电力系统电压无功控制的研究

电力系统电压无功控制的研究

摘要 本文主要针对110kV及以下终端变电站的电压无功综合控制(VQC)开展研究。阐述了变电站电压无功综合控制的基本原理、基本控制规律、调控要求、控制模式、调节方式等内容。本文对常规VQC装置采用的九区图法控制策略的原理进行了分析和总结并对基于九区图的变电站电压无功综合控制（VQC）进行了算例分析。

关键词 电能质量 VQC 九区图

1 引言

电压是衡量电能质量的一项重要指标，系统的无功平衡是保证电压质量的重要条件。系统无功供给不足，会降低运行电压水平和增加网损；若系统无功供给过剩，则会提高系统运行电压，影响设备使用寿命和系统的安全稳定性，使系统输送容量降低，不利于电网的运行调度。因此，保证电压质量合格，是电力系统安全优质供电的重要条件，对节约电能有着重要的意义，而社会经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，也对电压质量提出了更高的要求。

在变电站主要通过调节有载调压变压器的分接头(OLTC)和投退无功补偿设备。在各种无功补偿设备中，并联电容器组简单经济，易于安装维护、有功损耗小，同时电力系统的大部分负荷主要是感性负荷，因此并联电容器组逐渐取代同步调相机，得到广泛应用。OLTC适用于供电线路较长，负荷变动较大的场合，调压范围较大且不影响供电。

2 VQC的基本原理、控制目标及控制模式

2.1 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。

U S

系统

R s+jXs

U1

K T

R T+jX T

U2

Qc

I L

U L

P L+jQ L

R L+jX L

图2.1 变电站等值电路图

(1) 调节有载调压器的变比

由于为可控变量，当负荷增大，降低K T以提高U2，从而以提高U2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：

(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：

(2.2)

可见网损随，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，Q2越小，网损越小。理论上，当Q2=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。

2.2 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≤U2≤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)。

2.3 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。

3 变电站电压无功控制

3.1 变电站电压无功控制的数学模型

图3.1(a)为变电站主接线图。变电站由电网一次变电站供电。一次

变电站母线电压为U0输电线L的阻抗为R L+jX L，其等值电路如图3.1(b)

所示。

(a)

L

n:1

P+jQ

++

=+

Q C

R T

R L

p c

q c

p s

q s

U1

Q C

P+jQ

U1

T

U2

U0

X L

X T

U2

(b)

U0

图3.1 双参数调节的控制系统

变电站的综合负荷为P+jQ忽略不计线路和主变的并联支路，归算至低压侧的系统总阻抗。在某一时刻VQC调节后不会对U0产生影响。