韋海慧

(廣西電網(wǎng)有限責(zé)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(tǒng)研究綜述

韋海慧

(廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司崇左供電局，廣西崇左532200)

無功補(bǔ)償是保證電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，降低線路損耗，提高經(jīng)濟(jì)效益和保證電壓質(zhì)量的基本條件。九區(qū)圖劃分的電壓無功調(diào)節(jié)判據(jù)，實(shí)際運(yùn)行時在臨界區(qū)域容易造成振蕩和裝置動作頻繁，針對傳統(tǒng)“九區(qū)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(guān)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(diào)壓器分接頭和并聯(lián)電容器組的調(diào)節(jié)次數(shù)，提高了電氣設(shè)備使用壽命。

無功補(bǔ)償；電壓無功控制； VQC策略

1　引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，電能質(zhì)量越來越受到重視。尤其是，隨著我國電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越龐大,無功的平衡和電壓的穩(wěn)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(wěn)定是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的需要，如果無功控制不合理，就可能造成電網(wǎng)“電壓崩潰”，造成大面積停電。再者，電壓是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，合理的無功水平可以使系統(tǒng)電壓保持在合格范圍內(nèi)，從而保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行和用戶的正常工作。

2　變電站電壓無功控制的現(xiàn)狀

目前，電力系統(tǒng)中常用的無功和電壓調(diào)整手段主要有:(1)同步發(fā)電機(jī)；(2)串聯(lián)補(bǔ)償電容器；(3)并聯(lián)補(bǔ)償電容器；(4)同步調(diào)相機(jī)；(5)靜止補(bǔ)償器；(6)有載調(diào)壓變壓器。

在以上幾種無功和電壓調(diào)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(diào)整手段，同步調(diào)相機(jī)和靜止補(bǔ)償器造價高，而且運(yùn)行維護(hù)復(fù)雜，目前只在重要的變電站中使用。并聯(lián)電容器和有載調(diào)壓變壓器造價相對較低，而且運(yùn)行維護(hù)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(lián)補(bǔ)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(fā)的重點(diǎn)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(shí)際運(yùn)行的電壓無功自動控制系統(tǒng)均采用分區(qū)控制的原則，其中“九區(qū)圖”是一個比較具有代表性的控制策略。

3　九區(qū)圖電壓無功控制策略

最早的VQC裝置都采用基于九區(qū)圖的控制策略，根據(jù)電壓、無功、時間、負(fù)荷、有載調(diào)壓變壓器檔位和電容器組開關(guān)狀態(tài)等進(jìn)行綜合判斷，通過實(shí)時數(shù)據(jù)判斷當(dāng)前的運(yùn)行區(qū)域，再按照一定的控制策略，控制變電站內(nèi)電容器組的投退以及變壓器檔位的調(diào)節(jié)，以最優(yōu)的控制順序和最少的動作次數(shù)使運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)到正常工作區(qū)，使電壓合格而無功功率盡量接近于0或功率因數(shù)盡量接近于1。

3.1九區(qū)圖基本原理

九區(qū)圖控制策略根據(jù)固定的電壓和無功功率或功率因數(shù)上下限將電壓-無功平面劃分為九個區(qū)域，如圖1所示。

圖1　九區(qū)圖

根據(jù)VQC的控制要求，必須將主變低壓側(cè)母線電壓控制在規(guī)定的電壓上下限之間，以確保母線電壓合格；同時應(yīng)盡量將無功功率或功率因數(shù)控制在規(guī)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(yōu)先保證電壓合格。

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

3.2九區(qū)圖的不足

由于九區(qū)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(xié)調(diào)關(guān)系，部分區(qū)域的控制策略不能使電壓、無功同時滿足要求，只能使運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)入相鄰區(qū)域，而無法直接進(jìn)入9區(qū)，造成受控設(shè)備的動作次數(shù)的增加。

圖2　九區(qū)圖各區(qū)域控制策略

九區(qū)圖的某些區(qū)域?qū)τ诳刂频慕Y(jié)果還可能會產(chǎn)生振蕩動作的現(xiàn)象。所謂“振蕩動作”是指在調(diào)檔和投切電容時，不能使運(yùn)行點(diǎn)直接進(jìn)入目標(biāo)區(qū)域而是進(jìn)入控制前所在區(qū)域的相鄰區(qū)域，在相鄰區(qū)域控制策略的作用下，又使運(yùn)行點(diǎn)回到控制前的區(qū)域的現(xiàn)象。振蕩動作現(xiàn)象會增加檔位和電容器組的動作次數(shù)，影響電氣設(shè)備的使用壽命，并增加系統(tǒng)受到的沖擊次數(shù)，因此在控制策略上應(yīng)加以避免。

采用傳統(tǒng)的九區(qū)圖電壓無功控制策略，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行到臨界區(qū)域容易造成系統(tǒng)振蕩，裝置的頻繁動作，會造成電氣設(shè)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(shù)和分接頭檔位。如圖3所示，設(shè)變電站共有m組電容器。VQC的控制目標(biāo)是：使主變低壓側(cè)母線電壓處于規(guī)定的電壓上下限值之間，高壓側(cè)功率因數(shù)盡量近于1。

圖3　系統(tǒng)等值電路

設(shè)主變變比k不變，為了使主變低壓母線電壓維持在規(guī)定的電壓U2C，電容器應(yīng)投入組數(shù)為：

(1)

式中：B0為1組電容器電納。

在確定電容器組數(shù)n后，再考慮分接頭的調(diào)節(jié)。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(jù)變壓器變比定義，可按式(4)將計算變比kj轉(zhuǎn)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(shù)nj和變比kj的公式較為繁瑣，對于110kV電網(wǎng)，在不計電壓降落橫分量和全網(wǎng)電阻的情況下，可推導(dǎo)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(jù)當(dāng)前變電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)，判斷主變低壓側(cè)母線電壓和高壓側(cè)無功功率是否合格。若合格，則VQC不動作；否則，按步驟(2)執(zhí)行。

(2)計算滿足控制目標(biāo)所需的電容器組數(shù)和分接頭檔位。

(3)如果主變低壓側(cè)母線電壓低于下限或者高壓側(cè)無功功率高于上限，則優(yōu)先調(diào)節(jié)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(shù)達(dá)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(diào)節(jié)變壓器分接頭；若不合格，則再執(zhí)行步驟(4)。

(4)設(shè)分接頭當(dāng)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(diào)到tapH。

5　結(jié)論

基于變量計算的VQC系統(tǒng)能夠較好地滿足變電站電壓無功調(diào)節(jié)的需要，實(shí)現(xiàn)無功就地平衡、提高電壓質(zhì)量、改善功率因數(shù)、降低線損。

目前比較熱門的地區(qū)電網(wǎng)AVC是電壓無功控制的一個新思路，它突破了傳統(tǒng)控制手段只能滿足本地?zé)o功的平衡的局限，基于遙信、遙測數(shù)據(jù)及SCADA系統(tǒng)，調(diào)節(jié)及投切地區(qū)電網(wǎng)內(nèi)多個變電站的有載調(diào)壓變壓器及電容器組，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)娜謨?yōu)化。

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

[1]邵得心，白燕青.淺談變電站電壓、無功綜合控制[J].魅力中國,2009(6):1-5.

[2]張惠剛.變電站綜合自動化原理與系統(tǒng)[M].北京:中國電力出版社,2004.

[3]張明軍，董潔，厲吉文,等.區(qū)域分布式電壓無功監(jiān)測與優(yōu)化控制系統(tǒng)[J].電力自動化設(shè)備,2004,24(10):42-44.

[4]李玉廷.變電站電壓無功綜合控制系統(tǒng)的設(shè)計[D].山東大學(xué)，2007.

[5]吳侗，李醫(yī)民.變電站無功電壓綜合調(diào)節(jié)的模糊控制研究[J].繼電器,2006,34(18):27-30.

[6]郭衛(wèi)東.變電所電壓無功自動控制裝置研制[D].華北電力大學(xué)，2002.

[7]賈吉文,潘澤存,李紅梅,等.變電所電壓和無功自動判據(jù)的研究[J].中國電力，1995，(7)：12-15.

[8]李升.基于九區(qū)圖的變電站電壓無功控制策略研究[J].青海電力,2005(2).

[9]Hu Z,Wang X,Chen H,et al.Volt/VAr control in distribution systems using a time-interval based a-pproach[J].IEE Proceedings C Generation Transmission and Distribution,2003，150(5):548-554.

[10]Tomosovid K A.Fuzzy Liner prmgramming Approach to the Reactive Power/Voltage Control Problem[J].IEEE Trans on Power System,1992.

[11]李升.變電站電壓無功控制理論與設(shè)計[M].北京:中國水利水電出版社,2009.

[12]張福華,徐義斌.無功補(bǔ)償崗位培訓(xùn)教材[M]。中國水利水電出版社,2002.

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?；?1990-)，女，廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司崇左供電局，主要從事電力系統(tǒng)分析與控制,電網(wǎng)調(diào)度與運(yùn)行。