淺述電壓無功控制的“九區圖法”與改進的“十三區圖法”

廣東工業大學 簡俊威 莫 超 黃 強

淺述電壓無功控制的“九區圖法”與改進的“十三區圖法”

廣東工業大學 簡俊威 莫 超 黃 強

九區圖法，電力系統電壓和無功功率綜合控制的一種常用方法，其控制策略是為使電壓水平一直處在合格范圍內的同時較好地保證無功的基本平衡，借助電壓與無功指標對電壓和無功功率實施動態調節控制。較好地保證無功的基本平衡。但由于傳統的九區圖控制策略易出現裝置的誤操作，故需在原電壓無功控制的九區圖策略進行改進，得到更精準的調控策略-十三區圖控制策略。

電壓無功控制；九區圖；改進十三區圖

1.九區圖控制策略

按照電壓無功的相關限制條件綜合控制時，電壓、無功的上下限如圖1所示。

圖1 九區圖控制示意圖

從圖1可知，要想同時滿足電壓和無功的上下限要求，需令系統運行在0區域，這是一個理想的運行區域。一旦運行狀態偏離了0區，需要通過調節有載調壓變壓器的分接頭或投切電容器組，使運行點重新落于0區。

(1)有載變壓器分接頭位置的調節

分接頭調節對功率因數cosφ、電壓V和無功Q的影響趨勢如圖2所示。

圖2 分接頭調節對V、Q和cosφ的影響趨勢圖

若此時分接頭往上級調節，此時電壓V將變大，無功Q也隨之變大，而功率因數cosφ將變小；反之當分接頭下調時，V與Q將變小，而cosφ將變大。另外分接頭的調節是可以實現變壓器二次側實際電壓等于變壓器二次側電壓的額定值。假定一次側電壓為已知值，此時令二次側的電壓等于銘牌額定值，則有：

其中：

Nt、Ntx、Ntx分別為瞬時電壓V2、調節后分接頭位置下以及原變壓器的變比；V1、V2分別為變壓器一次繞組和二次繞組的瞬時電壓值；V2e則為變壓器二次繞組側的額定電壓值。

(2)并聯電容器組補償容量的調節

電容器投、切對功率因數cosφ、電壓V和無功Q的影響趨勢如圖3所示。

圖3 電容器與V、Q和cosφ間的關系

功率因數滯后或超前，所對應的電容器補償容量也會有區別，以較為常見的cosφ滯后的情況作為分析，電容器組的最小投入值為：

其中，cosφi為功率因數瞬時檢測值，cosφ1為功率因數整定值的最大值。根據式(4)可以計算得出需要投切的電容器組數，從而利用已有配置的電容器組數，可得到最優的投切方案。

(3)電壓-無功綜合控制策略

從圖1可知，要想同時滿足電壓和無功的上下限要求，需令系統運行在0區域，這是一個理想的運行區域。一旦運行狀態偏離了0區，要通過調節有載調壓變壓器的分接頭或投切電容器組，使運行點重新落于0區。下面以表格的形式簡單描述各區域的調節操作。

表1 九區控制策略表

針對圖1和表1進行分析可得，當A點為運行點時，按照九區圖的控制策略，應選擇投電容器組。但由于A點的電壓VA與V上限數值上較為接近，若此時投電容器組便存在較大機率令VA超過V上限從而導致運行點進入1區范圍。當運行點處于1區后，若分接頭此時正處于最低檔位時，由表1可知，系統將傳達切電容器的操作指令，一旦切電容器后運行點就一定機率重返7區的A點附近，故此裝置有可能循環發出投電容器、切電容器…的操作指令，使運行點在7區和1區之間振蕩。其他運行點與A點分析類似。

圖4 新13區圖控制策略

表2 新13區控制策略表

2.改進的十三區圖控制策略

為了減少上述的循環指令的傳達，可針對出現誤操作的區域進行更多元的劃分，如將1區域中臨近Q下限、3區域中臨近Q下限、5區域中臨近Q上限、7區域中臨近V上限等運行點劃分為一個個獨立的區域，分別加以控制，由此可以在九區圖的基礎上改進為新的十三區圖，其狀態的劃分如圖4所示。

3.結束語

新13區控制策略的優勢在于：僅改變有載調壓變壓器分接頭的位置和投切補償并聯電容器組，就極大程度提高了電壓的合格率同時減少電壓的波動。這種控制方案，能較好地克服單一以電壓作為調節判斷依據所造成的無功補償效果不佳的不良影響，同時又基本消除以電壓、功率因數作為調節判斷依據所造成某些設備振蕩的現象，是較好的控制方案。

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簡俊威（1992—），男，廣東云浮人，電氣工程碩士，研究方向：電力系統運行與控制。