电压综合无功控制

1.电压、无功综合控制的目标电力系统中电压和无功功率的调整对电网的输电能力、安全稳定运行水平和降低电网损耗有极大的影响。

因此，要对电压和无功功率进行综合调控，保证实现包括电力企业和用户在内的总体运行技术指标和经济指标达到最佳。

其具体的调控目标如下：（1）维持供电电压在规定的范围内，根据前能源部颁发的《电力系统电压和无功电力技术导则》（简称《导则》）规定，各级供电母线电压的允许波动范围（以额定电压为基准）规定如下：1）500（330）kv变电站的220kv母线，正常时0%～+10%，事故时-5%～+10%。

2）220kv变电站的35～110kv母线，正常时-3%～+7%，事故时±10%。

3）配电网的10kv母线，电压合格范围为10.0～10.7kv。

（2）保持电力系统稳定和合适的无功功率。

主输电网络应实现无功分层平衡；地区供电网络应实现无功分区就地平衡，才能保证各级供电母线电压（包括用户入口电压）在《导则》规定范围内。

（3）保证在电压合格的前提下使电能损耗最小。

为了达到以上目标，必须增强对无功功率和电压的调控能力，充分利用现有的无功补偿设备和调压设备（调压机、静止补偿器、补偿电容器、电抗器、有载调压变压器等）的作用，对他们进行合理的优化调控，本文中我们主要用到静止无功补偿器。

电力系统的长期运行经验和研究、计算的结果表明，造成系统电压下降的主要原因是系统的无功功率不足或无功功率分布不合理。

所以，对发电厂而言，主要的调压手段是调整发电机的励磁；对变电站来说，主要的调压手段是调节有载调压变压器分接头位置和控制无功无功补偿电容器。

在这里我想向大家介绍一种新型无功补偿器—静止无功补偿器。

上述两种调节和控制的措施，都有调整电压和改变无功分布的作用，但它们的作用原理和后果有所不同。

有载调压变压器可以在带负荷的情况下切换分接头位置，从而改变变压器的变比，起到调整电压和降低损耗的作用。

调压措施本身不产生无功功率，但系统消耗的无功功率与电压水平有关，因此在系统无功功率不足的情况下，不能用改变变比的办法来提高系统的电压水平；否则电压水平调得越高，该地区的无功功率越不足，反而导致恶性循环。

所以在系统缺乏无功的情况下，必须利用补偿电容器进行调压。

控制无功补偿电容器的投切，既能补偿系统的无功功率，又可以改变网络中无功功率的分布，改善功率因数，减少网损和电压损耗，从而有利于系统电压水平的提高及改善用户的电压质量。

因此，必须把调变压器分接头与控制电容器组的投、切结合起来，进行合理的调控，才能起到既改善电压水平又降低网损的效果。

变电站中利用有载调压变压器和补偿电容器组进行局部的电压及无功补偿的自动调节，以保证负荷侧母线电压在规定范围内及进线功率因数尽可能接近1，称为变电站电压无功综合控制。

然而，这种无功、电压双参数调节，如果靠运行人员手工操作来进行对分接开关、电容器的调节控制以及对静止无功补偿器操作，则运行人员必须经常监视变电站的运行工况，并作出如何调控的判断，这不仅增加运行人员的劳动强度，而且难以做到判断正确和操作及时，难以达到最优控制的效果。

因此，在我的设计中，针对配电网的静止无功补偿器控制系统，我加入了微机控制系统，并充分利用其计算、逻辑判断与记忆功能，实现配电网无功、电压智能控制。

2.电压无功综合控制的实现方法电压无功综合控制装置作为一种近几年才应用于电力系统的新装置，在目前主要有3种实施方法，分别为：a．变电站自动化系统后台机软件方式；b．专门的电压无功综合控制装置，有网络同自动化系统相连的方式；c．自带输入／输出系统完全独立的软、硬件系统方式。

对于后台机软件方式VQC的综合控制系统完全依赖于变电站自动化系统的后台计算机，是后台监控系统中的一个子模块，它的功能是就地监控主机上利用现成的遥测、遥信信息，通过运行控制算法软件，用软件模块控制方式来实现变电站电压和无功自动控制。

与其它2种方式比较，其显著的优点在于省去了专门的硬件设备，也不必敷设专门的电缆，从而降低了成本，而且不用专门的调试，节省了维护的工作量，其最大的缺点是功能依赖于上位机系统和通信网络，且上位机监控系统经常有人操作，容易发生死机等异常现象；由于送入综合控制模块的模拟量、开关量及闭锁量都要经过自动化系统后台机的处理和通信网络的输入与交换，所以动作速度、反应速度相应来说都比较慢。

专门的无功综合控制装置，由网络与自动化系统相连的方式，虽配置了专门的硬件插件，也增加了部分电缆，其主要的优点是动作不完全依赖于自动化系统的后台机，能独立采取模拟量进行判断，所以动作速度相对于软件实现方式要快些，但其闭锁量、动作出口还是通过后台机和通信网络实现的，因此在某种程度上还是受后台机和网络的限制，而且有些专门的电压无功控制插件装置，是各台变压器和相应段电容器组配1套装置，2台变压器并列运行时，就必须用2套专用装置，此时可能发生错档等弊端。

自带输入／输出系统的综合控制系统，就完全不依赖自动化系统的后台机和通信网络，其开关量、模拟量的采集以及控制量的输出都是自身功能的一个独立部分，它是集输入／输出系统、计算及判断于一体化的综合控制装置，特别是所有的闭锁信号均是由相应的硬接点输入，因此其动作速度都较前2种方式快，且由于不受后台机和通信网络的限制，所以可靠性比较高。

但相对于后台机软件方式和网络方式专门插件装置来说，这种综合控制系统的信息共享程度差，输入、输出所须敷设的电缆较多，闭锁等模拟量均须采用单独的硬接点，所以系统较前2种庞大。

a．在电压优先的情况下，电压、无功综合调节，即既调电压也投切电容器；b．检电压只调节变压器分接开关；c．检电压只投切电容器；d．检无功只投切电容器；e．综合检测只投切电容器。

其他的几种控制方式只是在综合调节的基础上检其中的一项，而作用于调变比或投退无功补偿装置。

现就综合检测、综合控制的控制方案见下表。

随着无人值班变电站的不断增加，变电站综合自动化系统也在不断完善，功能亦不断强大。

在监控后台机上利用变电站综合自动化的监控系统，应用软件实现变电站的电压无功功率控制(VQC), 已经成为监控后台的强大功能之一。

在监控后台利用软件进行VQC, 比起传统利用专门硬件进行电压无功控制，具有节省投资，编程灵活，升级方便等优点。

下面简单介绍一下在监控后台进行VQC的程序流程图、原理以及VQC的逻辑原理。

电压、无功控制程序流程图如下：3. VQC 在监控后台的实现。

在监控后台实现VQC ：综合自动化测控系统将在变电站所采集到的一次设备的数据通过各种网络（如can 网，以太网等）发到SCADA 后台机上，然后后台监控机上的VQC 软件从SCADA 取得电压电流功率因数等数据，经过计算和逻辑分析，对测控系统作出调节指令，综自测控系统将接到的指令执行，控制相应的一次设备，如有载调压变压器分接头和电容器，将变电站的电压及无功功率控制在一个合格的范围内，从而达到电压无功控制的目的。

2.VQC 逻辑原理。

变电站中一般有几台变压器，VQC 根据主变的运行方式的不同选择不同调节方式。

对于两绕组的变压器，取高压侧的无功功率作为无功调节的依据，取低压侧电压作为电压调节的依据。

电压的调节主要靠调节主变的档位来实现，无功功率的调节主要靠无功设备的投切来实现。

2.1 9区图的定义以VQC 9区图电压U/KV 无功功率Q/Kvar在第一象限中，将区域分为9个，分别从1～9编上号。

只有系统运行点, 即系统实时的电压和无功功率值，落在Umin<U<Umax，Qmax<Q<Qmin时 , 即在9区时，才视为系统电压无功功率满足运行要求，其它区域为电压无功功率不满足要求。

2.2 9区图的控制策略。

2.2.1 VQC的调节方式在主变高压侧电压不变及输入功率不变的程况下，主变分接头上调，高压侧绕组匝数减少，主变低压侧电压增大; 反之，主变分接头下调, 高压侧绕组匝数增加，主变低压侧电压减小。

对于并联电容器组，当投入时，系统无功功率得到补偿，无功功率减少，电压升高；反之，退出后，系统无功功率增大，电压降低。

2.2.2 9区图的策略制定9区图定义的目的为方便制定出各个区域的U-Q控制策略。

根据变电站的系统运行点在9区图上的位置，从而制定相应的控制策略。

2.3 9区图的改进在实际的运行方式中，可能会遇到这样的一种情况，运行点落在6区的某个地方，VQC策略为切电容，但切电容后，系统电压下降，无功功率增大，运行点落在7区，7区策略为升分接头，升抽头后运行点又回到6区。

此时造成电容器和分接头频繁调节且运行点在6区与7区之间徘徊。

同样的道理，在2区的某个地方，也会造成运行点在2、3区之间徘徊，电容器和分接头频繁调节。

造成上述电容器和分接头频繁调节的原因，是由于投切电容器后电压的升高或降低使得运行点向另一个不满足的区移动。

为此，可将9区区作进一步的细分，从而制定更详细的控制策略。

将9区图进行改进，得出11区图（ΔUq为投退一组电容引起的母线最大电压变化量）。

61、62区为原来的6区细分而来，21、22区为原来2区细分而来。

在61区，Umin<U<Umax,U合格，Q<Qmin,可采取的策略为切电容，因为此时切一组电容后，运行点仍落在6区内（61区或62区），Umin<U<Umax,U合格,Q<Qmin。

在62区，因为切一组器后造成运行点在6、7间徘徊，为避免电容器的频繁投切及主变分接头的频繁动作，在电压优先的情况下可采取的策略为不动作。

同理，在21区，Umin<U<Umax,U合格，Q>Qmax,可采取的策略为投电容。

在22区，Umin<U<Umax,U合格, Q>Qmax,为避免电容器的频繁投切及主变分接头的频繁动作，在电压优先的情况下可采取的策略为不动作。

同样的道理，可将9区图作进一步的细分，制定更加详细的控制策略，从而使电压或无功功率达到运行时的合格条件而减少电容器和主变分接头的频繁动作。

如从9区改进得出的17区图，就是在各个区之间的分界处再划分新区，在各个区制定更详细的动作策略而得来，在此不作详细的讨论。

从上述分析可知，每个区的动作策略并不一定能满足使运行点落在9区，在调节策略不能使电压无功功率都合格的情况下，为避免电容器和主变分接头的频繁动作，必须在两者之间作取舍。

要么VQC运行在电压优先的方式下，在电压和无功功率不能同时得到满足的情况下，优先满足电压要求；要么运行在无功优先方式下，优先满足功率因数要求。

具体是电压还是无功优先，要充分考虑当地的负荷情况及当地的系统运行规程。

3. VQC的定值整定各VQC软件因厂家的实现方法不同而使得定值不尽相同。

但是在VQC中若干定值是共通的，在此探讨一下这些共通的定值的整定问题，对于因不同的厂家各自独有的定值要求，在此不作详细的讨论。