电压与无功

电压与无功（共12篇）

电压与无功 篇1

0引言

电力系统无功电压自动控制可有效改善电压质量,减少系统有功损耗,对电力系统的经济安全运行有重要意义。 但是传统优化模型中仅通过将节点电压限制在合格范围内可能会导致系统无功储备的降低,从而造成电压稳定性下降。 随着电力市场的发展以及负荷的加重,电压稳定问题日益突出,近年来计及电压稳定性的电力系统无功电压控制研究成为热点[1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12]。

目前在考虑电压稳定性的无功电压优化中描述电压稳定程度的方法大致有3种。 第1种为状态指标法。 文献[2-4]将雅可比矩阵的最小奇异值作为衡量电压稳定性的指标,建立了多目标无功电压控制优化模型。 文献[5-7]以L指标作为优化目标以提高系统的电压稳定性。 采用状态指标评估系统电压稳定程度具有实现简便、计算快速的特点,但由于状态指标线性性不好,无法计及发电机无功约束等非线性因素。 第2种为负荷裕度指标法。 文献[8-10]在优化模型中引入负荷裕度指标以实现在无功电压控制的同时保证电压稳定裕度的目的。 负荷裕度指标在电压稳定评估中被广泛使用,可直观表征电压稳定程度,但是预定义的负荷增长模式可能与实际情况相差较大,且所需计算量较大。 第3种为动态无功储备指标法。 文献[11-12]以动态无功储备作为电压稳定性的量度加入目标函数中,提出了一种多目标无功电压控制优化模型。 动态无功储备可有效反映系统的电压稳定程度,具有直观、计算简便的优点。

在计算系统动态无功储备时需计及不同无功源对电压稳定的支撑作用,目前主要有2种处理方法第1种通过不同的权重系数表征各无功源的重要程度,将无功源的无功储备进行加权求和得到系统总动态无功储备。 该方法的重点在于权重系数的计算文献[11]将系统分为若干分区,通过计算每个分区的无功负荷裕度得到该分区各无功源的权重系数,但该方法对同分区中的不同无功源采用相同的权重系数并不合适。 文献[12]通过无功源所属分区的有功负荷裕度及其在分区中所处的电气位置确定该无功源的加权系数。 文献[13]则是基于无功电压灵敏度矩阵得到各无功源的权重因子。 但基于节点间电气距离或无功电压灵敏度的权重系数无法考虑系统的非线性特征。 第2种先计算各无功源的有效无功储备,再将其相加得到系统总动态无功储备。 文献[14 15]将故障情况下PV曲线鼻点无功源的无功出力与当前无功出力的差值作为无功源的有效无功储备以监测该故障态的电压稳定程度。 文献[16]则将VQ曲线鼻点各无功源的无功出力与当前无功出力相减得到其有效无功储备。 这类方法是以无功源实际能输出的最大有效无功出力来反映该无功源对系统的无功支撑能力,并通过计算系统的电压崩溃点来考虑系统的非线性特征,可以得到准确的最大有效无功出力。

此外,现有的计及动态无功储备的无功电压控制模型均仅通过目标函数中的系统总无功储备项来提高系统的电压稳定程度,但这样并不能确保电网各个分区都具有保证其稳定性的最小无功备用容量,本文通过增加每个分区最小无功备用容量约束来解决这一问题。 文中引入文献[16]中有效无功储备的概念,并将分区动态无功储备同时作为目标函数和约束条件,提出一种新的无功电压控制优化模型。 对IEEE 118节点系统的仿真结果和在辽宁电网自动电压控制(AVC)系统中的实际应用表明,本文所提出模型与方法是有效的。

1计及分区动态无功储备的无功电压控制优化模型

本文将分区动态无功储备同时引入目标函数和约束条件中,建立了如下无功电压控制优化模型。

1.1目标函数

其中,NB和NG分别为系统中节点和无功源的个数; ω1、ω2和 ω3为各优化目标的权重系数,其取值可根据实际优化需求进行调整,且有 ω1+ ω2+ ω3= 1;Ploss为系统有功网损;Ui和Ui,set分别为节点i的电压及其期望值; Qg,i和Qg,i,eff分别为无功源i的无功出力和最大有效无功出力;f1*、f2*和f3*分别为3个子目标函数的最优值,即单独考虑某一子目标最优时的目标值。 目标函数中,第2项为电压偏移量,第3项为系统总动态无功储备。

1.2约束条件

a. 潮流方程约束:

b. 运行约束:

c. 控制变量上、下限约束:

d. 分区动态无功储备约束:

其中,x为系统状态变量向量;g(x)为潮流平衡方程; NT和NC分别为系统中变压器可调变比和并联电容电抗的个数;Ui,max和Ui,min分别为节点i电压的上、下限;Qg,i,max和Qg,i,min分别为无功源i的无功出力上、下限;Ti、Ti,max和Ti,min分别为变压器i的变比及其上、下限;QC,i、QC,i,max和QC,i,min分别为电容电抗i的补偿值及其上、下限;Narea为电网分区个数;NG,k为分区k中无功源节点个数;Qrs,k,min为分区k的动态无功储备下限值。

上述模型的特点为:引入有效无功储备的概念通过各无功源有效无功储备的直接相加得到系统动态无功储备;将动态无功储备同时作为目标函数和约束条件加入优化模型中,以达到在提高系统总动态无功储备的同时确保各分区动态无功储备的均衡,避免局部电压崩溃的发生。

本文无功电压控制优化模型的重点和难点在于无功源有效无功储备和各分区动态无功储备下限值的计算。

2分区动态无功储备的计算

2.1有效无功储备的定义

电力系统无功储备可分为静态和动态2种。 由并联电容器等提供的静态无功储备不具有恒定电压支持能力,无法有效响应故障。 本文的无功储备主要是发电机、调相机和STATCOM等动态无功源提供的无功储备。 动态无功储备对维持系统电压稳定性具有重要作用。 当动态无功储备充足时,可以应对各种故障或负荷快速增长,维持系统的电压稳定。 因此,动态无功储备水平可作为一种衡量系统电压稳定程度的指标[17]。

在实际电力系统运行中,由于电网拓扑和负荷状态等因素,动态无功源的最大无功输出并不一定等于其技术上的无功上限。 有些无功源的无功出力还未增长至其技术无功上限,电网就已电压崩溃[14,15,16]。 因此,本文将系统电压崩溃点各动态无功源的无功出力作为其最大有效无功出力,其与当前无功出力的差值即为其有效无功储备。

2.2基于VQ曲线法的分区动态无功储备计算

由于无功的局部平衡特性,在无功电压控制中对电网进行分区是一种十分有效的手段。 文中采用文献[18]提出的分区方法将电网分为Narea个分区并采用VQ曲线法计算各分区动态无功源的最大有效无功出力。 实现VQ曲线法首先要确定各分区的关键节点,分区过程中得到的电气距离dij可作为识别分区关键节点的依据。

其中,dij为无功源节点i对被控节点j的电气距离 ΔUi为节点i的电压偏移量;ΔQi为节点i的无功注入变化量。

将式(8)代入式(9)计算被控节点到该分区中各无功源的综合平均电气距离,选择其中距离最小的节点作为该分区的关键节点。 这样得到的关键节点为分区的电气中心,其与各无功源的电气距离均适中可以全面地考虑整个分区无功源的无功出力情况。

其中为节点j到其所属分区k中各无功源的综合平均电气距离 ;Gk为分区k中无功源的集合 。

VQ曲线法[19]的具体做法是:在分区关键节点上投入一台虚拟的调相机,逐步减小调相机的输出电压Uf,求解潮流得到该调相机的无功输出Qf,重复此步骤直至采集到足够多的点,便可得到该节点的VQ曲线,如图1所示。 VQ曲线的最低点A为电压崩溃点,此时各无功源的输出即为其最大有效无功出力。

将由VQ曲线法得到的无功源最大有效无功出力代入式(10),即可得到各分区的动态无功储备。

其中,Qrs,k为分区k的动态无功储备。

相比于文献[11-13]中利用各无功源技术无功储备加权求和得到系统总动态无功储备的方法,本文做法不仅避免了上述权重因子求取的不确定性, 而且有效计及了各无功源对系统电压稳定的不同影响,具有快速简便的优点。

2.3分区最小无功储备限值的计算

为了避免局部电压崩溃现象的发生,各分区应确保一定量的动态无功储备。 由于各分区的结构和负荷情况不同,其保证电压稳定性所需的最小无功储备也不同。

在计算分区所需最小无功储备时,本文采用的方法是选择分区中最严重的单一开断故障(本文以负荷最重的一条线路故障为例),计算此时关键节点VQ曲线 ,如图2虚线所示 ,得到VQ曲线鼻点A*各无功源的无功出力Q*g,j,eff和运行点B* 各无功源的无功出力Q*g,j,代入式(11)计算各分区所需的最小无功储备限值。

本文认为各分区正常运行状态下的动态无功储备应大于该分区在故障情况下无功源输出可能出现的最大变化量,以保证该分区有充足的无功储备维持其电压稳定性。

3算法步骤

本文提出的计及分区动态无功储备的无功电压控制的实现步骤如下。

步骤1分区动态无功储备及其下限值的计算 。

a. 确定电网的无功电压控制分区 ;

b. 确定各分区的关键节点;

c. 计算各分区关键节点VQ曲线的鼻点 , 得到无功源的最大有效无功出力;

d. 根据式 (10) 计算分区动态无功储备 ;

e. 确定各分区最严重故障 ;

f. 计算该故障下的VQ曲线 , 根据式 (11) 计算各分区所需的最小无功储备限值。

步骤2建立式(1)—(7)的数学模型,并应用考虑离散变量的非线性原对偶内点法[20]进行求解。

4算例分析

为了验证本文无功电压控制优化模型与方法的有效性,对IEEE 118节点系统进行仿真并将其应用于辽宁电网自动电压控制系统中。

4.1IEEE118节点系统

利用前文所述的分区算法对系统进行分区,将IEEE 118节点系统分为8个分区并识别各分区的关键节点,如表1所示。

计算各分区关键节点的VQ曲线,得到无功源的最大有效无功出力。 以7号分区为例,其关键节点为节点101,由表2可看出距离关键节点电气距离较远的无功源的最大有效无功出力一般小于其技术无功出力上限,其中无功源103、104和105虽然距离关键节点电气距离也较远,但是由于自身无功输出容量较小,其最大有效无功出力也达到了技术无功出力上限。

建立式(1)—(7)的数学模型(本文取 ω1=0.53 ω2=0.000 5、ω3= 0.469 5),采用非线性原对偶内点法进行求解,并与传统无功电压控制和文献[12]优化方法进行比较,如表3和表4所示(表3中电压偏移量为标幺值,后同)。 结果表明:传统无功电压控制主要优化了系统的有功网损,系统总动态无功储备虽略有增加,但这是某些分区无功储备的增加量大于其余分区无功储备减小量导致的结果;文献[12]优化方法将加权无功储备作为目标函数之一,该方法虽较大幅度地提高了系统的总动态无功储备,但分区3和分区6无功储备有所减少,存在无功储备分布不均的现象;本文提出的无功电压控制方法可通过选取合适的权重系数达到在牺牲较少有功网损优化效果的前提下,减少电压偏移量和增加系统总动态无功储备的目的,并通过约束条件确保各分区的动态无功储备均大于其所需的最小值,使系统动态无功储备分布更为均衡。

注:带“*”的节点代表无功源节点。

为了进一步比较上述3种优化方法对系统电压稳定性的影响,本文分别采用分区负荷增加和全网负荷增加的方式,使各节点负荷按原始比例增长,以各分区关键节点为电压观测点,计算得到优化前后各分区及全系统的有功负荷裕度,如表5所示。 表中的结果表明:传统无功电压控制和文献[12]优化方法虽然使系统整体的电压稳定性增加了,但由于各分区动态无功储备分布不均导致部分分区的电压稳定性有所降低,而本文无功电压控制通过将无功储备引入目标函数和约束条件中,实现了在维持各分区电压稳定的前提下,提高系统整体电压稳定性的目的。

4.2辽宁电网实际应用

本文所提出的无功电压控制方法已成功应用于辽宁电网自动电压控制系统中。 本算例所用数据是辽宁电网2013年10月22日的实时数据。

首先对辽宁电网进行无功电压控制分区,结果如表6所示。

按照前文所述实现步骤,建立计及分区动态无功储备的无功电压控制数学模型(本文取 ω1= 0.28 ω2= 0.07、ω3= 0.65),得到优化结果如表7和表8所示。 由表7、8可以看出:传统无功电压控制在实际电网中同样会导致系统动态无功储备分布不均,而本文提出的无功电压控制方法可以根据不同分区对无功储备的需求程度均衡各分区无功源的无功出力,保证各分区具备其所需的最小无功储备量,并在此基础上减少有功网损、改善电压质量、提高系统的整体电压稳定性。

注 : 仅列出电厂节点的分区情况 。

5结论

本文以动态无功储备作为系统电压稳定性的量度,将分区动态无功储备同时作为目标函数和约束条件,提出了计及分区动态无功储备的无功电压控制模型与方法,该方法可以实现减小电网有功损耗、 改善电压质量和提高电压稳定性的目标。 IEEE 118节点系统和辽宁省实际电网的仿真结果表明,本文方法可以有效克服现有无功电压控制导致系统无功储备分布不均的缺陷,实现均衡各分区动态无功储备提高系统电压稳定性的目的,具有实际应用意义。

摘要：当前电网无功电压自动控制算法未能很好地提高系统电压稳定性。以电压控制分区动态无功储备作为系统电压稳定性的量度,提出一种无功电压控制优化模型。通过计算各分区关键节点的电压-无功曲线得到无功源的有效无功储备,以故障下无功源出力的最大变化量作为各分区最小无功储备,将分区动态无功储备作为目标函数和约束条件加入优化模型中,以达到在保证电压稳定裕度的同时减少系统有功网损和实现电压控制的目的。IEEE 118节点系统的仿真结果和在某实际电网自动电压控制系统中的应用表明,所提出的模型与方法是有效的。

关键词：无功电压控制,电压控制,电压稳定,稳定性,无功电压控制分区,无功储备,模型

电压与无功 篇2

黄君添

2012-8-13 14:39:57 来源：《中国电力教育》2012年第18期

摘要：电能质量的好坏很大程度上影响客户的满意度，影响优质服务。从基层电能质量管理的角度出发，对供电企业电能质量管理现状进行分析，并针对性提出对策。

关键词：电能质量，现状，对策

电是人民生活和工农业生产最为广泛使用的能源。随着科学技术和国民经济的不断发展，电力电子精密仪器的大量使用，对电能质量的要求越来越高。与此同时，现代电网的用电结构也发生了很大的变化，非线性负荷和冲击负荷的大量接入，使得电力能源受到的污染日益严重。为客户提供安全、可靠、优质的电能是供电企业神圣不可推卸的责任，电能质量的好坏很大程度上影响客户的满意度，影响优质服务，影响公司向国际先进供电企业迈进的步伐。因此，必须从管理上和技术上下功夫，切实提高电能质量。

一、电能质量概念及评价标准

1.电能质量的定义

电能质量是指电力系统中电能的质量，通过公用电网供给用户端的交流电能的品质。电能质量通常包括电压质量和电流质量。电压质量包括电压偏差、电压频率偏差、电压不平衡、电磁暂态现象、电压波动与闪变、短时电压变动、电压谐波、电压间谐波、电压缺口、欠电压、过电压等。电流质量与电压质量密切相关。电流质量包括电流谐波、间谐波、电流相位超前与滞后、噪声等。电能质量管理主要是电压质量的管理。

2.电能质量指标

（1）电压偏差。电压偏差是指供电系统在正常运行条件下，实际电压与系统标称电压的偏差。常用二者的偏差值对系统标称电压的百分数进行度量。其数学表达式为：

式（1）中δU为电压偏差；Ure表示实际电压，kV；UN表示标称电压，kV。电压等级大于等于35kV的供电电压的正、负偏差的绝对值之和不超过系统标称电压的10%。如果供电电压上下偏差同号（均为正或负），则按较大的偏差绝对值作为衡量标准；电压等级小于等于10kV的三相供电电压允许偏差为系统标称电压的±7%；低压220V单相供电电压允许偏差为系统标称电压的±7%和-10%。

（2）频率偏差。频率偏差是指标称频率为50Hz处于正常运行方式的电力系统中，系统频率的实际值与标称值之差。计算公式为：

式（2）中δf表示频率偏差，fre表示实际频率，fn表示系统标称频率，它们的单位为Hz。规定我国电力系统正常频率偏差允许值为±0.2Hz，当系统容量较小时，偏差值可以放宽到±0.5Hz。

（3）谐波。谐波即对周期性的交流量进行傅里叶级数分解，得到频率为大于1的整数倍基波频率的分量，它是由电网中非线性负荷产生的。谐波的危害较为严重，不仅降低了发电、输电及用电设备的效率，而且能使变压器局部严重过热，加速用电器具的老化，导致继电保护和自动装置的误动作，导致信息丢失，使通信系统无法正常工作等。

（4）三相不平衡。电力系统中的三相电压不平衡主要是由负荷不平衡，系统三相阻抗不对称以及消弧线圈的不正确调谐等引起的。电力系统在正常运行方式下，电量的负序分量均方根值与正序分量均方根值之比定义为该电量的三相不平衡度，用ε表示，公式为：

式（3）中u1、u2分别为电压正序、负序分量均方根值，kV。规定电力系统公共连接点正常电压不平衡度不得超过2%，短时不得超过4%；接于公共连接点的每个用户，引起该点正常电压不平衡度允许值一般不得高于1.3%。

二、电能质量管理现状分析

1.电能质量的总体状况

经过最近几年电网建设和技术改造的大规模投入，电网结构日趋完善，线路的输送能力和变电容量已基本能满足用电需求。充裕的电容器、电抗器无功补偿设备以及有载调压变压器的普遍使用，客观上为电能质量的提高奠定坚实的基础。据统计，2010年广东地区的综合电压合格为93%，尽管比2009年有了较大的提高，但与国内先进供电企业相比仍有一定的差距。调研结果显示，由于管理上的不足导致电压越限的占60%，特别是县级子公司，管理措施不力，各项指标与直属供电局相差甚远。

2.电能质量管理中存在的问题

（1）变电站母线电压调控不及时。变电站母线电压调控不及时是影响A、B、C类电压越限的主要原因，在影响2010年全口径A类电压越限时间因素中约占49.5%，在全口径11类电压越限时间中约占57.1%，在全口径C类电压越限时间中约占48.9%。这反映了变电站母线电压自动化调节手段不足，调度管理水平还有提升空间。

（2）小水电上网管理不到位。小水电上网管理薄弱是影响变电站35千伏和10千伏母线电压越限的主要原因，在影响2010年全口径A类电压越限时间因素中约占18.8%，在全口径B类电压越限时间中约占25.9%，在全口径C类电压越限时间中约占16.3%。这一点在山区供电局尤为突出，应采取技术措施和管理措施进一步加强小水电上网管理，改善A、B、C类电压质量。

（3）线路和台区供电半径过大。近几年来城镇统一规划步入正轨，负荷日益增大，用户对供电可靠性和电能质量的要求提高，配网建设一度滞后，已不能满足社会经济发展的需求，需对现有城镇线路做出针对性规划。具体的问题表现在：供电电源点单一，线路供电半径大，电压质量差，在事故及正常检修线路停电。10千伏线路供电半径过大是影响C类用户电压合格率的主要原因，在影响2010年全口径C类电压越限时间因素中约占19.2%。10千伏线路、台区供电半径过大在影响全口径D类电压越限时间因素中约占40.1%。

（4）县级子公司电压质量管理水平有待提高。据统计，2010年县级子公司A类电压越限时间为1276.88小时，是母公司A类电压越限时间的10倍。县级子公司D类电压越限时间为2949.47小时，是母公司D类电压越限时间的7倍。反映出县级子公司电压质量管理水平有待提高。

（5）用电设备造成的污染缺乏治理。随着用电需求量增加，配电网中整流器、变频调速装置、电气化铁路等大量非线性负荷、冲击负荷和不平衡负荷接入系统，对供电质量造成严重污染。目前，谐波、电磁干扰、功率因数降低已成为电力系统的三大公害。由于对这些污染缺乏有效的治理，给电力系统安全、稳定运行造成一定的危害，同时也使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。

三、提高电能质量的对策

1.建立完善电能质量指标管理体系

针对电能质量管理上存在的问题，完善电能质量管理构架，建立电能质量管理责任传递机制，将电能质量指标逐级分解下达，细化到地市供电局生技、计划、市场、调度及变电、区县供电局等运行单位，区县供电局将指标分解下达到供电所和班组，并将相关指标纳入评价考核。建立电压合格率指标月度分析和通报机制，地市供电局每月通报电压合格率指标完成情况，按照变电站各级母线电压合格率、“站—线—变—户”关系，系统开展指标分析工作，及时查找导致电压越限的因果关系，以及在管理上、技术上存在的问题，制定整改措施和计划。

2.加强小水电上网管理

由于对小水电上网缺乏有效的管理手段，受利益的驱使，上网电压严重越上限，尤其在边远山区的10千伏公用混合网，存在整个丰水期电压严重越上限的情况。应完善小水电上网管理制度，加强对小水电机组上网电压的监测。研究制定小水电上网调度管理办法，组织开展小水电机组励磁控制方式的普查，研究制定小容量水电机组上网电压实时（准实时）监测的技术方案，完善小水电上网功率因数考核机制。研究制定工作方案，将小水电机组恒功率因数的励磁控制方式调整为恒电压的励磁控制方式。组织开展水电站升压变压器抽头位置普查，校核升压变压器抽头位置定值，完善水电站升压变压器抽头位置定值管理。研究月度功率因数考核改为实时功率因数考核的可行性。从提高电压合格率和公司效益角度出发，分析评估小水电上网峰谷电价、三度无功电量抵扣一度有功电量以及小水电上网按照固定功率因数要求进行核算电价的影响，研究并提出小水电上网电价改进建议，完善小水电上网协议。

3.加强运行管理

强化变电站母线电压自动化调节手段，加强主网电压无功设备管理，全面完善变电站的AVC、VQC系统，加强变电站无功补偿设备巡视、预试和消缺工作，紧急缺陷消缺及时率达到100%，重大缺陷消缺及时率达到95%，无功补偿设备可用率达到95%以上。根据电网运行方式和季节性负荷变化，及时调整AVC定值。针对地区特点，在编制运行方式时注重电压无功运行方式的优化，在确保系统安全稳定的前提下，按照区域电网电压无功分布最优的控制原则，重点针对夏大、冬小、丰大这三种典型方式，制定不同的电压无功控制目标和策略。

4.优化配电网规划、加快电网建设

针对广东电网负荷峰谷差异大，无功调控难度较大问题，进一步做好电网无功补偿规划工作，2013年110千伏及以上电网无功补偿基本实现分层分区就地平衡。按照地区负荷差异配置足够的容性无功补偿，满足负荷需求及高峰时期正常电压水平；配置一定容量的感性无功补偿，优先解决部分区域电网电压偏高，以及负荷低谷期线路充电功率较大的变电站；根据不同负荷密度对10千伏线路供电半径的要求，全面梳理现有达不到规划技术原则要求的线路清单及所在区域，结合“十二五”电网规划的修编，进一步优化变电站布点规划，适度增加变电站数量，使10千伏线路供电半径能控制在合理范围，满足线路末端电压质量要求。进一步优化配网规划，配电站按照“小容量，多布点”的原则，尽量设置在用电负荷中心，合理增加配电站数量，使380/220伏低压线路供电半径控制在合理范围，满足线路末端电压质量要求。

5.完善和规范电压监测管理

规范电压监测点设置，规范电压合格率指标的统计，严格按照《电能质量技术监督规程》和《供电监管办法》的要求，设置各类电压监测点，C类和D类电压监测点的选取必须具有代表性，能准确反映该类电压的实际水平。制定电压合格率监测和指标统计工作规范，各地市供电局D类电压监测点数应逐年增加3%，采用35千伏电压供电的新用户需安装电压合格率监测装置。

6.加强电能质量污染源技术监督和治理

利用电能质量监测系统、计量自动化系统全面监测电网电能质量干扰源分布情况，组织对电能质量干扰源的普测，并定期进行完善，监督指导干扰源用户进行电能质量污染治理，减少对其他正常用户电压质量的影响。建立一个在线监测、定时检测和随机抽查相结合的谐波监测系统。非线性干扰源接入电网时，应进行电能质量评估，充分考虑其对敏感和重要用户的影响，选择合适的供电电压等级和接入点，严控设备的入网关，在其完善干扰源治理并通过验收后，方可接入电网。

四、结语

良好的电能质量有利于电网的安全、稳定、经济运行，有利于保障工农业生产和人民生活的正常进行，加强电能质量的管理无疑是利国利民且任重道远，为此既要加强电源侧的管理，也要加强负荷侧的管理。

参考文献：

浅议配网无功电压优化控制 篇3

【关键词】配网；无功电压；集中控制

一、引言

电力产业随着科学技术的发展与我国经济的增长，有了长足的进步，由上世纪粗放的生产转向环境友好、资源节约的又好又快发展。在这个发展趋势下，给了电力系统的运行与管理提出了更高的要求，第一，要确保安全并且可持续的供电；第二，提升电能质量；第三，运行成本控制与资源的节约。

其中，电压是衡量电力系统运行的重要指标，它决定了电能质量的高低、运行的安全以及对运行中消耗的控制，更决定了用户能否正常使用。无功电压是在电压稳定控制过程中越来越被重视的因素，电力系统无功补偿不足，无功电压问题处理不好，可以直接造成电压不稳。无功电压的实时控制是处理好无功补偿以及无功电压问题的有效手段，是确保系统安全、可靠、降低网损、提高电压稳定性、以及实现自动监控的重要方法。

二、配网无功电压控制现状

我国配网无功调节控制的水平由于受到整体技术、配套基础设施状况、自身设备情况、投资情况以及员工综合素质等制约，无功电压控制调节还存在着一些问题。但随着政府与电力企业的重视，在投入与技术的水平上都有了较大的提升，无功电压控制有了加大幅度的改进。无功电压优化控制技术的理论与技术在近年来，从国际到国内一直都被关注，在不断的研究和实践中，取得了一定的成果，由于我国在无功电压控制的优化研究上一般是借鉴国外的既有成果，对于自身的独立科研水平有限，并且受到国家区域建设差异的限制，大部分电网的无功电压控制采用的是分散调整的状态，在计算和分析上都有差异，因此，需要在各方面进行提升。

另一方面，在变电站实施无功电压控制的过程中，会出现变压器并列调压、无功倒送、分接头和电容器动作次数过于频繁却缺乏协调、控制目标没有以无功为目标等问题。这些问题，需要通过对无功电压在控制方式上做出优化来解决。对无功电压的控制分为集中控制与就地分散控制。

三、配网无功电压集中控制的技术分析

配网无功电压集中控制集中控制是在调度端对整个系统进行分析、计算，然后由变电端控制，是在以SCADA系统技术、远距离的数据、信息的遥信、遥测技术及遥控技术的准确性和稳定性达到一定水平为基础，在对状态评估和负荷预测可以通过电网分析设备或系统可以进行在线实现的前提下，将传统的优化技术与系统控制相结合，实现配网电压的无功集中控制。在控制方案上有以下几个阶段。

1.数据收集阶段

集中控制的优化首先要优化数据计算速度与准确度，而数据计算要在“内存数据库技术”的支持下才能提高效率，信息数据采集之后以内存互交形式存储，有效的提高了硬盘的使用时限与使用效率。针对不同的传输协议与多种数据收集，可以采用“多线程技术”来保证数据收集效果与实时监测的效果。

2.数据分析阶段

集中控制在数据分析阶段，首先将数据从SCADA数据库进行读取，保证集中控制系统在数据处理节点能有效并完整的录入数据，在数据处理系统中要设定数据检验程序，如果数据在分析中发现不合理，应该显示出错，以防止不合理数据录入系统。数据库要保证传输渠道顺畅以及资源的共享顺畅，以方便数据在传输与检验的过程中不出差错与保持效率。最后，数据处理要根据现有的数据传输网络保持能够远程操作，以便检修。

3.数据库的检验

数据库检验原则要以实时有效为准，数据库不但要具有容纳所有的实时数据的功能，还要做好实时的统计记录与分析。要检验数据库中数据的实时有效性，无论是数据收集阶段还是数据分析阶段，需要保证数据的准确稳定。

四、配网无功电压就地分散控制的技术分析

就地分散控制则与集中控制方式在原理上相反。它是将数据分散在各子系统上运行，实现资源的优化。就地分散需要对电力系统中庞大的各子系统群进行紧密的联系，进而保证整个系统的优化运行。就单个子系统来说，对于电压合格率和电容器利用率是一种效率上的提高，但是在全网来看，它不能保证全网的运行优化，需要与集中控制相结合。

就地分散控制的原则是控制无功缺额完全补偿的偏差在一定的范围内。对于电容器，统一投入运行或是推出运行。电容器的负荷变化具有随机性，电网中的无功功率也是不断变化的，因此电容器无功补偿方面存在着偏差。要保证系统安全稳定运行，就要将这个偏差保持在一定范围内。具体实施分以下几步：一是对变压器分接头的控制，在各变电站实行分散就地控制。二是按照就地平衡的原则，在电容器组投入运行时，如果无功偏差在允许的范围内，或是直接能够起到明显的补偿效果，则由各变电站就地分散控制。假如，投入运行出现过补偿较大的情况，下级变电站无法确定是否应当投入电容器运行时，则通过上级变电站实行集中控制。三是对于电容器就地投切控制，而当系统的负荷变化较大且分布不合理时，则需要上级电网进行无功电压的集中控制。

五、配网无功电压控制策略

由于无功电压的控制受到设备、地域等限制，因此在分散控制与集中控制上，需要调整策略，选择最优化的方案。在配网无功电压实时集中控制的优化技术的实施方面，要做好以下几点：

第一，确保数据传输畅通，进行网络传输通道优化。在通过“内存数据库技术”保证数据存储、传输与分析的安全，保证计算机与系统硬盘的使用效果，与数据的正常使用，定期对计算机系统进行维护，防止硬盘与数据库出现损坏。在系统运行上，要保证数据传输、使用与共享的稳定，综合应用计算机系统与“多线程技术”的配合，加强配合的连续性与互补性。在网络优化时要进行实时监测和控制，以确定定时器的使用正常。通过上述关键点的把控，能够确保网络传输通道的的畅通，保证数据的准确与信息的共享安全，进而使多项指令在共同发生时，无功优化系统能够准确的发挥作用。

第二，现场技术设备的优化。根据电压控制的具体情况与不同地域的设备情况，无功电压实时优化集中控制系统的完成需要多种设备甚至新老设备的完美配合，其中，在系统运行中，保证指变压器的正常使用与运行稳定，数据传输可靠无误。就要对变压器设备的维护与保养，及在设备的质量监测上多下功夫，设计可调整兼备自动和人工的操作控制系统，使得控制更加全面。

第三，系统调度。集中控制要实现多项指令的同时执行，这就需要系统实现更加全面的实时调度。SCADA系统要发挥数据传输和安全控制的同时，对于数据的实时分析与调度功能要充分发挥，因此，对接计算机软件要性能稳定，在调度系统数据信息传输与分析时，方便无功系统的优化。SCADA系统在无功电压运行的优化管理中，上级管理部门要兼顾对各个网点、站点要进行统一的规划管理，在配网无功电压实时优化集中控制系统运行上实现可调节和可控制。

另外，在当优化失败或者是计算出现较大偏差时，要有效利用无功就地平衡、变压器分接头调整以及远程遥测、遥控等技术。要在无功负荷就地平衡的基础上，对变压器分接头和电容器组的投切实现在各变电站的就地分散控制。当不能实现有效的数据调度与处理时，需要各变电站就地分散控制同上级调度的集中控制结合起来，以保证全网的安全经济运行。

参考文献：

[1]王涛，陈伟，龙伟.区域电网无功优化集中控制系统应用探讨[J].电工技术，2011，（12）.

[2]宁爱华.区域网无功电压优化集中控制技术及其有效性评价[J].中国电力教育，2013，（33）.

电力系统无功优化与电压控制 篇4

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

电压与无功 篇5

配网电压稳定有非常重要的意义。一是能够确保居民用电安全稳定，如果电压不稳，则会造成居民在使用电器之时有安全隐患，轻则损坏居民用电设备，重则对居民的人身财产造成伤害;二是能够保证工业生产正常进行，稳定的电压可以确保工业设备正常运转，不会对设备造成损坏，如果电压不稳，则可能会使工业设备无法稳定运行，对企业造成重大经济损失。

1.2对满足电能输出供应需求有重要作用

随着社会经济的发展，社会需求对电力的需求越来越紧张，需求量飞速增高。一旦电能供应不能够满足社会发展日益增长的需要，社会经济就会呈现出发展迟缓现象，严重的甚至造成社会的瘫痪。加强电力系统电压质量及无功电压管理，对于提高电网的供应质量和输出质量，合理配置电力资源，改善电网输出效率，促进整个社会的正常运转具有重要作用。

1.3对于优化资源配置，保护社会环境有重要作用

电力资源作为能源资源，对我国经济社会发展有重要的影响。从总量上来说，我国电力资源的总量是非常丰富的，单由于我国人口众多，人均资源便非常紧缺。而且石油等资源已经处于枯竭等边缘，再加上大量的开采和使用，对整个社会环境造成了极大的污染。电力资源是可再生的资源，不进不仅能够满足社会所需，还能够对环境产生积极影响。加强电力系统电压质量及无功电压管理，能够合理地对资源进行优化配置，解决资源匮乏的难题，对社会环境的保护有积极影响。

2电压质量和无功电压管理现状

2.1配网无功电压的现状与不足

近年来，国家加大了对电网技术和设备的投入力度，增强了配电网架，提高了供电能力，使得在总体上电压质量有了很大提高。但是依然用电端电压质量的合格率依然不高，主要表现在用电端电压在不同季节、不同地区、不同时间段的电压合格率差异很大：一是城区负荷重区的无功电压不能平衡;二是高峰时间短无功盈余不多;三是农村的无功盈余过大[1]。

2.2电容补偿不合理

随着经济的发展和用电量的剧增，为了更好地改善低压电网的电压质量，增强配网的稳定和安全，减少用电损耗，所以使用无功补偿来稳定电压。当前无功补偿多为就地电容补偿，一般是指在系统中增加电容来改电源的使用效率，从而提高用电使用率。电容补偿可以通过电容在交流电路里将电压维持在较高的平均值，能够很好地改善电压的稳定性;并且对电流负载的`突发启动给予瞬间电流，减轻了对电网的冲击;此外，电容与电感特性相反，能顾起到补偿作用。但是应该明白的是，过度的和过少的电容补偿都会使电容补偿失去原本的作用，甚至会增加电路压力，造成电能的损耗，对于配网的稳定性也会有一定的影响。

2.3重视电压管理，忽视无功管理

浅谈永安地区电网无功电压管理 篇6

【关键词】无功电压管理；无功功率平衡；电压偏差；电压异常；AVC系统

1.无功电压管理：电压偏差

电压偏差是指电网运行状态的缓慢变化使电压发生偏移，其电压变化率小于每秒1%时的实际电压值与系统额定电压之差。我国规定电压允许偏差值如下：

（1）发电厂和500kV变电站的220kV母线，正常运行方式时，电压允许偏差为系统额定电压的0～10%；事故运行方式时为系统额定电压-5%～+10%。

（2）发电厂和220kV变电站的110～35kV母线正常方式时为相应系统额定电压的-3%～+7%，事故后为系统额定电压的±10%。

（3）用户受电端的电压允许偏差值如下：（1）35kV及以上用户的电压波动幅度应不大于系统额定电压的10%；（2）10kV用户为系统额定电压的±7%；（3）0.38kV用户为系统额定电压的±7%；（4）0.22kV用户为系统额定电压的+5%～-10%。

（4）发电厂和变电站的10（6）kV母线应使用户电压符合用户受电端的电压允许偏差的规定值。（带地区供电负荷的变电站和发电厂（直属）的10（6）kV母线正常运行方式下的电压允许偏差为系统额定电压的0%—+7%。）。

2.无功电压管理：影响电压的因素及调整措施

（1）系统电压是由系统潮流分布和系统设备参数决定的，影响系统电压的主要因素是：a）由于生产、生活、气象等因素引起的负荷变化；b）无功补偿容量的变化；c）系统运行方式的改变引起的功率分布和网络阻抗变化d）系统设备参数发生变化。

3.无功电压管理：无功控制与有功控制的差别

在交流输电系统中，有功功率和无功功率各有其特点，因此在控制上差别也较大：

（1）有功功率的发出与消耗比较集中，基本限于网络中各个发电厂和负荷点，网络上的损耗相对较小；而无功功率则不同，由于网络各个元件的电抗远大于电阻，因此各个元件上消耗的无功相对较大，另外由于存在线路的对地电容以及大量补偿用的并联电容器，所以无功功率的发出与吸收遍及网络的各个部分，具有极大的分散性。

（2）有功功率的平衡直接反映在电网的频率变化上，而电网各部分无功功率能否平衡将直接影响到各个部分的系统电压。

（3）在供电网中，因线路电抗占有主导地位，根据理论推导，可以近似认为网络中无功功率的流动取决于两点间电压相量的相位角差值；而有功功率的流动取决于两点间电压相量的幅值差。

4.无功电压管理：电网无功平衡的原则

电网无功平衡的原则是分层平衡和地区供电网络无功电力分区就地平衡。

5.无功管理：电压异常处理

5.1当电网电压异常降低时，值班调度员应采取以下措施进行调整

a）迅速增加发电机无功出力；b）投无功补偿电容器；c）设法改变系统无功潮流分布；d）条件允许降低发电机有功出力，增加无功出力；e）必要时启动备用机组调压；f）切除并联电抗器；g）确无调压能力时拉闸限电。

5.2当电网无功功率过剩、电压偏高时，值班调度员应采取以下措施进行调整

a）发电机高功率因数运行，尽量少发无功；b）部分发电机组进相运行，吸收系统无功；c）切除并联电容器；d）投入并联电抗器；e）控制低压电网无功电源上网；f）必要且条件允许时改变运行方式；h）调相机组改进相运行。

6.无功电压管理：无功补偿

（1）输电系统的无功补偿主要是为了控制电压，提高输电网络的最大功率传输能力和提高电力系统运行的稳定性；配电系统的无功补偿大多属于负荷的补偿，主要是控制无功，改善负荷的功率因数，改善电能质量。（2）电网中的无功电源有同步发电机、同步调相机、同步电动机、静电电容器、静止无功补偿器、新型无功发生器、高压架空线路和电缆线路的对地电容。（3）并联电容器是一种常用的无功补偿装置，在电力系统中得到了十分广泛的应用。永安电网自2007年以来，自坑边变、尼葛变10kV母线上新安装并联电容器以来，已有17座变电站相继安装并联电容器，改善了永安地区电网的无功电压管理水平新局面。（4）在确定并联无功补偿容量时应该注意以下问题：1）在不同功率因数的条件下，相同补偿容量的补偿效益是不相同的。通常情况下，将功率因数提高到0.95左右为好，体现合理补偿，取得最佳技术经济效益的原则。2）在轻负荷时不允许过补偿，否则由于无功补偿容量过大，会使功率因数超前，向电网倒送无功，是不经济的。

7.无功电压管理：电容器的故障处理

（a）事故情况下，全所失压后，必须将电容器的断路器断开：全所无电后，一般情况下应将所有馈线开关断开，因来电后，母线负荷为零，电压较高，电容器如不事先断开，在较高的电压下突然充电，有可能造成电容器严重喷油或鼓肚。（b）电容器组断路器跳闸后不准强送。（c）电容器熔断器熔断后，在未查明原因前，不得更换熔体送电。d）当电容器组发生下列情况之一者，应立即退出运行：

（1）电容器爆炸；（2）电容器喷油或起火； （3）瓷套管发生严重放电闪络；（4）接点严重过热或熔化；（5）电容器内部或放电设备有严重异常响声；（6）电容器外壳有变形膨胀。

8.无功电压管理：AVC系统

所谓AVC系统是自动电压控制系统的简称，英文为Automatic Voltage Control，是发电厂和变电站通过集中的电压无功调整装置自动调整无功功率和变压器分接头，使注入电网的无功值为电网要求的优化值，从而使全网的无功潮流和电压都达到要求。

目前永安地区AVC系统已涵盖了城区及各个35kV～110kV变电站，对各个变电站的所有有载调压主变及电容器进行自动控制，实现以下功能：

（1）通过AVC方案的实施，在优先满足110kV变电站110kV母线电压合格的前提下，进一步提高永安市区电网各变电站的35kV、10kV母线电压合格率，提高供电质量。

（2）充分利用现有的各种无功补偿设备，在保证全地区110kV变电站功率因数合格的前提下，降低电网的线损率。

（3）通过AVC系统对电网内的主变有载分接头及电容器进行自动调节和自动投切操作，减轻值班调度员和现场变电值班人员的工作量。

（4）通过AVC系统潮流计算，对如何调控地区各电厂的无功出力提出建议，供值班调度员参考调控。

9.总结

通过永安电网设备的合理配置，人员的监控意识不断提高，新设备、新技术的更新应用，使永安电网无功电压管理水平得到很大的提高。

【参考文献】

[1]丁书文.电力系统微机型自动装置.中国电力出版社，2006，1.

[2]张永健.电网监控与调度自动化.中国电力出版社，2009，5.

电网电压稳定与无功补偿研究 篇7

众所周知, 电压幅值是电能质量的重要评判标准, 如何保证电力系统各个电压节点的电压稳定是一个必须解决的重要问题。对于表征电能质量的另外一个重要指标———频率, 要想保证电网频率稳定在50 Hz, 一般可通过调整各台发电机的出力, 保证其转速为额定值即可, 也就是说频率与有功功率之间有着非常紧密的关系。而要想保持系统电压稳定必须要考虑一个重要的参数———系统的无功功率。

无功功率与有功功率一样, 在任何时候都要保证其发出量等于消耗量, 即:

式中, QG为无功功率源发出的无功功率量;∑QD为负荷消耗的无功功率量;∑QL为损耗的无功功率量。

当系统负荷增加时, 必须能够提供相应的无功以应对负荷的增长, 否则就会造成系统电压的下降。本文主要分析系统无功与电压之间的关系, 以及如何根据系统参数进行无功补偿以保证节点电压稳定。

1 系统无功/电压关系分析

要想了解无功功率平衡和电压之间的关系, 可以通过图1所示的简单电力系统进行分析。

用户节点电压值为:

其中电压损耗值 (忽略线路电阻值) 为:

由以上公式易知电压的损耗主要来自于线路上通过的无功功率, 要想稳定用户端的节点电压, 必须尽量减小线路上损耗的电压, 可通过降低线路上的无功功率来实现。但负荷所需的无功是一定的, 所以必须在负荷点就地进行无功补偿, 以保证负荷无功需求。

接着可以通过分析图2电力系统无功功率和电压静态特性曲线, 来研究无功功率和电压之间的具体关系。曲线1和曲线2分别表示系统负荷消耗的无功功率和电压之间的关系、电力系统发出的无功功率和电压之间的关系, 它们之间的交点A表示在此时刻系统发出的无功等于负荷消耗的无功, 节点电压稳定在UA。若系统负荷增加到1′而电力系统提供的无功不能相应增加, 无功功率仍能保持平衡, 但电压会下降到UA′。为了保证电压稳定在UA, 必须增加系统发出的无功功率保证负荷的需求, 即将曲线2提升至2′, 此时整个电力系统无功功率可在较高的水平保持平衡, 并且电压回升到UA。

由以上分析可知, 电力系统的无功功率总是要保持平衡的, 即系统发出的无功总是等于负荷消耗的无功。当系统的无功功率电源充足, 能够保证负荷不断变化的无功需求时, 电压能够保持在较高的水平;反过来, 若系统的无功电源不足, 即不能满足系统负荷的无功需求, 电压只能在较低水平保持平衡。

综合考虑图1和图2的分析结果, 可以得出这样一组结论: (1) 无功功率大小对电压值有着决定性影响; (2) 无功是造成电压损耗的主要原因; (3) 无功不足时适合就地进行补偿; (4) 需保持的电压值决定无功功率大小。

2 根据功率因数进行无功补偿

通过就地补偿无功功率的方法不但可以保证负荷的无功需求, 还可以减少变压器和线路上流通的无功功率, 从而降低电能损耗, 提高电网功率因数, 改善系统供电效率。

在实际操作时一般利用并联电容器组的方法进行无功补偿, 而电容器组的容量通过功率因数来判断 (包括补偿前的功率因数cosφ1和期望达到的补偿后功率因数cosφ2) 。计算方法如下:

这样就可以根据需要达到的功率因数来选择合适的电容器组进行无功补偿, 保证补偿效果最好。

为使补偿之后系统提供的无功功率能够恰好保证负荷的需求, 不出现欠补偿 (电压降低) 以及过补偿 (电压升高) 的现象, 可采用如图3所示的基于单片机的自动无功补偿装置进行电容投切, 保证无功功率平衡。

图3所示的无功补偿装置包括电流互感器、电压互感器、AT89S52单片机、LED显示屏、电容投切电路, 能够自动检测三相的电压和电流信号, 进行相位检测, 将相位差送给单片机进行分析, 单片机将相位差转变为对应的功率因数, 然后根据计算得到具体的无功补偿量, 来控制电容的投入容量。

此结构的无功功率补偿装置是一个简单的闭环计算机控制系统, 能够保证按需补偿无功功率, 满足负荷节点的无功需求, 使电压维持在额定水平。并且由于无功补偿是就地进行的, 这就最大程度地降低了线路上通过的无功, 减小了电能损耗, 提高了功率因数。

3 结语

通过本文分析我们了解到系统无功和节点电压之间有着非常重要的关系, 无功不足时电压无法维持在较高水平。为了补充无功并且减少线路上的无功流通量, 可在无功不足点就地安装自动无功补偿器进行补偿, 从而保证节点电压稳定, 并提高系统功率因数及电能利用率。

参考文献

[1]王兆安, 刘进军.电力电子技术[M].5版.北京:机械工业出版社, 2009.

[2]邹有明.现代供电技术[M].北京:中国电力出版社, 2008.

[3]董爱华.检测与转换技术[M].北京:中国电力出版社, 2007.

[4]赵新卫.中低压电网无功补偿实用技术[M].北京:电子工业出版社, 2011.

[5]罗安.电网谐波治理和无功补偿技术及装备[M].北京:中国电力出版社, 2006.

[6]艾永乐, 付子义.模拟电子技术基础[M].北京:中国电力出版社, 2008.

[7]李世林, 左强.无功补偿装置标准应用手册[M].北京:中国标准出版社, 2008.

[8]周邺飞, 赵金荣.电压无功自动控制软件及其应用[J].电力系统自动化, 2000 (9) .

[9]何大春.无功功率自动补偿控制系统的研究和设计[D].南京:南京理工大学, 2002.

浅谈电网电压质量与无功电力管理 篇8

关键词：惠州电网,电压,无功

1 前言

电压是电力系统电能质量的重要指标之一, 电压质量对电网稳定及电力设备安全运行、线路损失、工农业安全生产、产品质量、用电损耗和人民生活用电都有直接影响。而电压质量与无功是密不可分的, 电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡, 系统中无功电源出力应满足系统所有负荷和网络损耗的需求, 否则电压就会偏离额定值。当电压偏低时, 系统中的功率损耗和能量损耗加大, 电压过低时, 还可能危及系统运行的稳定性, 甚至引起电压崩溃;而电压过高时, 各种电气设备的绝缘可能受到损害, 通过合理无功补偿设备就能使我们的电能质量得到保证, 达到稳定运行的标准和满足用户的要求。

2 惠州电网的无功现状

2.1 基本情况

广东电网公司惠州供电局共有35kV及以上变电站127座, 其中500kV站4座, 220kV站21座, 110kV站92座, 35kV站10座。全网无功补偿设备装置概况为:500kV惠州站35kV电容器360.72 Mvar, 35kV电抗器405Mvar;500kV博罗站35kV电容器312.624Mvar, 35kV电抗器360Mvar;500kV祯州站35kV电容器180Mvar, 35kV电抗器120Mvar;500kV福园站35kV电容器300.6Mvar, 35kV电抗器240Mvar;在所有的220kV变电站中, 每站至少都有8组以上电容器, 共装设无功补偿装置容量共计1970.208Mvar。

2.2 无功配置原则和调整手段

惠州电网的无功补偿装置主要配置在变电站的35kV母线及l0kV母线上, 以就地补偿为原则, 力求实现无功功率的分区和就地平衡。具体的电压调节手段主要有以下几种形式:

(1) 变压器调压。它分无载调压和有载调压两种。无载调压即不带负荷调压, 切换分接头时必须先断开变压器高、低压两侧电源之后。和无载调压相比, 有载调压有着明显的优点, 它可以在不停电的情况下进行调整电压, 并且快速、平滑不影响供电可靠性。

(2) 利用并联电容器 (电抗器) 的投切进行调压。有载调压虽然灵活、调压幅度又大, 但在电网无功不足的时候, 它只能改变电压分布, 却不能提供 (吸收) 无功, 这一点正好可以由并联电容 (电抗) 来弥补, 投入电容器 (电抗器) 既增加 (减少) 了网络的无功, 同时又提高 (降低) 了网络电压。

(3) 调整运行方式来调压。这种调压方式通常比较少用, 一般到特殊保电时期, 比如到春节期间由于全网负荷偏低, 就需要调整电网运行方式, 保证全网电压合格率。

2.3 惠州电网各片区无功现状与存在问题

2.3.1 部分片区无功电源不足

在夏大方式下, 惠州仍有部分片区110kV层无功不能平衡, 且主要在于湖滨、仲恺、九潭、风田、雍园等重负荷区域, 而联丰片110kV层无功平衡能力较差, 无功盈余不多, 三栋、镇隆、金源、东澎片因有丰达、剑潭及白盆珠水电厂上网, 无功有所盈余, 但镇隆由于负荷较重, 且无功需求较大, 需增加丰达电厂无功处理, 否则分层无功不足。但由于丰达电厂今年机组长期不开机, 夏大运行方式下, 三栋、镇隆片将存在大量无功不足。

湖滨、仲恺、九潭、风田及雍园在110kV片区电容器全部投入下, 仍需经220kV主变下送无功来平衡, 而在实际运行中, 由于部分110kV无功电源配置不足、220kV变电站10kV电压偏高电容器无法投入、可投电容器投入率不高以及无功损耗等原因, 部分片区需从220kV主网吸收大量无功来达到平衡。

2.3.2 AVC及VQC装置作为调整电网无功潮流、保证变电站母线电压合格的重要工具, 实际上这些自动装置却并未发挥作用。原因如下:

这种自动装置的正常运行需建立在变压器的调压装置及无功补偿设备的完好基础上, 一旦变压器的调压装置及无功补偿设备损坏, 调压装置也无法起到作用。即使该站AVC装置已经启用, 但却无法实现调压。

在新变电站投运过程中, 由于各种原因, 通常把无功电压这部分工作量轻视了, 往往是变电站已经投运了, 而变电站无功自动控制装置仍未接线, 闲置一旁。

调压装置定值的设置不合理, 部分变电站的调压装置在电压已严重偏离合格范围的情况下依然没有动作, 造成这些变电站电压母线长期不合格, 影响用户的电能质量。

2.3.3 电压方面的管理工作抓得较多, 而无功方面的管理较弱, 在这种管理模式下, 只重视保证变电站10kV母线的电压合格率, 而忽视了电网无功功率的潮流分布, 无法做到电网的经济运行。

3 无功电源建设和管理建议

3.1 变压器调压装置及无功补偿设备的运行维护部门严格按周期对设备进行维护, 保证变压器调压装置的完好率及无功补偿设备的可投运率 (如惠台站、水北站) ;对于供电区域内无功不足同时又有空间隔的变电站, 应及时向有部门提出增补无功补偿装置的建议, 通过加装适当量的无功补偿装置, 或进行电容器扩容 (如公庄站、平山站) , 尽量做无功功率就地平衡, 减少无功功率在电网上的传输, 电网的运行更趋于经济性。

3.2 对于部分主变变低负荷过重, 而该变低无功补偿不足的主变, 建议变低电容器扩容或调度部门考虑转移该主变负荷, 降低无功需求 (如响水河站#3主变) 。

3.3 加强用户侧功率因数管理, 市场部门应督促用户维护好电容器组, 确保无功就地平衡, 尽量提高功率因数在0.95以上, 尤其是针对重负荷变电站所在片区。

3.4 市场部门应加快县区小水电直采, 提高小水电无功上网监控, 建议龙门县调加强小水电上网功率因数管理, 尽量提高功率因数, 降低小水电上网电压, 避免永汉等站的电压偏高。建议增加永汉站低压电抗器或更换变压器, 提高无功及电压调节能力。

3.5 部分片区已实现AVC控制, 且由于AVC控制策略为区域无功平衡, 涉及设备较多, 其运行状况好坏与电容器、主变调压设备完好及AVC功能是否齐全、定值设置是否合理、测控装置测量精度是否满足要求及通信通道是否可靠等因素关系密切, 应尽快完善AVC分析功能, 提高动作不正常或策略不合理等问题查找效率, 更好发挥AVC作用。建议南瑞应加强AVC功能对异常情况的分析和统计功能。

4 结束语

电力系统中无功功率是否平衡, 直接影响电压的质量。为保证电压质量, 满足用户的用电要求, 系统中必须有充足的无功电源备用。只有在保证主变调压装置、无功补偿设备及相关自动装置运行正常的基础上, 建立"点面结合, 自下而上"的管理模式, 树立经济指标, 人人有责的观念, 真正实现指标指挥工作, 才能真正改善供电质量, 减少损耗, 提高经济效益。

参考文献

[1]李坚.电网运行及调度技术问答 (2009) .[M]北京中国电力出版社.

电压与无功 篇9

1 配电自动化

配电自动化系统的功能基本有5个方面即配电SCADA、故障管理、负荷管理、自动绘图规范设理, 地理信息系统 (AM/FM/CIS) 和配电网高级应用。同一电网调度自动化系统, 配电网与配电自动化监控系统的数据采集, 但内容不同, 目的也不尽相同, 根据以下配电监控变电站配电网络和用户, 旨在提供基本的数据, 大问题。然而, 只有三的监控远程分布函数, 可以被称为配电自动化配电系统监控, 必须补充的基础上, 馈线自动化 (FA) 功能。馈线自动化的基本功能应包括馈线故障自动识别, 自动分离, 自动恢复。配电网故障诊断是一个复杂的问题, 根据实际情况和配电网的故障诊断方法和条件的差异, 不同的步骤。诊断方法应适用于单相接地故障, 两相故障, 单相接地故障相, 三相故障。使用范围的中性点不接地或小电流接地系统。为了完成功能大, 分布系统除了可以收集正常情况下料状态量, 也应在故障状态准确捕捉;除了手动遥控, 还应对接驳设备自动控制, 从而实现自动故障隔离和自动恢复。

2 配电网优化控制方法

为了减少干扰应急集中后的损失事故, 降低运营成本, 使系统不安全状态恢复到正常状态, 采取了一系列措施, 控制。如果系统处于紧急状态, 并防止事故扩大的被称为紧急控制, 使系统进入恢复状态。在恢复状态的系统, 需要采取的负荷转移和负载脱落和其他手段, 以尽可能多的损失负荷恢复供电。本文将侧重于恢复控制的网络重构, 电容器和综合优化方法。

2.1 配电网网络重构

配电网络重构是通过选择开关, 接触断路器的开闭状态, 改变网络的拓扑结构, 降低网络损耗, 负载平衡, 改善电压质量, 实现最优运行方式的目的。网络重构是一个复杂的问题, 它是网络结构的优化, 从一个数学模型, 属于非线性组合优化问题。如果系统的网络结构和电气条件允许的话, 每一个单一的故障, 将能够找到一个更可行的转换方案, 计划的多, 可能是一个粗糙的感觉系统的结构更加强大。

在没有接触断路器在配电网络重构是不存在的, 因此, 配电网络重构理论基础上的分销网络有一个环形结构, 开环运行网络。分布在网络中存在大量正常关闭分段断路器和一个常开触点的电路断路器, 负荷波动或故障原因, 每个接驳在轻载和重载之间转换, 配电网络结构使开幕式和闭幕式的交换平衡各分支之间的负载, 这不仅可以增加每个接驳稳定裕度, 消除过载, 提高其安全性, 而且还可以改善整体的电压质量, 降低网损, 提高了系统的经济效益。配电网络重构是一种约束, 非线性, 整数优化问题, 通常以网损最小为目标函数, 电压质量, 变压器容量为约束条件, 配电网络重构算法有很多, 最短路径等方法, 遗传算法, 支路交换算法, 计算快速穷举搜索法, 这些算法我们在处理目标函数, 在不同方面取得了一定进展, 但考虑到配电网络重构的优化网络控制的实践是唯一的一个方面, 在多目标决策下的优化, 还需要其他的优化目标, 约束, 所以这些网络重构算法在实际应用中也需要做一些调整。

2.2 电容器的投切

切换电容器一般配送网络优化, 主要功能是提高电能质量和降低网损, 电容器开关配电网络优化控制具有十分重要的意义。长期以来, 研究规划阶段的电容器优化配置的比较文学, 运行电容器优化投切的研究非常有限。后来, 许多学者在电容器的切换策略进行了大量的研究, 一些学者在配电网络模型进行了研究, 并给出了算法的进一步改进。

例如, 在中低压配电网的三相负荷, 是由于随机变化, 一般是不平衡的, 但大多数的电容器优化投切的研究是基于三相负荷平衡假设条件。三相负荷不平衡将导致供应点电压, 电流不平衡, 从而增加线路损耗, 同时停靠在供电点上的电机运行的不利影响。因此, 很多学者开始研究三相模型, 这是在配电网三相负载不平衡补偿方法, 也有一些文献中使用的电容器优化投切三相负荷模型的研究, 取得了较好的效果。

就优化方法而言, 不少文献和著作都介绍了各种各样的算法, 具体可以分为两类:数学模型的解析算法和优化问题的人工智能算法。前者主要有非线性规划、线性规划、整数规划、混合整数规划和动态规划等算法;后者有人工神经元网络算法、遗传算法、模拟退火算法、搜索法等现代启发式算法。解析算法迭代次数少, 收敛速度快, 但得到的往往是局部最优解。智能算法计算速度较慢, 但在全局最优性方面较好。在实际应用中, 采用解析类算法的相对多一点。

3 综合优化

如果你考虑的安全网络重构和电容器投切组合, 这是计划和安全的配电网络优化。配电网络重构是一个约束整数规划问题, 配电网电容器是一种非线性整数规划问题, 甚至当单独考虑的一个问题是非常复杂的, 如果他们是一起审议会更加复杂, 网络结构的优化影响电容器, 电容器和反过来影响网络结构的优化, 相互作用两者的。在一个大的分销网络, 有一个解决方案, 将综合优化问题分解成一个网络重构和电容器投切优化子问题, 对问题的交替迭代逐步逼近最优解。重建算法的优化过程, 得到每一个可行的改造方案, 根据负载, 电容器切换过程的基础上, 重建方案的综合优化方案, 然后根据目标函数的最优解的迭代, 不断逼近, 直到最后的可行方案, 这种配电网预防控制的综合优化方法, 由于所针对问题及求解过程的复杂性, 使得在线应用具有一定的困难, 一般用在离线的运行规划、安全性分析与调度当中。电容器采用基于遗传算法的投切方法进行计算, 在现有的补偿设备基础上, 以网损最小为目标, 在满足电压约束前提下, 使整个网络有功损耗最小。

结束语

配电网优化控制方法在理论上已经有许多控制的方法, 但在实际的应用过程中, 由于存在着许多不确定因素, 如环境因素、政府政策等, 最优化的结果很可能是个综合、折衷的结果, 而不是单个方面优化后的最佳结果。配电网的运行是多个指标的综合体现, 在具体的操作中, 可以考虑如何将这些约束条件进行简化处理, 并进行综合考虑, 从而达到配电网优化运行的目的。

摘要：配电网优化控制方法在理论上有许多控制方法, 但是在实际应用过程中, 因为有许多不确定因素, 简化了约束条件, 并进行综合考虑, 从而实现优化运行的目的。本文在配电自动化的基础上进一步阐述配电网优化控制的方法。

电压与无功 篇10

1 电压系统无功功率的平衡与调整的必要性

电力系统的电压需要经常调整, 如果电压偏移超过极限值时对电力系统本身及其用电设备都会带来不良影响, 这会在一定程度上使电力系统效率下降, 经济性变差, 当系统电压降低时, 各类负荷中占比重最大的异步电动机的转差率增大, 进而电动机各绕组中的电流将增大, 温升将增加, 效率将降低, 寿命将缩短, 同时同时电压过高, 照明设备寿命就会大大的下降, 影响绝缘, 因此电力系统中无功功率的平衡与电压调整就显得十分重要了。而电力系统中无功功率平衡原则就是按地区并按电压等级对无功电源和无功负荷进行平衡, 避免经长距离线路或多级变压器传送大量无功功率, 以降低电力网损耗, 实现经济运行。

2 无功功率平衡对电压的影响

在正常的情况下, 运行的电力系统, 要求电源的无功出力应时刻都同负荷的无功功率和网络无功损耗之和相等, 也就是说系统中的无功电源对系统中的电压的影响为当无功电源比较充足时, 就能很大程度上满足较高电压水平下的无功平衡需要, 系统就有比较高的运行电压水平, 但是当无功电源不足时就会造成运行电压水平偏低, 因此, 应该在保证额定电压的基础之上保持电力系统无功功率平衡, 然后根据要求选择必要的无功补偿装置。

3 电力系统中无功功率的平衡

电力系统中送电线路不仅仅能产生无功功率, 同时还能能消耗一定的无功功率, 因此只有电力系统中线路所产生的无功功率恰好与线路上所消耗的无功功率相互平衡时, 这是才能保证电力系统供电的质量。

电力系统中无功功率平衡的基本要求就是无功功率电源可能发出的无功功率应该大于或者至少等于负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗, 同时为了保证运行可靠性和适应无功负荷的增长, 系统必须配置一定的无功备用容量。同时电力系统中一般要求发电机接近于额定功率因数运行, 可按额定功率因数计算发电机所发出的无功功率, 此时如系统的无功功率能够平衡, 则发电机就保持有一定的无功备用, 其它的无功补偿装置按额定容量来计算其无功功率。在电力系统中当系统的无功功率电源比较充足时系统就能具有较高的运行电压水平, 但是当系统中的无功功率电源不足时就应该采取一些措施进行无功补偿。例如可以设置一些由电力电容器和可调电抗器组成的静止补偿器, 它可以根据母线电压的高低自动控制可调电抗器吸收的感性无功功率的大小, 从而控制装置发出或吸收的感性无功功率的大小, 进而达到稳定电压的目的。同时还可以采用将低压电容器组与电动机并接, 通过控制、保护装置与电机同时投切的方式进行无功补偿, 它具有电力系统中用电设备运行时, 无功补偿就会投入, 但是当用电设备停运时, 补偿设备也跟着退出, 不需频繁调整补偿容量的优点。同时还可以采用以无功补偿投切装置作为控制保护装置, 将低压电容器组补偿在大用户0.4k V母线上的补偿方式, 此种方式可以比较好地跟踪无功负荷变化, 运行方式灵活, 运行维护工作量小。

4 电力系统中电压的调整

在电力系统中无功功率平衡是电网管理的首要条件, 电压调整只是对变压器传输不同功率时引起电压变化的平衡, 但是当电力系统中的无功补偿和调节能力暂时还达不到理想程度的时候, 就应该采取别的措施进行电压的调整, 只有这样才能保证系统中所有的设备电压保持在容许极限内, 因此电压调整就成为电力系统有效与可靠运行的最重要的条件之一。在电力系统中经常采用的就是利用变压器分接头调压, 因为变压器低压绕组的额定电压是一定的, 因此只要改变高压绕组的分接头, 即可改变变压器的变比, 从而使变压器二次侧的电压得到调整, 但是这种电压调整方式一般仅用于具有停电条件的供给季节性用户的变电所, 或者具有多台变压器并列运行容许经常进行切投操作的变电所。除此之外还可以采用并联静止补偿器的方式进行电压的调整, 它反应比较快、谐波量比较小、准确度也比较高, 同时重量比较轻, 安装简便, 运行与维护费用比较低, 既可以户外布置, 也可置于变电所内, 还有它可以进行平滑无级调压, 因而调节性能好。

5 结语

电压是衡量电能质量的一个重要指标, 但是在电力系统的正常运行中, 用电负荷和系统运行方式是经常变化的, 由此引起电压发生变化, 不可避免地出现电压偏移, 同时无功功率的平衡直接影响到电力系统的稳定性, 因此必须要随地进行无功功率平衡与电压调整, 只有这样才能保证电力系统的稳定运行。

摘要：电压是衡量电能质量的一个非常重要的指标之一, 电压的波动超过允许范围对电力系统的影响很大, 因此保证供给用户的电压与其额定值的偏移不超过规定的数值是电力系统运行调整的基本任务之一。同时由于电力系统中节点比较多, 网络结构也比较复杂, 负荷分布十分的不均匀, 因此各节点的负荷在变动时就会引起各节点电压的波动, 其中电压的波动又是由于系统中无功功率的不平衡引起的, 系统中感性无功过剩就会引起电压升高, 感性无功不足就会使电压降低。所以, 电力系统的无功功率必须保持平衡, 这是维持电力系统电压水平的必要条件。本文重点分析了电力系统无功功率与电压调整方面的问题, 以供有关人士进行参考。

关键词：电力系统,无功功率,平衡,电压调整

参考文献

[1]汪颖翔, 冯炜, 王欣.浅议电力系统的无功功率和电压控制[J].大观周刊, 2011.

[2]张放.电力系统电压控制的原理[J].内江科技, 2006.

[3]纪彦国.无功功率平衡及优化补偿[J].中国科技博览, 2010.

[4]聂国星.基于电力系统无功功率与电压的调整探讨[J].中国科技信息, 2005.

电压与无功 篇11

[关键词]变电站；电压无功；自动控制系统；综合分析

一、总的功能

变电所可看做电力系统的一个元件，其电压水平和无功流动与系统是相互影响的，因此，在控制策略上VQC装置必须满足变电所调节电压及平衡无功的要求。同时，要服从系统运行的需要，执行调度控制中心通过远动信号的指令，发出动作信号或者闭锁信号。只有这样，VQC装置控制策略才算是完整的。有时由于系统电压过高或者过低，经过变电所内上述调整后系统并不一定能进入规定区域运行，这时装置应自动闭锁，并应向调度控制中心发出信号，调度控制中心可以通过远动信号来调节邻近变电所或上级变电所的潮流达到该所的控制目标；另一方面，有时系统为了达到某种目标，需要个别变电所在无功或电压上作出某种限度的牺牲，或者调度控制中心为了实现全区域潮流优化，最大限度地降低网损，也可以对VQC发出越级控制的指令。

二、参数设置

1.VQC装置可以使用在不同等级的变电站，所以需要对变电站电压等级、变压器台数、有载调压挡数、母线分段情况、电容器组数及控制开关的接线按要求进行配置。

2.系统设计成可选直接测量获取电压、电流等遥测量信息或与RTU通信获取电压、电流等遥测量信息。

VQC参数包括系统参数、VQC控制策略、主变压器基本参数、主变运行参数、无功定值、中端电压定值、低端电压定值、主变闭锁信息、电容器闭锁信息、电容器基本参数、母联参数以及主变调节时刻定义等。

三、数据输入、输出

VQC正常工作需要实时监测电力系统当前运行实时状态，根据电网当前实时状态决定控制策略。VQC自动装置需采集的数据包括遥测数据。

遥测数据包括：无功功率，变压器低压侧三相有功、无功功率，变压器高压侧三相电流，变压器低压侧三相电流，变压器低压侧谐波分量等。

通信数据包括：变压器有载调压的分接开关挡位接点状态，电容器开关、刀闸状态，电抗器开关、刀闸状态，主变一次侧开关、刀闸状态，主变二次侧开关、刀闸状态，主变即电容器和电抗器保护动作接点状态，母联开关、刀闸状态。

投切电容器属遥控输出，VQC装置需对每组电容器提供一对遥控输出接点与电容器开关连接，一个用于控分，一个用于控合。变压器有载调压属遥控，但多数变压器有载调压装置通过遥控实现，VQC装置需对每台变压器提供三个遥控接点与变压器有载调压装置连接，一个接点用于遥调升，一个接点用于遥调降，另一个用于急停。

四、接线识别

1.运行状态识别

对于双卷变的变电站，当高压侧和低压侧与母线均有连通时为变压器“运行”状态，当高压侧或低压侧与母线无连通时为变压器“停运”状态。对于三卷变的变电站，当中压侧或低压侧与母线有连通时为变压器“运行”状态，当中压测和低压侧与母线均无连通时为变压器“停运”状态。

2.运行方式识别

根据变电站内主变高中低压三侧的开关、高中低压母线母联开关的状态判断主变的运行方式。正常运行方式包括：高压侧并列、分裂运行，中压侧并列、分裂运行，低压侧并列、分裂运行；考虑了某一段母线退出运行或通过母联由另一主变供电的特殊方式。主变分裂母线之间有连通时为变压器“并联”运行方式，当低压侧母线之间无连通时为变压器“独立”运行方式。对于三卷变的变电站，当中压侧或低压侧母线之间有连通时为变压器“并联”运行方式，当中压侧和低压侧母线之间均无连通时为变压器“独立”运行方式。

当一个变电站有两台变压器时，除了分列和并列以外，还有一种运行方式是一台主变带两段母线。如果是两台三绕组的变压器，并列进行又分为三侧完全并列、高中壓两侧并列和高低压两侧并列。有些VQC装置仅仅把低压侧分段母联开关是否在合位作为判断两台主变是否并列的充分条件，这是不科学的。当主变高中压两侧并列，而低压侧分列运行时，此时VQC装置回误认为两台变压器是分列运行，分接头可同步调整，这便导致两台并列运行的变压器错挡。正确的方法应当是分别判断中压侧、低压侧是否并列，如果有一侧并列，即认为是并列；分别母联开关在合位仅仅是并列的必要条件，判断并列的充分必要条件是同一电压等级的两台主变总开关和分段母段开关都在合位。

五、自闭锁

闭锁问题是指VQC装置在检测并判断在变电所或系统异常以及装置本身出现异常的情况下，能及时停止自动调节，它也是VQC装置能否投运的最大问题。如果VQC装置没有完善的闭锁系统或闭锁速度达不到运行要求时，就会对变电所的安全运行带来严重威胁。VQC对于闭锁速度有很高要求。电容器保护动作、主变滑挡、PT断线等情况，均要求VQC及时响应，快速闭锁。例如电容器保护跳闸，若VQC不能及时闭锁，短时内使其开关再次合闸，则可能发生电容器带电荷合闸而爆炸，后果严重。对于复杂繁琐的VQC控制策略，即要求可靠闭锁，又要求快速闭锁。

六、人机界面

1.参数设置方便，对用户开放的参数要足够充分和全面。有关部门对变电所电压/无功的考核常常会有新的要求，有时甚至对峰谷时段的定义都会有变化。如果VQC参数不能方便设置，则会使用户都感到麻烦。

2.闭锁条件应能在人机界面中反映出来。VQC是一项涉及面颇广的自动化装置，变电所的许多异常和变化都会引起它的闭锁。如果VQC的闭锁情况和闭锁原因不能在人机界面上反映出来，则会使用户对它的闭锁分析变得十分困难。

七、远程维护

目前，许多变电站都是无人值班变电站，或变电站无专门运行维护人员。VQC的运行参数并不是一成不变的，随着电网系统的变化、变电站运行设备增减，VQC运行参数也要随之改变。另外，有些闭锁是只能够人工解除的，闭锁发生后，即使系统正常，VQC闭锁仍然存在，这时只能通过人工操作才能解除闭锁。如果VQC设备不能提供远程维护功能，当更改参数或人工解除闭锁时，只能派人到现场工作。

参考文献：

[1]李建中.变电站电压无功综合调节模糊控制研究[J].中国电力，1998（04）

[2]张小英，池瑞军，胡奉东，孙宏鹏.变电站电压无功综合控制策略的研究[J].湖北电力，2004（03）

电压与无功 篇12

随着经济的快速发展,社会对电力的需求日益增长,对电能质量的要求也越来越高,而电压是衡量电能质量的一项重要指标,因此,要保证大电网的安全稳定运行和经济运行,就必须高度重视和努力提高系统的电压稳定性。

1 无功功率对电压的影响

当电网传输功率时,电流在线路、变压器阻抗上产生的电压损耗ΔU为:

式中,ΔU'为线路补偿QC容量后的电压损耗,V;P、Q为线路传输的有功功率(kW)和无功功率(kvar);UN为线路额定电压,kV;R、X为线路电阻和电抗,Ω。

可见,电压的变化与无功功率的平衡状态有关,若发出的无功功率不能满足要求,则无功功率就处于不平衡状态,电压也会随之下降。纯感性负载只消耗无功功率,且用电设备(如变压器,输电线路,电动机等)多是感性负载,它们不仅要从电网中吸收有功用于做功,而且为保证电压稳定还要吸收足够的无功建立磁场,以便有功电能顺利传输,加之经济发展引起的负载增加,使无功补偿的需求越来越大。但是无限制地投入无功补偿装置,不仅增加经济成本,而且会使某些线路电压偏高,电压偏低的线路得不到有效补偿,因此,合理高效地利用无功补偿对稳定电力系统的电压将起到重要的作用。

2 自适应低电压保护

继电保护装置在电力系统或电气元件运行不正常时能及时地向运维人员发出告警信号,或在系统发生故障时能直接、迅速地向所控制的开关发出跳闸命令。因此技术上要求继电保护装置具有选择性、速动性、灵敏性和可靠性。

自适应继电保护在传统继电保护的基础上增加了自适应功能模块,能在系统发生故障或运行异常时,自动调节或改变各种保护功能整定值,以适应当前的电力系统运行工况。

传统电压速断保护普遍存在受系统运行方式变化影响的问题,因而系统必须在最小的运行方式下进行整定计算才能保证保护的选择性动作,其结果是其它运行方式下的保护动作性能(比如可靠性,灵敏性)变差,甚至会拒动或误动。因此,为了克服传统电压速断保护的缺点,引入自适应低电压保护,此保护能够根据当前运行方式下的等值阻抗自动进行整定计算,以获得最佳的可靠性。

下面以图1为例,对比传统和自适应低电压保护的可靠性。

传统低电压保护的整定值为:

自适应低电压保护整定值为:

K处发生故障时的电压为:

低电压保护动作的条件为:

式中,E、Um、Um,min分别为系统等值相电势、被保护线路的最低电压、最小运行方式下线路的最低电压;ZL、Zs、Zs,max分别为被保护线路的阻抗、系统等值阻抗、最小运行方式下的系统等值阻抗;Kreal为可靠系数,0

由式(1)、式(3)和式(4)可得传统的低电压保护动作范围为:

由式(2)～式(4),可得自适应低电压保护动作范围为:

Zs随系统运行方式而变,在最小的运行方式下,系统阻抗最大为Zs,max。比较式(5)、式(6)可以看出,自适应保护动作范围要大些,可靠性也随之提高。

3 多Agent系统(MAS)概念及特征

MAS是一个由N个具有多种功能特征的Agent组成的松散耦合计算机网络。这些Agent代表某种环境下的自治实体,具备问题求解方法、知识及不同的实现目标等,而且其自身的行为目标不受其它Agent的限制和影响,按照事先约定的语言和协议通信或协作可以解决各Agent之间的矛盾和顺利实现各自的目标。MAS中的每个Agent一般都具备自主性、交互性、适应性和自治性。

控制系统可分为组织层、协调层和执行层。

(1)组织层由中央调度控制Agent,负责协调与管理各站Agent。一旦某站发生故障或系统运行不正常,可以通过此层Agent进行分析并做出是否切断线路及合理分配无功等决策。

(2)协调层由各变电站Agent组成,负责监控各站内执行Agent的运行情况。各站Agent不仅要及时、准确地向组织层Agent报告本站故障或运行异常情况,而且必须及时响应上层发出的请求。

(3)执行层包括执行器Agent1和执行器Agent2。执行器Agent1负责本站各无功补偿装置的控制;执行器A-gent2负责本站各继电保护的控制。不仅每个执行器A-gent要向本站Agent实时发送自己所控制的设备的运行状态,实时响应本站Agent发出的请求,而且执行器Agent1与执行器Agent2要根据站内运行状态的变化,进行必要的相互通信与协作。

此系统增加MAS是为了利用MAS功能来实现对电力系统的智能控制,如图2所示。

4 基于MAS的继电保护与无功电压控制联合协调控制的模式

4.1 继电保护的不足

(1)继电保护最突出的缺陷就是当电力供不应求时,只能依照预先设定的整定值跳闸,不能保证重要用户用电,而无功补偿则可以弥补这一缺陷,缓解电力供需矛盾。

(2)电力系统发生大干扰时,为防止系统崩溃,可采用继电保护来快速切除故障线路或电气元件,但继电保护都是根据局部的、事后的信息来处理电力系统故障的,不能以全局的、事先的信息预测来分析系统的运行情况,因而不能保证电力系统安全、优质和经济运行。

(3)继电保护无法精确隔离故障设备,因此其动作的结果往往是一条或数条馈线上的负荷全部失电。

(4)继电保护是为切除故障元件或线路而发出跳闸命令,对系统进行无功补偿则可以弥补继电保护(局部的、事后的)跳闸故障线路给失电用户带来的经济损失。由于失电部分需要从别的线路馈电,当馈电线路满足不了需求时,就不得不继续寻求其它线路馈电或切断不太重要的用户,否则电压就不稳定,从而影响用电质量和系统的安全经济运行。故必须协调和合理利用系统无功资源,才能有效避免调度不当造成的不必要的经济损失。

(5)对于不能停止供电的负荷,在系统发生故障通过继电保护使断路器跳闸时,就必须采用备自投装置。但如果电压很低且未进行无功补偿,那么将无法传输电能或传输效率很低,因此这就需要在投入备用电源后,通过调节无功来保证电能传输率效。

4.2 联合协调控制的基本流程

基于MAS的联合协调控制流程如图3所示。

(1)状态参数Agent负责实时监控被保护的用电设备(如开关柜、线路)的参数变化,并将当前参数实时传送到整定值比较器Agent。

(2)当原有整定值Agent分析出系统发生故障运行异常时,比较器Agent将启动故障类型识别Agent。若判断为故障则立即启动常规保护Agent,使之动作跳闸;若判断为系统运行异常时,则通过站内Agent将信息传送到中央调度控制Agent的事故分析模块Agent。

(3)事故分析模块Agent根据异常运行数据,分析异常的具体原因(如负载变化、开关量开合、频率降低等),并将原因反馈到自适应模块Agent,再根据相应整定计算程序自动更新整定值。

(4)若负荷发生变化超过额定值,则投入无功装置A-gent;若为其它类型的不正常运行(如运行方式、系统振荡、发电机甩负荷等),则将保护整定值反馈到原有整定值Agent。

综上所述,可以综合利用无功补偿和继电保护各自的特点,来消除系统发生故障或异常运行时电压偏离额定值所带来的影响。

(1)异常运行:当电压还没有低到保护定值下限时,可进行无功补偿,使之恢复正常值;当电压低至保护定值下限时,可采用保护及时切断此线路,并分析事故的原因(如设备过负荷、系统发生振荡、系统频率降低、发电机甩负荷引起的过电压等),进而使电压得以恢复。

(2)线路或设备发生永久性故障:立即切断线路并启动备自投装置,然后由自适应保护模块对该备用线路进行分析,判断是否需要投入无功装置,以保证无功平衡。

4.3 联合协调控制的基本理论

(1)为了保证整个区域内配电网电压的稳定性,将自适应保护模块Agent嵌入到中央控制Agent内。此模块正常运行时只实时接收系统各站Agent的运行状态信息;当系统发生故障或运行不正常时,会向需要更新整定值的各站Agent发送整定值信息。

(2)经自适应保护模块Agent更新后的保护定值,在反馈到各站Agent的常规保护Agent后,不仅要适合本站,而且也要适合其它各站。

(3)某线路发生故障并跳闸后,其结构发生变化,此时应立即向中央控制发出故障信号,使自适应保护模块启动。此模块根据当前的运行方式,重新进行整定计算,经延时,将更新的定置反馈给该故障线路和其邻近线路(作为后备保护)。

(4)不允许因系统参数变化而不断更新整定值。因为负载时刻在变,整定值时刻更新,自适应模块一直运行在整定计算中,这样不仅会缩短模块寿命、降低性能、增加设备运行成本,而且整定值计算需要时间,更新后的整定值不可能是当前整定值。

(5)只在以下几种情况下需要更新整定值:①发生故障后;②系统发生异步振荡;③系统运行方式发生变化;④负荷变化使该线路电压超过当前允许的最大范围。

(6)若系统发生永久故障,则为了减少设备损坏,保证电压质量,必须立即启动常规保护,而不能启动自适应保护模块。

5 结束语