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智能电网无功补偿和电压调节分析
2018-01-31 13:57 来源:国研中电EPTC 操作系统
7）同步调相机：同步调相机是最早采用的一种无功补偿设备，现在基本不采用。但为了适应电网稳定以及直流输电的需要，在一些情况下仍然具有它的特定作用。
分层分区补偿原则：有鉴于经较大阻抗传输无功功率所产生的很大无功功率损耗和相应的有功功率损耗，电网无功功率的补偿安排宜实行分层分区和就地平衡的原则。所谓的分层安排，是指作为主要有功功率大容量传输即220--500kV电网，宜力求保持各电压层间的无功功率平衡，尽可能使这些层间的无功功率串动极小，以减少通过电网变压器传输无功功率时的大量消耗；而所谓分区安排、是指110kV及以下的供电网，宜于实现无功功率的分区和就地平衡。
一、无功补偿概述和原则
线路高压电抗器的补偿容量，可以考虑选择为线路充电容量的70%左右，长线路可在线路两端各设一组，中短线路可只在线路一侧装设。这样，当线路传送功率为自然功率的55%左右，线路本身的无功功率适相平衡，而当偏离此值时，两侧系统只需提供不大的无功补偿功率。
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根据无功平衡的需要，增添必要的无功补偿容量，并按无功功率就地平衡的原则进行补偿容量的分配。小容量的、分散的无功补偿可采用静电容电器；大容量的、配置在系统中枢点的无功补偿则宜采用同步调相机或静止补偿器。
主网联络变压器：这一类变压器的特点是容量大，如500/220/35主变。在研究这一类变压器是否应当装设带负荷调节的电压分接头时，有两个特点值得考虑，第一，无功功率补偿和调节能力的分层平衡，决定了作分连接两大主电网的联络变压器，原则上不应承担层间交换大量无功功率的任务，而单纯因有功负荷变化所造成的电压变化则较小，第二，一般地说，因为连接的是主电网，每一侧到变压器母线的短路电流水平都相当高，都将远大于变压器本身的容量，调节变压器的电压分接头已经失去了可以有效调节母线电压的作用。1982年国际大电网会议变压器委员会提出过一份报告，特别指出了有了带负荷调节电压分接头，不仅它本身不可靠，同时还增加了变压器整体设计的复杂性。当然这也不是绝对的，也需要视具体情况而定。
3）国外大多数电力系统考虑，允许的电压波动范围都在额定值的±5%-±10%的范围（正常和N-1方式）
运行系统对电压的控制，是安排和充分利用电网中的无功功率补偿容最和调节能力，随时保持正常运行情祝下和事故情况后电网中各枢纽点电压值不超过规定限颊，并保证电力系统的安全稳定运行。
在设计电力系统的无功功率时，还需要考虑如下的一些基本要素：
无功对应电压，有功对应频率，应该是一个比较普遍大概的认识，当然没错。所以无功补偿和电压调节是密不可分的，也是调度考核的重要指标。
500kV双回线在运行中突然断开一回，其后果是原来由断开那回线传输的有功功率将立即转移到保留在运行中的一回线上来。由于保留在运行中的那回线的电流突然增大，线路的无功损耗将成平方地增大。同时还失去了原来一回线的充电功率，这个缺额不小而且必须由两侧系统立即提供补偿。瑞典1983年12月17日的大停电事故就是由于主输电线路跳闸，受端无功补偿能力不足引发的。
发电机升压变：这一类变压器是否配电压分接头和是否带负荷调节电压分接头，没有定论，发电机本身已经是很方便的无功调节设备，在升压变压器上配电压分接头似乎并没有什么特殊必要。当然，各个系统有各自的传统习惯和做法。
供电变压器：不但向负荷提供有功功率，也往往同时提供无功功率，而且一般短路阻抗也较大。对于直接向负荷中心供电的变压器，宜于配置带负荷调压分接头，在实现无功功率分区就地平衡的前提下，随着地区负荷的增减变化，配合地区无功补偿设备并联电容器及低压电抗器的投切，以随时保证对用户的供电电压质量，这点国网电力系统导则中有规定。
带地区供电负荷的变电站和发电厂(直属)的10（6）kV母线：正常运行方式下的电压允许偏差为系统额定电压的0～+7%。
对于高压电网，需要制订专门的无功功率规划，除了主要由地区电厂供应地区负荷的小系统外，一般都需要在全系统的基础上进行无功功率补偿设备的协调配置。许多系统的做法，首先是按系统峰负荷时运行方式，决定配置无功功率的补偿容量；然后按系统低谷负荷时的运行方式进行校核，决定线路充电功率的吸收容量及其实现手段。
6）串联电容器：又称串补，用于补偿线路的部分串联阻抗，从而降低输送功率时的无功损耗，因而也是一种无功补偿设备。但串联电容更是电力系统经远距离输电时比较普遍采用的提高系统稳定和送电能力的重要手段。南网运用相当多。
中枢点的无功电压控制至关重要，一般根据实际情况选择以下作为中枢点：（1）大型发电厂的高压母线；（2）枢纽变电所的二次母线；（3）有大量地方性负荷的发电厂母线。
至于送端电厂的发电机组，特别是远方电厂，由于无功功率不宜远送的规律，它发出的无功功率主要用以补偿配出线路在重负荷期间的部分无功功率损耗，实现超高压网无功功率的分层平衡。功率因数一般都较高。例如，巴西伊泰普水电.站中，有9台765MW的机组接在交流侧，经900km，765kV交流线路到受端，机组的额定功率因数选为0.95，另9台7机通过直流线路到受端，其额定功率因数选为0.85，因为前者只需要补偿线路，后者还需要补偿换流站的无功（换流站的无功需求相当大）。
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要求各类用户将负荷的功率因数提高到现行规程规定的数值。
电压中枢点：指那些能够反映和控制整个系统电压水平的节点（母线）。
8）静止补偿器SVC：静止补偿器有电力电容器和可调电抗并联组成。电容器可发出无功功率，电抗器可吸收无功功率，根据调压需要，通过可调电抗器吸收电容器组中的无功功率，来调节静止补偿其输出的无功功率的大小和方向。静止补偿器能快速平滑的调节无功功率，以满足无功补偿装置的要求。这样就克服了电容器作为无功补偿装置只能做电源不能作负荷且不能连续调节的缺点。但其也不适用于一个受端系统很弱的电网中，因为其容量将随母线电压下降而成平方地降低。
500kV母线：正常运行方式时，最高运行电压不得超过系统额定电压的+10%；最低运行电压不应影响电力系统同步稳定、电压稳定、厂用电的正常使用及下一级电压调节。
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至于重要的电压稳定问题，将在电力系统稳定部分和大停电部分总结。
1)系统各点允许的最高长期运行电压，受接入电力设备绝缘水平和变压器饱和的限制。例如在我国，规定500kV电网的最高长期运行电压为550kV，变压器的最高运行电压不得超过相应电压分接头额定值的105%等。
不使超高压长距离线路的甩负荷过电压超过一定允许值(稳态工频过电压值）
电力系统的无功补偿与无功平衡是保证电压质量的基本条件，首先是一些重要原则当然很多是国网的原则，虽说要摆脱国网思路束缚，但是有些好东西还是要保留。
发电厂和500kV变电所的220kV母线：正常运行方式时，电压允许偏差为系统额定电压0～+10%；事故运行方式时为系统额定电压的的-5%～+10%。
调压的时间范围：单个时段（单一负荷水平）的静态控制、多个时段（多种负荷水平的动态控制）。
无功对于电网系统设计来说，肯定是非常非常重要的了，这块其实内容很多，就做一个简单的梳理总结，有一些工程实践中的认识，希望可以互相印证。
串联电容器提升的末端电压的数值QXC/V(即调压效果)随无功负荷增大而增大、无功负荷的减小而减小，恰与调压的要求一致。这是串联电容器调压的一个显著优点。但对负荷功率因数高(cosφ>0.95)或导线截面小的线路，由于PR/V分量的比重大，串联补偿的调压效果就很小。
二、无功补偿来源和电压调节设备
