500kV变电站无功电压控制

机电信息2012年第36期总第354期4结语

在线路中后段或负荷中心安装无功补偿装置，就地补偿无

功功率，减少大量感性用电设备长距离较大负荷的输送，可以提升线路中后段的电压质量，避免造成近变电站出线段的电压过高问题，同时降低线路损耗，是一举多得的技术措施。

［参考文献］

［１］丁素风．无功补偿原理及其应用［Ｊ］．鄂钢科技，２００９（３）［２］高虹．农村电网无功补偿方式优化配置探讨［Ｊ］．电力职业技

术学刊，２０１１（１）

［３］吕艳荣，谢智宇，王庆丰．营口港矿石码头中压无功补偿及谐波抑制的探讨［Ｊ］．水运科学研究，２００９（２）

［４］马笑泉，熊建梅，高博，等．浅谈１０ｋＶ配电线路加装无功补偿［Ｊ］．新疆电力技术，２０１１（２）

收稿日期：2012－08－24

作者简介：夏斌（1981—），男，广东江门人，工程师，研究方向：

电网优化。

图3

测点2：南镇砖厂（距离变电站4636m ）补偿前后电压变化曲线对比

二次侧电压曲线

260255250245240235230225220215

210

205

03／1100时03／1104时03／1108时03／1112时03／1116时03／1120时03／1200时03／1204时03／1208时03／1212时03／1216时03／1220时03／1000

B 相电压

C 相电压

B 相电压

C 相电压

时间数据（V ）

265260255250245240235230225220215

210

数据（V ）

03／1500时03／1504时03／1508时03／1512时03／1516时03／1520时03／1600时时间

C 相电压

03／1604时03／1608时03／1612时03／1616时03／1620时03／1700

A 相电压A 相电压图4

测点3：石板沙机砖厂（距离变电站4636m ）

补偿前后电压变化曲线对比

二次侧电压曲线

275

250225200175150数据（V ）

03／1100时03／1104时03／1108时03／1112时03／1116时03／1120时03／1000时时间

03／1204时03／1208时03／1212时03／1216时03／1220时03／1300

B 相电压

C 相电压

270260250240230220210200190

数据（V ）

03／1500时03／1504时03／1508时03／1512时03／1516时03／1520时03／1600时03／1604时时间

C 相电压

03／1608时03／1612时03／1616时03／1620时03／1700

C 相电压

B 相电压A 相电压A 相电压1无功功率与电压间的关系

将电力系统作简化处理如图1所示，G 代表发动机，T 代

表变压器，L 代表输电线路，S LD 代表负荷，其中负荷所消耗的功率为S LD ＝P LD +jQ LD ，系统各处电压如图1（a ）表示。等效电路图如图1

（b ），其中E q 、X d 代表发电机电势及等值电抗，R Σ+jX Σ表示变压器、输电线路等值阻抗，Y D ＝G D +jB D 代表负荷等值导纳。

忽略电压降落横分量并考虑R Σ垲X Σ，则有：

△U ＝U G －U ＝P LD R Σ+Q LD X ΣU ≈Q LD X Σ

U

由此可知，线路中电压损耗正比于负荷所消耗的无功功率。发电机输出的无功功率一部分消耗于变压器及输电线路上，另一部分则供给负荷。当负荷无功需求增加时，线路电流随之增加，相应地消耗在变压器及线路上的无功功率亦增加，这使得发电机侧提供更多的无功功率以维持系统无功功率平衡；另一方面，线路电流的增加也使得线路网损增大。同理，当负荷无功需求减少时，变压器及线路上的无功损耗也减少，发电机需减少无功功率输出以维持系统无功功率平衡。在上述两种情况下，均可以通过调节发电机励磁系统等方式增加机端电压U G 以保证末端电压U 维持在正常范围内。但这并未减小或增大系统首末端电压损耗△U ，因为电压损耗的产生在根本上取决于线路上传递的无功功率大小。

发电机输出的无功功率有限，当其无法满足负荷及线路的过大的无功需求时，系统无功功率将失衡，破坏了系统的稳定。基于以上原因，引入合理的无功功率补偿设备，改变网络中的无功功率分布，可以减少网络中的有功功率损耗和电压损耗提高供电质量。

图1电力系统接线图及等效电路

U G

jX d

U G

Y D

S LD

S LD

U

U

L

T 2

T 1

G

G

jX Σ

R Σ+（a ）电力系统接线图

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2无功电压控制的意义

电压是衡量电能质量的一个重要指标，过高的电压，将会损坏各种电气设备及其绝缘，在超高压输电线路中还将增加电晕损耗；过低的电压会降低用电设备的效率，并会使系统中的功率损耗和能量损耗加大，甚至会出现“电压崩溃”。因此如何进行合理的无功补偿和有效的无功补偿自动控制，以保证系统电压接近额定值运行，降低电能损耗，充分发挥电网经济运行效益是我们研究的主要课题。

3500kV变电站无功电压调节装置

在500kV变电站无功电压调节中，可采用的方式有变压器分接头调压和利用无功功率补偿设备调压两大类，前者适用于系统无功功率充足的情况；当系统无功功率不足时，还需配以无功功率补偿装置，以改善无功功率分布。常见的并联补偿设备有电容器组、静止补偿器、调相机；若系统无功功率过低致使电压过高，还需加装并联电抗器以保证系统无功平衡及电压稳定。这些装置可以输出或消耗无功功率，就近实现系统中各点的无功功率平衡。3.1变压器分接头

当系统无功功率充足时，可采用调整变压器分接头调压方式。无载调压变压器的分接头只能在停电状态改变；对于有载调压变压器，其调压方式更灵活，能够应对电压的突然变化。

3.2并联电容器、电抗器组

并联电容器组通过就地补偿无功负荷，减少流经线路的无功功率，提高系统电压或负荷的功率因数。在超高压线路中，为补偿导线电容，普遍装设并联电抗器，工程上称为高抗。

3.3同步调相机

同步调相机是一种以同步转速运转的不带机械负荷的同步电机。当系统电压降至设定值之下时，同步调相机将自动增大励磁，向系统提供无功功率来升高电压；此时，同步调相机相当于电容器组。反之，当系统电压升高至设定值之上时，它将自动降低励磁，消耗无功功率来降低系统电压。

3.4静止无功补偿器

SVC静止无功补偿器装置是由电抗器、电容器及大功率半导体装置构成的一种可控无功电源。SVC的设计使输电母线易于电压控制。电抗器与可控的晶闸管串联，再与电容器组并联；晶闸管受相位控制可连续调节感性电流。通过调节晶闸管相位，改变SVC 输出电流性质，进而向系统提供无功功率或消耗系统无功功率，以实现动态无功支持。且SVC设备能在几个周波内对系统的变化作出响应，其快速性调节对电网的安全稳定具有重大的意义。

4500kV变电站无功电压调节分析

调整变压器分接头的调压方式有投资大的缺点。目前湖北超高压电网中各变电站的无功调节广泛采用如下方式：（1）500kV 超高压输电线路装设并联电抗器补偿导线电容无功、限制线路工频过电压、配合中性点小电抗抑制潜供电流。（2）在变压器低压绕组侧并联电容器、电抗器以补偿或消耗无功功率，就近实现系统中各点的无功功率平衡。

4.1人工调节方式

目前湖北省电网中大部分500kV变电站无功调节方式采用人工调节，即由值班人员通过监视母线电压变化投退无功补偿装置，做到无功功率的就地平衡；当监测点电压高于控制电压

时，投入并联电抗器降低电压。当监测点电压低于控制电压时，投入并联电容器升高电压。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。该方式由人为判断、投退很难保证调节精准性且调节速度慢，在电网有异常或故障时不能迅速进行无功消耗和补充。随着用户对供电质量要求的不断提高和少人值守或无人值守变电站的增多，人工调节无功功率的方式已不能适应电网发展的需要。

4.2自动调节方式

SVC动态无功补偿方式，由一套SVC静止补偿装置和一套固定投切补偿装置组成的。SVC静止补偿装置由晶闸管所控制投切电抗器和电容器组成，由于晶闸管对于控制信号反应极为迅速，而且通断次数也可以不受限制，所以补偿的速度非常快。当控制系统中取自变压器中压侧PT的电压监视回路检测到电压变化超过设定的标准定值时，静止补偿器能通过调节晶闸管相位快速、平滑地调节，改变SVC输出电流性质，以满足动态无功补偿的需要，其响应时间一般在一个周期20ms以内；同时还能做到分相补偿；对于三相不平衡负荷及冲击负荷有较强的适应性，在电网异常运行或故障时迅速地进行无功消耗和补充，保障电网平稳地由暂态向稳态过渡。此种方式立足于变电站的站内就地补偿，在大电网结构的今天已无法从全网范围进行合理调节。

4.3主站集中式自动电压控制系统（AVC）

主站集中式自动电压控制系统（AVC）是智能电网的重要内容之一。它通过调度自动化SCADA系统采集全网各节点遥测、遥信等实时数据进行在线分析和计算，在确保电网和设备安全运行的前提下，以各节点电压合格、节点功率因数为约束条件，从全网角度进行电压无功优化闭环控制，实现无功补偿设备投入合理和无功分层就地平衡与稳定电压，实现主变分接开工调整次数最少和电容器投切最合理、电压合格率最高和全网网损率最小的综合优化目标。最终形成有载调压变压器分接开关调节、无功补偿设备投切控制指令借助调度自动化系统的“四遥”功能，依据计算机技术和网路技术，通过SCADA系统自动执行，从而实现对电网内各变电站的有载调压装置和无功补偿设备的集中监视、集中管理和集中控制，实现了地区电网电压无功优化运行闭环控制。

5结语

从以上分析可以看出，无功电压控制正在由手动控制走向自动控制、由分散控制走向集中式的递阶控制、由无序控制走向优化控制、由单一控制走向网络分级控制、由主网电压控制走向主配网全网电压无功控制、由区域优化控制走向分层分级联合协调控制。

［参考文献］

［１］王照英．变电站电压无功功率控制对策谈［Ｊ］．科技信息，２００７（２６）

［２］吕志鹏，蔡平．变电站无功电压协同优化及复合控制系统研究［Ｊ］．中国电机工程学报，２００９，３４（２９）

收稿日期：2012－09－07

作者简介：夏帅（1980—），女，湖北武汉人，电力工程师，研究方向：变电运行。

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