基于電力系統常見無功補償方式分析與討論

占美玉 楊能

摘? 要：要保證電力系統安全穩定運行，必須要保證系統充足的無功功率，它是保證線路末端電路、系統傳輸功能的必要條件，在長距離的高壓輸電線路中，電壓的末端竟可達到10%的電壓損失，使受負荷端電壓質量嚴重不符合規定要求;另一方面在配網系統中，長距離的輸電便配網低壓端電壓無法滿足正10%、負7%范圍內，造成用戶的家電器失靈，所以無功補償非常有必要的，為滿足電力系統安全穩定、控制靈活、經濟運行的要求，FACTS裝置越來越多地應用于電網中。靜止無功補償器（SVC）是目前電網及工業應用最多的一種FACTS裝置，其各種控制策略對電力系統無功電壓控制有著明顯的快速性、靈敏性和有效性。

關鍵詞：控制方式? 控制策略? 無功補償

中圖分類號：TM715? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）02（c）-0020-02

隨著社會生產力的發展，電力系統中大功率非線性不對稱的負荷不斷增加從而造成電壓不穩定、功率因數低、三相不平衡等電能質量問題。除此之外，我國電力系統在長距離輸電過程中，由于無功功率的不足，使得系統的輸送總電流增加、變壓器輸出減少、線路有功功率損耗增加、受端電壓下降。采用動態無功補償技術是解決上述問題的有效措施之一。動態無功補償技術是一項提高電能質量的有效并且經濟的措施，也是保證電網安全穩定性以及戰略防御的客觀需求。靜止無功補償器（SVC）是現代電力系統中應用最多、最為成熟的動態無功補償設備，也是第一代的FACTS裝置。

1? 無功優化模型建立

通過查閱相關資料，可以查看到無功優化控制系統模型，通過取其模型的目標值為系統網損最小

同時要滿足以下等式約束條件和不等式約束條件：

節點電壓約束：

發電機無功出力約束：

有載調壓分接頭檔數調節上下限：

設備動作次數上限：

有動作次數約束的設備包括電容器、電抗器、有載調壓分接頭。

（5）功率方程約束：

其中，所有節點i都需要滿足有功方程;所有PQ節點都需要滿足無功方程。

為節點導納陣元素;

為第i條母線的電壓;

為母線i和母線j的電壓相角差;

和為母線i上所帶發電機的有功功率和無功功率;

和為母線i上所帶負荷的有功功率和無功功率。

為了找其在以上所有方程的約束條件下最小的無功功率與最優分布方案，可以在實際電力系統運行過程調節所有的無功設備的出力，這些無功設備主要包括電容器組、電抗器、水電發電機組，另外還可以通過有載調壓主變分接頭來調節電壓大小等。

2? 靜止無功補償器的控制方式

SVC控制根據所面向控制對象的不同可以分為面向系統的控制策略和面向負荷的控制策略。SVC對于面向系統控制的目的是為了提高系統穩定性、加強對低頻振蕩的阻尼、降低網損等，而對于面向負荷的控制則是為了抑制沖擊負荷影響、提高電能質量等。此外，根據控制目標的不同，SVC的控制方式主要有開環、閉環和復合控制3種。下面簡單分析下SVC對沖擊性負荷的閃變抑制控制。

SVC對沖擊性負荷的閃變抑制控制采用開環控制，其特點是實現簡單、響應速度快、能快速跟蹤負荷的變化，其典型的響應時間為5～10ms。但是其控制精度不高，對系統參數的變化沒有修正能力，所以一般情況下開環控制只是用于精度要求不高且需要快速響應的負荷調節，比如對沖擊性負荷的閃變抑制。

3? 常見發電機組無功功率分析

在電力系統系統中，發電廠機組，特別是水力發電同步機組的無功能力調節能力對整個系統的無功平衡有著很重要的作用。現討論假設發電機組的母線的無功功率誤差，通過牛頓迭代法來求解確定計算出來的無功功率，功是否在此水力發電組的無功功率限值范圍之內，標準式如公式（8）：

如果在迭代過程中，出現以下情況：

母線變成了一個發電機的母線，則根據越限的情況和相關的雅可比項，在式（9）中加入功率誤差方程，如下所示：

母線的節點電壓是允許變化的，因此變成了狀態變量。

在母線上，如果在后續的迭代過程中，通過更精確的節點電壓估計出更好的，表明該母線上的無功功率的需求可以由被連接在其上的發電機滿足，則母線可能再次變回母線，因此，在每次迭代過程中要檢查無功功率是否越限。因在迭代開始階段，計算出的節點電壓可能不夠精確，從而會導致無功功率越限判斷錯誤。故，可在第一次或第二次迭代之后，再開始越限檢查。此處僅僅是一個無功補償針對水力發電機組的計算算例，具體的實際應用還有待進一步去驗證其正確性。

參考文獻

[1] 丁青青，王贊基.TCR-TSC型SVC非仿射非線性控制器設計[J].電力系統自動化，2002，26（14）：12-15.

[2] Kulkarni D B，Udupi G R.ANN-based SVC switching at distribution level for minimal-injected harmonics[J].IEEE Transactions on Power Delivery，2010，25（3）：1978-1985.

[3] 盧志良，張堯.梧州SVC在電壓控制下無功儲備優化分析[J].電力系統保護與控制，2010，38（8）：137-139.

[4] 徐先勇，羅安，方璐，等.靜止無功補償器的新型最優非線性比例積分電壓控制[J].中國電機工程學報，2009，29（1）：80-86.

[5] 錢路江，王建安.基于RTDS的SVC變調差率控制仿真研究[J].電力系統保護與控制，2011，39（10）：1-4.