5.2.1 电压控制的必要性
电压偏移对用户及电力系统经济和安全的不利影响
用电设备的效率下降，经济性变差
电压过低的影响：
- 发光效率和发热量减小，电子设备可能不能正常工作
- 异步电动机转差增大，温升增加，影响产品质量
- 影响锅炉、汽轮机和发电机的出力，发电机出力减少
- 危及系统运行的稳定性，甚至引起电压崩溃
电压过高的影响：
- 照明设备寿命短
- 设备绝缘损害
- 铁芯饱和
实际运行中，各节点电压不可能维持在额定值
原因：
- 每个元件都可能产生电压降落，各节点电压不相同
- 负荷变化导致相关元件电压降落变化
必须采取措施：
保证各节点电压在允许的偏差范围内
允许的电压偏差
我国部颁标准规定的电压允许偏差：
电压等级/设备 | 正常运行 | 事故运行 |
500kV/330kV母线 | 不超过额定电压的+10% | 最低不能影响稳定 |
发电厂和500kV变电所的220kV母线 | 0~+10% | -5%~+10% |
发电厂和220kV/330kV变电所的35~110kV母线 | -3%~+7% | ±10% |
35kV及以上用户 | ±10% | - |
10kV电压供电的用户 | ±7% | - |
380V电压供电的用户 | ±7% | - |
220V电压供电的用户 | +5%~-10% | - |
注意： 故障后的非正常运行方式，一般允许电压偏移较正常时大5%
5.2.2 中枢点电压管理
电压监视中枢点
定义与选择：
- 选择有代表性的节点，监视和控制其电压
- 若中枢点电压满足要求，其邻近节点电压基本也能满足要求
- 中枢点一般选择：
- 区域性电厂的高压母线
- 有大量地方性负荷的电厂母线
- 枢纽变的二次母线
中枢点电压控制（运行角度）
根据中枢点周围节点对电压偏移的要求，确定中枢点电压允许变化范围。
控制原则：
- 通过控制中枢点C的电压，确保节点A和B的电压在允许范围内
- 需考虑不同时段的负荷变化
中枢点调压方式（规划角度）
1. 逆调压
适用场合： 大型网络、供电线路较长、负荷波动较大
- 高峰负荷时： 将中枢点电压调高到 1.05UN
- 低谷负荷时： 将中枢点电压调低到 UN
2. 顺调压
适用场合： 小型网络、供电线路较短、负荷波动不大
- 高峰负荷时： 要求中枢点电压不低于 1.025UN
- 低谷负荷时： 要求中枢点电压不高于 1.075UN
3. 常(恒)调压
适用场合： 中型网络、负荷变动和线路电压损耗也较小
- 任何负荷下： 保持中枢点电压基本不变且略大于UN
- 典型值：1.025UN 或 1.02~1.05UN
选择依据：
- 逆调压：适合长距离、大波动场合，高峰时抬高电压补偿线路压降
- 顺调压：适合短距离、小波动场合，避免低谷时电压过高
- 常调压：适合中等规模、相对稳定的系统
5.2.3 应用发电机调节电压
发电机励磁系统
主要类型：
- 直流机励磁系统
- 自励半导体励磁系统
- 它励半导体励磁系统
自动励磁（电压）调节器
功能： 改变其电压整定值，自动控制励磁电流，调节机端电压及无功输出
发电机端电压的调节
限制条件：
- 受其发电机无功极限的限制，达到极限不能调压
- 允许调节范围： 0.95~1.05
- 发电机
- 若低于0.95，输出的最大视在功率要相应减小
适用范围：
- ✓ 发电机直供的小系统
- ✗ 对于大系统，尤其是线路很长且有多级电压的电网，需和其它调压方法相配合
优点：
- 不需附加设备
- 响应速度快
- 调节平滑连续
缺点：
- 调节范围受限
- 对远端负荷调压效果有限
5.2.4 改变变压器变比调压
基本原理
变压器分接头的位置
- 双绕组变压器： 高压侧
- 三绕组变压器： 高、中压侧
改变分接头的方式
- 无载调压变压器： 停电切换（每次需停电2~5分钟）
- 有载调压变压器： 带负荷改变分接头（改变一档约需2~5s）
前提条件：
改变变压器变比调压的前提：系统无功功率电源容量充足
因为变压器本身是阻感性的，不能发出任何无功，只能改变系统无功的流向
双绕组变压器分接头电压的计算
基本等效电路
忽略变压器励磁支路，有：
电压关系：
三绕组变压器分接头电压的计算
计算方法： 分两次套用双绕组变压器分接头的选择方法即可
负荷从高压侧流向中低压侧时：
- 按低压侧的调压要求，由高压和低压之间确定高压侧分接头
- 按中压侧的调压要求，在高压和中压之间确定中压侧分接头
- 校验中压侧和低压侧的调压效果是否满足要求
有载调压变压器的特点
优点：
- 便于自动化
- 可连续调节
- 改变一档分接头约需2~5s
缺点：
- 价格高
- 运维复杂
5.2.5 应用无功功率补偿装置调节电压
并联补偿装置的作用原理
主要类型： 同步调相机、静止补偿器、并联电容器
作用： 减小线路和变压器输送的无功功率，减小电压损耗及电网功率损耗
基本分析
【此处插入图示：等值电源S→线路l→变压器T→并联补偿QC→负荷P+jQ的系统示意图】
未加并联补偿时：
加装并联补偿时：
补偿容量计算（近似）：
计算方法：
已知负荷和变比k时，根据$U_{2R}$（低压母线要求电压），近似算出所需$Q_C$，再代入校验。
最小补偿容量的确定
设计思路： 为了减少无功补偿的配置容量，配合使用并联补偿与变压器分接头，使得最大负荷时补偿的无功功率等于额定值，最小负荷时切除无功补偿。
并联电容器的选择步骤
步骤1： 按最小负荷下电容器全部退出时的调压要求选变比
步骤2： 选择变压器分接头电压与$U_{t1}$最接近，选定后得到实际变比k
步骤3： 按最大负荷时，电容器全部投入时的调压要求选电容器容量
若$Q_C < 0$，则无需补偿，k的选择已满足最大负荷的要求。
调相机的选择步骤
最大负荷下： 调相机发出额定容量的感性无功功率
最小负荷下： 调相机吸收额定容量一半的感性无功功率
联立求解，得变比：
求得变比k后，选择最接近的分接头，进而求得调相机的容量，并选择与计算所得容量相接近的标准调相机容量，最后进行校验。
5.2.6 线路串联电容补偿改善电压质量
适用场合
对35~110kV架空线路，在以下情况可在线路上串联电容器：
- 线路很长
- 负荷变化范围很大
- 向冲击负荷供电
作用原理
用容性电抗抵消线路的部分感性电抗，从而减小线路电压损耗，提高线路末端电压
【此处插入图示：线路U1→RL+jXL→串联电容-jXC→U2负荷P+jQ的示意图】
基本分析
无串联补偿C时：
加串联补偿C后：
U1不变，$dot{U}_2 = U_2 angle 0°$
联立得串联电容补偿容量：
其中$U_{2R}$为线路末端电压在加串联补偿后，要求达到的电压。
串联电容器容量的计算
单个电容器参数
- 单个串联电容器额定电压最高约 1~2kV
- 额定容量约 20~40kVar
- 实用中通过串、并联组成串联电容器组
组合计算
单个电容器的额定电压$U_{NC}$、额定电流$I_{NC}$，额定容量$Q_{NC} = U_{NC}I_{NC}$及串、并联个数n、m应满足：
【此处插入图示：m行n列的串并联电容器组示意图】
并联电容器与串联电容器补偿的比较
串联电容补偿：
- ✓ 能显著抵偿线路电压降，仅需17~25%的容量
- ✓ 适合于电压波动频繁的场合
- ✓ 通过提高电压来减少无功损耗
- ✗ 电容器过电压保护、继保/运维复杂等
并联电容补偿：
- ✓ 减少线路上流动的无功，以减少有功损耗
- ✓ 设备简单，运维方便
- ✗ 需要较大容量才能达到相同效果
5.2.7 复杂电力系统电压和无功功率的控制
电压调节的目的
电压合格和全网无功分布最经济
无功功率配置原则
高峰负荷时：
- 单靠各发电机的可用无功最大容量是不足的
- 需装设考虑了一定备用容量的无功补偿设备
220kV及以上超高压电网：
- 需考虑低谷负荷时的无功平衡
- 要求具有吸收过剩无功功率的能力
无功须就地平衡的原因
为什么无功不能长距离传输？
从线路损耗公式可以看出：
有功损耗：$Delta P = frac{P^2 + Q^2}{U^2}R$
电压损耗：$Delta U approx frac{QX}{U}$
无功功率远距离传输会造成显著的有功损耗和电压损耗，因此无功必须就地平衡。
几种调压措施的合理应用
① 发电机调压
- ✓ 不需附加设备，优先考虑，可减轻其他调压措施的负担
- ✓ 发电机母线无负荷，可在95%~105%范围内调节
- 发电机母线有负荷时，一般采用逆调压
② 改变变压器变比调压
- 要求无功功率供应充足
- 只对有载调压变压器或串联加压器有效
③ 无功补偿调压
无功功率电源：
- 并联电容器
- 调相机
- 静止补偿器
串联补偿器： 目前应用较少（设计、运行等原因）
综合应用原则：
- 优先利用发电机调压
- 根据网络规模和负荷特性选择合适的调压方式
- 多种措施配合使用，实现经济、安全的电压控制
- 分层分区控制，就地平衡无功功率
