基于二十一區(qū)圖的農(nóng)網(wǎng)變電站無功優(yōu)化控制策略研究

于泓等

摘要：闡述農(nóng)村配電網(wǎng)變電站中無功優(yōu)化的重要性，同時指出農(nóng)村配電網(wǎng)變電站無功控制策略缺乏全局性觀念，在此基礎(chǔ)上利用二十一區(qū)圖控制策略，并制定二十一區(qū)圖參數(shù)整定方法。該控制策略加強了在極端運行的方式下變壓器兩側(cè)配電網(wǎng)之間的協(xié)調(diào)控制，可作為常規(guī)運行方式下的有益補充。

關(guān)鍵詞：控制策略；變電站；無功優(yōu)化；二十一區(qū)圖

中圖分類號：TM761.1 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）10-0028-03

農(nóng)村配電網(wǎng)變電站低壓側(cè)傳輸、分配、用電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，運輸線路長，自動化水平較低，供電能力較差，功率因數(shù)較低，造成輸電電流增大，電器設(shè)備、線路等有功損耗急劇增加，用戶側(cè)端電壓壓降增大。利用補償策略的優(yōu)化，可以減輕上述現(xiàn)象。

十七區(qū)圖和九區(qū)圖的優(yōu)化控制策略在現(xiàn)今的農(nóng)村配電網(wǎng)變電站中采用較普遍，其優(yōu)化控制目標(biāo)主要是利用有載調(diào)壓變壓器的檔位調(diào)整和變壓器低壓側(cè)無功補償裝置的投切來保證變壓器高壓側(cè)的功率因數(shù)（或無功）及變壓器低壓側(cè)（電動機端）的電壓在合格范圍內(nèi)，但是對高壓側(cè)的電壓水平卻沒有考慮。當(dāng)變壓器高壓側(cè)的電壓在極端方式運行中出現(xiàn)了偏高或者偏低的現(xiàn)象時，如果仍然采用上述變電站優(yōu)化控制策略，則不能充分利用低壓側(cè)剩余的無功資源來改善高壓側(cè)的無功電壓水平。因此，如何在保證變壓器高壓側(cè)的無功功率合格，且保證變壓器低壓側(cè)的電壓水平合格的同時，還能充分利用低壓側(cè)的無功資源、適應(yīng)運行在極端方式下的兩側(cè)電網(wǎng)的調(diào)控需求，成為運行在極端方式下的優(yōu)化控制策略調(diào)整的新目標(biāo)。

1 配電網(wǎng)變電站電壓無功控制規(guī)律

農(nóng)村配電網(wǎng)變電站的等值電路圖如圖1所示。調(diào)節(jié)變壓器低壓側(cè)的電壓，主要利用主變壓器的分接頭來實現(xiàn)。調(diào)節(jié)通過變壓器的功率因數(shù)cosφ（即總無功功率），主要利用電容器的投切來實現(xiàn)。

農(nóng)村配電網(wǎng)變電站電壓無功控制的規(guī)律為：1） 主變壓器分接頭的調(diào)節(jié)。當(dāng)升高降壓變壓器的檔位時，變壓器變比k會升高，U2就增加，總無功功率Q就增加，所以cosφ會減少；當(dāng)降低降壓變壓器的檔位時，變比k會減少，U2就減少，總無功功率Q就減少，所以cosφ會增加。2） 并聯(lián)電容器組的投切。當(dāng)投入并聯(lián)電容器組時，容性無功功率QC增加，U2就會增加，總無功功率Q就減少，所以cosφ增加；當(dāng)切除并聯(lián)電容器組時，容性無功功率QC減少，U2就減少，總無功功率Q就增加，所以cosφ減少。

2 基于變壓器兩側(cè)的二十一區(qū)圖優(yōu)化控制策略

2.1 控制策略

當(dāng)變電站高壓側(cè)母線電壓越高，代表上級電網(wǎng)的無功功率越充足，相應(yīng)地允許下級電網(wǎng)吸收的無功就越大，而且有時為了緩解高壓側(cè)電網(wǎng)電壓過高的現(xiàn)象，希望低壓側(cè)電網(wǎng)能夠吸收一定的無功；而當(dāng)變電站高壓側(cè)母線電壓越低，代表上級電網(wǎng)的無功功率越缺乏，相應(yīng)地需要下級電網(wǎng)上送的無功就越大。根據(jù)上面提出的兩種電網(wǎng)調(diào)控不佳的現(xiàn)象可以知道，現(xiàn)有的變電站電壓無功優(yōu)化控制策略缺乏全局觀念，對于高壓側(cè)電網(wǎng)沒有形成無功支援是其根本原因。所以有研究者在十七區(qū)圖控制策略的基礎(chǔ)上，提出了二十一區(qū)圖的控制策略，在原來的9區(qū)中重新劃分成9區(qū)、18～21區(qū)，其劃分原則是：在當(dāng)前的運行點處，如果變壓器的高壓側(cè)電壓過低或者過高時，再投入一組電容器或電抗器后，運行點變壓器的低壓側(cè)電壓和高壓側(cè)的無功功率均不越限。二十一區(qū)圖劃分如圖2所示，二十一區(qū)圖具體控制策略見表1。

二十一區(qū)圖的改進特點在于9區(qū)、18區(qū)、19區(qū)的優(yōu)化控制策略與變壓器高壓側(cè)的電壓相結(jié)合起來，當(dāng)運行點位于18區(qū)，并且變壓器高壓側(cè)的電壓VH>VHH時，說明此時的高壓側(cè)電網(wǎng)無功功率富裕，需要低壓側(cè)電網(wǎng)吸收一定的無功功率，若此時再投入一組電抗器的話，移動后的運行點處變壓器低壓側(cè)的電壓和變壓器高壓側(cè)的無功仍然是合理的。

當(dāng)運行點位于19區(qū)，并且變壓器高壓側(cè)的電壓VHVHH時，說明此狀態(tài)下的高壓側(cè)電網(wǎng)無功功率過剩，需要低壓側(cè)電網(wǎng)吸收一定的無功功率，若此時再投入一組電抗器，移動后的運行點處變壓器低壓側(cè)的電壓和變壓器高壓側(cè)的無功功率仍然是合理的；若同時變壓器高壓側(cè)的電壓VH

二十一區(qū)圖在保證農(nóng)村配電網(wǎng)電機端電壓和變壓器高壓側(cè)的無功功率都合格的基礎(chǔ)上，根據(jù)變壓器高壓側(cè)的電壓水平來確定低壓側(cè)電網(wǎng)是否需要投切無功補償裝置來支援高壓側(cè)電網(wǎng)，增強了高、低壓側(cè)電網(wǎng)之間的協(xié)調(diào)控制，能充分利用低壓側(cè)電網(wǎng)的無功資源來改善高壓側(cè)電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，并反過來改善低壓側(cè)電網(wǎng)的電壓質(zhì)量。

2.2 參數(shù)整定

農(nóng)村配電網(wǎng)35 kV變電站是農(nóng)村配電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化控制所關(guān)注的重要對象，在此參數(shù)整定上主要討論農(nóng)村配電網(wǎng)35 kV變電站中的應(yīng)用。35 kV變電站，一般選擇10 kV側(cè)作為目標(biāo)母線電壓，以保證電動機端電壓合格?？紤]到電壓的波動，目標(biāo)母線電壓上、下限的選取，一般在考核范圍的基礎(chǔ)上浮動0.5 kV左右，具體根據(jù)實際情況確定。

當(dāng)采用電壓—功率因數(shù)控制模式時，按照目前國家電網(wǎng)的參數(shù)整定方法，變壓器高壓側(cè)功率因數(shù)上、下限的取值，需要由高壓側(cè)35 kV的電壓變化來確定，具體的對應(yīng)關(guān)系見表2。

高壓側(cè)電壓上、下限值的整定同電壓—無功功率控制模式下的整定方法。在應(yīng)用電壓—無功功率的控制模式時，二十一區(qū)圖的參數(shù)整定既包括變壓器高壓側(cè)無功的上、下限整定和變壓器低壓側(cè)電壓的上、下限整定，又包括變壓器高壓側(cè)電壓上、下限值的整定。為了使高壓側(cè)電壓高于上限或低于下限時無功補償裝置能夠投入，一般將無功上、下限的整定范圍定得稍寬一些，具體整定方法見表3。

表3中：NC為變電站的電容器組數(shù)；QC為單組電容器的容量；NL為變電站的電抗器組數(shù)；QL為單組電抗器的容量；M為裕度指標(biāo)，一般取1.0～2.0；VHH和VHL的取值將由變電站的實際工作情況和負荷情況來確定。

3 結(jié)論

本研究從農(nóng)村配電網(wǎng)含有大量的電感性負荷，需要優(yōu)化無功功率補償方式入手，采取變電站無功優(yōu)化二十一區(qū)圖控制策略進行控制。該控制策略能夠有效地適應(yīng)變壓器高壓側(cè)電壓偏高或偏低的極端運行方式下電壓無功優(yōu)化控制需求，可以作為常規(guī)運行方式下的有益補充。并對二十一區(qū)圖控制策略應(yīng)用于農(nóng)村配電網(wǎng)35 kV變電站的界限參數(shù)進行研究，制定出電壓—無功功率和電壓—功率因數(shù)兩種模式下的二十一區(qū)圖參數(shù)整定方法。

參考文獻

[1] 戴憲濱，王剛.變電站電壓無功控制策略的探討[J].沈陽工程學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2006，2（2）：144-146.

[2] 翟偉芳.基于上下層電網(wǎng)協(xié)調(diào)的變電站電壓無功控制策略研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2012.

[3] 王建學(xué)，陳晨，陳藝華，等.基于變電站九區(qū)圖調(diào)節(jié)的地區(qū)電網(wǎng)分層無功優(yōu)化[J].陜西電力，2007（11）：6-9.

[4] 鄒清源，劉志彬，侯芳.基于十七區(qū)圖的電壓無功控制策略研究[J].江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2010（2）：19-21.

[5] 李啟峰.廣東電網(wǎng)省地電壓調(diào)控失配的博弈分析及其機理研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2012.

[6] 孫亮.變電站電壓無功自動控制策略與系統(tǒng)設(shè)計[D].天津：天津大學(xué)，2010.

Abstract： The article expounds the importance of reactive power optimization of substations in rural power distribution network. Meanwhile， it points out that the reactive power control strategy of substations in rural power distribution network is lacking of overall concept， and base on this， it makes the method of parameter tuning of twenty-one district circuit diagram. The control strategy strengthens the coordination control between power distribution network of transformers' sides under extreme running， it can be used as useful complement to the normal operation mode.

Key words： control strategy； substation； reactive power optimization； Twenty-one district circuit diagram

表3中：NC為變電站的電容器組數(shù)；QC為單組電容器的容量；NL為變電站的電抗器組數(shù)；QL為單組電抗器的容量；M為裕度指標(biāo)，一般取1.0～2.0；VHH和VHL的取值將由變電站的實際工作情況和負荷情況來確定。

3 結(jié)論

本研究從農(nóng)村配電網(wǎng)含有大量的電感性負荷，需要優(yōu)化無功功率補償方式入手，采取變電站無功優(yōu)化二十一區(qū)圖控制策略進行控制。該控制策略能夠有效地適應(yīng)變壓器高壓側(cè)電壓偏高或偏低的極端運行方式下電壓無功優(yōu)化控制需求，可以作為常規(guī)運行方式下的有益補充。并對二十一區(qū)圖控制策略應(yīng)用于農(nóng)村配電網(wǎng)35 kV變電站的界限參數(shù)進行研究，制定出電壓—無功功率和電壓—功率因數(shù)兩種模式下的二十一區(qū)圖參數(shù)整定方法。

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[5] 李啟峰.廣東電網(wǎng)省地電壓調(diào)控失配的博弈分析及其機理研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2012.

[6] 孫亮.變電站電壓無功自動控制策略與系統(tǒng)設(shè)計[D].天津：天津大學(xué)，2010.

Abstract： The article expounds the importance of reactive power optimization of substations in rural power distribution network. Meanwhile， it points out that the reactive power control strategy of substations in rural power distribution network is lacking of overall concept， and base on this， it makes the method of parameter tuning of twenty-one district circuit diagram. The control strategy strengthens the coordination control between power distribution network of transformers' sides under extreme running， it can be used as useful complement to the normal operation mode.

Key words： control strategy； substation； reactive power optimization； Twenty-one district circuit diagram

表3中：NC為變電站的電容器組數(shù)；QC為單組電容器的容量；NL為變電站的電抗器組數(shù)；QL為單組電抗器的容量；M為裕度指標(biāo)，一般取1.0～2.0；VHH和VHL的取值將由變電站的實際工作情況和負荷情況來確定。

3 結(jié)論

本研究從農(nóng)村配電網(wǎng)含有大量的電感性負荷，需要優(yōu)化無功功率補償方式入手，采取變電站無功優(yōu)化二十一區(qū)圖控制策略進行控制。該控制策略能夠有效地適應(yīng)變壓器高壓側(cè)電壓偏高或偏低的極端運行方式下電壓無功優(yōu)化控制需求，可以作為常規(guī)運行方式下的有益補充。并對二十一區(qū)圖控制策略應(yīng)用于農(nóng)村配電網(wǎng)35 kV變電站的界限參數(shù)進行研究，制定出電壓—無功功率和電壓—功率因數(shù)兩種模式下的二十一區(qū)圖參數(shù)整定方法。

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[5] 李啟峰.廣東電網(wǎng)省地電壓調(diào)控失配的博弈分析及其機理研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2012.

[6] 孫亮.變電站電壓無功自動控制策略與系統(tǒng)設(shè)計[D].天津：天津大學(xué)，2010.

Abstract： The article expounds the importance of reactive power optimization of substations in rural power distribution network. Meanwhile， it points out that the reactive power control strategy of substations in rural power distribution network is lacking of overall concept， and base on this， it makes the method of parameter tuning of twenty-one district circuit diagram. The control strategy strengthens the coordination control between power distribution network of transformers' sides under extreme running， it can be used as useful complement to the normal operation mode.

Key words： control strategy； substation； reactive power optimization； Twenty-one district circuit diagram