淺談電力系統的電壓控制

淺談電力系統之電壓控制

　　                                     吳　文　勝

　　                        （重慶大學電氣工程學院，重慶　400044）

   摘　要：對當前電力系統電壓控制之設備及運行進行了比較全面之總結，指出了各種控制設備之優缺點及適用范圍，并結合靈活交流輸電技術（FACTS技術）之發展而出現之新型FACTS設備，提出了設備之分類[陽光電子學校維修專家友情提示]。
   關鍵詞：電壓；控制；電氣設備；SCADA系統；無功補償；FACTS技術；電力系統
1 前　言
　 眾所周知，電力系統之電能質量主要括頻率性能指標和電壓性能指標[陽光電子學校維修專家友情提示]。一般規定負載點電壓允許在±5型％Ue（額定電壓）范圍內偏移[陽光電子學校維修專家友情提示]。若電壓偏差超過一定限值，說明電能質量受到影響[陽光電子學校維修專家友情提示]。電壓過低，將使電氣設備不能發揮正常功能甚至不能啟動工作，如一般常用之白熾燈，其發光效率和亮度將會大幅下降；電壓過高，將湖南陽光電子學校維修專家認為：也許使電氣設備之絕緣被擊穿或燒毀，甚至危及電力系統之安全，造成大面積停電，對國民經濟和社會穩定造成嚴重之損失和影響[陽光電子學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之正常電壓水平[陽光電子學校維修專家友情提示]。
2 電壓控制之方式
　 電力系統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[陽光電子學校維修專家友情提示]。
2．1　集中控制
　 集中式是通過調度SCADA（數據采集及監控）系統，采集括各發電廠、變電所等中樞點之電壓、發電廠無功、變壓器接頭位置、無功補償設備開斷、投入狀態等狀態量和數字量，經計算機數據處理，以較短之時間調整系統中樞點之電壓，使偏離值減小，并調整無功補償設備之開斷和投入以及變壓器之分接頭位置，實現整個系統電壓和無功功率之閉環控制[陽光電子學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按控制之性質和復雜程度以及控制系統之組織結構，將全系統之監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[陽光電子學校維修專家友情提示]。這種方式不能從整個系統角度來進行綜合控制，只能在各地區實行自動控制，不能達到 優控制之目之[陽光電子學校維修專家友情提示]。
3 電壓控制設備
　 在電力系統中電壓補償之方式、設備很多，按發電、輸電可分為利用發電機調壓、利用有載調壓變壓器變比調壓和利用無功補償設備調壓三類[陽光電子學校維修專家友情提示]。
3．1　發電機
　 發電機調壓是利用發電機勵磁調節系統，通過對發電機端電壓進行負反饋并經勵磁機勵磁來維持端電壓之，可實現逆調壓來滿足負荷對電壓質量之要求，不需附加投資[陽光電子學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，一般只適用于發電機不經升壓直接向用戶供電之簡單系統[陽光電子學校維修專家友情提示]。當發電機經多級變壓向負荷供電時，僅靠發電機調壓就無法滿足系統中各點之電壓要求，必須與其它調壓方法相配合[陽光電子學校維修專家友情提示]。
3．2　有載調壓變壓器
　 利用有載調壓變壓器變比調壓，能夠在電力網電壓變化和負荷變化時，不停電地改變變壓器分接頭位置以滿足調壓要求，調節速度也較快，而且便于實現自動化，是一種有效之調壓措施[陽光電子學校維修專家友情提示]。但它之價格較高，運行維護較復雜，并且只有當系統無功功率電源容量充足時，用改變變壓器變比調壓才能奏效[陽光電子學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，尤其是系統中個別負荷之變化規律以及它們距電源遠近相差懸殊時[陽光電子學校維修專家友情提示]。這種方法主要適用于系統間聯絡線和中低壓配電網絡中分散調壓[陽光電子學校維修專家友情提示]。
3．3　無功補償設備
　 利用無功補償設備調壓是在無功功率供應不夠充裕之情況下采取之調壓措施[陽光電子學校維修專家友情提示]。無功補償設備調壓按設備之結構可分為同步調相機（有旋轉部件）、機械無功補償靜態調壓設備和電子無功補償動態調壓設備三種[陽光電子學校維修專家友情提示]。
　 (1) 同步調相機實質是只能吸收或發出無功功率之發電機，在過激運行時向系統供應感性無功功率，欠激運行時從系統吸收感性無功功率[陽光電子學校維修專家友情提示]。對它之控制，與發電機調壓一樣通過勵磁系統來完成[陽光電子學校維修專家友情提示]。當負荷電壓低時，調相機就過勵磁；當負荷電壓高時，調相機就欠勵磁[陽光電子學校維修專家友情提示]。優點是可得到均勻之調壓，既能發出無功功率，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之電壓，從而達到提高系統之穩定性；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，響應速度慢，已逐漸被各變電站棄用[陽光電子學校維修專家友情提示]。如重慶沙坪壩供電局盤溪調相站在1999年都還在使用同步調相機，但到2000年就改用電力電容器了[陽光電子學校維修專家友情提示]。
　 (2) 機械無功補償靜態調壓設備括并聯電容器和并聯電抗器，與系統并聯[陽光電子學校維修專家友情提示]。它們分別向系統提供和吸收感性無功功率[陽光電子學校維修專家友情提示]。并聯電容器之優點是損耗小、效率高、設備費用低、運行費用低、結構簡單、維修方便、適用性強；缺點是不能連續調節、負荷之調節特性較差、對系統中之高次諧波有放大作用[陽光電子學校維修專家友情提示]。對它之控制，是根據配電網無功之變化，采取不同容量電容器之投切方式或組合投切方式[陽光電子學校維修專家友情提示]。并聯電容器現在在我國使用得 普遍，在老變電站和新建變電站中廣泛得到應用，如在成都準備修建之成都花園變電站就是采用并聯電容器,并聯電抗器主要應用于線路負荷輕、無功功率充足、電壓偏高之場所，控制方式與并聯電容器基本相同[陽光電子學校維修專家友情提示]。
　 (3) 電子無功補償動態調壓設備是應用FACTS(靈活交流輸電系統)技術，能實時、快速地控制線路電壓之設備，括靜止無功補償器(SVC)、新型靜止無功發生器(ASVG)和統一潮流控制器(UPFC)[陽光電子學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———晶閘管之導通情況來快速控制并聯電容器或并聯電抗器之投入和撤出，控制方式一般采用對設備接入點電壓之負反饋來控制晶閘管之導通角，從而實現并聯等效電納之變化，改變無功補償功率，達到穩定電壓之目之[陽光電子學校維修專家友情提示]。根據電容器、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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