第6章輸電系統穩態運行的調整控制1任務1盆景起源與發展的認知

輸電系統穩態運行的調整控制本章主要討論輸電系統潮流的調整控制、輸電系統有功功率和頻率的調整控制、以及輸電系統無功功率和電壓的調整控制。6.1輸電系統潮流的調整控制6.1.1調整控制潮流的必要性以圖6.1所示一單電源的環形網絡為例，其中

線段A—1遠長于線段A—2。設該網絡為同截面

網絡，其功率按長度分布，表達式為圖6.1簡單環形網絡2再設圖6.1所示網絡為非均一網絡，則功率分布按阻抗分布，其表達式為這時，全網的功率損耗

分別解上面兩式，可得3從而由此可見，網絡中有功功率損耗最小時的功率分布是按線段電阻分布，而不是按線段阻抗分布。一般網絡為非均一網絡，故其功率的自然分布會使網損增大，直接影響系統運行的經濟性。6.1.2調整控制潮流的基本原理和方式調控的基本方式有并聯補償、串聯補償、移相調節等3種。在未提出“柔性交流輸電技術”前，理論上有以下幾種措施。（1)串聯電容采用串聯電容控制潮流的方法并未推廣。（2)串聯電抗這種方法為系統運行穩定性和電壓質量的要求所不容，未曾采用。4（3)并聯補償這種方式也往往是為系統無功平衡、電壓調整或改善系統穩定性的要求而設置的。（4)串聯加壓器這是一種移相調節的方式。在環形網絡中串聯一可調的加壓器使產生一可調附加電勢，從而產生一強制循環功率，使強制循環功率與自然分布功率相疊加，可達到所要求的潮流分布。二者疊加使功率為最佳分布為產生這一強制循環功率，在網絡中串入的附加電勢可得5在環網中接入串聯加壓器起到調控潮流的作用，它的工作原理展示于圖6.2中。圖6.3(a)和(b)分別示出求取縱向和橫向附加電勢的原理。縱、橫調節作用可以用一個供電變壓器和兩組串聯加壓器同時完成，以調節縱、橫電勢的大小，并可使附加電勢和相電壓的相位差在0°~90°之間分級變化，如圖6.4所示相量圖，這組加壓器就兼有縱向和橫向的調節功能。6圖6.2串聯加壓器的接入1—主變壓器；2—電源變壓器；3—串聯加壓器7圖6.3串聯加壓器的聯接方式和作用(a)縱向串聯加壓器；(b)橫向串聯加壓器圖6.4兼有縱、橫

調節作用8在高電壓網絡中，由于輸電線路的電阻遠小于電抗，可視≈0，則式(6.2)可近似為由此得出十分重要的概念：橫向串聯附加電勢主要產生強制循環功率的有功部分；縱向串聯附加電勢主要產生強制循環功率的無功部分。6.1.3柔性交流輸電技術控制潮流（1)輸電型FACTS控制器對于輸電型FACTS控制器即為：用可靠性高的大功率可控硅元件置換傳統元件中的機械式調節器和開關，具有精確、快速地控制影響潮流分布的輸電電壓、線路阻抗和功率角等3個主要電氣參數的功能。當前正在研制或已在運用的主要輸電型FACTS控制器及其控制作用如圖6.5所示。它們與系統的聯接方式分別有串聯、并聯和復合串并聯等3種類型。9圖6.5主要輸電型FACTS控制器的功能示意圖圖6.5主要辦理電型FACTS控制器的功能示意圖

101)基于晶閘管閥的輸電型FACTS控制器①靜止無功功率補償器(StaticVarCompensator,SVC)。一種并聯聯接的靜止無功發生器或吸收器，可調節其輸出交換的容性或感性電流，以便保持或控制輸電系統的一些特定參數(典型的是母線電壓)，簡稱靜止補償器。

②靜止無功發生器或吸收器(StaticVarGeneratororAbsorber,SVG)。

③晶閘管控制的串聯電容器(ThyristorControlledSeriesCapaeitor,TCSC)。

它包括串聯的電容器組和與其并聯的晶閘管控制的電抗器，通過改變晶閘管的觸發角來達到改變串聯等效容抗的目的，用以提供平滑變化的串聯容性電抗，如圖6.7所示。11圖6.6靜止無功功率補償器(a)TCR型；(b)TSC型；(c)SR型12圖6.7可控串聯電容13④晶閘管投切的串聯電容器(ThyristorSwitchedSeriesCapacitor,TSSC)。⑤晶閘管控制的移相變壓器(ThyristorControlledPhaseShiftingTransformer,TCPST)。屬復合串并聯型FACTS裝置，如圖6.8所示。⑥相間功率控制器(InterphasePowerController,IPC或TCIPC)。它在輸電線的每一相中串入兩個并聯的容抗和感抗分支，并使其分別從屬于相互無關的可獨立移相的電壓，如圖6.9所示。14圖6.8可控移相器圖6.9通用型和改進型的IPC裝置(a)通用型；(b)改進型

15圖6.10靜止調相器結構圖162)基于GTO同步電壓源的輸電型FACTS控制器①靜止同步補償器(StaticSynchronousCompensator,STATCOM)。其結構如圖6.10所示，為三相逆變器構成，并由一并聯電容器上的電壓進行激發驅動，其三相輸出電壓與交流網三相電壓同相，連接變壓器通過的電流等于零或呈容性或呈感性則取決于一、二次電壓幅值。②靜止同步串聯補償器(StaticSynchronousSeriesCompensator,SSSC或S3C)。一種靜止型無外部電源運行的同步發電器。其基本結構類似于靜止調相器(STATCOM)，只是其變壓器輸出繞組串接入輸電線路中(參見圖6.11)，17圖6.11統一潮流控制器(UPFC)結線圖18③統一潮流控制器(UnifiedPowerFlowController,UPFC)。由一臺靜止同步補償器(STATCOM)和一臺靜止同步串聯補償器(S3C)經一常規直流聯結耦合一起的組合裝置，如圖6.11所示。（2)FACTS控制器控制潮流的基本原理各種輸電型FACTS控制器皆通過調控輸電線路的阻抗或(和)電壓模值或(和)電壓相位角等參數，從而控制輸電系統潮流。不同FACTS控制器的作用，可用圖6.12所示穩態模型綜合表示。

圖6.13所示為一僅含串聯型FACTS裝置的輸電線路的等值電路。

19圖6.12FACTS裝置的穩態模型

圖6.13含FACTS的支路電路圖

20可見，線路中的功率由自然分布功率和附加電壓源控制功率兩部分組成。任何控制裝置的控制量有一定的變動區域，在不同的FACTS裝置的控制作用下，所在線路的潮流被控在不同區域內變動。由式(6.6)可見，隨串聯電壓的變化，線路功率是一個以線路未受控制時的功率為圓心、為半徑的實心圓，如6.14所示。這時,附加電壓源控制功率為當時，式(6.7)中有：

21當時，式(6.7)中有：如果Upq值的約束與UPFC一致時，TCPS的控制域基本為UPFC控制圓的一條直徑，見圖6.14。式(6.6)變為：將代入式(6.8)，并在等式右側加減可得22圖6.14三種FACTS裝置對線路潮流的控制域1—統一潮流控制器(UPFC);2—可控移相器(TCPS);3—可控串聯電容(TCSC)23再將式(6.9)右側第一項展開為實部(Pc)和虛部(Qc)，即由此可見：FACTS裝置對潮流的控制作用取決于裝置的類型，其中統一潮流控制器（UPFC）的控制域為一實心圓，其控制能力最強；FACTS裝置對潮流的控制作用還與線路功率初始的自然分布狀況有關，統一潮流控制器（UPFC）能否控制潮流的方向、可控移相器（TCPS）和可控串聯電容（TCSC）控制域的大小，亦即對潮流控制能力的強弱皆取決于線路功率的自然分布。6.2輸電系統有功功率及頻率的調整控制6.2.1調整控制系統頻率的必要性頻率是衡量電能質量最重要的指標。電力系統負荷,特別是發電廠廠用電負荷,對頻率要求極其嚴格。要保證系統用戶及發電廠的正常運轉和安全運行，我國規定頻率偏移不得超過系統額定頻率±0.2Hz。24頻率變化對電能用戶有以下的影響：①電力用戶使用的電氣設備中絕大多數是異步電動機，其轉速與系統頻率有關。②電動機的有功功率與系統頻率有關。③近代工業、國防和科學研究部門廣泛使用電子設備，系統頻率的不穩定會影響電子設備的工作特性，降低準確度，造成誤差。系統頻率的變化，對發電廠及系統本身也有影響：所以，系統頻率質量必須予以保證。系統頻率只有在系統中所有發電機的總有功出力與總有功負荷(包括網損)相等時，才能保持不變。6.2.2輸電系統中有功功率的平衡（1)有功功率負荷的變化25輸電系統中的負荷時刻都在不規則地變化著。這種不規則的變化，實際上為兩類變化的結合。一類是可預測的；另一類是隨機的偶然性變化和沖擊性變化(如壓延機、電氣機車、工業電爐等負荷)。各發電廠按給定的任務及時地滿足系統負荷的需求，就可以維持頻率的穩定。按預計給定發電負荷計劃發電的廠，稱負荷監視廠，電力系統中絕大部分發電廠屬這種類型。對于偶然性的負荷變化和沖擊性的負荷變化，必須調整系統中電源的有功功率才能維持系統頻率的穩定，即稱“頻率調整”。頻率調整分一次調整和二次調整兩種。調頻廠的母線通常為潮流計算中的平衡節點。電力系統中的有功負荷包括用戶需求的有功功率，網絡中損耗的有功功率，以及發電廠廠用電負荷所需的有功功率。（2)有功功率電源及備用容量26輸電系統中有功功率電源是各類發電廠的發電機。系統中的電源容量不一定是所有機組額定容量之和。可投入發電設備的可發功率之和，才是真正可供系統調度的電源容量。電力系統有功電源容量必須大于包括負荷最大有功功率、網損及廠用電在內的全系統最大發電負荷。系統備用容量分熱備用及冷備用兩種形式。系統備用容量按其作用可分為以下幾種：1）負荷備用為調整系統中短時的負荷波動和日計劃外的負荷增加，確保系統頻率質量而在系統中留有的備用容量，即為負荷備用容量。2）事故備用為防止系統中某些發電設備發生偶然性事故時，電力用戶不致受到嚴重影響，維持系統正常供電在系統中留有的備用容量，即為事故備用容量。273）檢修備用為保證系統的發電設備進行定期檢修時不致影響供電而系統中留有的備用容量，即為檢修備用容量。4）國民經濟備用考慮用戶的超計劃生產、新用戶的出現等而設置的備用容量。這種備用容量的大小，要根據國民經濟的增長情況來確定。實際上，熱備用容量的大小不需要按負荷備用和事故備用的總和來確定，兩者是可通用的。在總的備用容量中，熱備用和冷備用的分配是有功功率電源的最優組合問題；當熱備用容量確定之后，這容量在各發電機組之間的分配又是有功功率負荷的最優分配問題。（3)輸電系統有功功率平衡有功功率平衡包括兩個方面。28其一：輸電系統有功功率平衡指運行中任何時刻系統發電機發出有功功率的總和，等于系統負荷(包括發電廠廠用負荷)需要的有功功率及輸變配電過程中網絡元件消耗的有功功率之和，即其二：為保證系統安全、優質、經濟地運行，系統還必須擁有一定的備用容量，即6.2.3輸電系統的頻率特性所謂頻率特性，這里是指有功功率—頻率靜態特性，簡稱功頻靜態特性。它反映了穩態運行情況下有功功率和頻率變化的關系。29（1)負荷的頻率特性它決定于負荷的組成。由于負荷類型不同，負荷的有功功率與系統頻率的關系也不同，一般有下面幾種類型：①有功功率與頻率變化無關的負荷，如照明、電爐、整流負荷等。②有功功率與頻率一次方成正比的負荷，如球磨機、切削機床、卷揚機等。③有功功率與頻率二次方成正比的負荷，如變壓器鐵芯中的渦流損耗等。④有功功率與頻率三次方成正比的負荷，如通風機、循環水泵等。⑤有功功率與頻率高次方成正比的負荷，如鍋爐的給水泵等。整個系統的負荷功率與頻率的關系可表示為：30如以PDN，fN為基準，可表示為標幺值形式：顯然，系統頻率在額定時，f*=1，PD*=1，則實際系統實測的結果也表明在額定頻率附近系統負荷的有功功率與頻率變化近似成線性關系，如圖6.15所示。圖中直線斜率為有名值(MW/Hz)

31KD，KD*=稱負荷的頻率調節效應系數，又稱負荷的單位調節功率，它反映了系統負荷對頻率的自動調整作用。該特性系數決定于系統負荷的組成，顯然是不可調整的。KD*是電力系統調度部門必須掌握的一個數據，實際系統應由實測獲得。一般系統KD*的值為1~3，通常為1.5。（2)發電機組的頻率特性發電機組的頻率調整由原動機的調速系統來實現，其功率頻率靜態特性也就取決于發電機組的調速系統。調速系統種類很多，這里以直觀性較強的離心飛擺式為例介紹其調速原理。圖6.16為調速系統示意圖。該調速系統由4部分組成：測量部件Ⅰ——飛擺、彈簧等；放大部件Ⅱ——錯油門(管制器)；執行部件Ⅲ——油動機(接力器)；轉速控制部件Ⅳ——伺服馬達及蝸輪、蝸桿傳動機構。Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ組成調速器，實現頻率的一次調整；Ⅳ，Ⅱ，Ⅲ組成調頻器，實現頻率的二次調整。32圖6.16離心飛擺式調速系統示意圖Ⅰ—飛擺（1—飛擺，2—彈簧）；Ⅱ—錯油門；Ⅲ—油動機；Ⅳ—調頻器圖6.15負荷頻率靜態特性331)調速器的工作原理從調速器的調節過程可見，負荷增大，發電機輸出功率增加，轉速與頻率略低于原來值；如果負荷減小，調速器調整作用將使輸出功率減小，轉速與頻率略高于原來值。這就是頻率的一次調整，它是由調速器自動完成的。由于調整的結果，頻率不能回復原值，故一次調整是有差的調整。2)發電機組的頻率特性

圖6.17發電機組的頻率特性

34將上述調節過程中發電機組的有功功率與頻率關系用有功功率—頻率靜態特性曲線表示，其近似為一直線，如圖6.17所示，簡稱為發電機組的功頻靜態特性或頻率特性。它反映了系統頻率變化引起發電機輸出功率的變化，負號表示二者變化方向相反，即發電機輸出功率增加時，頻率是降低的。單位調節功率也可用標幺值表示：發電機組的調差系數R是指機組由空載到滿載時的轉速(頻率)變化與發電機輸出功率變化之比，即35通常用百分數表示：從空載到滿載,發電機的單位調節功率為由K

G與R的關系得出K

G(MW/Hz)的計算式：由式(6.19)及式(6.23)得：但受機組調速器的限制，其調差系數有一定的范圍限制，一般為：36汽輪發電機的R%=4~6，K

G*=25~16.6水輪發電機的R%=2~4，K

G*=50~253)調頻器的工作原理由上述分析可知，僅依靠調速器實行頻率的一次調整不能維持發電機轉速不變，即不能維持系統頻率不變。因此，為了維持頻率不變或限制頻率偏移在允許范圍內，都需要對頻率進行二次調整，這由調速系統中的調頻器來完成。

圖6.19發電機組頻率靜

態特性線的平移圖6.18發電機組的功頻靜態特性37這就是調頻器的動作原理，此調節過程稱二次調整或調頻，其動作是由外界信號(手動或自動操縱伺服馬達)來控制的。（3)系統等值機的頻率特性對于多機系統，電源的功頻靜態特性應是系統機組的等值功頻靜態特性，或稱等值機的頻率特性，仍如圖6.17所示。若系統中有n臺機組裝有調速器，在系統頻率有Δ

f的變動時，各發電機組將有ΔPGi的功率改變，即38則系統電源的單位調節功率即為各裝有調速器機組的單位調節功率之和。用標幺值計算時，有：

計算中，對于滿載運行的發電機組，在系統負荷增加時其KGi=0。6.2.4系統頻率的調整（1)頻率的一次調整由圖6.20可見，對應負荷增加量ΔPD0的線段ac=ad+cd。ad段為電源增加的有39功功率ΔPG，cd段則為負荷減少的有功功率ΔPD。由式(6.26)及式(6.16)可知，即系統的單位調節功率表示負荷增加(減少)時，在各發電機組的調速器及負荷的調節效應共同作用下,系統頻率的下降(上升)量。因此，根據系統的單位調節功率Ks可知在允許的頻率偏移范圍內系統能承受多大負荷變動。由上所述，頻率的一次調整只能滿足變化幅度小、周期短的負荷變化引起的頻率偏移不超過允許的范圍。當系統負荷變化幅度較大、周期較長時，僅靠一次調整就不能保證系統頻率的質量。此時，就需利用調頻機組的調頻器進行頻率的二次調整。40圖6.21例6.2兩機系統

（2)頻率的二次調整當電力系統由于負荷變化引起的頻率變化，依靠一次調整作用已不能保持在允許范圍內時，就須手動或自動地操作發電機組的調頻器，使發電機組的功頻特性平行地上下移動來改變發電機組輸出的有功功率，以保持系統的頻率不變或使頻率變化在允許范圍內。盡管這仍是有差調節，但明顯可見，二次調整使系統的頻率質量得到了改善。圖6.20頻率的一次調整41圖6.22頻率的二次調整

相似于式(6.29)可得一般表達式

42如果二次調整發電機組增發的功率能夠完全補償負荷功率的原始增量，即ΔPG0=ΔPD0，則Δf=0，亦即實現了無差調節。無差調節如圖6.22中虛線所示。上述單機—負荷系統的調頻過程可推廣運用于實際系統中多臺機組的情況。設系統有n臺機組，且其中第m臺是主調頻機組承擔二次調整，n臺機組進行一次調整，類似于式(6.30)可直接列出：

以上分析沒有考慮線路上因負荷增加引起的線路損耗增加，這個損耗可以計入負荷的增加部分之中。因此，一般希望主調頻廠設在負荷中心以減少線路損耗，做到就近補償負荷的變動。（3)互聯系統的頻率調整43大型電力系統都有幾個負荷中心，通常將這樣的系統分成幾個相互聯系的子系統，各子系統之間的輸電線作為聯絡線用以交換功率。因此，提出了在調整系統頻率的同時控制聯絡線上交換或輸送功率的問題。現以由兩個子系統組成的聯合系統情況（如圖6.23）予以討論。對B系統ΔPab可看作是電源功率的增量，則：圖6.23互聯系統頻率調整44實際上，兩個聯合運行的系統頻率是相等的，即ΔfA=ΔfB

=Δf，可得從而以此代入式(6.32a)或式(6.32b)，又可得式(6.33)和式(6.34)可改寫為

45由上面兩式可得出如下結論：①聯合系統頻率的變化取決于聯合系統總的功率缺額及總的單位調節功率。不言而喻，聯合的兩個系統本就應看作是一個系統。②如A系統沒有功率缺額，即ΔPA=0，聯絡線上由A流向B的功率增大；反之，如B系統沒有功率缺額，即ΔPB=0，聯絡線上由A流向B的功率減小。③如B系統沒有調頻廠，即ΔPGB

=0，B系統的功率缺額則全部由A系統增發的功率來補償。從上例分析可知，全系統要實現在一定頻率水平下的功率平衡及頻率調整，對于大型系統可采用分區調整，就地實現功率平衡的調整方法。這樣既可保證系統的頻率質量，又不加重聯絡線的負擔。圖6.24例6.3兩系統聯合46（4)調頻廠的選擇主調頻廠又稱第一調頻廠，承擔主要的調頻任務；輔助調頻廠的調頻器動作整定在系統頻率偏移超過某一定值時參加調頻，按照參加次序又分為第二調頻廠、第三調頻廠等等。按頻率調整的要求，主調頻廠應具備以下條件：①具有足夠的調整容量；②能適應負荷變化需要的調整速度；③調整輸出功率時應符合安全及經濟運行原則。另外，調整頻率時，引起的聯絡線上功率的波動和某些節點電壓的波動不超過允許的范圍。核能電廠的可調容量較大，且調整速度不低于火電廠。但由于核能電廠運行費用低，故投產后使其多發電而帶基本負荷，不承擔調頻任務。47綜上所述，從調整容量和調整速度這兩個最基本的條件來看，在水、火電廠并存的系統中，應選擇水電廠作調頻廠。對應圖6.25中負荷曲線尖峰部位工作的發電廠即為兼有調頻任務的發電廠。當系統中有抽水蓄能電廠時，在其發電期間也可參加調頻。其功能是：系統控制中心(電網調度中心)按其控制目標通過調度通信系統(圖6.26)將指令發送給有關發電廠的機組，通過發電廠機組的自動控制調節裝置實現發電(出力)的自動控制，從而達到控制中心的調控目標。自動發電控制對電網運行的控制目標主要有：48

圖6.25各類發電廠工作部位示意圖

(a)枯水季節；(b)豐水季節49

圖6.26調度通信系統示意圖50

①維持系統頻率等于或十分接近額定值。②維持系統內各區域間或各子系統間聯絡線的交換功率在允許范圍內。③維持系統中各發電設備按最經濟方式運行。在自動發電控制系統中引入經濟調度計算后，該系統就具備了經濟調度控制(EDC)的功能。自動發電控制的控制方式主要有：①恒定頻率控制方式；②恒定機組出力自控制方式；③恒定交換功率控制方式；④頻率及聯絡線功率偏移控制方式；⑤自動修正時差控制方式；⑥自動修正交換電能差控制方式；⑦自動修正時差及交換電能差控制方式。516.3輸電系統無功功率及電壓的調整控制6.3.1電壓調整的基本概念電壓是表征電能質量的又一重要指標。電壓調整與頻率調整比較有如下的不同：①全系統頻率相同，而系統中為數甚多的節點(母線)其電壓值各不相同。②頻率與系統有功功率密切相關，系統的有功電源集中于發電廠的發電機；而電壓則與系統無功功率關系很大，無功電源除各類發電廠的發電機外，可分散于各變電所設置的其他無功電源。③調整頻率只須采用調整發電廠原動機功率這唯一手段；而要使全系統各節點電壓均滿足要求，必須也可能采用各種調整措施。（1)電壓偏移及電壓調整的必要性52電力系統在正常運行中，負荷隨時都在發生變化，電力系統的運行方式也常有變化。實際上，要保證系統中各節點和所有用戶受電端的電壓在任何時刻都為額定值是不可能的。各節點電壓值在運行過程中對其額定電壓總會有一定偏移，只要電壓偏移值在允許的范圍內，就能保證用戶及電力系統的正常運行。目前我國規定的各類節點允許電壓偏移值為：①500(330)kV母線正常運行方式時≤10%；但最低運行電壓不應影響系統同步穩定、電壓穩定、廠用電設備的正常運行及下一級電壓的調節。②發電廠和500kV變電所的220kV母線③發電廠和220（330）kV變電所的110~35kV母線④用戶受電端特殊用戶按供用電合同商定的數值確定。53事故狀況下，允許在上述數值上再增加5%，但正偏移最大不能超過+10%⑤發電廠和變電所的10(6)kV母線，其電壓偏移范圍應嚴格按④中用戶電壓規定值經計算確定。電力系統節點的供電電壓相對其額定值偏移過大，會使用戶電氣設備的性能惡化。電壓質量也影響電力系統自身的安全運行及經濟性。電網運行電壓偏低，會使網絡的功率損耗及電能損耗增加，電壓過低則可能破壞電力系統運行的穩定性；電壓過高又可能使各種電氣設備的絕緣受到損害，使帶鐵芯設備的鐵芯飽和產生諧波并引起諧振，在超高壓網絡中還將增加電暈損耗。（2)電壓質量與無功功率的關系1)負荷無功功率對節點電壓的影響正常運行狀態下，電壓的變化主要由負荷變動而引起。式(4.110)可表示為54這時，只能減少線路輸送的無功功率以使節點電壓偏移值保持在允許的范圍內，而供給末端負荷不足的無功功率只能在末端設置除發電機以外的其他無功電源來補充。這即為滿足電壓質量要求而設置的無功補償電源，簡稱無功補償。2)節點電壓對負荷無功功率的作用下面將進一步討論節點電壓與負荷無功功率的關系。系統中的無功負荷是指以滯后功率因數運行的用電設備所吸取的無功功率：其中主要是異步電動機的無功功率。因此，電力系統綜合負荷的無功電壓靜態特性主要取決于異步電動機的特性。在《電機學》中已知，異步電動機的無功功率包括激磁無功功率Qm和漏抗無功功率Qσ兩部分，即：55

其中，激磁無功功率隨端電壓降低呈平方關系減小，漏抗無功功率則隨電壓降低而增大，這是因為電壓降低，轉差率S加大，定子電流I增大所致(見圖6.27)。圖6.28示出了異步電動機的無功功率—電壓靜態特性曲線。由于異步電動機是電力系統中主要的無功負荷，所以構成了圖6.29所示的輸電系統綜合負荷的無功—電壓靜態特性曲線。因此，要保證電力網絡在正常電壓水平的前提下，又能保證正常運行方式下供給負荷所需的無功功率，則輸電系統在任何時刻都必須保持無功功率的平衡。（3)輸電系統的無功功率平衡1)系統的無功功率平衡56圖6.27異步電動機簡化等值電路圖6.28異步電動機的Q—U特性圖6.29綜合負荷的無功功率—電壓靜態特性57由此斷言，保證電壓質量的前提條件是系統必須具有充足的無功電源容量。輸電系統的無功功率平衡包含兩個方面：一是保證電壓質量的前提下，運行過程中任何時刻系統各類無功電源所發無功功率總和必須等于全系統負荷和網損所需的無功功率；再是，全系統必須有一定的無功電源備用容量，以便應對負荷變化時維持正常電壓下的無功功率平衡。即：在進行電力系統規劃設計時，也要進行無功功率平衡計算，以便確定無功電源補償容量和對這些容量進行合理配置。規劃設計中，無功功率備用容量一般取最大無功功率負荷的7%~8%。2)系統中的無功功率電源①發電機。58發電機的可發無功功率，由類似圖4.5所示的發電機P—Q運行圖或電力系統規劃設計手冊中提供的發電機有功功率降低時允許最大無功功率變化曲線確定。②調相機。它的運行方式為過激運行和欠激運行兩種，過激運行時向系統提供無功功率；欠激運行時從系統吸取感性無功功率。盡管調相機具有良好的調節特性，也較長期地在電力系統運行中發揮了重大作用，但因其本身的一些缺點，特別是作為旋轉機械以及輔助設施(如冷卻系統)較復雜，使其運行維護極為不便，隨先進的FACTS裝置的出現，它已逐步趨于淘汰。③電容器。電容器只能向系統提供感性無功功率，所供無功功率(Mvar)與所在節點的電壓平方成正比，即：59所以，電容器作為無功補償電源在國內外都得到廣泛采用。④靜止補償器和靜止調相器。靜止補償器和靜止調相器皆為并聯型FACTS裝置。靜止補償器(SVC)如圖6.6所示。正是為了克服這一缺陷，受調相機優越調節特性的啟示，產生了第二代并聯型FACTS裝置——靜止調相器。靜止調相器(STATCOM)如圖6.10所示。它是以直流電容器為電壓源，借可關斷晶閘管GTO和二極管組成的換流器控制其交流側電壓U0，使其與系統電壓U同相位。輸電線路中電納的無功功率為容性，稱為線路的充電功率。其實質相當于無功電源向系統提供感性無功功率，其值(MVar)可近似用下式計算60表6.1列出一些典型數值。6.3.2電壓管理和電壓調整原理實際上，只需選擇一些關鍵性的母線作為電壓的監視點，控制這些母線的電壓偏移在允許范圍內，系統中各母線電壓，從而所有負荷處的電壓就基本上滿足要求。這些電壓監視點稱電壓中樞點，對電力系統電壓的監視和調整即通過監視和調整中樞點的電壓來實現。一般選擇可反映系統電壓水平的各類發電廠高壓母線、樞紐變電所低壓母線、有大量地方負荷的發電機母線等作為電壓中樞點。因為在這些母線供電的范圍內，基本上包括了系統中的所有負荷。61（1)中樞點的電壓偏移對中樞點電壓進行監控，必須首先確定中樞點電壓的允許變動范圍。這就是電力系統運行部門編制電壓曲線的工作。根據各時段電壓Ui允許的變動范圍，表示在圖6.32(a)中的陰影部分即為中樞點電壓曲線。由中樞點的電壓曲線可見，要同時滿足由它供電的所有負荷的電壓要求，中樞點電壓允許變動范圍大大縮小了。62

圖6.31簡單網絡的運行電壓

(a)簡單網絡;(b)負荷j日負荷曲線;(c)負荷k日負荷曲線;

(d)ΔUij的變化;(e)ΔUij的變化;(f)負荷j，k允許的電壓偏移63圖6.32中樞點i電壓的允許變動范圍(a)能同時滿足負荷j，k的要求；(b)不能同時滿足負荷j，k的要求64

在實際電力系統中，由于同一中樞點母線供電的負荷可