變電站電容器反復(fù)投退原因及改進(jìn)電壓無功控制策略的應(yīng)用

張 韌

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司陽江供電局,廣東 陽江 529500）

1 前言

電壓是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)。自2011年以來，陽江電網(wǎng)開始安裝調(diào)試AVC無功電壓自動控制系統(tǒng)，多年的運(yùn)行情況看來，該控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)比較合理。不僅保證了電壓質(zhì)量，而且提高了電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，降低了電能損耗。

目前變電站無功補(bǔ)償自動調(diào)節(jié)主要是利用投退并聯(lián)補(bǔ)償電容器和調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器。電壓無功控制需要綜合考慮：電壓合格，無功功率平衡，并且盡量減少并聯(lián)補(bǔ)償電容器的投退次數(shù)和調(diào)節(jié)變壓器分接頭。由此看出電壓控制策略尤為重要。同時，本文以變電站電容器組頻繁投退現(xiàn)象作為研究對象，提出傳統(tǒng)“九區(qū)圖”控制策略存在的問題和改進(jìn)的控制策略的實(shí)際應(yīng)用。

2 陽江地區(qū)無功調(diào)節(jié)裝置現(xiàn)狀

目前陽江電網(wǎng)共有低抗7組，總?cè)萘?50MVar；電容器組215組，總?cè)萘?335.88MVar。其中500kV變電站電容器組4組，總?cè)萘?40.48MVar；220kV變電站電容器組61組，總?cè)萘?12MVar；110kV變電站電容器組128組，總?cè)萘?64.2MVar，35kV變電站電容器組22組，總?cè)萘?9.2MVar。大部分變電站主變均為有載調(diào)壓變壓器。自2011年以來，陽江電網(wǎng)開始安裝調(diào)試AVC無功電壓自動控制系統(tǒng)。

3 變電站10kV電容器組頻繁投退原因分析

AVC在陽江電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行的過程中，發(fā)現(xiàn)有電容器投退頻繁的現(xiàn)象。以陽江電網(wǎng)其中一座110kV變電站站10kV電容器為例。根據(jù)2012年10月19日至21日110kV合山站10kV#4電容器組投退記錄，可以看出，合山站10kV#4電容器在多日均出現(xiàn)電容器在短時間內(nèi)反復(fù)投退的現(xiàn)象。系統(tǒng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)電容器頻繁投退現(xiàn)象，讓系統(tǒng)處于不穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，在縮短了設(shè)備的使用壽命的同時，影響電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益。對110kV合山站電壓曲線與AVC無功電壓控制系統(tǒng)的定值與控制策略比較，進(jìn)行分析，找出九區(qū)圖控制策略中存在的問題，如下。

4 傳統(tǒng)九區(qū)圖控制策略

4.1 九區(qū)圖控制策略

目前很多AVC控制策略都綜合考慮無功、電壓和功率因數(shù)，最常用的是“九區(qū)圖”，根據(jù)電壓U和功率因數(shù)cosψ(或Q)是正常、越上限或下限來將運(yùn)行狀態(tài)分為九個區(qū)。如圖1所示，即九區(qū)圖。該策略以電壓優(yōu)先，控制母線監(jiān)測點(diǎn)的電壓在整定的上下限，確保電壓合格的同時使功率因數(shù)盡量合格。

圖1 傳統(tǒng)九區(qū)圖

4.2 策略分析

在九區(qū)圖中，無功的調(diào)節(jié)利用一個平行于電壓坐標(biāo)軸的與電壓無關(guān)的邊界作為判斷的依據(jù)。無功調(diào)節(jié)影響電壓，但無功調(diào)節(jié)的邊界與電壓沒相關(guān)，這將導(dǎo)致頻繁投退電容器。

例如：系統(tǒng)電壓越上限，在圖2中的2區(qū)A點(diǎn)，按控制策略的要求，應(yīng)降檔位，若在最低檔，則切電容器。假如在A點(diǎn)的功率因數(shù)與最小整定值相近，若變壓器在最低檔，則切電容器。切電容時，隨著電壓下降到正常范圍，功率因數(shù)也跟著下降，運(yùn)行點(diǎn)可能進(jìn)入3區(qū)。進(jìn)入3區(qū)后，根據(jù)策略，為升高電壓需要投電容器，運(yùn)行點(diǎn)就又可能回到2區(qū)中A點(diǎn)附近。運(yùn)行點(diǎn)在2區(qū)和3區(qū)之間振蕩，因此造成電容器不停投退的反復(fù)操作。同理在B點(diǎn)、C點(diǎn)和D點(diǎn)附近都會發(fā)生類似情況。

經(jīng)過以上分析可知，采用九區(qū)圖雖然原理清晰，但可能會使電容器組和變壓器頻繁的操作，運(yùn)行過程中出現(xiàn)"振蕩"現(xiàn)象，造成系統(tǒng)運(yùn)行不夠穩(wěn)定，縮短了設(shè)備使用壽命等問題，影響經(jīng)濟(jì)效益。由此得出110kV合山站電容頻繁投退原因。

結(jié)合電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)際情況，九區(qū)圖控制策略因其控制較穩(wěn)定、簡單易行，雖然存在著動作次數(shù)偏多、固定控制邊界引發(fā)振蕩等問題，但九區(qū)圖控制方法仍然是很多地區(qū)電壓無功控制的主要策略。

5 改進(jìn)的控制策略及應(yīng)用

5.1 改進(jìn)的十七區(qū)圖

針對九區(qū)圖控制策略中的問題，十七區(qū)圖是在傳統(tǒng)九區(qū)圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)。將1至4區(qū)中，對靠近電壓和功率因數(shù)邊界的區(qū)域進(jìn)行劃分，各作為單獨(dú)的一個區(qū)域，并根據(jù)相應(yīng)區(qū)域制定新的控制策略，避免了電壓的“振蕩”現(xiàn)象。如圖2所示。

圖2 十七區(qū)圖及其控制策略

5.2 改進(jìn)電壓無功控制的應(yīng)用

根據(jù)十七區(qū)圖的控制策略，通過對陽江電網(wǎng)AVC自動電壓控制系統(tǒng)功能的改進(jìn)及定值的整定，應(yīng)用改進(jìn)的電壓無功控制策略后，經(jīng)過陽江電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行表明：運(yùn)行電壓合格率明顯提高，變電站10kV母線電壓合格率達(dá)到在98%以上，避免了電容器運(yùn)行中的“振蕩”現(xiàn)象，說明改進(jìn)的控制方法對提高電網(wǎng)的電壓合格率有明顯效果，保持系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的同時提高了運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]吳俊勇，徐麗杰，朗兵，劉平竹，陳力.電力系統(tǒng)基礎(chǔ)[M].北京:交通大學(xué)出版社，2008(03).

[2]熊信銀.發(fā)電廠電氣部分[M].中國電力出版社，2008(01).