淺談變電站電壓無功控制（VQC）原理和實現(xiàn)方式

【摘要】闡述了變電站電壓無功控制的原理、策略、存在問題和實現(xiàn)方式；詳細(xì)分析了“九區(qū)圖法”的工作原理；提出了VQC裝置定值整定原則和運行方式的設(shè)定。

【關(guān)鍵詞】變電站；控制原理；九區(qū)圖；定值整定；運行方式

引言

作為電力系統(tǒng)的運行單位，要保證兩個目標(biāo)：1、保證供電質(zhì)量；2、降低系統(tǒng)損耗。為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，引入了電壓無功控制理論，并應(yīng)用在電力生產(chǎn)實踐當(dāng)中。

1、電壓無功控制（VQC）的原理和策略

1.1 電網(wǎng)中電壓無功控制的兩種方式

1.1.1通過調(diào)度中心集中控制：這種方式是根據(jù)全網(wǎng)的狀態(tài)進行優(yōu)化，進行優(yōu)化計算進而得出最優(yōu)解。這種方式可以得出全網(wǎng)的電壓無功的最優(yōu)解，并且可以進行安全性分析。較常用的算法有線性規(guī)劃、遺傳算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。

1.1.2通過就地調(diào)壓無功補償分散控制：這種方式基本以變電站為單位，進行本地控制。

1.2 VQC裝置原理簡介

1.2.1電力系統(tǒng)模型分析

在圖中有一個發(fā)電機，一段線路，一臺有載調(diào)壓的變壓器，一個等效的負(fù)荷。將系統(tǒng)等效成一個電壓源串接一個等效的LXT和理想變壓器上，帶一個等效阻抗為R+jX的負(fù)荷。

首先：研究無功對系統(tǒng)的影響

A.電壓的影響：由于無法確定R的負(fù)荷模型，假定R隨電壓變化⊿R對電壓的影響為相對小量。當(dāng)L與C恰好完全補償時，對阻抗的虛部為無窮大。這時阻抗大小為R。投電容器并不是可以無條件地升高電壓。由于電壓U是X的連續(xù)函數(shù)，在功率因數(shù)上升的過程中，假定系統(tǒng)的等效電抗LXT和R不變，如Q未倒送，電壓單調(diào)升高。

B.對發(fā)電機的影響：

發(fā)電機如運行在吸收無功的情況下，勵磁電流將減小，使發(fā)電機的功角曲線下移，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定，并易引起諧振過電壓。尤其對于就地優(yōu)化的方式，由于無法獲得系統(tǒng)的無功情況，如出現(xiàn)同時倒送無功的變電站，且倒送總和超過系統(tǒng)無功負(fù)荷總額，將使發(fā)電機運行在吸收無功的方式下。對系統(tǒng)穩(wěn)定不利。

因此，對于考慮用電容器作為調(diào)壓的手段：遵循以下原則：不向系統(tǒng)倒送無功。

1.2.2維持大系統(tǒng)的潮流：

在環(huán)網(wǎng)中，有的線路負(fù)荷比較重，較常見的做法是在樞紐變將高壓側(cè)分列，通過在中壓側(cè)并列的變壓器的中壓側(cè)交換功率，使并列的主變分接頭檔位錯開，使環(huán)網(wǎng)疊加環(huán)流電勢，支援負(fù)荷重的線路。

1.2.3閉鎖條件自行定義：

用戶在已有的容錯基礎(chǔ)上，可以任意添加閉鎖條件，甚至可以引入硬接點作為閉鎖條件。

1.2.4基于預(yù)測進行動作：根據(jù)系統(tǒng)的參數(shù)預(yù)測最優(yōu)的結(jié)果，根據(jù)結(jié)果進行控制。

1.3 電壓無功控制的九區(qū)圖法原理

調(diào)節(jié)電壓與無功的方法，最常見的有兩種：1.調(diào)整分接頭、2.投切電容器。由于電壓與無功是相互影響的兩個因素，如何更好地進行電壓無功優(yōu)化控制，采用九區(qū)圖法原理可以實現(xiàn)。九區(qū)圖法原理如下：

區(qū)域1：系統(tǒng)狀態(tài)為電壓低、功率因數(shù)低。在這種狀態(tài)下，投電容器將提高功率因數(shù)、并將升高電壓。調(diào)分接頭可升高電壓。

區(qū)域2：系統(tǒng)狀態(tài)為電壓合格、功率因數(shù)低。在這種狀態(tài)下，僅可考慮投電容器。

區(qū)域3：系統(tǒng)狀態(tài)為電壓高、功率因數(shù)低。在這種狀態(tài)下，如投電容器，電壓將升高，進一步破壞電壓不合格的程度。應(yīng)調(diào)分接頭降電壓。

區(qū)域4：系統(tǒng)狀態(tài)為電壓高、功率因數(shù)合格。在這種狀態(tài)下，考慮調(diào)整分接頭進行降壓。

區(qū)域5：系統(tǒng)狀態(tài)為電壓高、功率因數(shù)高。如有可切的電容器，并切電容器后功率因數(shù)向合格的方向調(diào)節(jié)，切電容器。否則調(diào)分接頭升壓。

區(qū)域6：系統(tǒng)狀態(tài)為電壓合格、功率因數(shù)高。在這種狀態(tài)下，僅可考慮切電容器。如有可切的電容器，并切電容器后功率因數(shù)向合格的方向調(diào)節(jié)，切電容器。

區(qū)域7：系統(tǒng)狀態(tài)為電壓低、功率因數(shù)高。在這種狀態(tài)下，如切電容器，電壓將降低，進一步破壞電壓不合格的程度。應(yīng)調(diào)分接頭升電壓。

區(qū)域8：系統(tǒng)狀態(tài)為電壓低、功率因數(shù)合格。在這種狀態(tài)下，考慮調(diào)整分接頭進行升壓。

區(qū)域9：系統(tǒng)狀態(tài)為電壓合格、功率因數(shù)合格。在這種狀態(tài)下，是運行目標(biāo)狀態(tài)。

強投區(qū)域：這個區(qū)域的特點是電壓低于電壓下限減ΔUQ，并且分接頭無法調(diào)節(jié)。如預(yù)測投入電容器后，不會向變壓器的電源側(cè)倒送無功，進行強投。

強切區(qū)域：這個區(qū)域的特點是電壓高于電壓上限加ΔUQ，并且分接頭無法調(diào)節(jié)。進行強切。

并列方式：可選擇自動判運行方式或手動判并列（選擇自動判并列的方式，并列條件需用戶確認(rèn)）。同時可以適應(yīng)單臺主變帶并列的其它并列的母線。

2.電壓無功控制（VQC）的實現(xiàn)方式

2.1 獨立組屏式VQC裝置。專門用于實現(xiàn)變電站VQC功能的成套裝置在電力系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。它集I/O單元和分析判斷功能于一體，相關(guān)閉鎖信號由相應(yīng)裝置的硬接點輸入，所需測量值由自己的采集單元采集。

2.2 軟件VQC?；谧冸娬咀詣踊到y(tǒng)的VQC其特點是：VQC運行軟件安裝在變電站后臺監(jiān)控計算機或掛在網(wǎng)上的獨立計算機上，所需的遙測量和遙信量由后臺提供。

3、VQC定值整定與設(shè)置

定值整定計算

需整定計算的項目有：變壓器容量、分接頭電壓調(diào)整率、電容器電壓調(diào)整率。

1.變壓器容量Capacity：

Capacity=U主變PT一次值×I主變CT一次值×√3

2.分接頭電壓調(diào)整率ΔU分接頭：

ΔU分接頭=（U高壓側(cè)分接頭檔位對應(yīng)的電壓最大值-U高壓側(cè)分接頭檔位對應(yīng)的電壓最小值）/（C分接頭檔數(shù)-1）

3.電容器電壓調(diào)整率ΔU電容器：

ΔU電容器=dU/dQ*Capacity電容器/UN

此項定值整定值比實際值大，可以避免強投強切時電容器投切反復(fù)動作。因此可選單條到電源最長的線路進行整定。也可實測后乘安全系數(shù)進行整定。

4、運行方式的設(shè)定

4.1 并列方式

4.1.1高壓側(cè)：如高壓側(cè)并列，將高壓側(cè)并列壓板投入。在中低壓側(cè)并列時分接頭將自動調(diào)節(jié)，如該壓板退出將根據(jù)是否保持檔位差進行調(diào)節(jié)。

4.1.2中低壓側(cè)：如定義自動判并列，則按運行的并列條件編好邏輯圖。

4.2單臺主變帶兩段以上的母線或兩臺主變帶三段母線，將退出的主變的允許自動調(diào)壓壓板退出。

5.電壓無功控制（VQC）需要注意的問題

VQC閉鎖問題。VQC閉鎖是指在系統(tǒng)異常的情況下，能及時停止自動調(diào)節(jié)。主要閉鎖條件有：主變保護動作；電容器保護動作；電容器異常；電容器退出運行；電壓互感器斷線；系統(tǒng)電壓異常；限值閉鎖；主變過負(fù)荷；主變滑檔；VQC軟件或VQC裝置故障。

6.結(jié)束語

本文對變電站電壓無功控制的原理進行了探討，并對實際工作中VQC的應(yīng)用和實現(xiàn)方式做了介紹。隨著綜合自動化水平的的提高，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的合理，開發(fā)一種符合國內(nèi)電力系統(tǒng)的，能夠更快更好的達到全網(wǎng)最優(yōu)調(diào)壓的VQC裝置，有待開發(fā)人員進一步努力。

參考文獻

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