變電站電容器反復投退原因及改進電壓無功控制策略的應用

張 韌

（廣東電網有限責任公司陽江供電局,廣東 陽江 529500）

1 前言

電壓是衡量電能質量的重要指標。自2011年以來，陽江電網開始安裝調試AVC無功電壓自動控制系統，多年的運行情況看來，該控制系統設計比較合理。不僅保證了電壓質量，而且提高了電力系統運行的穩定性和安全性，降低了電能損耗。

目前變電站無功補償自動調節主要是利用投退并聯補償電容器和調節有載調壓變壓器。電壓無功控制需要綜合考慮：電壓合格，無功功率平衡，并且盡量減少并聯補償電容器的投退次數和調節變壓器分接頭。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象作為研究對象，提出傳統“九區圖”控制策略存在的問題和改進的控制策略的實際應用。

2 陽江地區無功調節裝置現狀

目前陽江電網共有低抗7組，總容量450MVar；電容器組215組，總容量1335.88MVar。其中500kV變電站電容器組4組，總容量240.48MVar；220kV變電站電容器組61組，總容量612MVar；110kV變電站電容器組128組，總容量464.2MVar，35kV變電站電容器組22組，總容量19.2MVar。大部分變電站主變均為有載調壓變壓器。自2011年以來，陽江電網開始安裝調試AVC無功電壓自動控制系統。

3 變電站10kV電容器組頻繁投退原因分析

AVC在陽江電網的實際運行的過程中，發現有電容器投退頻繁的現象。以陽江電網其中一座110kV變電站站10kV電容器為例。根據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電容器在短時間內反復投退的現象。系統運行過程中出現電容器頻繁投退現象，讓系統處于不穩定運行狀態，在縮短了設備的使用壽命的同時，影響電網經濟效益。對110kV合山站電壓曲線與AVC無功電壓控制系統的定值與控制策略比較，進行分析，找出九區圖控制策略中存在的問題，如下。

4 傳統九區圖控制策略

4.1 九區圖控制策略

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

圖1 傳統九區圖

4.2 策略分析

在九區圖中，無功的調節利用一個平行于電壓坐標軸的與電壓無關的邊界作為判斷的依據。無功調節影響電壓，但無功調節的邊界與電壓沒相關，這將導致頻繁投退電容器。

例如：系統電壓越上限，在圖2中的2區A點，按控制策略的要求，應降檔位，若在最低檔，則切電容器。假如在A點的功率因數與最小整定值相近，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，功率因數也跟著下降，運行點可能進入3區。進入3區后，根據策略，為升高電壓需要投電容器，運行點就又可能回到2區中A點附近。運行點在2區和3區之間振蕩，因此造成電容器不停投退的反復操作。同理在B點、C點和D點附近都會發生類似情況。

經過以上分析可知，采用九區圖雖然原理清晰，但可能會使電容器組和變壓器頻繁的操作，運行過程中出現"振蕩"現象，造成系統運行不夠穩定，縮短了設備使用壽命等問題，影響經濟效益。由此得出110kV合山站電容頻繁投退原因。

結合電網運行的實際情況，九區圖控制策略因其控制較穩定、簡單易行，雖然存在著動作次數偏多、固定控制邊界引發振蕩等問題，但九區圖控制方法仍然是很多地區電壓無功控制的主要策略。

5 改進的控制策略及應用

5.1 改進的十七區圖

針對九區圖控制策略中的問題，十七區圖是在傳統九區圖的基礎上進行了改進。將1至4區中，對靠近電壓和功率因數邊界的區域進行劃分，各作為單獨的一個區域，并根據相應區域制定新的控制策略，避免了電壓的“振蕩”現象。如圖2所示。

圖2 十七區圖及其控制策略

5.2 改進電壓無功控制的應用

根據十七區圖的控制策略，通過對陽江電網AVC自動電壓控制系統功能的改進及定值的整定，應用改進的電壓無功控制策略后，經過陽江電網的實際運行表明：運行電壓合格率明顯提高，變電站10kV母線電壓合格率達到在98%以上，避免了電容器運行中的“振蕩”現象，說明改進的控制方法對提高電網的電壓合格率有明顯效果，保持系統穩定運行的同時提高了運行的經濟效益。

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