电压自动控制系统

自动电压控制系统
姓名：张晓玲学号：１０２０１１１１３９班级：电力１１０３班
摘要：介绍了变电站电压和无功控制的方法和调控原则，以及电压无功自动控制装置(VQC)的原理以及应用。

引言：
随着对供电质量和可靠性要求的提高，电压成为衡量电能质量的一个重要指标，电压质量对电网稳定及电力设备安全运行具有重大影响。

无功是影响电压质量的一个重要因素，保证电压质量的重要条件是保持无功功率的平衡，即要求系统中无功电源所供应的无功功率等于系统中无功负荷与无功损耗之和，也就是使电力系统在任一时间和任一负荷时的无功总出力(含无功补偿)与无功总负荷(含无功总损耗)保持平衡，以满足电压质量要求。

1概述
变电站调节电压和无功的主要手段是调节主变的分接头和投切电容器组。

通过合理调节变压器分接头和投切电容器组，能够在很大程度上改善变电站的电压质量，实现无功潮流合理平衡。

调节分接头和投切电容器对电压和无功的影响为：上调分接头电压上升、无功上升，下调分接头电压下降、无功下降(对升档升压方式而言，对升档降压方式则相反);投入电容器无功下降、电压上升，切除电容器无功上升、电压下降。

2 VQC的基本原理
简单系统接线图如图2.1所示，Us为系统电压；U1、U2为变电站主变高低压侧电压，U L为负荷电压，P L，Q L分别为负荷有功和无功功率，K T为变压器变比，Qc为补偿无功功率，Rs，Xs，R L，X L分别为线路阻抗参数，R T，X T为变压器阻抗参数。

图2.1 变电站等值电路图
(1) 调节有载调压器的变比
由于12T U U K =为可控变量，当负荷增大，降低K T 以提高U 2，从而以提高U 2
来补偿线路上的电压损耗，反正亦然。

(2) 改变电容组的数目
当投入电容量Q c 后，有：
2222()()()S T C S T S P R R Q Q X X U U U ++-+=- (2.1)
比较以上两式可见Qc 的改变会影响系统中各点电压值和无功的重新分配，当负荷增大，通过降低从系统到进站线路上的电压降△U S 以亦可增大U T2，以抵消△U L 的增大。

投入Qc 后网损为：
222222222222()
()()()C C S T S T P Q Q P Q Q S R R j X X U U +-+-∆=+++ (2.2)
可见网损随222()C Q Q Q =-，即主变低压侧无功功率的平方而变化，在输送
功率一定的情况下，Q 2越小，网损越小。

理论上，当Q 2=0时功率损耗最小，因此，对于简单的辐射形网络，提高功率因数是降低网损的有效措施。

3 VQC 的控制目标
(1) 保证电压合格
主变低压母线电压以必须满足：U L ≤U 2≤U H (U H 、U L 既是规定的母线电压上
下限值)。

电力系统运行时由于负荷的随机变化和运行方式的改变，母线上的电压是经常变动的，因此允许各电压中枢点(监测点)的电压有一定的偏移范围，例如10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7％(GBl2325—90《电能质量供电电压允许偏差》)。

(2) 维持无功基本平衡，使系统的功率损耗尽量减小
从变电站电压无功综合控制的角度，通常要求主变高压侧注入无功功率Q l 必须满足：Q L≤Q1≤Q H，一般情况下应使流入变电站的无功大于0，即无功不倒送。

在有的时候，为保证电压合格，常采用强行调节的措施，如当分接开关调节次数达限时，常采用强投强切电容器组的措施来保证电压质量，以牺牲无功和网损合格率为代价。

(3) 尽量减少控制设备的动作次数,尤其是减少有载分接头的调节次数
由于变压器在电网中的重要地位，应对其进行重点保护。

在有载调节分接开关时，由于会出会出现短时的匝间短路产生电弧，一方面会对分接开关的机械和电气性能产生影响，另一方面也影响变压器油的性能。

有关资料表明，有载凋压变压器80％的故障是由于有载分接开关所引起的，因此各变电站都严格限制了有载分接头的日最大调节次数(一般110kV为10次，35kV为20次等)，同时也对电容器组的日最大投切次数作出了限制(如30次)，并对总的动作次数作出了限制。

因此在控制策略上应尽量使日动作次数越少越好(特别是分接开关的调节次数)。

4 VQC的控制模式
电压—无功功率控制模式，无功功率能真实反映无功出力情况，可充分区分无功吸收和倒送两种状态：变压器重载运行时无功功率的数值波动较大，轻载运行时无功功率的数值波动较小；无功功率与全网无功优化的目标函数紧密关联。

它可避免无功倒送现象，有利于电网的安全运行；可避免变压器轻载运行时电容器组频繁投切现象；适应性强；便于实现实时的无功控制；控制简单方便，可有效避免电容器组的频繁投切现象。

5变电站电压无功管理调控原则如下：
1.1 变电站电压允许偏差范围为：220kV变电站的110KV母线:106.7～117.7kV;220kV、110kV变电站的10kV母线10.0～10.7kV。

1.2 补偿电容器的投退管理原则：以控制各电压等级母线电压在允许偏差范围之内，并实现无功功率就地平衡为主要目标，原则上不允许无功功率经主变高
压侧向电网倒送，同时保证在电压合格范围内尽量提高电压。

一般情况下：峰期(7:00--23:00)应按上述要求分组投入电容器组，谷期(23:00--次日7:00)应按上述要求分组退出电容器组。

2 电压无功自动控制装置的特点
过去老式变电站通常是人工调节电压无功，这一方面增加了值班员的负担和工作量，另一方面人为去判断、操作，很难保证调节的合理性。

随着用户对供电质量要求的不断提高和无人值班变电站的增多，由人工手动调节电压无功的方式已不能适应发展的需要，所以利用电压无功自动控制装置(VQC)是实现电压和无功就地控制的最佳方案。

VQC可以自动识别系统的一次接线方式、运行模式，并根据系统的运行方式和工况以及具体要求，采取对应的优化措施，使电压无功满足整定的范围。

同时VQC具有丰富的闭锁功能，保证系统安全运行，而且用户可以根据需要灵活配置相关遥信作为闭锁信号。

对于电容器组的投切，用户可以自行定义投切的顺序。

3 VQC的控制策略
VQC根据低压侧电压和无功(或功率因数)的越限情况，将控制策略划分为不同区域，在各个区域内采取相应的控制策略。

除了常规控制模式，一般采取电容器优先模式，在实施调节策略之前，VQC根据给定的参数预测调节的结果，如果调节后会造成低压侧无功/功率因数越限、低压侧电压越限，则后台VQC会调整动作策略或不动作。

当电压越上限，无功正常/功率因数正常时：下调分接头，如果分接头不可调则切除电容器;电容器优先模式：切除电容器，若切电容器会导致无功/功率因数越限或者无电容器可切，则下调分接头，如果分接头不可调，则强切电容器。

当电压越上限，无功越上限/功率因数越下限时：下调分接头，如果分接头不可调则切除电容器。

当电压正常，无功越上限/功率因数越下限时：电压未接近上限时，投入电容器，若无电容器可投，则不动作;电压接近上限时，如果有可投的电容器则下调分接头，否则不动作。

当电压越下限，无功越上限/功率因数越下限时：投入电容器，如果投电容器会导致无功/功率因数反方向越限或者无电容器可投，则上调分接头，如果分接头不可调，则强投电容器。

当电压越下限，无功正常/功率因数正常时：上调分接头，如果分接头不可调则投入电容器;电容器优先模式则投入电容器，如果投电容器会导致无功/功率因数越限或者无电容器可投，则上调分接头，如果分接头不可调，则强投电容器。

当电压越下限，无功越下限/功率因数越上限时：上调分接头，如果分接头不可调则投入电容器。

当电压正常，无功越下限/功率因数越上限，电压未接近下限时，切除电容器，若无电容器可切，则不动作;电压接近下限时，如果有可切的电容器则上调分接头，否则不动作。

当电压越上限，无功越下限/功率因数越上限时切除电容器，若切电容器会导致无功/功率因数反方向越限或者无电容器可切，则下调分接头，如果分接头不可调，则强切电容器。

当电压正常，无功正常/功率因数正常时，中压侧越上限，下调分接头;中压侧越下限，上调分接头;中压侧电压正常则不动作。

4 VQC的应用效果及问题
VQC的应用，对保证电网良好的电压质量、优化电网无功潮流和电网经济运行等方面发挥了较大的作用。

和传统的调压方式相比，具有以下明显优点：按“逆调压”进行电压调整，提高电压合格率;平衡无功、使无功潮流合理，达到降损节能的目的;大大减小了运行人员日常调整电压、投切电容器组的工作量。

但由于硬件问题、设备工艺、功能问题以及受系统运行方式的改变等问题，VQC有时会出现误动或者拒动，需要人工进行电压和无功的调节，有时甚至会影响正常的设备运行。

随着产品设计制造的改进以及运行管理水平的不断提高，VQC将更广泛的应用于各级变电站中，为复杂电网经济运行提供可靠的保障。

５结语
随着我国电力系统自动化水平的逐步提高，通过电网调度中心实施全网电压、无功综合控制和在控制中怎样减少工作量这将值得我们深入研究。

在实际运行中，九区图可能得不到最佳的控制效果。

针对以往VQC装置运行中经常出现的问题采用优化九区图法进行控制策略的修改完善也是我们将来要研究的一部分内容。