電壓無功綜合控制及其在地區電網應用的研究

郭良松 趙永昱 陳俊長

【摘 要】對于地區電網而言，無論電壓過高或過低都將影響到設備和系統的正常運行，因而保證用戶處的電壓接近額定值是地區電網運行的重要任務。在電網電網中應用電壓無功綜合控制系統，能夠在確保電壓合格的基礎上，提高設備的使用壽命，降低值班人員的工作降低和電網的損耗，改善電網電壓質量，因此本文首先分析了電壓無功綜合控制在地區電網應用的重要性，然后深入探討了電壓無功綜合控制系統的功能。

【關鍵詞】地區電網；電壓無功；綜合控制；功能

【中圖分類號】O213.1【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0429-01

近年來，地區電網電壓無功綜合控制經歷了由手動控制走向自動控制，由分散式控制走向集中式再到分布式控制，由無序控制走向優化控制，由單站單一控制走向網絡分級控制的發展歷程，在確保地區電網電壓合格率和電能質量上發揮了重要的作用。在地區電網中使用電壓無功綜合控制裝置，不僅能夠順利完成測量和控制等任務，還具有統計、事故報警、通訊、事件順序記錄、打印和顯示等多項高級功能，從而確保電力系統內各個節點的電壓隨時處于適合的數值。

1.電壓無功綜合控制在地區電網應用的重要性

隨著電力系統規模日益擴大，負荷需求逐漸增長，出現了在高峰負荷時電壓偏低，低谷負荷時電壓偏高的現象，原來的那種憑經驗進行無功配置與調度的手段已經難以適應現代電網的需要。在地區電網中應用電壓無功綜合控制，能夠通過科學手段在滿足負荷發展需要的前提下，充分利用系統的無功資源，實現無功的合理規劃與調度，減少有功損耗，保證電能質量，提高地區電網的運行穩定性和經濟性。具體說來：

（1） 電壓無功綜合控制關系著地區電網運行電壓的水平高低。電力系統的電壓水平高低是電力系統能否正?？煽窟\行的重要指標，也是電能質量的主要指標之一，而電壓水平的高低直接取決于無功功率是否充足、無功配置是否合理以及無功潮流分布是否合理等。

（2） 電壓無功綜合控制關系著地區電網的經濟運行。由于電網中無功潮流的流動將在線路和變壓器等相關輸變電設備上造成有功損耗，從而影響到電力系統的經濟運行，因此電壓無功綜合控制可以提高地區電網運行的經濟性，從而提高輸電效率。

（3） 電壓無功綜合控制關系著地區電網的動態電壓穩定。發電機勵磁系統的無功動態特性、電動機的無功動態特性以及負荷的動態電壓特性等都對電力系統動態電壓具有重要影響，因此電壓無功綜合控制影響著地區電網動態電壓的穩定，它可以有效提高地區電網運行可靠性，防止電壓失穩事故的發生。

（4） 電壓無功綜合控制關系著值班人員的勞動強度。傳統無人值班變電站的電壓及無功調節都是由集控中心人工調節，這不僅增加了值班人員的工作量和負擔，而且人為判斷和操作極大地增加了調節的不合理性，因此已經難以滿足發展的需要。而采用電壓無功綜合控制系統，能夠通過自動控制來減輕集控中心值班人員的勞動強度，同時也避免了人為誤差，真正實現全網電壓無功的實時控制，完善并提高了無人值班變電所的自動化水平。

（5） 電壓無功綜合控制關系著設備的運行狀況。在地區電網運用電壓無功綜合控制，由于可以進行自動化分析，因此可以將有載變壓器分接頭調節次數大大降低，從而提高設備的使用壽命。

2.電壓無功綜合控制在地區電網應用的原則

在地區電網中應用電壓無功綜合控制時，其總體思想為利用SCADA系統采集地區電網各節點無功功率、運行電壓和有功功率等實時數據，然后在現有EMS系統的基礎上，以電網電能損耗最少和各節點電壓總體水平為綜合控制目標，以各節點電壓合格為約束條件，進行綜合優化處理后，形成有載調壓變壓器分接開關調節和無功補償設備投切控制的指令，然后利用調度自動化系統的“四遙”功能，實現地區電網無功電壓的優化運行。

當根據地區電網的實際運行情況來設計電壓無功綜合控制系統時，需要依托現有地區電網調度自動化系統平臺，并與其他模塊協調工作來形成一個高級應用系統。具體說來，地區電網的電壓無功綜合控制系統的設計思想為：（1）要對已有的無功電壓自動調節裝置和無功電壓綜合控制裝置的功能進行充分利用，如電容器投切功能，然后在此基礎上進行功能的完善和延伸。（2）電壓無功綜合控制系統在使用之初不用于閉環自動控制，只是經實時系統的優化計算，給出無功及電壓優化調度的結果和列表，從而為調度員提供無功電壓調節措施及控制決策方案；后續可以考慮投入閉環自動運行，從而實現全自動無功調節系統。（3）充分考慮電壓無功綜合控制系統未來的升級和擴展，控制策略采用混合優化策略，并引入模糊邏輯來處理無法量化的優化目標。

3.電壓無功綜合控制系統的功能分析

作為典型的智能控制系統，電壓無功綜合控制系統能夠優化調節地區電網的電壓，對無功功率進行優化補償，并且具有控制信息管理功能等，具體說來：

（1） 電壓優化調節功能。將電壓無功綜合控制系統應用于地區電網，能夠確保各節點電壓的合格，并在此基礎上對全網分析確定線損最低的運行電壓點，從而獲得明顯的降損節電效果。此外，電網無功綜合控制系統可以實施有載調壓變壓器分接開關調節次數的優化分配，確保電網有載調壓變壓器分接開關動作安全和減少日常維護工作量。

（2） 設備保護功能。將電壓無功綜合控制系統應用于地區電網，能夠預先計算控制措施的效果，防止無功補償設備投切振蕩，并且以盡量少的設備動作次數來實現其基本功能，有效防止電容器和主變分接頭的頻繁投切。

（3） 無功優化補償功能。將電壓無功綜合控制系統應用于地區電網，能夠確保在系統功率因素合格的情況下進行無功潮流的優化；能夠在電網內各級變電站電壓處在合格范圍時，控制本級電網內無功功率流向合理，達到無功功率分層就地平衡，提高功率因數；能夠根據地區電網對無功和電壓變化的需求，計算決策同電壓等級不同變電站電容器組、同變電站不同容量電容器組誰優先投入，同變電所電容器輪換投入。

（4） 變壓器經濟運行功能。將電壓無功綜合控制系統應用于地區電網，能夠充分利用現有變壓器經濟運行的研究成果，實現全系統的變壓器優化經濟運行，改變目前只是定期單個變電站的變壓器經濟運行的現狀。

（5） 防止電壓失穩的功能。將電壓無功綜合控制系統應用于地區電網，能夠選擇有效的基于就地信息或區域信息的電壓穩定指標，并將它們引入無功電壓集中優化控制中來，從而實現電網或重負荷節點的電壓穩定性監控。

（6） 控制信息管理功能。將電壓無功綜合控制系統應用于地區電網，能夠記錄系統每一次動作的執行時間和執行原因，形成設備動作記錄表；能夠記錄主變分接開關、無功補償設備開關每年每月每日動作次數，為最大限度發揮設備潛力和設備檢修提供科學依據；能夠提供負荷24小時電壓運行曲線，從而直接判斷電壓的運行水平。

（7） 自診斷和自閉鎖功能。將電壓無功綜合控制系統應用于地區電網，能夠監視自身優化控制計算結果，當結果出現明顯錯誤時果斷閉鎖系統的運行，并通過報警通知調度員，防止誤操作。

參考文獻

[1] 肖鋒.淺析變電站電壓無功控制裝置的設計與應用[J].中國新技術新產品，2011（6）.

[2] 嚴浩軍.變電站電壓無功綜合自動控制問題探討究[J].電網技術，2002，24（7）.

[3] 邵文權，劉重軒，劉毅力，王建波.變電站電壓無功綜合控制技術綜述[J].西北電力技術，2005（1）.