談?wù)劅o功補(bǔ)償和電壓優(yōu)化的控制

摘要:隨著我國電力工業(yè)的迅猛壯大，電網(wǎng)逐步擴(kuò)張，電力負(fù)荷增長很快，電壓等級(jí)越來越高，電網(wǎng)、發(fā)電廠以及單機(jī)容量也越來越大，電網(wǎng)覆蓋的地理面積在不斷擴(kuò)大。但是，由于地理環(huán)境、燃料運(yùn)輸、水資源及經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模等諸多因素的影響，致使電源(發(fā)電廠)分布不均衡，要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和優(yōu)良的電能質(zhì)量，就必須解決遠(yuǎn)距離輸電、電壓調(diào)節(jié)及無功補(bǔ)償?shù)葐栴}。根據(jù)無功功率的平衡原理，依據(jù)無功補(bǔ)償?shù)脑瓌t，介紹無功補(bǔ)償和電壓優(yōu)化控制。

關(guān)鍵詞:無功功率；電壓；實(shí)時(shí)補(bǔ)償

目前，許多地方電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償和電壓調(diào)節(jié)依然采用傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式，有載調(diào)壓變壓器、靜電電容器等只能手動(dòng)調(diào)節(jié)和投切，不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)電壓調(diào)節(jié)或無功補(bǔ)償。因此，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)無功補(bǔ)償以保證電力系統(tǒng)電壓的連續(xù)穩(wěn)定性，是本文研究和探討的主要方向。

1 無功功率的平衡

欲維持電力系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性，應(yīng)使電力系統(tǒng)中的無功功率保持平衡，即系統(tǒng)中的無功電源可發(fā)出的無功功率應(yīng)大于或等于負(fù)荷所需的無功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗。系統(tǒng)中無功功率的平衡關(guān)系式如下：

Qgc-Qld-Ql =Qr

式中 Qgc——電源發(fā)出的無功功率之和;

Qld——無功負(fù)荷之和;

Ql——網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗之和;

Qr——系統(tǒng)可提供的備用無功功率。

Qr>0，表示系統(tǒng)中無功功率可以平衡而且有適當(dāng)?shù)膫溆茫籕r<0，表示系統(tǒng)中無功功率不足，此時(shí)，為保證系統(tǒng)的運(yùn)行電壓水平，就應(yīng)考慮加設(shè)無功補(bǔ)償裝置。

Qgc包括全部發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功功率Qg和各種無功補(bǔ)償裝置提供的無功功率Qc，即

Qgc=Qg＋Qc

1.1補(bǔ)償容量不足時(shí)的無功功率平衡

進(jìn)行系統(tǒng)無功功率平衡的前提是保持系統(tǒng)的電壓水平正常，否則，系統(tǒng)的電壓質(zhì)量就得不到保證。在圖1所示的系統(tǒng)無功功率負(fù)荷的靜態(tài)電壓特性曲線中，在正常情況下，系統(tǒng)無功功率電源所提供的無功功率Qgcn，由無功功率平衡的條件Qgcn-Qld-Ql=0決定的電壓為Un，設(shè)此電壓對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)正常的電壓水平。但假如系統(tǒng)無功功率電源提供的無功功率僅為Qgc(Qgc

1.2系統(tǒng)無功功率電源充足時(shí)的無功功率平衡

在正常情況下(系統(tǒng)電壓為額定電壓)，如圖2所示，系統(tǒng)無功電源Q同電壓U的關(guān)系為曲線1，負(fù)荷的無功電壓特性為曲線2，兩者的交點(diǎn)a確定了負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓Ua。

當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，如曲線2所示，如果系統(tǒng)的無功電源沒有相應(yīng)增加，電源的無功特性仍然是曲線1，這時(shí)曲線1和曲線2的交點(diǎn)a＇就代表了新的無功功率平衡點(diǎn)，并由此決定了負(fù)荷點(diǎn)的電壓為Ua′，顯然Ua′

2 無功補(bǔ)償原則

國家《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定，無功補(bǔ)償與電壓調(diào)節(jié)應(yīng)以下列原則進(jìn)行。總體平衡與局部平衡相結(jié)合；電力補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合；分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合；降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主。

無功補(bǔ)償應(yīng)盡量分層(按電壓等級(jí))和分區(qū)(按地區(qū))補(bǔ)償，就地平衡，避免無功電力長途輸送與越級(jí)傳輸。

3 實(shí)行實(shí)時(shí)無功補(bǔ)償和電壓調(diào)節(jié)

3.1控制無功補(bǔ)償和電壓優(yōu)化的規(guī)則

以全網(wǎng)網(wǎng)損盡量小、各節(jié)點(diǎn)電壓合格為目標(biāo)，以調(diào)度中心為控制中心，以各變電站的有載調(diào)壓變壓器分接頭調(diào)節(jié)與電容器投切為控制手段。

3.2控制流程

無功電壓實(shí)時(shí)控制流程見圖3。

3.3無功補(bǔ)償與電壓優(yōu)化的控制原理

電力系統(tǒng)電壓無功限值區(qū)間的劃分(動(dòng)態(tài)9區(qū)圖)見圖4。根據(jù)該圖在各區(qū)內(nèi)，以最優(yōu)的控制順序和電壓無功設(shè)備組合使運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)入無功、電壓均滿足要求的第9區(qū)。

電壓控制按照逆調(diào)壓原則，當(dāng)電壓變化超出電壓曲線的允許偏差范圍(U上-U下)或超出無功功率允許偏差范圍(Q上-Q下)時(shí)，根據(jù)整定的偏移量發(fā)出電容器投切指令或變壓器分接頭調(diào)整指令，從而達(dá)到調(diào)整電壓和無功潮流的目的。

其中，U上、U下分別為電壓約束上、下限，Q上、Q下分別為無功約束上、下限，各區(qū)動(dòng)作方案如下。

1區(qū)：電壓超下限，無功超上限。設(shè)定電容器投入容量，并發(fā)出電容器投入指令，當(dāng)電容器全部投入后，電壓仍低于U下時(shí)，發(fā)出變壓器分接頭升壓調(diào)節(jié)指令。

2區(qū)：電壓合格，無功超上限。發(fā)出電容器投入指令，當(dāng)電容器全部投入后運(yùn)行點(diǎn)仍在該區(qū)，則維持運(yùn)行點(diǎn)。

3區(qū)：電壓超上限，無功超上限。發(fā)出變壓器分接頭降壓調(diào)節(jié)指令；當(dāng)有載調(diào)壓已處于下限時(shí)，再發(fā)出上一級(jí)變壓器分接頭調(diào)節(jié)指令。

4區(qū)：電壓超上限，無功合格。動(dòng)作方案同3區(qū)。

5區(qū)：電壓超上限，無功超下限。發(fā)出電容器切除指令，當(dāng)電容器全部切除后，電壓仍高于U上時(shí)，再發(fā)出變壓器分接頭降壓調(diào)節(jié)指令。

6區(qū)：電壓合格，無功超下限。發(fā)出電容器切除指令，當(dāng)電容器全部切除后，運(yùn)行點(diǎn)仍在該區(qū)，則維持該運(yùn)行點(diǎn)。

7區(qū)：電壓超下限，無功超下限。發(fā)出變壓器分接頭升壓調(diào)節(jié)指令，當(dāng)有載調(diào)壓已處于上限時(shí)，再發(fā)出電容器投入指令。

8區(qū)：電壓超下限，無功合格。動(dòng)作方案同7區(qū)。

9區(qū)：電壓、無功均合格。維持該運(yùn)行點(diǎn)，不發(fā)調(diào)整指令。

按照上述方案實(shí)施無功補(bǔ)償和電壓調(diào)節(jié)，使無功功率得到了自動(dòng)實(shí)時(shí)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)從離線處理到實(shí)時(shí)處理，從就地平衡到全網(wǎng)平衡，從單獨(dú)控制到集中控制，避免了人工監(jiān)視、手動(dòng)投切的各種弊端，如響應(yīng)慢、誤操作、工作量大等，電壓水平的合格性和穩(wěn)定性得到了顯著提高，整個(gè)電網(wǎng)的網(wǎng)損降到了盡量低的程度。該系統(tǒng)方案在電力系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景。