发电厂对电网电压的有效调节方式

发电厂对电网电压的有效调节方式

米成芳 高建宏

1. 青海黄河光伏维检有限公司 2. 青海黄河电力运营有限公司

随着我国电力行业的迅猛发展，电网规模和结构形态不断的横向、纵向发展。从最初的小规模发展，半自动化控制，到目前的跨区域电网接口，全自动化控制。如今的电力供应，已在能源经济中发挥这举足轻重的作用。同样，如何保证电力供应的稳定性和可靠性，也成为当今电网面临的主要问题之一。

电压是衡量电能质量的三大指标之一，电压的过高或过低，都会对整个电网设备或者用户造成一定的安全隐患，甚至引发安全事故。随着电网不断的发展，整个电网对电能质量的要求也越来越高。广义的电网是发电、配电、用电设备采用一定的结构和运行模式组合起来的统一整体。那么，发电厂是通过何种方式与措施来达到稳定电网电压的目的，我们进行如下分析：

电压偏差

供配电系统改变运行方式和负荷缓慢地变化会使供配电系统各点的电压也随之变化，这时各点的实际电压与系统标称电压之差△U称为电压偏差。电压偏差△U也常用与系统标称电压的百分比表示。即：

式中：△U--电压偏差百分比；U一实际电压：UN电网标称电压。 

根据国家标准《电能质量供电电压允许偏差》GB 12325-2008规定：1、35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%。2、10kV及以下供电电压允许偏差为额定电压的±7%；3、0.22kV单相供电电压允许偏差为+7%、-10%。

产生电压偏差的主要原因是因为电流通过发电单元时造成的电能损耗。对于电网来说，在整个电能过程中，系统的负荷、出力是随着时间的不同而随时发生改变的一个变化过程，这就使得整个系统电压同样也是一个不断变化的过程，这就要求电力系统在整个发、配电过程中时刻控制电压的偏差量，保证电能质量的稳定性和可靠性，保证整个电网运行的安全。

电压偏差造成的危害

当系统电压过高时，造成变压器等发电设备的铁芯饱和程度增加，增大铁损，将加快发电设备的绝缘老化，降低绝缘强度，超出设备安全运行的允许范围，降低设备的使用寿命，甚至引发电网事故。

当系统电压偏低时，可能引起定子电流增大，温度升高，降低设备使用效率，缩短使用寿命。导致照明亮度不足，对于用电设备，可能导致设备不能够正常运行，系统的电压过低还可能造成系统振荡、解列以至于大面积的脱网事故发生，直接影响人们的生活和社会安全。

电压调整的方式：

电网结构示意图

上图为一个简单的电网结构示意图，实际的电网结构远比上图复杂，为了能够明确分析出影响电压的变量，我们进行简单分析。发电机输出机端电压 ，通过升压变压器（1：K1）升高电压，通过输电线路将电能传输至降压变压器（K2:1）将电压降至Ua后，输送至用户端。

其中：Un为系统等值电路的额定电压， R、X分别是线路和各变压器的总的等效电阻和电抗，k1、k2分别是升压变压器和降压变压器的变比。

通过计算得出：

_{由此可见：调节Ua的方式主要有以下几点：}

1、改变发电机端电压UG来进行调节；

2、调节变压器的变比K1、K2来进行调节；

3、改变系统的等效电阻R和电抗X来进行调节；

_{4、改善系统中无功功率来进行调节；}

_{改变发电机端电压UG来进行调节:}

上图所示就是简单的发电机励磁系统。通过改变发电机励磁电流可以改变它的电势或者端口电压，且无需增加额外设备。在各类调节电压的方法中，通过调整发电机，机端电压来调节系统电压是最为直接、最为经济的方法，通过这种方法不需要安装新设备，仅在原有设备上便可执行。当系统电压损耗加大时，增加发电机的励磁电流来提高负荷侧电压，当系统电压损耗减少时，减小发电机的励磁电流来降低负荷侧电压。但是在经过多级变压器变压时，仅通过发电机机端电压的调整，根本不能保证整个电力系统电压的稳定性，所以，改变发电机端电压来进行调节，必须与其他调整电压方式一同进行。在一些大规模的、长线路的、需要多级变压的系统中因要考虑到网络损耗和无功功率裕度等问题就只能当做辅助性的调压措施。

调节变压器的变比K1、K2来进行调节:

现代变压器一般具备调压功能，变压器的电压调整主要是通过有载调压分接头的档位调整，来改变高压侧的电压值。档位调整主要是调压开关在高压侧进行，通过改变高压侧的阻值，来改变高压侧的输出电压。调压开关的作用在于当电网侧电压波动时，可以通过调压开关调整变压器变比，从而保证输出电压的稳定。通过有载变压器调节分接头档位的调压方式时：必须是在系统无功功率充足的情况下进行，对于无功功率不足而导致的电压下降时，必须先补足无功功率后，在进行分接头的调整。

改变系统的等效电阻R和电抗X来进行调节：

通过公式 可得，输电线路中的R、X的改变可以达到改变电压偏差值的范围，从而可以对系统电压Ua进行调节。如何减少线路的阻抗值，一般通过增加线路的横截面积S，减少线路的长度L，或者使用导电率（ρ）更高的材质进行输电线路传输。但是由于线路一旦建成，所有参数都是固定的，通过改变线路参数的方式成本较大，且灵活性不高，实际用运过程中，一般不采用，而电网运营最多的是改变电网的接线方式、调整并联变压器的台数，串联电容器来改变整个线路的运行参数，从而进行电压的浮动调整。

改善系统中无功功率来进行调节：

电力系统运行过程中的经济性和电能质量的高低，与无功功率有着密不可分的关系，无功功率是电力系统中不可或缺的的功率。通过适当的改变电网的无功功率，可以对整个电网的电压进行调整。目前常采用的方式主要要：串联电容器、并联电抗器、并联电容器，同步调相机四种方式。无功补偿，在电网运行中具体重大作用，它可以通过提高功率因数，减少设备容量和功率损耗、稳定电压和提高供电可靠性，在距离输电过程中提高输电稳定性和输电能力。由于目前串联电容器的补偿方式在实际运行过程中多方面的原因，目前使用较少。同步调相机属于早期的无功补偿装置的典型代表，它虽然能进行动态无功补偿，但响应慢，运行维护复杂，多为高压侧集中补偿，目前使用同样较少。并联电容器是无功补偿领域中应用最广泛的无功补偿装置，但电容器补偿只能补偿固定的无功功率，尽管采用电容器分组投切相比固定电容器补偿方式更能有效适应负责无功的动态变化，但是电容器补偿方式仍然属于一种有级的无功功率调节方式，并不能实现无功功率的平滑无级调节。并联电抗器进行的无功补偿方式，所用的电抗器的容量是固定的，除了能够吸收容性无功功率外，还有抑制过电压的作用。无功补偿主要方式有就地补偿、集中补偿和分散补偿。其中集中补偿又包括高压集中补偿和低压集中补偿两种。

静止无功发生器（SVG）：

静止无功发生器是将电抗器和电容器并联使用的一种动态无功补偿装置，又称高压动态无功补偿发生装置，或静止同步补偿器，是指由自换相的电力半导体桥式变流器来进行的无功补偿的装置。它的作用主要有：

1. 提高输电线路稳定性：在长距离输电线路上安装SVG，不但能够补偿线路的无功损耗，提高线路电压，有效提高输电容量，而且可以在系统发生故障时，及时的对系统无功进行补偿，提高输电系统的稳定性。

2. 补偿系统的无功功率，提高系统功率因数，降低线路的损耗。

3. 抑制电压波动和突变。当系统电压发生突变时，SVG能够快速的提供无功功率，抑制电压发生突变，目前，抑制电压波动和突变的最好方法是在发电端安装SVG。

4. 抑制三相不平衡电流。SVG能够快速的补偿由于三相不平衡所产生的负序电流，始终保证流入电网的三相电流平衡，提高了电力系统的电能质量。

静止无功补偿（SVC）

SVC是用于无功补偿典型的电力电子装置，它是利用晶闸管作为固态开关来控制接入系统的电抗器和电容器的容量，从而改变输电系统的导纳。按控制对象和控制方式不同，分为晶闸管控制电抗器（TCR）和晶闸管投切电容器（FC）配合使用的静止无功补偿装置（FC+TCR）和TCR与机械投切电容器（MSC）配合使用的装置。

电压是衡量电能质量的重要指标之一，由于整个电网的机构复杂，节点众多，供电及用电是一个实时变化的动态环境，所以电力系统电压的偏移在实际运行过程中不可避免，通过技术手段，来使得电压稳定在一定范围之内，保证电网运行的可靠性，保证电能质量显得尤为重要。而就目前发电厂对于电网电压的调整方式，主要为以上几点，由于各种方式都有各自的优缺点，所以只有全面协调，相互作用，充分利用各自优势，统筹规划电网运行方式，才能保证整个电网经济、安全、稳定的运行。

参考文献

1. 杨天宝.高翠萍.卢益.《电力工程技术》中国电力出版社。

2. 何仰赞，温增银《电力系统分析》华中理工大学出版社。