電力系統電壓無功自動控制技術的應用

摘 要：隨著國民經濟的迅速發展，現代工業生產對電能質量的需求日益增加。本文主要闡述了電力系統無功控制技術的原理和設備的實現方式，分析研究了該裝置的不足和電力系統無功功率控制技術未來的發展方向。如何保證提供優質電力，如何進一步提高電網運行的經濟效益，已成為各發電、供電和配電部門等相關制造企業急需解決的重要問題。在此基礎上，分析研究了電壓無功自動控制技術在電力系統中的應用和發展。

關鍵詞：電力系統；電壓；無功自動控制技術；電網運行

隨著電力系統技術的迅速發展，電壓等級也有了很大水平的提高。無功平衡功率是衡量電壓是否穩定的重要標準。同時，無功平衡功率也是提高電能質量的基本條件。由于人工電壓調節的不足之處不斷出現，嚴重影響了電網的質量和供電公司的經濟效益，使變電站無功功率控制技術成為電力系統技術發展的一大趨勢。

一、電力系統無功自動控制技術原理

隨著人們對電能質量的要求越來越高，人工調壓方式已經不能滿足人們日常生活的需求。目前，大多數變電站采用電壓無功自動控制技術（VQC）來控制和調節電壓。人工調壓是指根據電壓工作狀態的進行分析，變電站工作人員手動調節齒輪和切斷電容器補償電壓。顯然，這種方法存在時效性差和優化難度大的缺點。

電壓無功自動控制技術是指利用相關的自動化技術，然后通過數據采集、數據分析、數據控制等步驟來實現對電壓的自動控制。VQC裝置是由微型處理器組成的自動控制設備。該裝置的功能是并聯選擇和切換電容器，使用加載電壓和電壓互感器切換分接頭，以便使電壓和無功功率能在合理的范圍內變動。

二、VQC在區域電網中的應用

（一）無功控制目標

在區域電網中，通過電壓無功自動控制技術的應用，有利于提高電壓質量，減少電網損耗，具體控制目標可歸納為以下幾點：

（1）提高電壓合格率，保證供電質量滿足要求；

（2）減小電網損耗，保證系統處于最優運行狀態；

（3）完善控制策略表，實現無功自動優化控制。

（二）系統控制的控制方案

1.控制方式

通過VQC裝置的應用，實現對主站總線電壓、區域無功功率的實時監控，一旦發現異常，及時報警；通過SCADA遠程控制程序，可實現變壓器的上下切換，及時恢復電壓、無功功率。

2.系統運行方式

根據區域電網實際情況，合理確定系統優化方案。系統優化分析時，必須以實時監控軟件對系統運行情況進行監測，一旦發現任一變化，需終止當前操作，重新收集相關數據開展定值運算。若是選擇的優化方案失敗，則算法將自動尋找次優結果，基于局部變壓器、電容器實際狀況保持最佳可調狀態。

3.故障處理

一旦變壓器、電容器等出現故障，則主站將依據鎖定狀態重新計算控制決策，以確保良好的優化效果。

三、VQC在變電站中的應用

（一）變電站自動化系統的構成

我國多數變電站自動化系統為分層分布式，主要組成部分包括：數據采集與處理、控制輸出、數據傳輸、后臺監控多部分組成。變電站的VQC系統控制目標和控制方案與區域電網的VQC系統的控制目標和控制方案相似，以保證為用戶提供高質量的電力并改善電網的經濟運行。

（二）變電站實現無人值班的意義

現階段，無人值班變電站得到了廣泛的推廣應用，其主要是在變電站運行期間，無需派固定值班人員開展日常監測等工作，轉而基本可交由監控中心與運營團隊的工作人員完成。通過VQC的應用，人為調整電能質量的工作量減少了，避免了人為錯誤，也相應的提高了變電站運行的安全性。根據國內外變電站發展情況來看，無人值守是一大重要趨勢，也是電網科學管理的一大重要進步，目前正在朝著更高的電壓等級發展。以500kV變電站為例，無人值守綜合自動化變電站系統優點可歸納如下：

（1）變電站運行安全性提高；

（2）變電站設備管理水平提高；

（3）變電站造價降低；

（4）工作人員數量減少；

（5）電力工業技術快速進步。

四、電力系統無功控制技術存在的問題

（1）一次性投資大。區域供電企業要充分利用VQC設備，預估投資在200-400萬元人民幣之間。一套獨立VQC設備安裝費用在20至30萬元之間。

（2）需要經常進行維護。VQC設備主要用于電壓、電容器和其他器件的自動控制。因此，VQC設備的精度是對整個變電站進行監控的關鍵。否則，會導致設備故障。因此，需要定期對VQC設備進行檢查和檢修。這是一項非常重要的工作，因此，在實際工作中，應增加變電站VQC設備的檢修人員和專業維修人員的人數。但在實際工作中，當VQC設備出現鎖定問題時，需要在電網的特殊工作模式下退出VQC設備，這項工作需要檢查人員和專業維修人員在現場進行操作，這又增加了變電站檢查人員及維護人員的工作量。

（3）VQC設備只能檢測到本地變電站的電壓情況，不能與上、下級變電站以及整個系統進行有效協調和配合。

五、結束語

綜上，基于我國社會經濟的快速發展，人們對于電力的需求量持續增加，對于供電質量的要求日益提高，由此實現電力系統電壓的無功控制成為一大重要發展趨勢。在區域電網中，VQC裝置的應用有利于實現電壓、無功功率的高效控制，切實提高了電網電壓合格率，減少了網損，真正促進電網的穩步發展。

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作者簡介：竇嘉銘，華北水利水電大學。