的输出无功，且大大的加重了主变有载调压的动作次数，给县级供电企业设备安全运行带来隐患。