电压无功综合控制

电压无功综合控制（共11篇）

电压无功综合控制 篇1

节能与环保是我国经济持续发展所面临的两大难题, 是制约我国国民经济持续发展的重要因素。电力系统中, 线损是构成输电过程中能量损失的主要部分。由理论分析可知, 功率因数由cosΦ1提高到cosΦ2, 线路发热损耗可降低[1- (cosΦ1/cosΦ2) 2]×100%, 节能效果显著。

我国电力系统的线路损耗与发达国家的差距很大, 根据中国电力杂志公布的2004年全国综合线损每年约为6.5%, 而发达国家线损不到3%, 是发达国家2.17倍。在不同电压等级, 不同的电能质量要求和环境下, 如何选择合适的电压无功综合控制装置就至关重要。选择合适的方案可以事半功倍, 以很少的投资获得很高的收益;反之, 盲目配置的装置往往成为摆设, 浪费资金。

电网电压的损耗调整主要以改变流经电网的无功功率为主。通过电网输送的无功功率越小, 则电压损耗越小, 相应的功率损耗也会减小。因此, 本文将侧重讨论通过无功补偿实现电压的调整。发电机、调相机等电源侧实现的无功功率有其优点:可以同时发出无功功率, 也可以用于吸收无功功率;调节比较灵活, 不但可以用来控制系统的电压, 而且可以用于提高系统的稳定性。但这类设备投资和维护费用高, 只有在十分必要时才会采用。另外一种减少电压损耗的方式是通过变压器的有载调压实现。但有载调压也并不能够完全解决无功不足, 因为有载调压只是改变了无功在电网中的分布, 并没有产生新的无功源。无功功率若经过长距离的输送, 电压损耗同样会比较大。因此, 分层、分压、就地、适时地达到平衡无功, 减少无功功率的异地传输是降低线损的最有效方法。相比较而言, 并联电容器因其费用比较低廉, 能量损耗小, 而且可以分散在用户、变电所和配电所中进行就地补偿在社会中得到了广泛的应用。

根据不同的方法, 目前广泛应用的无功补偿装置可以按照以下几个方面进行分类。

1 按照实现补偿容量的原理不同划分

1.1 通过投切并联电容器, 实现无功电源容量的变化的装置

这种电容器的投切依靠于接触器的动作或者通过控制器对高压开关的控制实现。用于投切电容的接触器具有抑制电容的涌流作用;延时投切的目的在于防止接触器过于频繁的动作时, 对电容器造成损坏, 同时防止电容不停的投切导致供电系统振荡。

并联电容器成套装置通常由主电容器、串联电抗器、放电线圈、熔断器、断路器、继电保护和控制屏等部分组成。为避免电容器击穿造成相间短路而引发箱壳爆炸的恶性事故发生, 高压并联电容器装置通常采用星形接线, 选用单相、额定电压为线电压的1/3的电容器作为主电容。低压并联电容器在电容器内连接成三角形, 带内部熔丝。

并联电容器装置中加入串联电抗器, 防止输配电系统中因直接投入并联电容器组而引起谐波分量增大。此外, 还可以有效地抑制电容器投入电网时产生的涌流, 以及有助于防止和减轻开断电容器组时发生重燃。

另外, 电容器组内部设置放电电阻, 此电阻能在短时间内把电容器上的残留电压降得更低。

这种投切并联电容器的装置广泛应用于各种就地补偿无功, 调整负荷侧电压的场合;往往根据负荷侧的特性选择相应的无功补偿控制器。实际应用中可根据网络电压、功率因数、无功功率或者系列参数进行自动投切电容器, 也可按规定的时间表进行自动投切或手动投切。

1.2 通过调节电容器两端的电压, 实现无功电源容量的变化

这种装置根据电容器无功功率输出与电容量、频率、电压参量的关系, 即Q=2πfc u2, 无功功率的调节可以通过改变电容器两端的电压来实现, 从而达到对系统无功功率的调节、稳定电压、提高功率因数、降低线损的目的。作为控制核心的微机控制器是采用32位DSP处理器, 大容量的RAM和Flash Memory, 其数据处理, 逻辑运算和信息存储能力强, 运行速度快, 可靠性高。按照九区图原理对系统电压无功进行适时控制, 同时具有并联电容器保护功能, 实现电压无功补偿与电容器保护一体化, 保证并联电容器的可靠运行。

装置的构成及各部分的作用如下。

装置由调压器、电容器、微机控制器三部分组成。

(1) 调压器:有载自耦调压变压器, 主要的作用是调节电容器端电压, 并且保证在调节过程中并联电容器不脱离系统母线。自耦调压器的一次电压为6kV (或10kV、35kV) 母线电压二次输出电压 (并联电容器端电压) 在 (100～60) %母线电压内可以调节, 从而实现在 (100～36) %×额定容量内调节无功。选择自耦变压器调压可以有效降低设备造价, 减少附加损耗。

(2) 电容器:容性无功功率源 (和其它无功补偿装置作用一样) 。

(3) 控制器:是电压无功自动控制的核心。微机控制器采集系统参数, 不平衡电流和电压信号, 调压器档位及瓦斯信号输入控制器, 经算法处理、分析判断后, 按九区图原理要求调节母线电压及电容器电压, 实现电压无功的自动调节, 并具有异常闭锁及记录功能, 同时具有完善的电容器保护功能, 当故障发生时, 可快速切除故障。标准通信规约, 方便与微机控制联网通讯, 通过232和485可接口到综自或远动系统接口, 实现信号远传及远方控制。

装置的优点如下。

(1) 一组电容器固定接入即可实现多档输出, 补偿精度高, 可满足系统无功功率变化要求。

(2) 采用有载自耦调压器调压方式, 调节速度快, 可以实现适时自动调节, 提高补偿效果。

(3) 调节电压极差小, 大大减少了合闸涌流对系统及电容器的冲击。

(4) 电容器在额定电压以下运行, 无投切过电压和涌流问题, 大大地延长了电容器的使用寿命。

(5) 装置自动化程度高, 且有完善的保护功能, 数字通讯和远程维护功能, 可以满足无人值班及免维护的需要。

(6) 附加损耗小。

(7) 电容器无需分组投切, 减少了投切开关等设备及设备的占地面积, 节约了基建投资成本。

(8) 装置不产生谐波, 不会对系统造成谐波污染。

(9) 有滤波电抗器时, 而且可以保证每个档位的电抗率恒定不变。

适用范围如下。

这种装置可广泛应用于电力系统, 冶金、石油、化工和矿山等行业。装设于35kV～110kV变电站的6kV～35kV侧低压母线上或者直接装设于6kV～35kV配电线路上, 实现自动调节容性无功功率, 保证电压合格率且控制功率因数在0.95～0.98之间, 可有效降低线路损耗。

1.3 通过调节装置中电感的输出容量, 实现无功电源容量的变化

这种装置的代表是可控电抗器动态无功补偿系统。它由由并联固定电容器组 (兼滤波) 和磁控电抗器组成, 磁控电抗器容量无级可调, 能自动快速跟踪补偿负荷无功、稳定母线电压。这种系统控制器一般采用16位微电脑芯片, 能实时检测电网无功和电压参数, 对磁控电抗器实施快速、准确控制。

系统工作原理如下。

无功自动跟踪补偿装置采用固定电容器配合磁控电抗器的方式, 当系统无功过剩时, 固定补偿电容器发出的容性无功由电抗器吸收;当缺乏无功时, 电抗器容量减小, 由补偿电容提供容性无功。磁控电抗器控制装置实时测量计算系统有功功率、无功功率、功率因数和母线电压, 并调整电抗器的输出容量, 使系统在保证母线电压合格的条件下, 无功最小。

装置的特点如下。

对电网而言。

(1) 提高功率因数, 降低网损, 可以使功率因数达到0.9～0.99的要求。

(2) 阻尼系统振荡, 提高阻尼极限, 提高输电线传输能力。

(3) 提高电网的电压稳定能力。

对用户而言。

(1) 稳定端点电压 (防止电压过高或过低) , 提高变压器与输电线以及其他电器设备的寿命。安装与不安装这种装置, 对端点电压的波动幅度有很大的影响。

(2) 提高功率因数。可以使功率因数达到0.9～0.99的要求, 降低网损, 降低无功损耗, 节省电费开支, 适用于电力系统庞大网损非常严重的用户。

(3) 消除谐波污染, 提高系统安全系数, 延长设备寿命, 降低系统损耗。

(4) 降低异步机启动、电弧炉运行等本地电网的冲击, 提高系统安全性, 对于弱电网尤其如此。

(5) 消除电压闪变, 专门针对闪变设计的算法, 将电压闪变降至最低水平, 提高用户电能质量。

(6) 扩容。在很多场合安装动态无功补偿装置, 可以实现1.2～1.5倍的扩容, 大幅节约扩容开支。

2 按照控制回路的原理不同划分

2.1 自带输入/输出系统的独立无功补偿装置

控制器是无功补偿装置的指挥系统。它不仅包括了采样、运算、发出投切信号, 而且包含参数设定、测量、元件保护等功能。十几年来无功补偿控制器经历了由分立元件—集成线路—单片机—DSP芯片一个快速发展的过程, 其功能也愈加完善。独立无功补偿设备不依赖于其他装置, 数据采集和控制输出都是自身功能的一部分, 集I/O系统和计算判断于一身。

通常这种无功功率补偿控制器有三种采样方式, 功率因数型、无功功率型、无功电流型。选择那一种物理控制方式实际上就是对无功功率补偿控制器的选择。

(1) 功率因数型控制器。

功率因数用cosΦ表示, 它表示有功功率在线路中所占的比例。当cosΦ=1时, 线路中没有无功损耗。提高功率因数以减少无功损耗是这类控制器的最终目标。这种控制方式也是很传统的方式, 采样、控制也都较容易实现。

当cosΦ超前且>0.98, 滞后且>0.95, 在这个范围内, 此时控制器没有控制信号发出, 这时已投入的电容器组不退出, 没投入的电容器组也不投入。当检测到cosΦ不满足要求时, 如cosΦ滞后且<0.95, 那么将一组电容器投入, 并继续监测cosΦ如还不满足要求, 控制器则延时一段时间 (延时时间可整定) , 再投入一组电容器, 直到全部投入为止。当检测到超前信号如cosΦ<0.98, 即呈容性载荷时, 那么控制器就逐一切除电容器组。要遵循的原则就是:先投入的那组电容器组在切除时就要先切除。如果把延时时间整定为300s, 而这套补偿装置有十路电容器组, 那么全部投入的时间就为30分钟, 切除也这样。在这段时间内无功损失补只能是逐步到位。如果将延时时间整定的很短, 或没有设定延时时间, 就可能会出现这样的情况。当控制器监测到cosΦ<0.95, 迅速将电容器组逐一投入, 而在投入期间, 此时电网可能已是容性负载即过补偿了, 控制器则控制电容器组逐一切除, 周而复始, 形成震荡, 导致系统崩溃。是否能形成振荡与负载的性质有密切关系, 所以说这个参数需要根据现场情况整定, 要在保证系统安全的情况下, 再考虑补偿效果。

(2) 无功功率 (无功电流) 型控制器。

无功功率 (无功电流) 型的控制器较完善的解决了功率因数型的缺陷。一个设计良好的无功型控制器是智能化的, 有很强的适应能力, 能兼顾线路的稳定性及检测及补偿效果, 并能对补偿装置进行完善的保护及检测, 这类控制器一般都具有以下功能。

四象限操作、自动、手动切换、自识别各路电容器组的功率、根据负载自动调节切换时间、谐波过压报警及保护、线路谐振报警、过电压保护、线路低电流报警、电压、电流畸变率测量、显示电容器功率、显示cosΦ、U、I、S、P、Q及频率。

由以上功能就可以看出其控制功能的完备, 由于是无功型的控制器, 也就将补偿装置的效果发挥得淋漓尽致。如线路在重负荷时, 那怕cosΦ已达到0.99 (滞后) , 只要再投一组电容器不发生过补, 也还会再投入一组电容器, 使补偿效果达到最佳的状态。采用DSP芯片的控制器, 运算速度大幅度提高, 使得富里叶变换得到实现。当然, 不是所有的无功型控制器都有这么完备的功能。国内的产品相对于国外的产品还存在一定的差距。

2.2 基于自动化系统后台机或自动化系统网络无功补偿装置

基于自动化系统后台机的无功补偿装置依附于变电站后台计算机, 是后台监控系统的一个子模块。无功补偿装置借助于自动化系统进行数据采集与控制, 其本身并没有专用的I/O系统。采用这种方式实现无功补偿装置功能省去了专用硬件设备, 不需要单独铺设电缆, 降低了成本, 减少了工作量。人机界面友好, 参数设置简单, 调试方便。

基于自动化系统网络无功补偿装置的核心采用单独的CPU装置, 但其I/O设备仍由网络借助自动化系统实现, 其本身不带I/O系统。

采用后台软件实现无功补偿装置控制功能, 虽然能节约成本, 不需增加额外设备, 工程量小。但它有一致命缺点:闭锁速度不够。无功补偿装置没有完善的闭锁系统或闭锁速度达不到运行要求, 就会对变电站的安全运行带来严重威胁。特别是无功补偿装置对保护动作的闭锁响应。在保护信号发生时, 若无功补偿装置不及时闭锁很可能带来严重后果。后台无功补偿装置软件的闭锁速度依赖于自动化系统对变位YX、YC突变量的响应速度, 这样的响应速度一般很难满足要求, 如果本次变位YX、YC量丢失, 其闭锁速度更难满足要求。

采用自动化系统网络无功补偿装置采用单独的CPU装置, 需增加一定的成本。整个无功补偿装置的可靠性取决于网络通信、I/O和无功补偿装置主机的运行状态。如果通信通道不好, 闭锁速度将不能满足要求;即使在通道良好的情况下, 对保护信号的响应速度仍然偏慢。

总的来说, 用户必须根据自己负荷的实际情况和可靠性、经济性等方面要求, 对各种电压无功综合控制装置进行比较选择, 找出最符合自己需要的设备。

参考文献

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[2]夏道止.电力系统分析[M].北京:中国电力出版社, 2004.

[3]杨剑, 等.一种新型的电压无功综合控制装置的研制[J].继电器, 2004 (18) .

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[5]刘志军, 等.变电站电压无功控制装置设计及实现[J].仪器仪表用户, 2009 (1) .

电压无功综合控制 篇2

概述：

电压控制策略目的是即时调节区域电网中低压侧电压以及控制区域整体电压水平，使得电压稳定在一定的区间内。针对AVC系统各个功能来说，电压控制是优先级最高，保证电压稳定在合格范围内也是AVC系统最重要的目标。AVC系统的电压控制分为两部分即区域电压控制和单个变电站的电压校正。通过两部分调节即可以保证所有母线电压稳定在合格范围内，又有效的减少了设备控制震荡。

区域电压控制：

区域即电气分区，所谓区域控制就是整体调节每一个电气分区（以下称作区域）的电压水平，使之处在一个合理范围内。首先以AVC建模结果为基础，分别扫描每个区域中压侧母线电压水平，通过取当前母线电压和设定的母线电压上下限作比较，分别统计每个区域中压侧母线的电压合格率(s%)。然后用此合格率和设定的合格率限值(-d%)比较，如果s>=d,说明对应区域整体电压水平相对合理，不需要调整。如果s

单个变电站电压校正类似于VQC设备的控制原理。通过调节主变分头和投切电容器来调节低压侧母线电压，使得母线电压稳定在合理范围之内。在调节分头和投切电容器两种调节手段取舍上我们的做法是有限投入电容器来调节电压。

综上所述，两种电压控制手段不是孤立的，两者之间有先后轻重之分。通常做法是载入电网模型之后，首先进入区域电压调整程序。分别判断每个区域的整体电压水平，对需要调节的区域启动区域电压调整程序，只有当区域电压水平达到一个合理水平时，再依次对每个变电站进行电压校正，最后达到母线电压全部合格的目的。

两种手段结合可以避免单一的调节区域低压侧母线带来的弊端，例如220Kv变电站110Kv侧电压越限导致下级110Kv变电站10Kv侧越限无调节手段。另外在抑制设备控制震荡方面也有很好的效果，例如220Kv变电站和下级110Kv变电站同时越限同时调节，调节之后导致下级110Kv变电站低压侧母线相反方向越限再次调节。

四、就地电压控制

就地控制主要策略如下：

1、10kV电压低，且220kV电压偏高，则优先上调主变档位，然后投入电容器； 2、10kV电压低，且220kV电压正常，则优先投入电容器，然后上调主变档位； 3、10kV电压高，且220kV电压高，则优先切除电容器，然后下调主变档位； 4、10kV电压高，且该时段处于负荷下坡段，则优先切除电容器，然后下调主变档位； 5、10kV电压高，且220kV电压正常、负荷处于平稳阶段，则优先下调主变档位，然后切除电容器；

6、投入电容器时进行预判，如果下列条件成立则不投入电容器，上述电容器优先投入动作被过滤；

 投入电容器时主变无功倒流；  投入电容器时关口倒送；  该时段电容器动作次数越限；  该电容器已投入；

 该电容器被切除后时间小于5分钟（可设）；

 该电容器退出自动控制（在闭环模式下有效，开环模式下无效）

7、调整主变档位时也进行预判，如果下列条件成立则不进行档位调节，上述主变档位优先动作被过滤：

 主变并列运行档位相差大；  主变档位动作次数越限；

 主变处于极限档位（最高档/最低档）；  主变上次调整时间小于2分钟；

 该主变退出自动控制在闭环模式下有效，开环模式下无效）

8、并列电容器投切考虑如下策略：

 如果不允许并列投切，则该母线上当某电容器投入时，其余电容器自动禁止再投入；

 动作次数少的电容器优先动作；

9、并列主变调节时考虑如下策略：  根据拓扑判断是否并列运行；

 档位调整时交替调节，调整过程中减少档位不一致时间；

 对于7档、17档并列运行主变，人工设置并列运行档位，调节时自动对齐使变比一致

控制结构： bus_control否220kV电压高？是10/35kV母线电压低？10/35kV母线电压低？220母线电压高否否220kV电压低或正常？10/35kV母线电压高？regul_bsxf（上调主变档位），成功？否regul_bscp（投电容），成功？是regul_bscp（投电容），成功？否220kv正常？regul_bscp（切电容），成功？否regul_bsxf（下调主变），成功？regul_bsxf（上调主变档位），成功？是是退出regul_bsxf（下调主变），成功？是regul_bscp（切电容），成功？退出退出退出

第五部分 AVC无功控制

一．概述

1.控制目标

地区电网AVC的无功控制以尽可能满足无功就地平衡，减少无功长距离输送，从而降低系统网损为目标。

2.控制对象

地区电网AVC的无功控制对象可以有：有载调压变压器分接头、容抗器、地方电厂发电机的可调无功出力以及其它柔性输电的无功调整装置等。其中，有载调压主变和容抗器是最常用和最普遍的无功调节手段，前者用来改变无功分布，后者可补偿或吸收无功。

3.约束条件

地区电网AVC以保持电网安全稳定即保证电压水平合格为首要目标，因此无功控制始终以各等级母线电压为约束条件，无功调整时不得导致母线电压越限。

另外，无功控制时还要考虑设备动作次数和动作时间间隔等约束条件。

二．实现方案

地区电网中，无功负荷分布广泛且随着有功负荷的持续增减而连续变化，而作为无功来源的无功补偿装置则相对集中，且补偿容量具有一定的离散性，因此在实际工程中，难以做到真正的无功就地平衡和无功优化，可行且易于实现的是无功的次优化分布，即在尽可能小的范围内实现无功按分区平衡。

1.分区

在110kV及以下电压等级电网解环运行后，220kV等级以下配网呈树状分布（如图1所示）。在这种情况下，可对地区电网以220kV母线为根结点进行区域划分，从而形成多个分别包含一个220kV变电站及其下属一个或几个110kV变电站的分区，各分区之间的联络点为位于分区关口的220kV母线，彼此耦合性大大降低，从而为无功分区平衡创造了便利条件。

图1.典型地区电网接线图

2.无功控制

如图2所示，在分区形成后，可得到若干区域，每个区域包含一个220kV变电站及若干110kV变电站的大区域A及以单个110kV站为单位的B、C等区域。对于A区域，其控制点为关口220KV母线,控制对象为其区域内的所有容抗器；对于B、C区域，其控制点为本站的110kV母线，控制对象为各自站内的容抗器。

区域A线路B区域B线路C区域CA站C站B站

图2

地区电网分区结构图

电压无功综合控制 篇3

【摘 要】对于地区电网而言，无论电压过高或过低都将影响到设备和系统的正常运行，因而保证用户处的电压接近额定值是地区电网运行的重要任务。在电网电网中应用电压无功综合控制系统，能够在确保电压合格的基础上，提高设备的使用寿命，降低值班人员的工作降低和电网的损耗，改善电网电压质量，因此本文首先分析了电压无功综合控制在地区电网应用的重要性，然后深入探讨了电压无功综合控制系统的功能。

【关键词】地区电网；电压无功；综合控制；功能

【中图分类号】O213.1【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0429-01

近年来，地区电网电压无功综合控制经历了由手动控制走向自动控制，由分散式控制走向集中式再到分布式控制，由无序控制走向优化控制，由单站单一控制走向网络分级控制的发展历程，在确保地区电网电压合格率和电能质量上发挥了重要的作用。在地区电网中使用电压无功综合控制装置，不仅能够顺利完成测量和控制等任务，还具有统计、事故报警、通讯、事件顺序记录、打印和显示等多项高级功能，从而确保电力系统内各个节点的电压随时处于适合的数值。

1.电压无功综合控制在地区电网应用的重要性

随着电力系统规模日益扩大，负荷需求逐渐增长，出现了在高峰负荷时电压偏低，低谷负荷时电压偏高的现象，原来的那种凭经验进行无功配置与调度的手段已经难以适应现代电网的需要。在地区电网中应用电压无功综合控制，能够通过科学手段在满足负荷发展需要的前提下，充分利用系统的无功资源，实现无功的合理规划与调度，减少有功损耗，保证电能质量，提高地区电网的运行稳定性和经济性。具体说来：

（1） 电压无功综合控制关系着地区电网运行电压的水平高低。电力系统的电压水平高低是电力系统能否正常可靠运行的重要指标，也是电能质量的主要指标之一，而电压水平的高低直接取决于无功功率是否充足、无功配置是否合理以及无功潮流分布是否合理等。

（2） 电压无功综合控制关系着地区电网的经济运行。由于电网中无功潮流的流动将在线路和变压器等相关输变电设备上造成有功损耗，从而影响到电力系统的经济运行，因此电压无功综合控制可以提高地区电网运行的经济性，从而提高输电效率。

（3） 电压无功综合控制关系着地区电网的动态电压稳定。发电机励磁系统的无功动态特性、电动机的无功动态特性以及负荷的动态电压特性等都对电力系统动态电压具有重要影响，因此电压无功综合控制影响着地区电网动态电压的稳定，它可以有效提高地区电网运行可靠性，防止电压失稳事故的发生。

（4） 电压无功综合控制关系着值班人员的劳动强度。传统无人值班变电站的电压及无功调节都是由集控中心人工调节，这不仅增加了值班人员的工作量和负担，而且人为判断和操作极大地增加了调节的不合理性，因此已经难以满足发展的需要。而采用电压无功综合控制系统，能够通过自动控制来减轻集控中心值班人员的劳动强度，同时也避免了人为误差，真正实现全网电压无功的实时控制，完善并提高了无人值班变电所的自动化水平。

（5） 电压无功综合控制关系着设备的运行状况。在地区电网运用电压无功综合控制，由于可以进行自动化分析，因此可以将有载变压器分接头调节次数大大降低，从而提高设备的使用寿命。

2.电压无功综合控制在地区电网应用的原则

在地区电网中应用电压无功综合控制时，其总体思想为利用SCADA系统采集地区电网各节点无功功率、运行电压和有功功率等实时数据，然后在现有EMS系统的基础上，以电网电能损耗最少和各节点电压总体水平为综合控制目标，以各节点电压合格为约束条件，进行综合优化处理后，形成有载调压变压器分接开关调节和无功补偿设备投切控制的指令，然后利用调度自动化系统的“四遥”功能，实现地区电网无功电压的优化运行。

当根据地区电网的实际运行情况来设计电压无功综合控制系统时，需要依托现有地区电网调度自动化系统平台，并与其他模块协调工作来形成一个高级应用系统。具体说来，地区电网的电压无功综合控制系统的设计思想为：（1）要对已有的无功电压自动调节装置和无功电压综合控制装置的功能进行充分利用，如电容器投切功能，然后在此基础上进行功能的完善和延伸。（2）电压无功综合控制系统在使用之初不用于闭环自动控制，只是经实时系统的优化计算，给出无功及电压优化调度的结果和列表，从而为调度员提供无功电压调节措施及控制决策方案；后续可以考虑投入闭环自动运行，从而实现全自动无功调节系统。（3）充分考虑电压无功综合控制系统未来的升级和扩展，控制策略采用混合优化策略，并引入模糊逻辑来处理无法量化的优化目标。

3.电压无功综合控制系统的功能分析

作为典型的智能控制系统，电压无功综合控制系统能够优化调节地区电网的电压，对无功功率进行优化补偿，并且具有控制信息管理功能等，具体说来：

（1） 电压优化调节功能。将电压无功综合控制系统应用于地区电网，能够确保各节点电压的合格，并在此基础上对全网分析确定线损最低的运行电压点，从而获得明显的降损节电效果。此外，电网无功综合控制系统可以实施有载调压变压器分接开关调节次数的优化分配，确保电网有载调压变压器分接开关动作安全和减少日常维护工作量。

（2） 设备保护功能。将电压无功综合控制系统应用于地区电网，能够预先计算控制措施的效果，防止无功补偿设备投切振荡，并且以尽量少的设备动作次数来实现其基本功能，有效防止电容器和主变分接头的频繁投切。

（3） 无功优化补偿功能。将电压无功综合控制系统应用于地区电网，能够确保在系统功率因素合格的情况下进行无功潮流的优化；能够在电网内各级变电站电压处在合格范围时，控制本级电网内无功功率流向合理，达到无功功率分层就地平衡，提高功率因数；能够根据地区电网对无功和电压变化的需求，计算决策同电压等级不同变电站电容器组、同变电站不同容量电容器组谁优先投入，同变电所电容器轮换投入。

（4） 变压器经济运行功能。将电压无功综合控制系统应用于地区电网，能够充分利用现有变压器经济运行的研究成果，实现全系统的变压器优化经济运行，改变目前只是定期单个变电站的变压器经济运行的现状。

（5） 防止电压失稳的功能。将电压无功综合控制系统应用于地区电网，能够选择有效的基于就地信息或区域信息的电压稳定指标，并将它们引入无功电压集中优化控制中来，从而实现电网或重负荷节点的电压稳定性监控。

（6） 控制信息管理功能。将电压无功综合控制系统应用于地区电网，能够记录系统每一次动作的执行时间和执行原因，形成设备动作记录表；能够记录主变分接开关、无功补偿设备开关每年每月每日动作次数，为最大限度发挥设备潜力和设备检修提供科学依据；能够提供负荷24小时电压运行曲线，从而直接判断电压的运行水平。

（7） 自诊断和自闭锁功能。将电压无功综合控制系统应用于地区电网，能够监视自身优化控制计算结果，当结果出现明显错误时果断闭锁系统的运行，并通过报警通知调度员，防止误操作。

参考文献

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[2] 严浩军.变电站电压无功综合自动控制问题探讨究[J].电网技术，2002，24（7）.

浅谈变电站电压及无功的综合控制 篇4

1 目前的电压及无功控制方式。

目前变电站电压及无功综合控制装置的控制判据, 大多采用图1所示的"井"字法, 即根据电压、无功的上、下限值将电压、无功平面分为9个区域, 根据实时电压和无功功率的测量结果判断所处区域的位置, 并据此建立相应的控制规则。

1 区:电压、无功均合格, 不动作。2区:电压越上限, 无功合格, 调节分接开关降压。

3区:电压、无功均越上限, 先调节分接开关降压后再投入电容器组。4区:电压合格, 无功越上限, 投入电容器组。5区:电压越下限, 无功越上限, 投入电容器组。6区:电压越下限, 无功合格, 调节分接开关升压。7区:电压、无功均越下限, 先调节分接开关升压后切除电容器组。8区:电压合格, 无功越下限, 切除电容器组。9区:电压越上限, 无功越下限, 先切除电容器组后调节分接开关降压。

2 存在问题

2.1 在上图中2区, 当电压越上限而无功接近下限时, 根据规则应调节变压器分接开关降压, 降压可能会导致无功越下限, 从而又要切除电容器组.如果电压越限情况不严重, 可以通过直接切除电容器组调节到合格范围, 减少动作次数.在6区也有类似情况.

2.2 在上图中3区, 当电压和无功都越上限时, 根据规则应先调节分接开关后投入电容器组, 但是当调节分接开关后投入电容器组, 但是投入并联电容器组后电压升高, 又是会导致母线电压越上限, 这样就会引起变压器分接开关的调节, 在8区也会有类似的情况发生.

3 采取措施。

直接应用"井"字图法可以看出, 不仅增加了动作次数, 对保证电压合格率也不利.有载调压分接开关的频敏调节和补偿电容器组的频繁投切, 会导致开关设备故障, 事实上, 有载调压变压器有80%的故障是由有载调压分接开关引起的。

3.1 每次动作只调节变压器分接开关或投切电容器组.取消了原控制规律中调节两个对象的动作 (3, 7, 9) 区, 如调节后仍有参数越限, 延时一段时间后再进行第二次操作.

3.2 在易引起频繁调节的4区、8区、2区、6区进行2次判断.将投切1组电容器对母线电压的影响存入定值, 如在第4区, 先判断投入电容器组后是否会引起电压越限, 若不会引起电压越限, 则投入电容器组, 若会引起电压越限, 则调节奕压器分接开关降压, 而降压也会使无功功率降低.如在第8区也要进行判断, 在保证不会引起电压越限的情况下切除电容器组, 反之则调节变压器分接开关升压.如在2区和6区, 先判断投切电容器组能否调节电压、无功合格, 若可以则直接投切电容器组, 否则再调节变压器分接开关.

3.3 预测功能.当电压无功出现越限时进行判断, 如果越限参数偏离限值不多, 参数的总体变化趋势是相反方向时增加动作延时时间, 如增加延时后参数仍然越限再进行调节.

3.4 设置延时.为保证装置不至于频繁动作设置了2个延时定值, 一个是状态确认延时, 当判断有参数越限后不是立即动作, 而是状态确认延时时间内电压、无功一直在同一不正常区内才动作.这样在系统振荡或电压短时波动的情况下装置不会动作.第二个延时为动作间隔延时是两次动作之间的最小时间, 当发出一次动作之后, 而且确认动作正确执行后, 即使仍有参数越限也不立即动作, 只有等到经过动作间隔延时之后才动作.

3.5 强投 (强切) 电容器后闭锁.如果变压器分接开关升压到极限位置后电压仍偏低, 此时即使无功功率合格或偏低, 也应强投电容器组, 以保证电压的合格.如果变压器分接开关降压到极限位置后电压仍偏高, 此时即使无功功率合格或偏高, 也应强切电容器组.当发出强投 (强切) 电容器后, 对切除 (投入) 电容器组进行闭锁, 以防止因无功越限而将强投电容器组再切除 (投入) 。

摘要：以变电站为单位, 自动调节电压和无功功率就地平衡.变电站电压和无功控制主要是采用有载调压变压器和补偿并联电容器组, 通过调节有载调压变压器分接开关和投切并联电容器组, 实现调节电压合格和无功平衡的目的。

关键词：变电站,电压,无功

参考文献

[1]曾鉴.电网电压无功综合控制中若干问题的探讨.四川电力技术, 2003, 26:23-24.

电压无功综合控制 篇5

【关键词】无功电压优化；惰性因子；灵敏度；实时控制；操作成本

以往的无功电压优化的相关工作主要是在运行的经济性方面进行考虑，利用的是有功网损最小的函数。但在以往追求优化相关目标和网损最小满足相关安全性的时候，会在一次优化过程中，造成相关数量过多的现象，这种周期内的调动令相关设备的调解显得过于频繁，在根本上影响了相关设备的寿命，并在一定程度上增加了对系统的干扰。

一、运行和社会综合经济型的实时优化算法

因为在以往的优化模型之中，还没有对相关设备动作的次数与成本进行全面考虑，在根本上令相关设备出现频繁操作的现象，这种现象还会令设备的利用率变大，这种现象会对设备造成一定的损耗，并令电压参与到无功率的调整，最终对系统造成一定的干扰。和已经获取到的网损相比较，令其变的得不偿失。但如果只是对动作次数进行限制，那么在相关调度的周期之内，就会出现阶段性动作设备过多的现象，令后时段的设备没有进行相关调整，给设备的维护工作造成了一定的影响。为了在根本上将上述不足进行弥补，就要从实时的角度进行研究，将动作次数和操作成本在根本上加以考虑。

（一）实施优化函数模型

总目标函数由以下几个函数目标构成：

1.最佳调解效果

本式子中的RI指的是第i台能够调解设备的灵敏程度，其中包含了网损灵敏程度，电压灵敏程度以及功率因数的灵敏程度，这里均使用表幺值进行表示。Aj表示的是相对应灵敏程度的权重，灵敏程度指的是控制微量变化时候状态量的改变值（偏导数）xi是第i台能够调解设备的相关动作状态，（和变压器为调解的壁纸，电容以及电抗为调解的无功数。均选用幺值，发电机是调节量的幺值。如果没有动作产生则选用0，M是能够调解电容量的总数，n是能够调解编容器的总数[1]。

在这个子目标当中，在一定程度上对调解设备动作之后的相关系统数量的优化效果进行了统计，进行统计的前提是对每个先挂设备的灵敏程度在调节量在一定范围内近似值保持不变，只能够在矩阵为高稀疏情况之下得到满足。调节量的大小能够在第二个字母表的对应项目中得到一定的控制，当计算结果显示调节量过大的时候，能够在新的运行点上计算出新的灵敏度。

在特定系统中，相关控制，扰动和状态变量如下列所示：

在本算式中，x u p分别代表了扰动变量，控制变量以及状态变量的初始值，控制电量发电机分为有功和无功，状态变量的节点电压分为幅值和相角，扰动变量则为节点的符合功率。F（x，u，p）表示了系统的功率平衡性方程，也就是潮流方程。

对于相关优化问题，要在根本上保持扰动变量的恒定，在这个式子中能够在根本上将控制变量和状态变量的灵敏程度求出来，也就是电压灵敏程度。在相关优化问题中，将发电机功率和电压变电器与比电容有着一定的关系，电抗器能够将其功率进行调节。式子中的U表示了节点有功率，没有功率注入[2]，在上述先关问题所涉及到的调节量当中，变比电容和电抗器能够调解，无功率输出。且有再调解电压器的相关变化转化成节点注入功率的变化，由此可见，每个节点的功率的灵敏程度能够通过上述式子的潮流方程进行联合，网损灵敏程度是点功率灵敏程度增加而增加，功率的灵敏因数以节点内有功为标准。无功灵敏的程度之比，对三种灵敏程度的权重进行比较，可以明显的看出网损，电压等情况。

2.等式和不等式的约束

等式和不等式的相关计算方式和传统算法一致，在对其算法进行优化的时候，仅在其进行搜索过程中就能够得到全面满足，再次同时将子目标的惰性因子引入到其中，其目的在于将控制变量的动作次数在根本上加以限制。对于状态量的约束能够通过字母表的相关对应项来全面实现。

3.寻优计算

为了在根本上将无功电压的相关控制系统实时运行速率加以提升，对上述所使用的目标以及约束进行了一系列简化[3]，因此，为取得优化成果，在寻优计算中可以使用线性规划等方式来进行全面优化。

（二）多个目标的综合协调与调度员措施

因为每个区域的相关系统运行情况不尽相同。对于在3个不同子目标之间的权重能够依照调度的相关要求与设备和系统的运行状况进行全面确定，在对运行方式进行全面制定的时候，可以按照与之相关的决策方式进行全面制定，另外依照调度员和相关系统的以往经验调度工作进行时的时候进行实时调整。能够采用经常使用的权重确定方式来讲3个子项目之间的权重进行全面确定，在本次实验中使用了已经经过改良的层次分析方式进行权重测定，将较为复杂的系统中的相关因素规划为几个有序的层次，最终形成一个具有多层次结构的模型，依照每个因素之间的隶属关系，把因素依照不同的层次进行全面组合，最終形成一个多层次的结构模型，最后将最底层和相对的重要程度权值和优劣程度的排序问题。在本实验中给出了应用的实时调整界面，能够在根本上供相关工作人员在进行决策的时候使用[4]。

二、配电网的运行与设备控制经济型无功电压优化流程

在进行调度周期开始以前，对实现准备优化的相关流程进行设计，在此其中，启动条件在包含了网损的大小情况，每个节点电压之间的相关水平，在必要的时候，能够允许利用人工的方式来启动先关优化进程，这时候系统能够在根本上实现开环运行，在运行的时候，对于系统设置有着不同的要求和权重，并将系统输出了多组优化形成可行解，（给出多个综合优化方案，相关工作人员要结合自身相关经验现场的实际情况进行灵活选择，另外，也能够对利用迭代终止的方式的方式对数据实现修改，最终在优化效率以及质量方面进行权衡。

结束语

综上所述，本文将相关系统的运行方式和操作的经济性供电压优化方式进行了全面论述，并把一般化的无功电压中所形成的在网损最小情况下取得最优解，并将其转化为寻找相关系统综合运行的满意解，在简历的相关方式中，不但能够在根本上实现离线方式的优化计算，还能够将实施控制加以实现，争取在较短的时间内将大规模的系统用无功计算与系数限制问题加以全面突破。这种方式不但能够实现配电网的无功最优化，还能够将次数限制问题在根本上加以突破，系统的在线调控功能能够令整个系统变得更为实用，由此可见，该方式有一定的实用性存在。

参考文献

[1]胡泽春.王锡凡.配电网无功优化的分时段控制策略.电力系统自动化，2002，26（6）：45一49.

[2]倪炜，单渊达.具有优化路径的遗传算法应用于电力系统无功优化.电力系统自动化，2000，24（21）：40一44.

[3]刘明波，朱春明，钱康龄.计及控制设备动作次数约束的动态无功优化算法.中国电机工程学报，2004，24（1）.

电压无功综合控制 篇6

一、控制系统的硬件设计

(一) 功能需求。

变电站的设备装置主要有两种, 一种是有载调压变压器, 另一种为并联电容器组。通过设备装置的运用, 能够达到电压无功的综合控制, 一方面能够促使变电站输出电压质量的提高, 另一方面通过调整系统无功的分布, 可对输电线功率因数进行有效的控制。作为硬件控制设备, 必须能够完成开关量输出和输入、控制运算、参数检测等功能, 只有这样, 才能够对电压无功控制进行实施。对于整个变电站的运行而言, 需要对硬件设备的参数进行设定, 同时对系统进行不断的优化, 才能使设备的运行状况能够准确及时地传达上级部门, 进而确保电压无功控制系统的正常运行。另外, 变电站的硬件设备还必须具有通信联网功能, 可实现机械设备的有效控制。

(二) 硬件设计实现。

依据变电站自动化系统的发展方向, 对适宜变电站运行的电压无功综合控制系统进行研究。本系统采用的可编程控制器为西门子公司生产, 借助该主控单元的作用, PIC与智能仪表之间能够通过通信对控制系统的工作参数进行掌握, 同时, 控制系统的通信可与上位机的通信共同进行。其特点包括:质量轻、体积小、编程实现性高、抗干扰能力强、扩展功能灵活等。拥有的PLC设置的I/0口共有40个, 另外还有两个RS接口可以实现上位机与智能仪表的通信连接。该芯片包括两个高频脉冲输出端口, 通过有效的运用, 能够实现定位控制的方便快捷, 且分接头控制可以得到准确的调节。用户拥有的存储空间达到6.5KB, 分别为数据存储空间 (2.5KB) 和程序存储空间 (4KB) 。由于芯片对变电站电压无功控制有着诸多的要求, 而该系统的存储空间完全能够满足芯片的需要。智能电量变送器是该系统较为重要的组成部分, 其特点主要包括:可靠性高、运算精度高、获取数据较全面等, 当相关参数被智能电量变送器获取后, 能够通过通信端口将其读出, 而电量采集设备单元的功能需求也非常需要此种设备的高智能性。高抗干扰是智能电量变送器的设计思路, 通过标准电流电压互感器输出和输入、交流采样算法, 可对能量、功率因数、电流、电压、频率等多种电量值进行精确的计算。当对电流电压进行测量的过程中, 精度能够达到±0.002, 但其它电量值可以达到的精度为±0.005。为此, 智能电量变送器在速度、精度等方面都非常得优越, 能够较好地满足控制系统的要求。通过该器件的运用, 控制系统可有效提高自身的可靠性, 缩短了系统的开发周期, 并确保了开发成本的良好控制。

二、控制系统的软件设计

(一) 通信部分。

S7-226的通信口包括Port0和Port1, 是标准的RS-485接口, 工作方式包括自由口和点对点两种。对PLC与编程器之间的通信, 可对点对点的工作方式进行运用, 同时也适用于与西门子公司的其它PLC组成网络。就自由口通信的工作方式而言, 其是对用户完全开放的, 依据自身的需要, 用户可以对通信协议进行自由的选择, 同时对通信协议进行定义并与其它设备进行通信, 且这种设备具有串行接口。 本系统中, 智能仪表与PLC之间的通信是通过自由口通信方式来实现的。智能仪表对Modbus通信规约进行运用, 为此PortO口定义在PLC中为自由口方式, 而主机依据ModbuB规约, 对通信请求信息进行组织, 利用XMT指令的发送, 可对系统运行参数的请求进行读取, 而从机会回送信息, 直至等到响应超时。信息被从机回送后对其进行CRC校验, 如果校验结果非常正确, 就可以对系统运行数据区进行更新;如果校验结果不正确, 就要放弃该组数据, 重新进行发送。多块智能仪表与PLC联合组成网络时, 若仪表的从机号相符, 才能顺利地对主机进行信息的回送。

M0dbus规约的通信数据格式为:

1.数据长度。

2.数据格式。

就本文运用的功能码3而言, 下发数据的字节数是其请求帧数据区的首字节, 依据Modbus规约的格式, 对接下来的数据进行组织, 数据区格式和响应帧数据区格式分别为:

(二) 控制策略。

本文通过定量分析, 对影响控制效果的主要因素进行了探究, 提出的实时计算为基础的判据较为有效。实现该判据不需要任何统计数据, 能够与电压无功控制的原则相符合, 具有精确、严密的特点。

1.控制策略的制定依据。

(1) 假设系统传送的有功功率在某一时刻为P, 功率因数为λ1, 而电容器的容量等于Qc。一组电容投入后的功率因数λ2通过下列公式可以求得。

tanφ2=tanφ1-Qc/P (1)

undefined

通过上述公式, 可以得知P与投切电容引起的功率因数变化有着密切的关系, 电力系统的运行时, 有功功率会发生一定的变化, 且变化具有较大范围, 这就必须确保各种负荷情况下能够得到精确的控制, 并在判据中纳入负荷与控制效果的关系。

(2) 确保电压合格、无功功率平衡的基础上, 促使调节次数的不断减少是变电站电压无功调节的重要原则, 这对有载分接开关而言, 控制其调节次数就更为重要。在系统运行的过程中, 对这一原则进行贯彻, 投切电容的调压作用也要在电压越限、无功合格的情况下进行良好的发挥, 使分接头的调节得以减少。

2.定量计算作为基础的控制策略。

控制区域共有10个部分, 分别为:0区:电压、无功合格的情况下不进行控制。1区:电压越上限时, 功率因数越限不会由切电容引起, 切电容执行操作。2区:该区域是电压越下限通过投电容进入时, 对下边界值进行修改;反之, 切电容引起功率因数越限, 则采取不动作。3区:防电压越限不动作区。4区:电压越下限时, 投电容执行操作。5区:电压越上限通过切电容进入, 对上边界值进行修改;反之投电容引起功率因数越限, 则采取不动作。6区:防电压越限不动作区。7区:电压越下限投电容进入, 对下边界值进行修改;反之切电容。8区:功率因数较高、电压较低时, 降分接头升压执行操作, 不可调分接头则强行投电容。9区:功率因数较低、电压很高, 升分接头降压执行操作, 对上边界值进行修改;投电容引起功率因数越限, 则采取不动作。

运行点处于电压越下限的区域或处于电压越上限的区域时, 依据公式 (1) 、 (2) , 可对运行点所属的区域进行确定, 实测的功率因数角用λ1表示, 执行投切电容动作后形成的功率因数角用λ2表示, 系统规定的功率因数限值与动作后的功率因数进行比较, 可对该运行点进行确定, 对某一区域的控制措施进行执行。

三、结语

本文对变电站电压无功控制方案进行了提出, 是一种能够满足高压变电站要求的新型控制方案。该方案的特点包括:通信能力强、易于扩展、组态灵活、可靠性高、开发周期短等, 值得有效的运用和推广。通过对控制精确、独立性强的控制规律的有效运用, 能够使往复动作得到避免, 并有利于控制的实现。

参考文献

[1].李文炜, 王起文, 彭建辉.DSP+PLC主从结构实现电压和无功模糊控制策略[J].自动化与仪表, 2004

[2].吴志宏, 王瑞艳.应用PLC实现变电站电压无功控制的系统设计[J].东北电力技术, 2004

[3].王瑞艳, 赵建平, 梁志珊.基于PLC的变电站电压无功综合控制系统[J].电力自动化设备, 2003

[4].苏文博, 孙士民, 刘娟, 潘向华.预防10kV系统电压无功控制装置故障策略研究[J].电力自动化设备, 2007

[5].陈怀忠, 刘健, 韩承江.基于PLC的新型变电站电压无功补偿装置的研制[J].机电工程技术, 2007

电压无功综合控制 篇7

目前,实时无功电压控制的AVC[1]技术被普遍运用,但其是以整个变、配电系统为研究对象,而针对配网的分布式无功电压无功控制技术主要有:定时分合闸或遥控遥调、电压无功综合控制以及SVC++三种方式。定时分合闸或遥控遥调方式一般是根据历史经验定时进行电容器的投切或手动投切以实现无功平衡,经济性较差;高级的SVC++成本较高,但它是智能电网发展方向;就目前经济实用的是采用电压无功综合控制,经过新建和改造大部分变电站综合自动化系统使用VQC软件来完成对电压和无功的优化控制。被广泛应用的VQC,一般来说,其电容器组容量不能被大范围的平滑调节,造成无功就地平衡性差。由于其按照9区或细化的17区图[2]逻辑动作(9区及17区图动作原理相关文献较多,在此不复述),加之受动作次数限制影响,造成其经济运行性的下降。配网的无功需求按季节和工作日都具有一定的规律性,由此提出在现有的VQC的基础上通过软件的改进,实现一种智能调节的方案,以减少电容器投切次数和有载分接头动作次数,延长设备寿命,提高经济运行水平。

1 上海市区VQC应用现状及无功需求特点

上海市电力公司市区供电公司所辖35kv以及110kv变电站无功控制一般采用定时分合闸或遥控遥调、电压无功综合控制、SVC++只在智能变电站中采用,如蒙自智能变电站[3],其中大部分变电站以VQC电压无功综合控制为主。电压无功综合控制装置是电力系统降损节能、保证电压质量、提高自动化水平的控制装置。它通过对变压器有载调压和并联电容器组进行自动的综合优化控制,保证进线无功及用户侧母线电压在期望的范围内变化,达到降低网损和保证供电质量的目的[4,5]。但目前的电压无功综合控制系统还没有实现智能化,动作只是按照既定的逻辑动作,动作时没有参考历史数据,根据历史数据来看,某站的无功需求有以下特点:

1)无功需求和负载类型有关。一般周围如果有工厂的,感性负载多,其无功需求量大;如果是商业或居民负荷的,相应无功需求小。

2)无功需求与季节变化有关。上海市区负荷以商业或居民负荷为多,夏季空调负荷明显,造成无功需求增加,由于上海冬季没有集中供暖,冬季的空调负荷明显。

3)无功需求和时间有关。夏季商店和办公场所上午8~9点的开业、上班时间空调负荷明显增加。冬天日照时间短,早、晚的灯峰明显。

4)无功需求和工作日、节假日有关。写字楼工作日早峰晚谷明显,节假日则休息。居民节假日住宅用电增加。

根据以上特点本文提出经过智能化改进的无功电压综合控制方法,以顺应智能电网的发展需要。就是VQC动作逻辑以17区图为基础,并考虑历史无功情况来优化其动作逻辑。

2 VQC应用情况及存在问题实例

2.1 VQC应用情况

本文以上海市区110kv新北翟站为例,介绍VQC应用情况以及现场存在的问题。新北翟站的无功优化功能是在后台即当地功能上完成的,即采用的是综合自动化自带无功优化程序。主变有载调压日允许动作次数为变压器有载档位日允许动作最大次数,超过该次数将闭锁VQC。该参数的确定我们主要考虑主变有载机构使用寿命问题,但也不能过低,影响电压的有效调节,根据变压器现场运行规程,新北翟站设置为20次。动作间隔时间为两次有载调档的最小间隔时间。该参数决定了VQC有载动作的频率即制约电压连续控制,新北翟站设定为5分钟。返校时间为主变有载档位遥控的返校时间,超过该时限VQC还没收到动作的反馈信息,则判为VQC拒动。该时间要低于VQC程序的控制判断延时时间,以防止万一发生VQC拒动的情况时,控制判断延时时间先到,VQC又重新判断,发生反复动作的异常情况,故新北翟站返校时间设置为30秒。

电容器组日允许动作次数是电容器甲组和乙组每日允许动作最大次数,超过该次数时闭锁VQC,由于系统无功的变化没有电压这样频繁,并且电容器组开关的物理特性,可以将电容器日允许动作次数设置为10次。动作间隔时间是同一组电容器两次动作的最小间隔时间,由于无功的变化周期往往比较长,电容器动作有一个充放电到稳定的过程,一般将电容器的动作间隔时间设置的长一些,通常设定为30~60分钟。返校时间设置参考主变分接头动作参数的设置,取30秒。

新北翟站的无功优化共有五种运行方式:

1)主变分接头和电容器按电压和无功曲线进行调整;

2)主变分接头按电压曲线进行调整,电容器不调整;

3)电容器按无功曲线进行调整,分接头不调整;

4)主变分接头按电压曲线进行调整,电容器定时投切;

5)不调分接头电容器定时投切。

1号和2号主变可以设定不同的无功优化方式。可以根据需要当地或远方调节各种运行方式并可以根据具体的要求灵活设置闭锁条件,可以分别整定24段的电压,无功上下限值。另外可以通过主处理器当地或远方遥控主变分接头的升降和电容器的投切。

新北翟站按照运行方式1调整电压和无功,根据17区图来调节电容器投切和主变分接头的调整。其主变有载调压整定值为:电压上限10.6千伏,次上限10.5千伏,次下限10.2千伏,下限10.1千伏,电容器容量分别为1.8Mvar与1.2Mvar,整定取无功上限为2.0Mvar,次上限为1.3Mvar,次下限0.7Mvar,下限0Mvar。

2.2 案例分析

我们取了某两天的10千伏1号电容器和1号主变的动作情况图来对比17区图,如图1和图2所示。

对照图2,头日凌晨无功运行在下限0以下,并且向系统倒送无功,电压不断上升,3点多电压过次上限10.5千伏,进入17区图的6区,系统判断发出指令切去仅有的一组电容器见图2b,使系统的状态进入17区图的9区,即正常状态,动作正确。早晨8点以前,系统无功需求不断上升,超过次下限0.7Mvar,但此时的电压仍保持在次上限和次下限之间的10.3千伏左右,但电压持续下跌且有继续下跌的趋势,系统发出指令按照“投小切小”的原则投上一组小的电容器,满足系统对无功的需求,接着随着用户对无功需求的不断上升,导致电压不断下跌,9点钟跌破10.2千伏的次下限,此时的无功长时间越下限,向系统到送无功,系统按照11区的要求发出有载升档的指令,使无功和电压都在正常范围内,20点以后系统对无功的需求不断减少,电压不断上升,21点半以后无功越下限电压越上限10.6千伏,进入1区,由于夜晚对无功的需求很少,所以系统发出指令降分接头,主变有载调压降低系统电压,以保证系统电压合格为主,虽然此时向系统倒送少量无功。次日早晨9点以前,随着系统对无功需求的不断上升,系统电压不断下降,电压跌过次下限10.2千伏,此时无功长期运行在下限0以下,按照11区的动作要求,系统有载调压升一档使系统电压提高到正常的10.4千伏左右,由于系统对无功的需求继续上升9点以后,系统发指令投入较大的一组电容器以满足系统对无功的需求,此次动作值得商榷,因为此时系统电压正常,虽然系统对无功的需求不断上升,但并没有越过整定值,就是说系统是运行在9区内的,此次动作使系统从9区运行到6区,反而向系统倒送无功,电压过次上限,可以看到在11点半左右系统又切去了一个较小的电容器(按照投小切小的原则)才使系统电压无功都在正常的范围内。晚上9点多对无功的需求不断减少,致使电压越上限进入1区,有载调压降一档,保证了电压的合格,却长时间向系统倒送无功,在整个深夜都投上了一组大的电容器。由于一次动作的不合理使得后面的动作都相应的不妥当,综观两日的曲线可以看到,虽然电压合格率都是100%,但头日动作合理都是正向的无功,而次日却有很长的时间是在向系统倒送无功。不符合电网经济运行的要求。

3 智能化解决方案及可行性分析论证

根据以上分析,提出智能化解决方案:以17区图动作逻辑为基础,根据负荷历史情况,调整VQC动作逻辑,通过“神经网络的Hebb学习”调整动作逻辑。

1)根据负荷类型情况,提前预估无功需求量,如果预估无功需求比较大一组的电容器大,没有两组电容器之和的容量大,且电压较低时,则不按照“投小切小”的原则,直接投大电容器。满足无功需求并提升电压,而按照先投小电容器的情况,等无功不足时再投一组大电容器,造成无功过剩,并且电压过高,还要调节有载分接头降低电压以满足电压合格率。

2)根据季节情况,夏、冬季负载大,无功需求量大的时候,为满足电压合格率,先调有载分接头提高电压,再投切电容器。

3)根据时间情况,通过学习,如果发现未来短时间无功需求会增加,比如早高峰即将来临的时候,也不要切去多余的电容器,再等一会无功需求就增加了,虽然这样造成短时的无功到送,但是可以减少电容器投切次数,延长设备寿命。相反如果无功需求即将减少的时候也不必再投电容器。

4)根据工作日、休息日情况,按照历史上对应季节典型的工作日、节假日无功曲线,合理调整动作逻辑,减少电容器投切次数和有载分接头动作次数。

随着电网向智能化方向发展,经济实用的电压无功控制也应做相应智能化改进,在动作次数,电压合格率,无功情况等上要更加综合考虑,除按照整定值动作外,将经典的电压无功动作曲线作为系统逻辑动作的一个重要参考,系统通过对历史典型电压无功变化曲线的学习,能够预判电压和无功的发展趋势,合理优化,减少动作次数,增加动作的合理性,满足系统最经济运行。通过前面的案例分析可以看到:某一个动作虽然能解决当时的电压和无功的需求,但纵贯全天就不一定合理,无功电压优化控制系统要注意预算10KV母线电压,防止电容器投切振荡;预算无功负荷随电压变化量,防止主变有载分接开关调节振荡。设备每日容许动作次数及动作间隔可进行人工设置。并在此基础上实现设备动作次数按时段和负荷优化分配。当电压超过了上、下限定值范围时,优先预测无功设备的调节是否最优。当电压越下限时,调主变分接头升压可使电压正常,但考虑到投电容器既可以提高母线电压又能起到优化无功的作用,可优先考虑投电容器。当电压越上限时,调主变分接头降压可以使电压正常,但考虑到切电容器可以降低电压母线,同时又可以起到优化无功的作用,可优先考虑切电容器。在实践运行过程中可以增加无功设备的投切率,从而大大减少主变分接头的动作次数。并根据历史数据预判电压和无功的变化趋势,按照预定的控制方案,闭环的控制站内并联补偿最优的控制顺序和最少的动作次数使运行点进入正常工作区。

4 结语

推广应用此智能化方案具有现实意义,此方案不需要增加硬件成本,只需要在动作逻辑软件上做相应修改。由于VQC装置应用范围广,可大大提高其运行的经济效益。

通过历史合理典型动作逻辑的学习,预知判断未来短时电压变化趋势和无功需求完全可以实现,可以通过负荷预测的方法,参考历年以及最近一周的数据作为参考,并考虑节假日、检修、停运等状况,以及是否新增或减少用户作为判据,做出预测曲线。对于无新建出线的变电站并且运行方式变化小的变电站,此预测较为准确;对于有新增用户出线,或发生大的运行方式调整的变电站,预测难度大。对于发生突发状况,如天气骤变,重大事件,如世界杯、奥运赛事等情况,预测难度也大。但是就整年来说,不可预测的天数还是较少,做此项改进有实际意义。

参考文献

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[3]庄文柳,徐萍.静止无功发生器在智能变电站中的应用[J].供用电,2010年增刊:57-60

[4]何仰赞,温增银,汪馥英,等.电力系统分析[M].武汉:华中理工大学出版社,1984

电压无功模糊控制系统设计 篇8

关键词：电压,无功,模糊控制

引言

采用九区图控制法[1]对无功补偿装置进行控制时主要采集无功功率偏差后进行调节, 在调整无功功率时, 因电网中无功和电压为关联变量, 仅对其中一个变量进行调节而不考虑两者关联难以达到理想效果。

1 控制策略的设定

模糊数学[2]在1965 年提出, 模糊逻辑于1974 年进行成功应用于锅炉和蒸汽机控制[3]。由于模糊控制不需要建立精确的数学模型, 能获得专家经验的优点, 对经典手段难以控制的对象或只能靠有经验的操作人员才能控制的对象更为适用。

电压无功补偿有不同的电压等级和应用场合, 难以建立精确的数学模型。使用模糊控制策略, 利用长期积累的专家经验来进行控制操作, 可以解决传统控制方法中存在的系统不稳定、开关器件频繁动作等问题。

2 模糊控制器设计

首先确定模糊控制器的结构, 以无功和电压偏差为输入信号, 电容器组投切信号为输出。以表格方式建立专家知识库, 控制器实现主要通过查表法进行, 控制器典型结构见图1。

图中Eq、Ev表示电压和无功功率偏差输入的连续值, 对连续值通过量化后转化至模糊论域, X1、X2表示偏差输入的模糊值, 模糊值经采用专家知识库进行推理后得到输出量U的模糊值, 输出模糊值经去模糊化后用于控制电容器组投切。根据和电压无功综合调节的基本原则[4]进行调节。

2.1 输入量模糊化

对系统电压偏差和无功缺额进行采样。

式中:x为电压偏差;y为系统的无功缺额。

根据控制系统常采用的方法, 将系统输入和输出偏差变量的论域定为{-6, -5, -4, -3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6}, 输入变量语言值取为{PB、PM、PS、ZR、NS、NM、NB}。对于不同电压等级的电压, 国家规范有不同的电压偏差和功率因数要求, 假设所应用电压等级要求电压偏差范围为[-Umax, Umax], 无功功率偏差范围为[-Qmax, Qmax], 根据基本论域范围计算得到电压、无功功率和N组电容器组输入量比例因子如下:

2.2 输入量隶属度设计

语言变量论域上的模糊子集由隶属度函数来描述, 隶属度函数有多种构造方法, 因电压无功变化规律较为接近正态分布, 用正态函数构造各变量的隶属度函数[5]:

式中:μ (x) 为隶属度, 参数a对于模糊集合PB、PM、PS、ZR、NS、NM、NB分别取+6, +4、+2、0、-2、-4和-6, 其中参数b的取值对隶属度函数曲线的形状有直接影响, 进而具有不同的控制特性。当取值较大时控制灵敏度高, 但同时会导致剧烈的输出量变化。反之则函数曲线变化较缓, 虽然灵敏度较低, 但输出量的变化平缓, 系统动作次数相对较少。模糊化时首先将隶属度函数幅值表存入系统存储器, 对连续输入量X1、X2在[-6, 6]范围内进行取整, 然后通过查表的方法进行模糊化。

按照上述原则确定的隶属度函数如下:

表1给出b=1.8时输入量隶属度赋值。

2.3控制规则

模糊控制器以专家知识库为基础建立控制规则, 根据长期经验积累总结出来的带有模糊性的控制规则, 再通过语言来归纳人工控制时使用的控制策略。对电压无功模糊控制器的控制规则可以下模糊条件语句, 即

式中A、B分别为电压偏差和无功偏差对应的模糊子集, C为输出量Y对应的模糊子集, 表2给出具体控制规则。

3输出信息的模糊判决

通过模糊推理得到的模糊量不能直接用于控制, 必须转换为精确量, 这种转换过程称为模糊判决, 即清晰化。清晰化方法中重心法较为常用。该法以控制作用论域上的点u∈U对控制作用模糊集的隶属度U (u) 为加权系数进行加权平均而求得解模糊结果。对于离散论域的情形,

本次设计中由所得论域Z={-6, -5, …, 0, …, 5, 6}上的元素Zk, 采用重心法对其进行模糊判决, 将模糊输出量转制为用于实际控制的精确量uij。

4 基于MATLAB的实现

运用MATLAB软件中Fuzzy Logic Tool Box提供的图形用户界面工具或利用MATIAB命令编程均可建立模糊推理系统。将模糊推理系统变量结构导人Simulink之中, 并利用Power System Blocket模块根据电压等级、负荷特点建立电网模型进行仿真。

5 结束语

电压无功模糊控制不需要建立精确的数学模型, 可避免在轻载时出现的振荡问题, 减少开关器件的动作次数, 可适用于不同电压等级和工作场合, 具有良好的准确性和鲁棒性。

参考文献

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电压无功控制系统应用分析 篇9

电压是电能质量的重要指标。电压质量对电力系统的安全与经济运行, 对保证用户安全生产和产品质量以及电器设备的安全与寿命, 有重要影响。电力系统的无功补偿与无功平衡, 是保证电压质量的基本条件。有效的电压控制和合理的无功补偿, 不仅能保证电压质量, 而且提高了电力系统的稳定性和安全性, 充分发挥经济效益。

随着电力系统规模的不断扩大, 电网互联的加强, 使得电压无功优化控制问题的规模也越来越大, 原来仅在变电站侧装设电压无功自动控制装置 (VQC) 已不能满足需要, 因为这种控制方式只是局部的、分散的控制, 无法达到整个电网的全局最优。近年来出现了一种基于调度主站或集控中心的电压无功集中控制系统 (AVC) , 它结合专家系统与数值分析, 借助于调度自动化系统四遥功能, 对区域电压无功进行调节, 实践证明, 该系统较好地解决了区域电网电压无功控制问题, 取得了明显的效果。

1 电压无功分散控制系统 (VQC)

电压无功分散控制系统是我国电网早期进行电压无功调节控制的主要方式, 也称就地控制。分散控制是指在各个变电站或发电厂中, 自动调节站内有载调压变压器的分接头位置或其他电压调节器、控制无功功率补偿设备 (包括电容器、电抗器、调相机、静止无功功率补偿设备等) 的工作状态, 使得当负荷变化时, 该变电站或发电厂的母线电压和无功功率保持在规定的范围内。

1.1 系统构成及控制方法

余杭电网自2001年开始运用电压无功分散控制系统 (VQC) , 该系统由变电站端的子站和调度端的主站构成, 二者由光通道相连。子站主要完成当地变电站的电压无功优化控制, 主站则主要是总体调节方案与调节参数的确定与下达, 以及人机对话联系。变电站端的子站采用了基于“九分区”原理的T D S—7 0 1型电压无功控制装置, 该装置控制方法如图1所示。

由整定的电压上、下限的两条边界线与变电站低压母线无功功率上、下限的两条边界线垂直相交, 将运行状态分为井字形的9个区域。“九分区”的控制目标是使变电站低压母线的电压和经变压器由系统输入的无功功率在整定的范围之内。

显然, 除中间1个区域 (第9区) 能同时满足电压和无功条件外, 其余8个区域均不能同时满足电压、无功两个条件。

“九分区”控制装置在线判断变电站的运行状态所处区域, 做出操作决策:

(1) 1区:U越上限, Q越下限, 退出电容器, 然后分接头下调。

(2) 2区:U越上限, Q正常, 分接头下调, 然后退出电容器。

(3) 3区:U越上限, Q越上限, 分接头下调, 然后退出电容器。

(4) 4区:U正常, Q越上限, 投入电容器。

(5) 5区:U越下限, Q越上限, 投入电容器, 然后分接头上调。

1.2 应用分析

经过几年应用表明, V Q C装置采用九分区控制策略, 方法简单、易行, 通过电压上下限值和无功上下限值进行综合调整, 见效快, 同时分散控制是在各厂、站独立进行的, 它基本实现了局部厂、站的优化, 对提高变电站供电范围内的电压质量和降低局部网络和变压器的电能损耗, 减少值班员的操作起到了一定的作用。但在使用过程中发现VQC的运行存在不足, 如控制策略是静态的, 不够灵活, 没有预测性等等。不过最主要的问题是它只采集本站内的运行参数, 控制目标仅为本地的电压质量, 不能顾及整个系统的运行情况, 很可能发生这样的情况:从本站来看, 电压偏低, 应当调节分接头升高电压, 但如果从全网的运行情况可能有更合适的方法, 不必进行分接头调节, 所以VQC的控制始终只能做到就地的最优。当电源点的枢纽变电站电源供出的电压不合格时, 该变电站涉及的负荷点变电站势必频繁动作, 以期达到合格的目标, 既增加了设备的动作次数, 又可能引起调节过程中的震荡, 在电网中出现不合理的无功潮流, 即使达到了局部控制的目标, 也还是无法实现整个电网的全局最优。

2 电压无功集中控制系统 (AVC)

针对电压无功分散控制系统 (V Q C) 存在的问题, 余杭电网于2005年开始采用电压无功集中控制系统 (A V C) , 该系统是一种配置于调度主站的电压无功集中控制系统, 基于OPEN-2000调度自动化平台, 其主要功能是在保证电网安全稳定运行前提下, 确保电压和功率因数合格, 并尽可能降低系统因不必要的无功潮流引起的有功损耗。AVC与OPEN-2000平台一体化设计, 从P A S网络建模获取控制模型、从S C A D A获取实时采集数据并进行在线分析和计算, 对电网内各变电所的有载调压装置和无功补偿设备进行集中监视、统一管理和在线控制, 实现区域电网无功电压优化控制闭环运行。

2.1 系统构成及控制方法

系统主要有三个模块构成:自动电压调整程序 (A V C_M A I N) 、遥控程序 (D O_C T L S) 和报警程序 (A V C_A L M) 。AVC_MAIN通常只运行在PAS节点上, 它从S C A D A获得电网的实时运行状态, 根据分区调压原则, 对电网电压进行监视, 发现电压异常时提出相应的调节措施。当系统处于自动控制状态时, 将调节措施交给S C A D A的遥控程序, 执行变压器的升降和电容器的投切, 遥控环节是电压无功自动控制系统的关键环节, 电压无功自动控制系统运行是否成功将在很大程度上取决于电网基础自动化状况。报警程序负责显示自动调压程序提出的调压建议和遥控程序所做的自动调压措施。

AVC主要基于如下三种控制模式, 不同控制模式采用相应控制策略:

区域电压控制:数十秒, 控制区域枢纽厂站电压无功设备, 校正或优化区域内母线群体电压水平;

电压校正控制:数十秒, 主要由各厂站就地控制无功设备快速响应就地电压变化;

区域无功控制:5分钟~15分钟, 全面协调控制发电机无功出力、容抗器投切、变压器分接头升降, 使全网电压水平尽可能高、线路无功潮流最小、降低网损。

2.1.1 区域电压控制

区域群体电压水平受区域枢纽厂站无功设备控制影响, 是区域整体无功平衡的结果。结合实时灵敏度分析和自适应区域嵌套划分确定区域枢纽厂站。当区域内无功分布合理, 但区域内电压普遍偏高 (低) 时, 调节枢纽厂站无功设备, 能以尽可能少的控制设备调节次数, 使最大范围内电压合格或提高群体电压水平, 同时避免了区域内多主变同时调节引起振荡, 实现区域电压控制的优化。

2.1.2 电压校正控制

由实时灵敏度分析可知, 就地无功设备控制能够最快、最有效校正当地电压, 消除电压越限。当某厂站电压越限时, 启动该厂站内无功设备调节。该厂站内变压器和电容器分时段协调配合, 实现电压无功综合优化:电压偏低时, 优先投入电容器然后上调有载主变分头;电压偏高时, 首先降低有载主变分头, 如达不到要求, 再切除电容器。电压限值根据逆调压规则确定, 高峰时段电压下限偏高, 低谷时段电压上限偏低, 实现逆调压。

2.1.3 区域无功控制

当电网电压合格并处于较高运行水平后, 按无功分层分区甚至就地平衡的优化原则检查线路无功传输是否合理, 通过实时潮流灵敏度分析计算决定投切无功补偿装置以尽量减少线路上无功流动、降低线损并调节有关电压目标值。

1) 区域无功欠补 (不足) , 流进区域无功偏大时, 根据实时潮流灵敏度分析, 从该区域补偿降损效益最佳厂站开始寻找可投入无功设备, 使得无功潮流在尽可能小的区域内满足分区平衡, 线路上无功流动最小;

2) 区域无功过补 (富余) , 使区域无功倒流时, 如果该区域不允许无功倒流, 根据实时潮流灵敏度分析, 从该区域切除电容器校正无功越限最灵敏厂站开始寻找可切除无功设备, 消除无功越限。

电容器等无功补偿装置的无功出力是非连续变化的, 由于无功负荷变化及电容器容量配置等原因, 实际运行中无功不可能完全满足就地或分层分区平衡, 在保证区域关口无功不倒流的前提下, 区域内电网各厂站之间无功可以倒送。

投入或切除无功设备可能使电压越限时, 考虑控制组合动作, 如投入电容器时预先调整主变分头, 使控制后电压仍然在合格范围内, 但减少了线路无功传输。

2.2 应用分析

系统自2005年年初在余杭电网全面投入使用, 截止2010年10月, 共有35座110kV及35kV变电站实现了全网电压无功优化集中控制, 完成变电站有载调压变压器及电容器的集中自动控制。运行实践表明, 电压无功优化系统运行稳定可靠, 取得了较好的效果, 具体体现以下几个方面:

1) 减少有载调压变压器分接头开关、电容器动作次数, 提高了设备的使用寿命, 减轻了检修劳动强度。

2) 提高了电网的l0kV母线电压及地区受电功率因数合格率, 增加了输电设备出力, 同时由于网损的降低, 减少了电能损耗, 取得了明显的降损节能效益。以下为电压无功集中控制系统使用前后, 电网相关考核指标的对比情况:

2005年余杭电网A类电压合格率为99.29%, 与2004年99.11%同比提高了0.18个百分点, 达到了考核的要求;受电功率因数高峰期合格率为99.2%, 与2004年99.1%同比提高了0.1个百分点, 低谷期合格率为94.0%, 与2004年87.02%同比提高了6.98个百分点。2005年余杭电网完成线损率5.88%, 与2004年6.90%同比下降1.02个百分点。

3) 该系统能准确地统计主变分接开关、电容器开关动作次数, 为最大限度地发挥设备潜力和设备检修提供了依据, 同时促进了电容器的配制、电容器投切开关的更新及其有载分接开关的性能的提高。

4) 代替调度人员对电压进行实时监视和控制, 大大减轻了调度员的工作强度, 避免了人为误差, 实现了全网电压实时的自动控制, 完善和提高调度自动化水平。

在肯定该系统使用效果的同时, 我们也发现了一些问题:没有及时完善网络建模;刀闸维护、误发遥信处理不及时;状态估计的结果有时不可信;没有充分考虑无功可控设备的闭锁条件;这些均有可能导致AVC动作的不正确, 从而影响系统电压、无功调整的效果, 应引起足够重视。

由此同时, 我们也应看到, 目前电网使用的全网电压无功优化集中控制系统, 还不是真正意义上的全网优化, 只是做到了局部的、区域的电网优化控制。要想真正实现全网的电压无功优化, 只有当前大力建设的坚强智能电网才有可能实现, 因为智能电网具有思维、分析、判断、决策、控制的能力, 无论在什么情况下, 都能自动、快速、正确地进行控制, 保持电网的安全、稳定、高质、高效和人性化的运行, 所以未来的智能化电压无功控制系统应该具有自动实现全网无功优化运行能力、柔性控制能力、电网事故后自动恢复电压等能力。

3 结论

本文通过对两种电压无功控制系统应用情况进行了比较分析, 说明了电压无功集中控制系统是目前电网使用最广、较为适用的无功电压自动控制系统, 同时指出未来的无功电压自动控制系统只有向智能化发展, 才能真正实现全网的电压无功优化。

参考文献

[1]唐寅生.电力系统无功电压调控装置控制策略[J].电力自动化设备.2001, 21 (6) :34-36

[2]程浩忠, 吴浩.电力系统无功与电压稳定性.北京:中国电力出版社.2004

电压无功综合控制 篇10

【关键词】变电站；无功补偿；电压调节；电容器

1、引言

为保证电力系统的安全，并且实现它的经济运行，必须确保电压质量。当下我国逐渐开始推动电力系统市场化，进行商业化运营，这对电压质量也有了更高的要求。人们开始密切关注变电站的电压调节和无功控制。保持电压质量合格，降低网损需要对无功功率进行分层、分区、就地平衡，对无功设备进行科学调控，做好电网无功的优化。目前无功优化的途径主要有两种：一种是全网范围内的无功优化，以开工时设备的网损值最小作为目标函数；另一种是变电站的电压无功综合控制（VQC），通过使用并联的补偿电容器和有载调压变压器，使得局部的電压和无功补偿可以自行调控。通过这种自动调节，使进线功率因数尽可能接近1，保证负荷侧母线的电压在规定范围内。

从上世纪70年代，就开始了对VQC装置的研究。现在国内外已经形成了一整套比较成熟的控制策略。近年来，高速通信技术、卫星同步授时技术和电力系统信号采集和处理技术都得到了飞速的发展，变电站电压的控制有了无功补偿控制的装置提供技术支持，使得VQC具有很高的可靠性。

2、变电站无功控制与电压调节的主要方式

2.1补偿容量不足时的无功功率平衡

要想平衡电压系统的质量和无功功率，必须以系统电压维持在正常水平作为前提。正常情况下，电源的无功功率和有功功率都要从用电设备获得。如果用电设备不能提供充足的无功效率，无法满足用电设备的需求，那么正常的电磁场就无法建立起来。这样就会导致端电压降低，用电设备无法在额定电压下正常工作，导致电力系统无法正常运行。无功功率平衡可以很好地解决这一问题，当电力系统的电压水平降低时，控制装置会自动调节电压，降低系统对无功功率的需求。这样，在容量不足时，无功功率控制装置会使无功功率达到一种平衡状态[1] 。

2.2电源充足时的无功功率平衡

电力系统的电源与电压水平密切相关。当无功功率电源不足时，相应的电压水平也较低。相反，电源充足时，电压水平就较高。因此，在电力系统的运行过程中，要使用电设备可以在额定电压下维持无功功率平衡。在这个基础上，安装一定的补偿装置进行就地补偿。如此一来，电压的质量可以得到提高，线损也可以有所减少。然而实践表明，只单单使用无功补偿控制来调节电压，是无法很好地解决电压质量问题的。因为随着配变负荷的增大，电压的波动也会变大。因此，大家普遍使用“九区图”法。“九区图”是一种控制算法，电压和无功是控制变量，通过投切电容器和切换变压器分接开关档位，使无功Q和电压U达到我们所需的值。它把自动调压和自动跟踪补偿很好地配合在一起，使电压的质量得到进一步的提高[2]。

3、变电站无功补偿控制和调节电压的原理及具体实现方法

3.1原理

从理论上来讲，无功控制划分可以根据电压和无功划分，也可以把电压和无功的因素作为划分依据。目前电力系统中普遍使用的是九区图控制法。该方法通过对无功和电压上下限的规定，将无功和电压平面分成了九个区域，因此称为九区图控制法，如图1所示。

九区图控制法原理：电压和无功上下限的确定是有一定依据的，前者是以电压合格范围作为确定依据的；后者的确定是根据每组电容器的容量和偏差进行的，为了维持无功平衡及保持投切的稳定。无功上限意味着无功过剩，无功下限则代表无功不足。最终无功控制的方法根据电压和无功所处的状态即位置来确定[3]。

3.2实现方法

如果电压和无功未到达所需的值，那么可以利用投切电容器组，变换有载配电变压器分接开关的档位来调节U和Q。具体方法如下：

0区：电压无功合格不需要调节；

1区：电压超过了上限，需要进行降压调节。（1）电压优先：可以将分接头向下调节。如果分接头无法调节，可以尝试退电容器，看看是否可以使电压下降，大于电压下限同时无功低于上限。（2）无功优先：可以将分接头向下调节，使无功回复正常。如果分接头无法调节，可以尝试退电容器，看看是否可以使无功低于上限同时电压高于下限。

2区：无功高于下限，电压高于上限，此时首先要把电压降下来，若无功仍然高于下限，则可以投入电容器。（1）电压优先：首先尝试退电容器，看看电压是否高于下限同时无功低于上限。如果电容器无法退，可以将分接头下调，看看是否可以使电压和无功都高于下限。（2）无功优先：首先尝试退电容器，如果可以使无功低于上限。否则将分接头上调，看看是否可以使电压低于上限。

3区：电压在合格范围内，但无功超过下限，可以通过投电容器进行调节。

4区：电压和无功均超过下限，可以首先通过投电容器进行调节。（1）电压优先：首先尝试把分接头上调。如果不可调，可以投电容器，看看是否可以使电压低于上限同时无功高于下限。（2）无功优先：首先尝试把分接头上调。如果不可调，尝试退电容器，看看是否可以使无功低于上限同时电压高于下限。

5区：电压高于下限，可以通过升压进行调节。

6区：电压高于下限，无功高于上限，首先需要使电压升高。（1）电压优先：尝试投电容器，如果可以使无功高于下限同时电压低于上限。如果投电容器不可行，尝试将分接头上调，看看是否可以使无功和电压均低于上限。（2）无功优先：首先尝试投电容器，如果可以使无功高于下限同时电压低于上限。如果此法不行，可以把分接头向下调节，看看是否可以使电压高于闭锁上限同时无功高于上限。

7区：电压在合格范围内，无功高于上限，需要通过切电容器来调节。

8区：电压和无功均高于上限，可以首先尝试切电容器，如果电压还是高于上限则通过降压来调节。

4、无功控制与调节效果分析

4.1通过无功补偿控制装置的使用，电力系统设备的使用年限可以延长，电压的质量也可以有所提高。

电压损失 U简化计算如下：

U=（PR+QX）/U （式1）

式中：U表示线路额定电压，单位是kV；P表示输送的有功功率，单位是kM；Q表示输送的无功功率，单位是kVar；R表示线路电阻，单位是Ω；X表示线路电抗，单位为Ω。

补偿装置容量Qc安装之后，线路电压降为U1，计算如下：

ΔU1=[PR+（Q-Qc）X]/U （式2）

很顯然，ΔU1<ΔU，换言之就是安装补偿电容之后，减少了电压的损失，提高了设备运行时的安全性。根据式子（1）和（2）可以得到安装补偿电容后，电压升高的计算方法为：

ΔU-ΔU1=QcX/U（式 3）

从该式子可以看出，越是接近线路末端，安装无功补偿装置的效果就越好。因为靠近线路末尾的电抗较大。

4.2无功补偿可降低电能损耗

无功补偿装置的作用主要是可以降低电损，节约能源。线路的有功损耗的降低原理如下：输送的有功P是一个固定值，安装无功补偿装置后，功率因数有所提高，从原来的cosφ上升到cosφ1。由于P=IR，所以线路的有功损耗和电流的平方成正比。又因为P=UIcosφ，电流与cos 成反比。所以，当功率因数由cosφ提高到cosφ1时，电流也有所下降，线路的有功损失也随之减少[4]。

5、无功补偿控制装置的不足及改进方案

5.1不足

VQC装置受到较多电力系统工作人员的青睐，主要是由于它作为一种无功补偿设备，可以根据电压和无功的区域进行自动调解，加之成本适中并易于维护。但是由于受当时经济技术条件的限制，传统的VQC也存在一些不足。

传统的VQC不能实现精细化补偿。因为考虑到成本，VQC装置一般不会多于5级，大多设置在2-4级。这就导致电容器的级差较大，在投切电容器组的时候电力系统会受到较大的冲击。

传统的VQC装置容易发生故障。因为户外型的的设计是参照箱变结构进行的，户内型设计是参照开关柜进行的。设计时没有考虑到无功补偿产品的特殊要求，将电容器和电抗器安装在封闭的空间里，由于它们会产生大量的热，使空间温度升高，影响电容器和电抗器的寿命，使主要元件的使用年限降低，因此故障率较高。

5.2改进方案

为了弥补VQC装置的不足，可以把VQC和SVC（静态无功补偿系统）结合，形成新的组合方案，如此一来可以实现以下功能：

（1）使用可控硅控制电抗，可以连续地调节容量，不像传统的VQC装置那样，投切电容器时会带来阶梯式无功补偿。这种组合方案可以真正实现就地平衡，减损节能，使系统的传输能力得到较大的提高。

（2）变电站中由于无功变化，会引起电容频繁投切，为避免这一问题，把电容器作为主要的无功元件，同时把电抗器作为调节元件，可以使投切开关和电容的使用年限有所延长。

（3）通过双向的无功补偿，使变电站可以调度的范围得到了扩大，可以更优地调节无功，保证了电力系统无功控制的质量。

（4）无功调节的容量得以扩大，分接头的切换次数可以大大减少，达到了较好的电压调节效果。

6、小结

目前社会经济正在快速地发展和进步，社会对用电量以及电能质量都有了更高的要求，电压是保障电力系统正常运行的重要指标，电压的质量关系着电网的稳定和经济的正常运行，因此，电力部门必须把电压调节和无功补偿控制作为电力工作的重要部分。

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作者简介

电力系统无功优化与电压控制 篇11

根据国内外的一些电力学专家对电力系统无功优化与电压控制的多年研究, 笔者也从中获益匪浅。总结来说, 无功优化问题主要分为两大类:一种是在电力系统比较稳定的状态下, 对系统进行的无功优化, 此类无功优化的目的是在稳定状态下, 进一步降低损耗, 进行无功平衡;另一种则是在电力系统不稳定状态下进行的无功优化, 来研究此类情况下的电压稳定性。此论文中, 笔者仅仅研究前者, 即稳定状态下的无功优化和电压控制。

无功优化可以根据所研究问题的时间长短而分为运行优化和规划优化。运行优化是指在现有设备的基础上, 进行无功补偿, 根据实际情况来实施相应无功设备的运行方案, 以降低电损;而规划优化是指在五年到十年的时间内, 依据电网的规划, 在安全稳定等一些特点条件约束的前提下, 利用无功补偿将设备调试到最佳运行状态, 从而降低网损、改善电压质量。

2 电力系统无功优化与电压控制的方法

在生产过程中, 如何实现电力系统的无功优化与电压控制, 是本论文主要的研究课题。

首先, 要明确无功优化与电压控制的关系。

衡量电能质量的指标中, 频率和电压是最基本, 同时也是最重要的。电压与无功功率平衡密切相关, 而频率则和系统中的有功功率平衡相关。只有满足额定电压和额定频率下的功率平衡, 才能更好地保障电能的稳定和质量。此外, 还需要有适当的电源配置, 根据实际情况对设备进行设置和调整, 才能保证电能的高效性。

电压和无功之间的关系由电压无功曲线能够得到很好的体现。当系统无功功率电源供应不充足时, 则系统中的电压运行水平呈现成比较偏低的状态;反之, 当电源供应适当并且持续时, 系统中就反应出较高的运行电压水平。所以, 要因地制宜, 根据实际情况, 配置无功功率补偿装置, 来维持恰当的电源供应, 实现在额定电压下的系统无功功率平衡。

其次, 电压的调整和电压无功控制的协调问题。

通过调整电压, 能够使得每一个用户的电压质量符合要求。通常调整电压的主要手段有:调节发电机的端电压、利用变压器分接头档位调压、利用无功补偿设备调整电压、切去部分负荷以及改善线路参数。而通过无功优化对电压进行控制也是受端网络中非常常用的方法, 通过调整有载调压变压器的分接头和投切无功补偿装置, 进行综合协调, 实现整个系统的无功功率平衡。下面, 以地区的电力系统为例, 来具体分析无功电压控制的几种方法。

2.1 基于EMS优化潮流功能下的电压无功控制

在EMS自动化系统的平台下, 基于无功最优算法 (如遗传算法) 进行全网网损最优的基础之上进行控制。由于计算速度比较慢, 无法快速响应, 在电压越限校正等实时性要求高的场合下不适用, 因此这种方法的实际应用面很窄。

2.2 基于变电站的电压无功控制

这种方法采用硬件装置“电力无功自动化控制装置” (简称VQC) 来实现调控, 我国目前有一部分的变电站就是由VQC装置进行无功电压调控的。VQC的工作原理十分简单, 主要是根据九区图, 对电压无功限值区进行划分, 再根据系统反应和计算的数据, 将数据图统计在九区图内, 以该图在各区内的条件作为判断依据, 使得最优的电压无功设备组合和最优的控制顺序的运行点进入电压、无功都满足要求的第九区。VQC装置控制虽然可靠方便, 但在实际操作中, 也存在着许多的缺陷。其一, 调节控制并没有前瞻性, 被动地根据数据调节, 有时候不能及时检测出系统的问题, 而导致盲目调节, 影响电能的质量;其二, 缺少必要的分析辅助软件, 不能很好的适应不同情况而采取相应的有效策略;其三, 当系统发生故障时, 不能够有效地采取其他的方式进行控制, 从而可能引发更加严重的后果。综上所述, VQC最主要是问题是, 它控制的目标仅仅是电压的质量, 它采集运行参数的准确性和效率很高, 但是它并不能很好的应对各种可能发生的不同情况, 局部控制上有优势, 但是并不能做好宏观上的全面调控。因此, 采取地区电网的电压无功综合优化控制, 才能更好的解决全网最优的电压无功控制问题。

2.3 基于VQC装置的分层分散控制

这种控制方式主要分为两个层次, 即各变电站内的执行层和调度中心的全网协调层。首先, 将整个电网的信息和参数统计和收集在系统中, 然后, 先通过当地的变电站进行第一级控制, 通过VQC装置按照参数进行运作;其次, 当数据不在第一级控制的范围内时, 便要通过调度中心进行第二级控制, 确定当地控制的整定值, 再返回到当地变电站进行第一级控制, 最后反馈回电网。程序设计在这种固定的模式下正常运行, 能够将无功优化和电压控制在网损最小的目标函数下进行工作, 因此, 在这种模式下, 不仅能够最大程度降低网损, 还可以提高电能输送的质量和提高电网电压的合格率。

2.4 基于EMS/SCADA主站系统的无功电压控制 (AVC)

AVC无功电压自动控制系统是指在正常运行情况下, 通过实时监视电网无功电压情况, 进行在线优化计算, 分区分层调节控制电网中的无功电源, 变压器分接头, 无功补偿等设备, 实现实时的最优闭环控制, 满足全网安全约束条件下的优化无功潮流运行, 以达到电压优质和网损最小的目标。从本质上说, AVC无功电压自动控制的目标就是通过对电网无功分布的重新调整, 保证电网运行在一个更安全、更经济的状态。

为了协调电网中各种手段的无功电压控制手段, 从运行安全性与经济性着眼, 一般需要实现分层与分区控制, 分层主要是指按电压等级进行无功平衡控制, 分区主要是指无功的就地平衡。

AVC无功电压自动控制一般分为三级控制层, 一级控制通常是快速反应的闭环控制, 响应时间为1秒至几秒内, 如发电机组 (包括调相机) 的无功功率控制、静止无功补偿器的控制, 以及快速自动投切电容器和电抗器等;二级控制系统协调一个区域内一级控制设备的工作, 响应时间为分钟级;三级控制则协调、优化二次控制系统, 指导值班人员的干预, 除安全监视及控制外, 经济问题主要在三级控制中考虑, 并要求控制安全和经济准则优化运行状态。

三级的控制层在协调控制方面, 由电厂组成的一级控制利用快速和安全的控制来保证全网的优化电压水平, 使高压输电系统近似在优化状态下运行。地区AVC作为二级控制不但要提高地区电压水平和降低网损, 同时还要通过控制功率因数保证一级控制有足够的备用容量保证全网的电压优化控制和电压稳定。三级控制通过全网的优化进行总体的协调控制, 通过控制主变压器分接头保证电网的总体电压水平, 通过投切并联电容器和电抗器来保证无功的分层平衡, 通过对二级控制下发功率因数指标保证一级控制的顺利实施。

笔者所接触的无功电压自动控制方法是基于全网优化的地区电网集中式AVC。首先通过调度自动化的数据采集系统 (SCADA系统) 采集全网内各节点遥测、遥信等实时数据进行在线分析和计算;其约束条件通常包括各节点电压是否合格、省网关口功率因数;AVC从全网角度实现无功补偿设备投入时间、数量最优和无功分层、就地平衡与电压稳定, 实现电压合格率最高和输电网损率最小的最优化运行目标;形成有载调压变压器分接开关调节、无功补偿设备投切控制指令, 借助调度自动化系统的“四遥”功能, 利用通信和IT技术, 将指令通过数据形式发送到SCADA系统, 从而对全网各变电所的有载调压变压器和无功补偿设备的集中监视、集中管理和集中控制, 实现全网电压及无功优化的闭环控制。

3 总结

综上所述, 本论文主要研究了无功优化问题的分类以及无功优化的方法, 其中重点介绍了无功优化与电压控制的具体做法。电力系统的无功优化与电压控制是决定电力系统运行的经济性和安全性的重要课题, 本文的研究只是其中很小的一部分。无功优化问题的复杂性同时也意味着对于此课题的研究必然是一个比较长远的过程, 笔者也希望能与相关工作者共勉, 促使无功优化与电压控制的研究向更高层的领域发展。

参考文献

[1]徐志成.一种新型的电力系统无功优化方法[J].电力自动化设备, 2008

[2]杨素琴.变电站动态电压无功优化控制的研究[J].电力系统保护与控制, 2010