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提高配網電壓質量方法研究

文檔作者：楊璽文檔來源：廣東電網公司江門供電局		點擊數：	更新時間： 2025年05月12日
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電能質量管理
[摘要]
關鍵詞
0引言
提高配網電壓質量方法研究
楊 璽
(廣東電網公司江門供電局，廣東江門 529000)
結合江門電網現狀，分析造成配網電壓質量低的原因，并針對性地采取了安裝自動調壓器、動態無功補償裝
置，加強小水電協調控制等技術措施，以提高電壓質量。
電壓質量自動調壓器動態無功補償小水電協調控制
隨著江門地區經濟的快速發展，工業負荷、農業負
荷、小城鎮照明負荷迅速增加，江門電網部分配電線路電
壓嚴重偏低。同時，江門地區大量小水電通過10kV線路
向電網供電，造成系統電壓波動。2010年，江門供電局對
配電線路電壓質量不合格原因進行了分析，采取了多項針
對性的措施。
1安裝自動調壓器
1．1 自動調壓器的結構和原理
自動調壓器是一種用來調節配電線路電壓，改善配網
電壓質量，保證末端電壓在標準范圍之內的電氣設備。單
相電壓調節器是一種帶抽頭的全自動線路調壓器，主要由
1臺有載調壓裝置和1臺自耦變壓器組成，如圖1所示。
微機控制器連續輸出信號觸發觸頭，平滑地調節串聯線圈
的匝數，使其輸出電壓保持在要求的范圍內。調節范圍為
目標電壓的±l0 ，共分32個檔位，從而使每步調壓的
幅度為線路電壓的0．625％ 。
圖1單相調壓器結構圖
自動調壓器使用方式靈活，2臺單相調壓器可組成
“V”型接線方式，以調節10kV線路電壓， 調節范圍為
±10 ，接線圖和電壓調節示意圖如圖2、圖3所示；3
臺單相調壓器可組成“△ ”型接線方式，以調節1OkV線
路電壓，調節范圍為±15 ，接線圖和電壓調節示意圖如
圖4、圖5所示。
收稿日期：2011—01—17
作者簡介：楊璽(1986一)，主要從事電網運行管理工作。
圖2 “V”型接線方式圖 圖3 “V”型接線電壓示
圖4 “／x”型接線方式圖
CI UⅢ (1．15pu) BI
圖5 “A”型接線電壓示
線路傳輸電能過程中，若不加調節，則會使線路中端
或末端的電壓質量會超出國家標準(電壓波動范圍±
5 )，如圖6所示；若在電壓下降至不可接受的地方安裝
調壓器，則會使整條線路的電壓穩定在國家標準許可的范
圍內，如圖7所示。
主變 占 占 占 占 占 占
圖6安裝調壓器前線路電壓
壓
圖7安裝調壓器后線路電壓
1．2自動調壓器應用案例
10kV雙合線是一條典型的農村電網供電線路，主
電工技術I 201 1 J 6期l27
玉 一
韻
翟 電能質量管理
干線長為23．2kin， 支線長為38．98kin。主干線為
IGJ95輸電導線， 線路配變共有85臺， 總容量為
6 345kVA，且多為容量小于100kVA的小型配變。整
條線路的中、末端有一定量的生產企業，其中永達機械
廠負荷最高、用電量最大。由于整條線路傳輸距離長，
因此在負荷高峰時，線路中、末端的電壓嚴重偏低。測
得的線路中端的墟崗黃畜牧廠和線路末端的永達機械廠
24h內電壓值見表1。
表1墟崗黃畜牧廠和永達機械廠電壓值
永達機械廠／kV 9．6 9．1 9 6 9．2 9．3 9．3 9．3 9 1 8．6 8 8 8．9 8 7 9．5 9 3 9 8．9 8．9 9 l g．4 9 2 9．1 9．2 9 9 1
墟崗黃畜牧廠／kV 9．7 9．3 9．7 9．4 9 5 9．5 9．5 9．4 8 8 9 8．9 8．9 9．5 9 4 9．1 9 9 9．2 ‘j．4 9．3 9 2 2 9．2 9 2
選擇調壓器安裝點的基本原則為：在線路負荷最大
時，測量沿線各段的用戶電壓。在第一個電壓值低于允許
值處的前一段安裝，在不超過用戶最高允許電壓的情況
下，盡可能向首端方向靠攏，以提升線路電壓、降低線路
損耗；同時，安裝點盡可能選擇在負荷集中處的前端。對
于雙合線，安裝點選擇在墟崗黃畜牧廠與永達機械廠之
間，因為墟崗黃畜牧廠前端電壓質量基本能夠滿足國標要
求，同時，線路的主要低電壓時刻集中在永達機械廠滿負
荷運行時，所以調整永達機械廠和線路末端的電壓，就能
達到調整整條線路電壓的目的。
雙合線末端總容量約為1 500kVA，負荷率一般為
40 左右，安裝地點的負荷電流在35～100A，所以選擇2
臺額定電流為100A的單相調壓器組成“V”型接線，調
整范圍為±10 。墟崗黃畜牧廠、永達機械廠在自動調壓
器安裝前后的電壓對比如圖8所示。
— 一
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圖8 安裝調壓器前后電壓對比
從圖8(a)中可看出，調壓器工作后，墟崗黃畜牧廠的
電壓上升，表明整條線路的電壓都有所提高；從圖8(b)中
可看出，調壓器工作后，永壓機械廠電壓有明顯變化，而
且非常穩定，表明線路末端的電壓質量得到了很好控制。
2安裝動態無功補償裝置
2．1電磁耦合式lOkV晶閘管動態無功補償裝置的原
理和結構
電磁耦合式10kV晶閘管動態無功補償裝置的結構如圖9
所示。其主要由兩部分組成：一部分是主電路，包括電磁耦
合變壓器、晶閘管投切開關、補償電容器組；另一部分是控
制系統，主要由數據采集與檢測、參數計算和投切控制、觸
發電路組成。中央控制器(EBP)根據檢測單元采集到的當前
28l WWW．chinaet．net l電工技術
10kV系統的電流、電壓計算出有功功率、無功功率、功率因
數、諧波含量等參數后，再將這些參數與設定的目標值比較
以產生投切控制信號，驅動晶閘管投切電容器向電網注入容
性無功功率，抵消1OkV系統感性負載產生的感性無功功
率，從而達到無功功率平衡、電壓穩定的目的。
l波檢測l ’ k— 稍合
匡 l
晶閘管及其』{晶閘管及其l l晶閘管及其
l保護模塊1 I I保護模塊2l l保護模塊，
堅 鰻
照 ?一 ? __I l
驅動信號n ；
圖9 動態無功補償裝置結構圖
電磁耦合式10kV晶閘管動態無功補償裝置利用成熟
的低壓晶閘管動態無功補償技術，采用電磁耦合方式實現
高壓10kV系統的動態無功補償。它與現有l0kV晶閘管
動態無功補償系統相比，可靠性大大提高。由于電磁耦合
式10kV晶閘管動態無功補償裝置無需采用多個晶閘管串
聯均壓技術，徹底避免了晶閘管串聯均壓失敗事故，使
1OkV無功補償系統可靠性達到了低壓無功補償系統的水
平。裝置具有以下特點：
(1)結構簡單。只需增加1套電磁耦合系統，l套適用于
1OkV系統電流、電壓檢測和采樣的控制系統，利用成熟的低
壓動態無功補償技術，就可實現10kV系統動態無功補償。
(2)造價低。由于采用低壓規格的晶閘管、補償電容器，
因此與現有采用高壓晶閘管、高壓電容的10kV動態無功裝
置相比，造價大大降低，有利于裝置的推廣和應用。
(3)功能全面。該裝置除具有動態無功補償功能外，
還具有諧波抑制、三相不平衡補償等功能，能有效提高電
能質量。
(4)應用范圍廣。可安裝于變電站內，也可安裝于無
功功率波動頻繁的用戶側，拆除電磁耦合系統后可直接用
于0．4kV低壓系統。
電能質量管理
2．2應用案例
雅瑤站10kV系統主接線如圖10所示，電磁耦合式
10kV晶閘管動態無功補償裝置安裝于1OkV 2M 上。控制
系統通過采集502開關的電流量和52TV的電壓量計算
1OkV 2M 系統的有功功率、無功功率、功率因數，再根據
設定值確定要投切的電容器組數。
圖10 10kV系統主接線圖
考慮到系統三相不平衡的特點和無功補償的靈活性，
采用共補加分補的方式進行補償。其中，共補為9組：容
量為45kvar的電容器1組，容量為90kvar的電容器1
組，容量為180kvar的電容器7組；分補為3路：容量為
15kvar的電容器3路。該動態補償裝置容量為1 440kvar，
與容量為4 000kvar的#3電容器組配合使用，基本能滿
足l0kV 2M動態無功補償的需求。
電磁耦合式10kV晶閘管動態無功補償裝置按傳統戶
外箱式變壓器結構設計，如圖11所示。整個箱體分為低
壓室、變壓器室和高壓室。低壓室主要用于安裝低壓補償
電容器組和低壓開關；變壓器室主要用于安裝耦合變壓器
本體；高壓室主要用于安裝進線電纜和高壓開關。
變壓器室 補償柜D2I補償柜1)3l
喜l高壓柜G1 l 耍 低 壓 低壓室 薹G2 I 柜 Dl 補償柜D4l補償柜D5l
圖11動態無功補償裝置平面布置圖
電磁耦合式10kV晶閘管動態無功補償裝置自投運以
來運行安全穩定。動態無功補償裝置安裝前后10kV母線
電壓對比如圖12所示。
3加強小水電協調控制
3．1小水電協調控制措施
小水電大部分是徑流電站，其發電量受季節影響較
大，易造成系統電壓波動，影響電壓質量。
江門供電局積極發揮大調度的優勢，通過調度自動化
系統、計量自動化系統等先進手段實時監測小水電上網線
路上各專用配變、公用配變、分支線路的負荷和電壓；并
根據當日的負荷曲線通過科學合理的預測方法預測出下一
日的負荷曲線，作為水電站下一H安排發電的依據。水電
站可根據曲線在負荷低谷期控制機組出力，若該線路上有
多個水電站上網，則優先安排具有調節能力的大機組發
電，控制無調節能力的小機組出力；當小水電上網線路電
壓偏高時，調度員可臨時調整水電站發電機的出力。
時鉀
圖1 2動態無功補償裝置安裝前后1 OkV母線電壓對比圖
3．2小水電協調控制應用案例
以恩平地區小水電集中上網的ll0kV大槐站10kV那農
線為例，該線路負荷主要集中在大槐站至七星壙T處。供電
局首先通過調度自動化系統測量那農線的當日負荷曲線，再
通過計量自動化系統測量七星壙T處的當日電壓曲線，并將
曲線發給該線的小水電站作為下一日發電的依據。小水電站
根據預先分配的減少出力份額和順序，在電壓曲線偏高的時
段控制機組出力。在實際運行中，線路電壓偏高時，調度員
可根據小水電出力的情況臨時加以干預，以降低線路電壓。
10kV那農線協調控制前后電壓對比見表2。
表2 1OkV那農線協調控制前后電壓對比(部分) kV
4運行效果
江門電網通過安裝自動調壓變壓器、安裝10kV動態
無功補償裝置、加強小水電協調控制等措施后，提高了配
網電壓質量。2010年8月全網c類電壓監測點電壓合格率
同2009年8月同期對比情況見表3。
表3 C類電壓監測點電壓合格率對比
(下轉第32頁)
電工技術I 2011 1 6期l29
電能質量管理
(1)電力系統規劃設計方面，應合理規劃電源、傳輸
網絡、負荷，盡可能提高網絡傳輸能力和增強負荷中心電
源對電壓的調控能力，電網結構應保證運行時的靈活性，
做好電網的無功功率規劃等。
(2)電力系統調度運行方面，應加強電網的統一管
理、負荷預測和電壓安全分析和監測工作等。
(3)其它方面，如改進繼電保護和自動裝置常規的整
定校正方式，實行電壓穩定的分層和分區控制方式，采用
靜止無功補償器(SVC)和靜止無功發生器(SVG)，正確調
整有載調壓變壓器分接頭，改善發電機的勵磁調節特性，
開發智能型切負荷保護裝置等。
4提高電壓穩定性的實用方法
從根本上說，提高系統的穩定性應深入研究系統失穩
的機理，對于不同的失穩機制制定不同的控制措施。結合
經驗，提高電壓穩定性的實用方法主要為：
(1)充分考慮發電機組的作用。在系統電壓嚴重下降
的情況下，保持盡可能多的發電機組運行極為重要，因為
發電機和勵磁機的過負荷能力可延緩電壓崩潰的時間。
(2)充分發揮并聯電容器等無功補償裝置的作用。
(3)系統在較高的電壓水平下運行。系統在較高的電
壓水平下運行不會增大無功儲備，卻減少了無功需求，因
此使發電機組預留出更多的無功儲備，為運行人員預留了
控制電壓。
(4)事故情況下的低電壓甩負荷是終止電壓進一步下
降的有效措施。
5 電壓穩定研究的展望
電壓穩定性的本質是動態問題，而靜態方法沒有反映
各動態元件的動態機理，不能解釋電壓穩定性破壞中的許
多問題，因此，電壓穩定機理研究的重點已從靜態轉向電
壓穩定動態，同時對負荷動態特性的研究也是當前研究的
熱點和難點。如果在動態特性的研究上不能取得突破，那
么電壓穩定實用工具只能局限于基于靜態理論的分析方
法。此外，將新理論、方法引入電力系統電壓穩定研究也
是一個趨勢。例如，分岔理論的引入就為動態電壓穩定分
析提供了新思路。奇異誘導分岔是電壓穩定動態分析中經
常涉及到的動態分岔之一，而電壓穩定指標中計算奇異誘
導分岔邊界的很少，尚無適合在線計算的快速算法，因此
推導計算考慮奇異誘導型分岔點的改進電壓穩定指標是很
有意義的嘗試。
6結束語
電壓穩定研究的最終目的是尋找一種有效的方法來
分析實際電力系統的穩定程度、找出薄弱環節、提出改
善系統穩定的措施和緊急狀態下的應變策略，從而防止
電壓崩潰的產生。為此，本文就電壓穩定問題進行了闡
述，重點對電壓穩定的分析方法進行了討論和研究。雖
然目前對電壓穩定的研究取得了一定的成果，但對其本
質及與功角穩定的關系仍缺乏全面的認識，研究方法和
理論還不夠完善和全面，因此還需要繼續開展深入的研
究工作。
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(上接第29頁)
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