电力网无功功率自动控制系统和电压的作用

电力网无功功率自动控制系统和电压的作用

摘要：电网电网的无功控制主要是保持系统的电压正常，提升电网稳定性，增

大了线路输电的能力，并且减小了线损，抑制电网功率振荡和工频的过电压，调相、调压以及优化无功潮流的最佳方案，但是在实际情况中存在诸多问题。本文

就结合作者的实际工作经验，分析了电力网无功功率自动化控制系统以及电压作用。

关键词：电力网；无功功率；自动控制

1 无功电压自动控制的概念分析

电力系统中的大多设备的工作原理都是依据电磁感应原理，能够在运行过程

中转化能量形成交变磁场，使周期内释放的功率和吸收的功率相平衡。电源能量

通过纯电容和纯电感电路时并未消耗额外的电量，只有用负电荷和电源进行往复

交换，该过程中交换功率未对外做功，称之为无功功率。无功功率能够真实反映

内外部之间往返能量的交换实况。无功功率在电网中发挥的作用很大，电动机要

依靠电源吸收无功功率来建立旋转磁场使之能够正常运行。变压器需要无功功率

通过一次绕组建立并且维持交变磁场，以此在二次绕组中感应出电压。

所以，电感性用电设备不仅需要从电源中获得有功功率，还要获得无功功率，两者兼备才能运行起来。无功功率在电网中的影响也较大，当它不足时，用电设

备便无法建立和维持正常的电磁场，会导致设备端电压不足，电力设备便无法在

额定技术下运行。

2 电压和无功功率控制的主要问题

无功功率不做功，可分为感性无功功率和容性无功功率。它们实际上是线圈

电感性磁场储能与电容器电容性电场储能。交流系统的无功功率应保持平衡，由

于用户大多是电动机、变压器等电感性负荷，必须用容性功率来平衡电感性无功

负载。因此，无功电源必然是调压机、电容器等。电网的有功功率损耗不超过负

荷的10%，而电网的无功功率损耗却是无功负荷的30%—50%。无功功率总损耗

要比有功功率总损耗大3—5倍。研究无功功率的目的，在今天已不再仅仅是为了提高工矿企业中的功率因数，而是着更明确的重要意义，概括地讲有以下三个方面：

第一，为了解决现代电力系统中与无功功率相关的一系列新的技术问题：（1）无功静态稳定问题。无功电源不足会引起电网电压崩溃，造成严重事故；（2）无功功率动态平衡问题。当无功功率过剩时，要求发电机进相运行；（3）

由于电阻性无功功率引起发电机自励磁问题。

第二，为了保证电能质量，保证电力系统安全运行。交流电的两个最重要指

标是频率与电压。有功功率电源与负荷之间有微小不平衡，反映电网频率的上升

或下降；无功电源与无功负荷之间有微小不平衡，反映电网电压的上升或下降。

电压不稳定或波动影响工矿企业的产品质量，后果比较严至。为此必须采取一系

列技术措施。

第三，研究无功功率是为了节能。电能是二次能源，无功功率在电网中不断

二次能源浪费是非常可观的。经济运行的技术措施如下：（1）限制感应电动机

运行的各种控制器；（2）采取无功功率就地补偿措施；（3）电网中无功电源合

理配置、自动调压；（4）根据无功日负荷曲线、年负荷曲线，实现无功功率合

理平衡调度。

3 电网无功电压优化自动控制系统实施方案

3.1 实施原则。地区电网无功电压优化控制系统采用分散协调的优化算法，

充分考虑工程实际中最优解、次优解以及约束条件松弛等问题，采用闭环控制的

原理，在正常情况下主站按优化目标通过调度自动化SCADA系统采集全网各节点

运行电压、无功功率、有功功率等实时数据，以地区电网电能耗损最少为目标，

以各节点电压合格为约束条件，进行综合优化处理后，形成有载调压变压器分接

开关调节和无功补偿设备投切控制指令，然后利用调度自动化系统的“四遥”功能，实现地区电网无功电压优化运行自动控制。

3.2 系统组成。无功优化控制系统与调度自动化系统共用一个平台，无功优

化计算所需的数据来源于调度自动化系统，对变电站主变有载调压的调节指令及

电容器的投切指令通过SCADA系统下发。

3.3 逻辑结构。控制系统针对电力系统无功优化调度分层、分区的实际特点，在控制结构上采取相应的控制架构，实施分散协调的优化控制。控制系统分为两层：即全网的协调层（调度中心）和各变电站内的执行层。在全网协调层，建立

全网模型，根据实时数据进行以网损最小为目标的无功优化计算，确定各枢纽结

点电压整定值，通过RTU或变电站的电压无功自动控制装置（VQC）按给定的定

值自动调整有载调压变压器抽头和电容器/电抗器投切。

4 无功控制系统功能

4.1 全网优化补偿无功功能。当地区电网内各级变电所电压处在合格范围内，控制本级电网内无功功率流向合理，达到无功功率分层就地平衡，提高受电功率

因数；同电压等级不同变电所电容器组根据计算决策谁优先投入；同变电所不同

容量电容器组根据计算决策谁优先投入。

4.2 全网优化调节电压功能。当无功功率流向合理，某变电所母线电压超上

限或超下限运行时，分析同电源、同电压等级变电所和上级变电所电压情况，决

定是调节本变电所有载主变分接开关，还是调节上级电源变电所有载主变分接开

关档位；电压合格范围内，实施逆调压、恒调压、普调压；实施有载调压变压器

分接开关调节次数优化分配；实现热备用有载调压变压器分接开关档位联调。

4.3 无功电压综合优化功能。当变电所母线电压超上限时，先降低主变分接

开关档位，如达不到要求，再切除电容器；当变电所母线电压超下限时，先投入

电容器，达不到要求时，再提高主变分接开关档位，尽可能做到电容器投入量达

到最合理；实现预算母线电压，防止无功补偿设备投切振荡；当变电所变压器分

接档位调至1档，电容器全部切出，已实施多主变减变运行（如果条件允许），

电压仍超上限，此时投入电抗器，增加无功负荷，达到降低电压的效果。

结束语：

总而言之，电网无功电压自动运行提高了电网电压合格率，降低了网损，减

轻了值班人员的劳动强度，取得了明显的经济效益，也使调度SCADA系统、变电

站综合自动化系统的功能得到充分发挥。在使用中，还要加强对各变电站变压器

有载调压机构和电容器的运行维护，新建变电站要选用可靠性更高的设备，以满

足系统的要求和发挥更大的作用。随着电网电压管理与无功优化方法的研究仍在

深入开展，相信我国明天的电网运行将更加经济、电网将更加完善。

参考文献

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