浅谈变电站电压无功控制(VQC)原理和实现方式

浅谈变电站电压无功控制（VQC）原理和实现方式

【摘要】阐述了变电站电压无功控制的原理、策略、存在问题和实现方式；详细分析了“九区图法”的工作原理；提出了VQC装置定值整定原则和运行方式的设定。

【关键词】变电站；控制原理；九区图；定值整定；运行方式

引言

作为电力系统的运行单位，要保证两个目标：1、保证供电质量；2、降低系统损耗。为了实现上述目标，引入了电压无功控制理论，并应用在电力生产实践当中。

1、电压无功控制（VQC）的原理和策略

1.1 电网中电压无功控制的两种方式

1.1.1通过调度中心集中控制：这种方式是根据全网的状态进行优化，进行优化计算进而得出最优解。这种方式可以得出全网的电压无功的最优解，并且可以进行安全性分析。较常用的算法有线性规划、遗传算法、人工神经网络等。

1.1.2通过就地调压无功补偿分散控制：这种方式基本以变电站为单位，进行本地控制。

1.2 VQC装置原理简介

1.2.1电力系统模型分析

在图中有一个发电机，一段线路，一台有载调压的变压器，一个等效的负荷。将系统等效成一个电压源串接一个等效的LXT和理想变压器上，带一个等效阻抗为R+jX的负荷。

首先：研究无功对系统的影响

A.电压的影响：由于无法确定R的负荷模型，假定R随电压变化⊿R对电压的影响为相对小量。当L与C恰好完全补偿时，对阻抗的虚部为无穷大。这时阻抗大小为R。投电容器并不是可以无条件地升高电压。由于电压U是X的连续函数，在功率因数上升的过程中，假定系统的等效电抗LXT和R不变，如Q未倒送，电压单调升高。

B.对发电机的影响：

发电机如运行在吸收无功的情况下，励磁电流将减小，使发电机的功角曲线下移，降低系统的稳定，并易引起谐振过电压。尤其对于就地优化的方式，由于无法获得系统的无功情况，如出现同时倒送无功的变电站，且倒送总和超过系统无功负荷总额，将使发电机运行在吸收无功的方式下。对系统稳定不利。

因此，对于考虑用电容器作为调压的手段：遵循以下原则：不向系统倒送无功。

1.2.2维持大系统的潮流：

在环网中，有的线路负荷比较重，较常见的做法是在枢纽变将高压侧分列，通过在中压侧并列的变压器的中压侧交换功率，使并列的主变分接头档位错开，使环网叠加环流电势，支援负荷重的线路。

1.2.3闭锁条件自行定义：

用户在已有的容错基础上，可以任意添加闭锁条件，甚至可以引入硬接点作为闭锁条件。

1.2.4基于预测进行动作：根据系统的参数预测最优的结果，根据结果进行控制。

1.3 电压无功控制的九区图法原理

调节电压与无功的方法，最常见的有两种：1.调整分接头、2.投切电容器。由于电压与无功是相互影响的两个因素，如何更好地进行电压无功优化控制，采用九区图法原理可以实现。九区图法原理如下：

区域1：系统状态为电压低、功率因数低。在这种状态下，投电容器将提高功率因数、并将升高电压。调分接头可升高电压。

区域2：系统状态为电压合格、功率因数低。在这种状态下，仅可考虑投电容器。

区域3：系统状态为电压高、功率因数低。在这种状态下，如投电容器，电压将升高，进一步破坏电压不合格的程度。应调分接头降电压。

区域4：系统状态为电压高、功率因数合格。在这种状态下，考虑调整分接头进行降压。

区域5：系统状态为电压高、功率因数高。如有可切的电容器，并切电容器后功率因数向合格的方向调节，切电容器。否则调分接头升压。

区域6：系统状态为电压合格、功率因数高。在这种状态下，仅可考虑切电

容器。如有可切的电容器，并切电容器后功率因数向合格的方向调节，切电容器。

区域7：系统状态为电压低、功率因数高。在这种状态下，如切电容器，电压将降低，进一步破坏电压不合格的程度。应调分接头升电压。

区域8：系统状态为电压低、功率因数合格。在这种状态下，考虑调整分接头进行升压。

区域9：系统状态为电压合格、功率因数合格。在这种状态下，是运行目标状态。

强投区域：这个区域的特点是电压低于电压下限减ΔUQ，并且分接头无法调节。如预测投入电容器后，不会向变压器的电源侧倒送无功，进行强投。

强切区域：这个区域的特点是电压高于电压上限加ΔUQ，并且分接头无法调节。进行强切。

并列方式：可选择自动判运行方式或手动判并列（选择自动判并列的方式，并列条件需用户确认）。同时可以适应单台主变带并列的其它并列的母线。

2.电压无功控制（VQC）的实现方式

2.1 独立组屏式VQC装置。专门用于实现变电站VQC功能的成套装置在电力系统中应用广泛。它集I/O单元和分析判断功能于一体，相关闭锁信号由相应装置的硬接点输入，所需测量值由自己的采集单元采集。

2.2 软件VQC。基于变电站自动化系统的VQC其特点是：VQC运行软件安装在变电站后台监控计算机或挂在网上的独立计算机上，所需的遥测量和遥信量由后台提供。

3、VQC定值整定与设置

定值整定计算

需整定计算的项目有：变压器容量、分接头电压调整率、电容器电压调整率。

1.变压器容量Capacity：

Capacity=U主变PT一次值×I主变CT一次值×√3

2.分接头电压调整率ΔU分接头：

ΔU分接头=（U高压侧分接头档位对应的电压最大值-U高压侧分接头档位对应的电压最小值）/（C分接头档数-1）

3.电容器电压调整率ΔU电容器：

ΔU电容器=dU/dQ*Capacity电容器/UN

此项定值整定值比实际值大，可以避免强投强切时电容器投切反复动作。因此可选单条到电源最长的线路进行整定。也可实测后乘安全系数进行整定。

4、运行方式的设定

4.1 并列方式

4.1.1高压侧：如高压侧并列，将高压侧并列压板投入。在中低压侧并列时分接头将自动调节，如该压板退出将根据是否保持档位差进行调节。

4.1.2中低压侧：如定义自动判并列，则按运行的并列条件编好逻辑图。

4.2单台主变带两段以上的母线或两台主变带三段母线，将退出的主变的允许自动调压压板退出。

5.电压无功控制（VQC）需要注意的问题

VQC闭锁问题。VQC闭锁是指在系统异常的情况下，能及时停止自动调节。主要闭锁条件有：主变保护动作；电容器保护动作；电容器异常；电容器退出运行；电压互感器断线；系统电压异常；限值闭锁；主变过负荷；主变滑档；VQC 软件或VQC装置故障。

6.结束语

本文对变电站电压无功控制的原理进行了探讨，并对实际工作中VQC的应用和实现方式做了介绍。随着综合自动化水平的的提高，电网结构的合理，开发一种符合国内电力系统的，能够更快更好的达到全网最优调压的VQC装置，有待开发人员进一步努力。

参考文献

[1]许之晗（Xu ZhiHan）.变电站电压无功模糊控制理论和系统设计：硕士学位论文.成都：四川大学，2000

[2]庄侃沁，李兴源（Zhuang kanqin，Li xingYuan）. 变电站电压无功控制策略和实现方式.电力系统自动化，2001，25（15）