變電站電壓無功控制策略研究

王寶權(quán)

（中核霞浦核電有限公司，寧德 352000）

1 引言

作為衡量電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，當(dāng)電壓值偏離正常值一定范圍后，不僅會影響用電設(shè)備的使用壽命和效率，也會威脅到電網(wǎng)的穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運行。所以說，對于確保電力系統(tǒng)的安全和有效運行，以及用戶的安全生產(chǎn)和設(shè)備高校運行而言，電壓質(zhì)量在其中起著至關(guān)重要的作用。在電力系統(tǒng)中，無功補(bǔ)償和無功平衡是保證電壓質(zhì)量的基本條件[1]。

當(dāng)無功功率過小時，這回引起電壓的下降，相反，則會引起電壓的上升，在極端情況下還會造成某些樞紐變母線電壓的大幅下降，從而引起“電壓崩潰”。

相反，當(dāng)電壓得到有效控制和合理的無功補(bǔ)償時，不僅能夠使得電壓質(zhì)量得到保證，還能夠使得電力系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性和安全性得到提升，從而充分發(fā)揮電能的經(jīng)濟(jì)效益。綜上所述，在電壓系統(tǒng)運行過程中，無功功率的自動調(diào)整與電壓之間密切相關(guān)。

2 基于變電站電壓無功控制策略的相關(guān)研究

2.1 電力系統(tǒng)的無功負(fù)荷和無功損耗

在電能的輸配過程中，往往線路也要消耗一部分無功功率。就10KV的輸配線路而言，主要的電能消耗體現(xiàn)在串聯(lián)電抗消耗。在串聯(lián)電抗中，這種損耗正比于負(fù)荷電流的平方，呈感性。因此，線路消耗的無功功率可以表示成如下形式：

ΔQL表示線路消耗的無功功率，I 表示流過線路的電流，P 表示線路輸送的有功功率，Q 表示線路輸送的無功功率，UN表示線路的額定電壓，cos示線路的功率因數(shù)，XL表示線路的電抗[2]。

2.2 電力系統(tǒng)的無功特性

電力系統(tǒng)無功功率平衡的基本條件是：供電系統(tǒng)中，無功電源可能發(fā)出的無功功率不能小于負(fù)荷所需要的無功功率與輸配網(wǎng)絡(luò)中無功損耗之和[3]。

為了確保系統(tǒng)的可靠運行，適應(yīng)無功負(fù)荷的增長需要，配備一定的無功備用容量是很有必要的。當(dāng)電網(wǎng)的無功功率得到有效控制時，可能會造成大量的無功功率從較長的配電線路流過，從而降低電網(wǎng)中某些節(jié)點的運行電壓；當(dāng)輸送的用功功率恒定時，伴隨著電壓的降低，電流會相應(yīng)增大，這樣會增加電路上的功率和電壓損耗；當(dāng)電網(wǎng)的無功功率相對充裕時，如果能夠使得在較高電壓水平下的無功功率得到平衡，那么，在這種情況下，電網(wǎng)就能夠保持較高電壓水平運行。所以，為了保證電能的有效輸配，必須保證在額定電壓條件下系統(tǒng)無功功率的平衡，與此同時，根據(jù)實際情況，再加以合理的無功功率控制。

3 面向全網(wǎng)無功優(yōu)化的變電站電壓無功控制策略研究

3.1 整體設(shè)計思路

建立主站系統(tǒng)，在未來一天各個母線有功、無功曲線以及開關(guān)狀態(tài)信息（通過短期負(fù)荷預(yù)測得到）的基礎(chǔ)之上，在整個電網(wǎng)節(jié)點電壓允許范圍內(nèi)，將有功損耗最小作為控制目標(biāo)，從而計算出各個VQC的控制范圍（限值）；在技術(shù)層面上，借助相對成熟的VQC裝置，研究并制定適應(yīng)全網(wǎng)優(yōu)化控制和本地控制模式的VQC控制方案，也就是建立變電站VQC，負(fù)責(zé)變壓器和電容器的狀態(tài)，對電網(wǎng)的運行參數(shù)進(jìn)行采集，依據(jù)電網(wǎng)的運行參數(shù)和主站系統(tǒng)提供的或自己定義的電壓無功限值來進(jìn)行電壓無功控制，與此同時，可以實現(xiàn)電壓無功控制模式在全網(wǎng)優(yōu)化優(yōu)化狀態(tài)下和本地狀態(tài)下的切換。

3.2 九區(qū)圖與五區(qū)圖的組合控制策略

把五區(qū)圖與九區(qū)圖相互結(jié)合，通過對全網(wǎng)最優(yōu)無功電壓值的整定來獲得九區(qū)圖的動作啟動值，當(dāng)工作點不在最優(yōu)控制區(qū)范圍內(nèi)時，借助啟動控制來判斷最優(yōu)操作，通過對最優(yōu)操作動作的選擇來實現(xiàn)一種九區(qū)圖與五區(qū)圖相互配合的控制策略，示意圖如圖1所示：

圖1 啟動動作示意圖

在工程實踐中，首先對第二天全天的母線符合進(jìn)行預(yù)測，從而獲得第二天全網(wǎng)的最優(yōu)無功潮流分布和最優(yōu)無功補(bǔ)償量，在此基礎(chǔ)之上得到每個變電站的最優(yōu)無功限值和電壓限值。隨后，結(jié)合負(fù)荷曲線的變化走勢和補(bǔ)償調(diào)壓裝置動作次數(shù)的限制，對最優(yōu)無功電壓曲線進(jìn)行分段處理，然后對分段處理后的限值進(jìn)行校驗計算[4]。

4 結(jié)束語

本文首先介紹了在電力系統(tǒng)的基本信息。然后引出全網(wǎng)無功優(yōu)化的概念，最后，在此基礎(chǔ)之上提出了基于九區(qū)圖和五區(qū)圖的控制方案：對于整個配電網(wǎng)中的變電站而言，各個變電站的 設(shè)備工作點區(qū)域和啟動區(qū)域的上下限值是根據(jù)九區(qū)圖來判斷的。除此之外，對變電站電壓無功控制的整定計算原則給出了詳細(xì)論述。