變電站電壓無功綜合控制系統研究綜述

韋海慧

(廣西電網有限責任公司崇左供電局，廣西　崇左　532200)

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變電站電壓無功綜合控制系統研究綜述

韋海慧

(廣西電網有限責任公司崇左供電局，廣西崇左532200)

無功補償是保證電力系統運行穩定，降低線路損耗，提高經濟效益和保證電壓質量的基本條件。九區圖劃分的電壓無功調節判據，實際運行時在臨界區域容易造成振蕩和裝置動作頻繁，針對傳統“九區圖”控制策略的不足，本文引入了基于變量計算的VQC策略，通過這種策略算法得出變壓器分接頭和電容器投切開關的動作方案。在不降低電壓無功控制效果，同時能夠減少有載調壓器分接頭和并聯電容器組的調節次數，提高了電氣設備使用壽命。

無功補償；電壓無功控制； VQC策略

1　引言

隨著社會經濟的不斷發展，電能質量越來越受到重視。尤其是，隨著我國電力系統的規模越來越龐大,無功的平衡和電壓的穩定就顯得更為重要，所以，無功功率與電壓控制是一個亟需解決的問題。首先，無功功率與電壓穩定是保證電力系統安全穩定運行的需要，如果無功控制不合理，就可能造成電網“電壓崩潰”，造成大面積停電。再者，電壓是衡量電能質量的重要指標之一，合理的無功水平可以使系統電壓保持在合格范圍內，從而保證系統的正常運行和用戶的正常工作。

2　變電站電壓無功控制的現狀

目前，電力系統中常用的無功和電壓調整手段主要有:(1)同步發電機；(2)串聯補償電容器；(3)并聯補償電容器；(4)同步調相機；(5)靜止補償器；(6)有載調壓變壓器。

在以上幾種無功和電壓調整手段中，變電站采用的只有后四種。比較這四種無功和電壓調整手段，同步調相機和靜止補償器造價高，而且運行維護復雜，目前只在重要的變電站中使用。并聯電容器和有載調壓變壓器造價相對較低，而且運行維護更為方便，是變電站中最廣泛采用的無功控制裝置。所以，變電站的電壓無功控制，主要是指并聯補償電容器和變壓器有載分接頭的控制。目前，變電站電壓無功控制及其裝置的研究與開發的重點集中在控制策略研究、電容器投切方式、電壓無功控制功能等幾個方面。

目前實際運行的電壓無功自動控制系統均采用分區控制的原則，其中“九區圖”是一個比較具有代表性的控制策略。

3　九區圖電壓無功控制策略

最早的VQC裝置都采用基于九區圖的控制策略，根據電壓、無功、時間、負荷、有載調壓變壓器檔位和電容器組開關狀態等進行綜合判斷，通過實時數據判斷當前的運行區域，再按照一定的控制策略，控制變電站內電容器組的投退以及變壓器檔位的調節，以最優的控制順序和最少的動作次數使運行點進到正常工作區，使電壓合格而無功功率盡量接近于0或功率因數盡量接近于1。

3.1九區圖基本原理

九區圖控制策略根據固定的電壓和無功功率或功率因數上下限將電壓-無功平面劃分為九個區域，如圖1所示。

圖1　九區圖

根據VQC的控制要求，必須將主變低壓側母線電壓控制在規定的電壓上下限之間，以確保母線電壓合格；同時應盡量將無功功率或功率因數控制在規定的無功功率上下限之間；若無法使電壓、無功功率同時滿足要求，則優先保證電壓合格。

九區圖的電壓、無功上下限通常在某個負荷時段取固定值，并按逆調壓原則自動調整電壓下限值。變電站的負荷越大、電壓下限值越高，即在高峰負荷時應適當提高運行電壓，將電壓下限值提高；同理，在低谷負荷的時候應適當降低運行電壓，將電壓下限值降低。圖2 給出了九區圖各區域控制策略示意。

3.2九區圖的不足

由于九區圖電壓、無功上下限都是固定值，未能充分考慮電壓、無功之間的相互協調關系，部分區域的控制策略不能使電壓、無功同時滿足要求，只能使運行點進入相鄰區域，而無法直接進入9區，造成受控設備的動作次數的增加。

圖2　九區圖各區域控制策略

九區圖的某些區域對于控制的結果還可能會產生振蕩動作的現象。所謂“振蕩動作”是指在調檔和投切電容時，不能使運行點直接進入目標區域而是進入控制前所在區域的相鄰區域，在相鄰區域控制策略的作用下，又使運行點回到控制前的區域的現象。振蕩動作現象會增加檔位和電容器組的動作次數，影響電氣設備的使用壽命，并增加系統受到的沖擊次數，因此在控制策略上應加以避免。

采用傳統的九區圖電壓無功控制策略，當系統運行到臨界區域容易造成系統振蕩，裝置的頻繁動作，會造成電氣設備的損壞和降低其使用壽命。為此本文探討了基于變量計算的VQC策略。

4　基于變量計算的VQC策略原理

基于變量計算的VQC策略是通過基本潮流方程獲得VQC控制所需電容器組數和分接頭檔位。如圖3所示，設變電站共有m組電容器。VQC的控制目標是：使主變低壓側母線電壓處于規定的電壓上下限值之間，高壓側功率因數盡量近于1。

圖3　系統等值電路

設主變變比k不變，為了使主變低壓母線電壓維持在規定的電壓U2C，電容器應投入組數為：

(1)

式中：B0為1組電容器電納。

在確定電容器組數n后，再考慮分接頭的調節。通過等值電路可以得到變比k的方程(取BC=nB0，U2=U2C)：

Ak4+Bk2+C=0

(2)

由式(2)可得計算變比kj的求取公式如下：

(3)

根據變壓器變比定義，可按式(4)將計算變比kj轉化為計算檔位tapj：

(4)

式中：UT1N為主分接頭電壓；UT2N為變壓器低壓繞組額定電壓；Δtap為變壓器分接頭相鄰兩檔的檔距。

顯然上述計算電容器組數nj和變比kj的公式較為繁瑣，對于110kV電網，在不計電壓降落橫分量和全網電阻的情況下，可推導出nj和kj的近似計算公式如式(5)和式(6)。

(5)

(6)

在某一特定時間VQC判斷控制的步驟如下：

(1)在某時間，根據當前變電站的運行數據，判斷主變低壓側母線電壓和高壓側無功功率是否合格。若合格，則VQC不動作；否則，按步驟(2)執行。

(2)計算滿足控制目標所需的電容器組數和分接頭檔位。

(3)如果主變低壓側母線電壓低于下限或者高壓側無功功率高于上限，則優先調節電容器。每次只投入一組電容器，直至電壓合格或者電容器組數達到nL為止。 如果電壓接近上限或者無功功率接近上限，且nL≤n≤nH，或者n>nH，則切一組電容；如果電壓越趨近下限或者無功功率越趨近下限，且nL≤n≤nH，或者nL>n，則切一組電容。如果投切電容能使電壓無功合格，則不必再調節變壓器分接頭；若不合格，則再執行步驟(4)。

(4)設分接頭當前檔位值為tap，若電壓高于上限，tapH≤tap≤tapL，或taptapL則降檔位升壓，直至電壓無功合格，或者檔位調到tapH。

5　結論

基于變量計算的VQC系統能夠較好地滿足變電站電壓無功調節的需要，實現無功就地平衡、提高電壓質量、改善功率因數、降低線損。

目前比較熱門的地區電網AVC是電壓無功控制的一個新思路，它突破了傳統控制手段只能滿足本地無功的平衡的局限，基于遙信、遙測數據及SCADA系統，調節及投切地區電網內多個變電站的有載調壓變壓器及電容器組，實現無功補償的全局優化。

隨著電力自動化技術的廣泛應用，無人值班變電站的不斷增多，原有的人員手動調節電壓無功方式己經越來越不能適應形勢的發展，電壓無功自動控制裝置(VQC)開始在電力系統中大量使用，未來的VQC裝置應更加的智能化，并有望在多目標、非線性控制問題上取得突破。

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Review of Reactive Power Control System in Substations

WEIHai-hui

(Chongzuo Bureau,Guangxi Power Grid Co.,Ltd.,Chongzuo 532200,China)

Reactive compensation is to guarantee the system runs stably and reduce power line loss,improve the economic benefit and ensure the basic conditions of voltage quality.Voltage reactive-power integrated control system′s goal is to ensure voltage qualified,reactive power based on the basic balance to minimize regulation frequency.Nine area graph partition voltage reactive adjusting criterion，when actual operation in critical regions easily cause oscillation and device is frequent,conventional nine area chart deficiency of control strategy based on variable,this paper introduces the VQC strategy,calculated by this strategy that transformer points joint and algorithm of capacitor switching action plan.the former VQC strategy in not lower than voltage reactive-power control effect also can reduce on-load pressure regulator point joint and parallel capacitor group of regulation,improving the frequency electric equipment using life.

reactive power compensation;voltage reactive control;variable calculation VQC strategy

1004-289X(2016)02-0004-03

TM71

B

2016-01-28

韋海慧(1990-)，女，廣西電網有限責任公司崇左供電局，主要從事電力系統分析與控制,電網調度與運行。