考虑快速动态无功补偿的二级电压控制

考虑快速动态无功补偿的二级电压控制
摘要：电力体系的电压改变大，不只将影响到用户的各种电气设备的正常运用
或寿数等，还将影响到装设于电力体系的各种电气设备的绝缘设计，使体系的安
稳运转、高效率运转形成障碍。

为了表现联接于电力体系中的一切电气设备、电
力设备的正常功能，有必要进行电压、无功功率控制。

在进行电压调节时，通常
应控制无功功率，这篇文章关键介绍了几种无功功率的调整办法，并剖析了对比
了几种办法的特色、缺陷，以及无功主动补偿设备在力体系使用发作的效益。

关键词：动态无功补偿设备；二级电压控制；主动电压控制
跟着国民经济的迅速开展，用电负荷迅速提升，电网负荷基地区域的电压安稳问题日益
得到重视。

尤其在西电东送大环境下，大量功率通过远距离直流／沟通输电线路馈入负荷基地，一旦电网发作扰动，很可能诱发暂态电压失稳问题。

如何进步电压安稳水平已成为当时
电力体系运转面对的关键应战之一。

迅速合理地进行无功补偿是应对这一应战的关键手法。

常用的无功补偿设备有发电机、电容电抗器，以及停止无功补偿器／停止同步补偿器（ＳＶ
Ｃ／ＳＴＡＴＣＯＭ）等柔性直流输电（ＦＡＣＴＳ）器件。

发电机作为一种传统的无功补
偿设备，能够通过控制励磁体系连续地宣布或许吸收无功功率，但其响应速度相对ＳＶＣ／
ＳＴＡＴＣＯＭ来说较慢，是一种慢速动态无功补偿设备，直流励磁体系和沟通励磁体系的
响应速度通常在１００ｍｓ以上，响应速度较快的停止励磁体系最快也只能到达几十毫秒，
并由于其本身特色，大多数只布置于水轮发电机。

1 二级电压控制原理
二级电压控制首先将全部电力体系分红若干个控制区域，这些区域最理想的状况是互相
电气距离较远，彼此近似解耦。

在每个控制区域中选出其最关键词的负荷节点称为“引导节点”，二级电压控制则是依据引导节点的电压违背，依照某种预订的控制方法和谐地改动区域各个控制发电机的主动电压调节器（AVR）的参阅电压设定值或其它无功源的设定值，然后
使得引导节点的电压根本坚持不变，进而坚持全部体系的电压水平缓无功散布在一个良好的
状况。

在二级电压控制中，全部体系被划分为若干近似解耦的控制区域，每个区域挑选其关
键词性的、能够反映本区域负荷电压水平的节点作为引导节点，并为各引导节点挑选能够为
之供给有用电压支撑的无功源作为控制发电机。

在体系运转中，二级电压控制器监督引导节
点的电压，通过调整本区域一次电压控制器的电压参阅值，将引导节点的电压幅值坚持在设
定值附近，然后到达坚持全部区域电压水平的意图。

任何一个电力体系都能够看作是由一组
部分受控的发电机组、负荷以及衔接它们的传输网络构成。

体系的电压动态由两部分构成：
一级电压控制导致的一级电压动态以及由二级电压控制导致的二级电压动态。

其间影响体系
一级电压动态的关键体系部件包括发电机及其励磁体系、负荷和网络，二级电压控制只在励
磁体系中引进附加控制量。

2 二级电压控制的模型
当树立发电机、励磁体系、负荷以及网络的模型后，将这些方程线性化，通过化简，能
够得出二级电压控制的模型：
△U1=S1△Q1+S2△U2（1），△Qg=S3△Q1+S4△US（2），式中：△U1为负荷节点电压
改变量；△Qg为发电机输出无功的改变量；△Q1为负荷节点无功改变量；△US为二级电压
控制附加信号的改变量；S1、S2、S3、S4为相应的系数矩阵。

式（1）反映了负荷节点电压
与负荷无功改变和二级电压附加控制之间的联系。

式（2）反映了发电机输出无功与负荷无
功改变和二级电压附加控制之间的联系。

由式（1）、式（2）表明的动态体系通常是不彻底
可控体系，这说明二级电压控制无法彻底控制体系中一切负荷节点的电压。

通常情况下，电
压控制区内的一切发电机节点都被选为控制机组参加调节，当体系中的引导节点数目断定后，就需要思考哪些负荷节点被选为引导节点。

选出的引导节点应该具有以下的性质：当引导节
点的电压坚持不变时，体系中呈现的任何无功负荷的改变形成的一切负荷节点的静态电压偏
移最小。

引导节点的上述性质能够用如下的：最小化问题来描绘：min（△UT1Q△U1）（3），其间Q为权矩阵，用以表现对体系中关键节点电压改变的重视程度。

引导节点的挑
选能够用如下的优化问题来描绘：minE（△UT1Q△U1）（4），其间E（*）表明对随机函数
取期望值，这是由于无功负荷的改变是随机的。

3 算例剖析
使用Ｎｏｒｄｉｃ测验体系验证这篇文章提出的Ｄ－ＣＳＶＣ体系的控制作用。

Ｎｏｒ
ｄｉｃ测验体系见附录Ａ图Ａ１，共包含２０台发电机、５台ＳＶＣ、７４条母线、１０２
条支路，共９个分区。

算例挑选在分区一内展现算法作用，分区一内共有３台发电机，分别
为ｇ１４，ｇ１５和ｇ１６；共３台ＳＶＣ，分别为ｓ４０４３，ｓ４０４５和ｓ４０４６；节点４０４３为该分区内的中枢节点。

体系中ＳＶＣ的控制模型如图３所示，详细参数挑选
如下：Ｋｐ＝０，Ｋｉ＝１００，Ｂｐ＝０．０３，Ｂｍａｘ＝１，Ｂｍｉｎ＝－１。

图中：Ｖ和Ｖｏ分别为ＳＶＣ衔接节点电压及其参阅值；Ｂ为ＳＶＣ输出电纳值。

图1ＳＶＣ控制框图
使用这篇文章的办法将分区内的３台ＳＶＣ归入ＤＲＰＲ－ＣＳＶＣ中，ＤＲＰＲ－Ｃ
ＳＶＣ每２ｓ将计算出的二级电压控制战略成果指令下发至ＳＶＣ与发电机的控制端。

图2
所示为含／不含ＳＶＣ参加二级电压控制情况下中枢节点４０４３的电压控制作用比照图。

能够看出，相对于不含ＳＶＣ的二级电压控制，ＤＲＰＲ－ＣＳＶＣ中枢节点电压更加迅速
地到达控制目标值。

比照图3中的ＳＶＣ无功功率与图６中的发电机无功功率改动趋势，能
够看出发电机和ＳＶＣ无功功率的不一样特色。

发电机每一步的无功功率改动较缓慢，呈缓
坡状，而ＳＶＣ每一步的无功功率改动则较迅速，呈台阶状。

因此，在图2中也能够看出含
ＳＶＣ的二级电压控制下中枢节点电压每一步康复也较迅速。

图2ｓ４０４３无功功率对比图图3ｇ１４无功功率对比图
综上所述，本文提出的含ＳＶＣ的二级电压控制能够有效提高对中枢节点电压的控制速度，并解决可能出现的ＳＶＣ反调现象。

4 安装调压式无功自动补偿装置后产生的效益
安装调压式无功主动补偿设备后发生的效益主要体现在以下几个方面：
第一：安稳体系电压，削减主变分接头动作频率。

调压式无功主动补偿设备规划原则是先考虑电压的合格，后考虑无功的合格，在调理之前，将主变分接头保持在合适方位，行将电压基准设定在恰当的合格规模内，当负荷添加致
使电压低于合格标准时，主动逐级增大无功量输出，举高母线电压到合格规模；当负荷减小
母线电压高于合格标准时，减小无功输出量将母线电压降低到合格规模；当电压处于合格规
模内时，依据无功缺额满意功率因数要求。

第二：延伸体系及用户设备使用寿命，保持电容器较高的使用率。

调压式无功主动补偿设备的控制原理是把一组大容量无功补偿电容器并接在一台可有载
调压的自藕变压器的输出侧，自藕变压器的一次侧接在电容开关柜的下方，经过对变压器多
个档位的调理，改动电容器上的电压，然后改动无功量。

由于电容切换是经过有载调压方法，电容器在多个档之间不会呈现断电的进程，电压调理进程中经过过渡电阻完成过渡，电压切
换时电容器不脱开网络，不存在由于电源相位构成的电压叠加问题，调理进程中不会对补偿
体系和电网及其他电器发生冲击。

而且电容大多数期间作业在较低电压，能够确保电容器安全，大大延伸其使用寿命。

调压分接开关，机械寿命长，切换动作速度快，满意频频快速投切要求。

调压设备在高
压无功补偿主动控制设备的控制下依据体系理性无功的改变，动态调理电容器两头的电压，
经过特种调压变压器完成动态无功的馈送。

由计算机构成的高压无功补偿主动控制设备，经
过实时采集电网的电压、电流、功率因数，分析负荷的改变趋势、体系无功功率、体系谐波
含量、电压动摇状况等，使用含糊控制技术调理有载分接开关，完成动态优化补偿，并到达
无功补偿容量随体系负荷无功容量的改变主动跟踪的意图。

结论
本文提出了一套考虑ＳＶＣ／ＳＴＡＴＣＯＭ等快速响应的无功补偿装置的Ｄ－ＣＳＶＣ。

利用快速动态无功补偿装置更加快速地对系统电压进行控制，避免了ＳＶＣ／ＳＴＡＴ
ＣＯＭ与传统电压控制装置间的反调现象，并且进行动态无功储备的优化控制，提高了扰动
后的系统电压的恢复效果，能够有效进行动态电压稳定的预防控制。

参考文献
[1]薛禹胜，王正风．暂态电压安全预防控制的优化［Ｊ］．电力系统自动化，２００６，３０（９）：１－４
[2]郭挺，谢敏，刘明波．模型预测暂态电压稳定紧急控制的简化空间算法［Ｊ］．中国电机工程学报，２０１２，３２（１６）：５３－６１．。