變電所電壓和無功自動(dòng)調(diào)節(jié)判據(jù)的分析

董德安

摘 要：伴隨我國社會(huì)不斷建設(shè)，經(jīng)濟(jì)水平快速提高，促使電力系統(tǒng)的發(fā)展也在逐漸加快，電力系統(tǒng)的組成部分涉及到非常多的方面和領(lǐng)域，其中的變電所就是非常重要的一部分。變電所的主要功能就是針對(duì)電壓進(jìn)行改變，并進(jìn)行集中管理和分配，使人們能夠使用上更加安全，更加穩(wěn)定的電能。在變電所進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換時(shí)，采用無功自動(dòng)調(diào)節(jié)方式能夠有效提高電壓的質(zhì)量，減小配電線路的損耗程度，這不僅有效提高了電力系統(tǒng)的現(xiàn)代化、智能化、自動(dòng)化水平，而且也為電力企業(yè)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本篇文章就是針對(duì)變電所電壓和無功自動(dòng)調(diào)節(jié)判據(jù)進(jìn)行簡要的分析和研究，希望對(duì)我國電力產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展增添一份力量，促進(jìn)中國社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)。

關(guān)鍵詞：變電所；電壓；無功自動(dòng)調(diào)節(jié)；判據(jù)

電力系統(tǒng)中的變電所非常關(guān)鍵，其能夠?qū)⒏邏弘娕c低壓電進(jìn)行轉(zhuǎn)換，只有將電壓轉(zhuǎn)換成低壓電，才能夠供人們正常使用。在過去的很長一段時(shí)間里，變電所的電壓和無功調(diào)節(jié)工作完全是由工作人員進(jìn)行控制的，這樣不僅浪費(fèi)過多的人力成本，而且還容易出現(xiàn)偏差，這就會(huì)造成電力企業(yè)的綜合效益不斷降低，影響進(jìn)一步發(fā)展進(jìn)步。隨著先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)，自動(dòng)化技術(shù)逐漸應(yīng)用在電力系統(tǒng)之中，變電所電壓和無功調(diào)節(jié)也逐漸實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，這不僅有效節(jié)約了人力成本，保證了電壓和無功調(diào)節(jié)的精準(zhǔn)性，同時(shí)也為電力企業(yè)創(chuàng)造了更多的效益，為電力系統(tǒng)在未來的發(fā)展打牢了基礎(chǔ)，為電力系統(tǒng)更加智能化、現(xiàn)代化、自動(dòng)化提供了途徑。

1.電壓無功綜合調(diào)節(jié)判據(jù)的綜述

1.1按母線電壓和功率因數(shù)復(fù)合控制

這種判據(jù)能夠通過兩個(gè)方法進(jìn)行判斷，首先是將母線電壓作為主體，不去對(duì)功率因數(shù)進(jìn)行考慮，這樣一來，電壓符合標(biāo)準(zhǔn)就行，如果母線電壓不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，按照兩者的具體性質(zhì)采取自動(dòng)投切控制。其次，是將母線電壓與功率因數(shù)共同作為判斷依據(jù)，也就是說就算母線電壓符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如果功率因數(shù)方面符合標(biāo)準(zhǔn)，就進(jìn)行自動(dòng)投切，反之同理。第一個(gè)判據(jù)雖然對(duì)無功補(bǔ)償效果進(jìn)行了一定的思考，但是存在一定的問題，就是在特定的情況下，無功補(bǔ)償會(huì)判斷失誤，最終導(dǎo)致無功補(bǔ)償?shù)男Ч浅２?。第二個(gè)判據(jù)中的功率因數(shù)并不能夠?qū)?shí)際無功進(jìn)行展現(xiàn)，可以說母線電壓和功率因數(shù)之間的判據(jù)有著一定的出入，這會(huì)造成無功補(bǔ)償設(shè)備非常頻繁的投切操作[1]。

1.2按母線電壓和晝夜時(shí)間復(fù)合控制

按照電力系統(tǒng)中的變電站每天的負(fù)荷量制定相關(guān)曲線，并根據(jù)時(shí)間段對(duì)負(fù)荷曲線進(jìn)行分割，按照每個(gè)時(shí)間段的負(fù)荷曲線針對(duì)母線電壓及無功功率實(shí)際要求對(duì)具體的運(yùn)行程序進(jìn)行匯編，從而完成并聯(lián)補(bǔ)償電容器的自動(dòng)調(diào)節(jié)控制。這種方法僅僅適用于每天的負(fù)荷量變化非常平穩(wěn)的變電站，而且伴隨季節(jié)變化其也需要進(jìn)行一定的變化，即對(duì)電壓和無功調(diào)節(jié)進(jìn)行改變[2]。

1.3按母線電壓和無功功率復(fù)合控制

按母線電壓和無功功率綜合控制就是利用電壓、無功兩個(gè)判別量對(duì)變電站電壓、無功進(jìn)行綜合調(diào)節(jié)，以保證電壓在合格范圍內(nèi)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)無功基本平衡。按電壓、無功限值整定方式綜合控制時(shí)，電壓、無功調(diào)節(jié)邊界圖如圖1所示。

從圖1中的顯示情況我們能夠非常直觀的看到，當(dāng)運(yùn)行的0區(qū)域的時(shí)候，其才符合電壓和無功的上下限要求，如果運(yùn)行出0區(qū)域，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出相應(yīng)的指令，進(jìn)行投切操作，將其帶回0區(qū)域。電壓的上限和下限是按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置的，為使電壓可逆，同時(shí)增加了逆調(diào)系數(shù)，通過計(jì)算能夠得到其上下限的取值。無功上限和下限是按照電容器的相關(guān)參數(shù)設(shè)置的，Q上限為無功過剩，反之為無功不足[3]

2.模糊邊界的無功調(diào)節(jié)判據(jù)

上文中的判據(jù)方法克服了單以電壓作為調(diào)節(jié)判據(jù)所造成的無功補(bǔ)償效果差的缺陷，基本消除了電壓、功率因數(shù)作為調(diào)節(jié)判據(jù)所造成的并聯(lián)補(bǔ)償電容器頻繁投切現(xiàn)象，是較為理想的判別方法。模糊邊界的無功調(diào)節(jié)判據(jù)為電壓邊界固定，無功邊界與電壓成線性相關(guān)即無功缺額較大時(shí)，無功邊界下限值隨著電壓的升高而線性增大；無功缺額較小或?yàn)樨?fù)值時(shí)，其隨電壓下降而增大[4]。無功功率變化對(duì)系統(tǒng)電壓的影響可近似由下式表示：

ΔU/U0=ΔQ/Ssc（1）

式中U0為無功功率等于0時(shí)的母線電壓；Ssc為系統(tǒng)短路容量.可見，無功功率的變化將引起電壓成比例的變化。根據(jù)這一基本原理，針對(duì)電容器投切判據(jù)可建立數(shù)學(xué)模型：

Qct=（Un-U）α1/Un+Qα2/Q0（2）

式中，Un為標(biāo)準(zhǔn)電壓，U為實(shí)時(shí)電壓；Q0為每組電容器的容量，Q為實(shí)時(shí)無功功率；α1，α2為權(quán)重系數(shù)；Qct為電容投入的判別量.假設(shè)U=Un，Q≥1.5Q0則可投入一組電容器；U=1.05Un，Q≥2Q0也可以投入一組電容器，并設(shè)投入一組電容器的動(dòng)作條件為Qct≥1。將上述條件代入式（2）可得：

（Un-Un）α1/Un+1.5Q0α2/Q0=1

（Un-1.05Un）α1/Un+2Q0α2/Q0=1

解此方程組可得：α1=20/3，α2=2/3

因此可得一組電容器的動(dòng)作判據(jù)：

Qct=20（Un-U）/3Un+2Q/3Q0≥1（3）

為防止電容器過補(bǔ)償，再增設(shè)電容投入輔助判據(jù)Q≥Q0。

根據(jù)上述無功投切判據(jù)，可將電壓、無功平面劃分為如圖2所示的9個(gè)區(qū).無功邊界變成了與電壓線形相關(guān)的直線，其斜率與設(shè)定條件有關(guān)。

從圖2可以看出，在Δabc區(qū)域中，電壓U大于標(biāo)準(zhǔn)電壓Un，小于U上限，若按照原Q下限，則需要投入電容，這將使電壓U更加偏離Un，且有可能超過U上限進(jìn)入2區(qū)，引發(fā)電壓調(diào)節(jié)。在Δcde區(qū)域中，電壓U低于標(biāo)準(zhǔn)電壓Un，接近U下限，此時(shí)無功缺額也接近原Q下限，若遇負(fù)荷或電壓波動(dòng)，可能導(dǎo)致電壓低于U下限進(jìn)入5區(qū)，引起電壓調(diào)節(jié)。按照新Q下限，Δcde已進(jìn)入3區(qū)，可投入電容，投入電容將使電壓遠(yuǎn)離下限而接近標(biāo)準(zhǔn)電壓，避免了一次不必要的電壓調(diào)節(jié)[5]。該調(diào)節(jié)判據(jù)可以在保持無功補(bǔ)償效果和無功調(diào)節(jié)次數(shù)不變的情況下，有效地減少有載分接開關(guān)的調(diào)節(jié)次數(shù)，延長有載分接開關(guān)使用壽命，并提高了電壓質(zhì)量。

3.結(jié)語

眾所周知，變電所是電力系統(tǒng)中必不可少的重要組成部分，上文中針對(duì)電壓和無功自動(dòng)調(diào)節(jié)判據(jù)進(jìn)行了簡要的分析，這個(gè)判據(jù)能夠在無功補(bǔ)償效果不變以及無功調(diào)節(jié)次數(shù)一定的基礎(chǔ)上，對(duì)有載分接開關(guān)的調(diào)節(jié)次數(shù)進(jìn)行降低，這樣就能夠有效提高有載分接開關(guān)的使用年限。本人針對(duì)該判據(jù)研發(fā)出的新型變電站電壓無功微機(jī)綜合控制設(shè)備進(jìn)行了分析，該設(shè)備的使用性能良好，有效解決了人工調(diào)節(jié)過程中可能出現(xiàn)的失誤、不及時(shí)等問題，提高了變電所電壓和無功調(diào)節(jié)的綜合效率，降低了電力企業(yè)的投入成本。因此，在今后的電力系統(tǒng)中，應(yīng)大力推廣和應(yīng)用電壓和無功自動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)備，從而促使我國電力系統(tǒng)的整體都更加自動(dòng)化、智能化和現(xiàn)代化。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉璐，耿華，馬少康，朱國榮，劉鐘淇.低電壓穿越過程中DFIG型風(fēng)電場同步穩(wěn)定及無功電流控制方法[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào).2017，16（15）：110-111.

[2]王寧，高朋，賈清泉，孫玲玲，白鈺.光伏并網(wǎng)系統(tǒng)參與電壓調(diào)節(jié)的有功和無功協(xié)調(diào)控制策略研究[J].電工電能新技術(shù).2017，03（08）：187-189.

[3]張金霞.發(fā)電機(jī)的無功出力服務(wù)分析[J].青海大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）.2002，10（04）：222-223.

[4]張明軍，厲吉文，王連文.新型變電站電壓無功微機(jī)綜合控制裝置[J].山東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào).2001，04（06）：336-337.

[5]厲吉文，潘貞存，李紅梅，寧文怡，蓋其慶.變電所電壓和無功自動(dòng)調(diào)節(jié)判據(jù)的研究[J].中國電力.1995，05（07）：187-188.