變電站電壓無功功率自動(dòng)控制策略分析

張林強(qiáng)

【摘 要】由于電壓無功功率的發(fā)、供、用呈現(xiàn)強(qiáng)烈的分散性，這給功率的控制帶來很大的難度，本文主要對(duì)變電站電壓無功功率自動(dòng)控制策略進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】電壓無功功率；自動(dòng)控制；策略分析

電壓是電能的主要質(zhì)量指標(biāo)之一，對(duì)電流系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，保證用戶安全生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量以及電氣設(shè)備的安全和壽命具有重要影響。如同頻率與有功功率的發(fā)、供、用電平衡密切相關(guān)一樣，電網(wǎng)中的電壓水平與電網(wǎng)中的無功功率發(fā)供用平衡密切相關(guān)，而且與有功功率可以在全網(wǎng)內(nèi)平衡不同，無功功率只有在分層、分區(qū)、分散合理平衡的基礎(chǔ)上，才能實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的電壓合理分布。城市是電力負(fù)荷集中地區(qū)，隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的日趨復(fù)雜，城市用電，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)及電流設(shè)備安全運(yùn)行對(duì)電壓質(zhì)量的要求日益提高，而且無功功率是影響電壓質(zhì)量的一個(gè)重要因素。因此，電網(wǎng)電壓質(zhì)量與無功功率控制是現(xiàn)代電網(wǎng)運(yùn)行，管理的重要組成部分，也是城網(wǎng)改造的主要內(nèi)容。

1.九區(qū)調(diào)節(jié)原理

軟件實(shí)現(xiàn)電壓無功綜合控制的基本方法是采用9區(qū)圖控制策略。它是根據(jù)變電站當(dāng)前的運(yùn)行方式，利用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的電壓和無功（或功率因數(shù)）兩個(gè)判別量構(gòu)成變電站綜合自動(dòng)控制策略，綜合邏輯判據(jù)是基于給出的電壓和無功的上下限特性，把電壓和無功平面分割成9個(gè)控制區(qū).各個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)不同的控制策略，根據(jù)監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)電壓、無功，判定當(dāng)前變電站運(yùn)行在哪個(gè)控制區(qū)，再根據(jù)相應(yīng)的控制策略對(duì)分接頭和電容器組進(jìn)行控制，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)無功補(bǔ)償，優(yōu)化無功潮流分布，提高全網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓合格率，減少網(wǎng)損，從而取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

2.十七區(qū)圖調(diào)節(jié)原理

2.1十七區(qū)劃分

十七區(qū)圖控制算法是在九區(qū)圖控制算法基礎(chǔ)上的一種改進(jìn)算法，采用基于十七區(qū)間的原理能有效防止振蕩動(dòng)作。每個(gè)區(qū)域都有優(yōu)先策略與備用策略，如果優(yōu)先策略不能實(shí)現(xiàn)就執(zhí)行備用策略。

2.2分析

傳統(tǒng)的九區(qū)圖法控制策略是按照固定的電壓和無功（或變電站進(jìn)線端功率因素）上下限將電壓——無功平面劃分為九個(gè)區(qū)域。傳統(tǒng)的九區(qū)圖法存在的一些問題是：控制策略是基于固定的電壓無功上下限而未考慮無功調(diào)節(jié)對(duì)電壓的影響及其相互協(xié)調(diào)關(guān)系；用于運(yùn)算分析的信息有分散性、隨機(jī)性的特點(diǎn)、這就造成了控制決策的盲目性和不確定性，實(shí)際表現(xiàn)為設(shè)備頻繁調(diào)節(jié)。

十七區(qū)圖控制方法是進(jìn)一步細(xì)分九區(qū)，將容易產(chǎn)生振蕩的臨界區(qū)域劃分出來，采取單獨(dú)的控制策略控制、例如，2—1區(qū)，寬度為變壓器分接頭調(diào)一擋降壓產(chǎn)生的無功變化量，如果實(shí)時(shí)工作點(diǎn)處于以區(qū)域，電壓越上限，根據(jù)傳統(tǒng)的九區(qū)圖應(yīng)該調(diào)變壓器分接頭降壓，但又會(huì)引起無功越下限，而根據(jù)十七區(qū)圖則應(yīng)該切電容器，降低電壓，無功增加，所以不會(huì)引起無功越下限，又如4—3區(qū)。寬度為投切—組電容器引起的電壓變化量，如果實(shí)時(shí)工作點(diǎn)處于該區(qū)域，無功越下限，根據(jù)傳統(tǒng)的九區(qū)圖應(yīng)該切電容器來增加無功，但又會(huì)引起電壓越下限，而十七區(qū)圖則應(yīng)該調(diào)分接頭升壓，無功同時(shí)增加，所以不會(huì)引起電壓越下限。其他細(xì)分小區(qū)道理相相同，這樣就避免了設(shè)備頻繁調(diào)節(jié)。

每個(gè)區(qū)的控制方案可自動(dòng)整定，也可手動(dòng)整定；自動(dòng)整定時(shí)可控5種方式進(jìn)行：只考慮電壓、只考慮無功、電壓優(yōu)先、無功優(yōu)先和綜合考慮。該控制策略的優(yōu)點(diǎn)是在電壓無功邊界區(qū)域不需要二次調(diào)整，直接到達(dá)正常區(qū)域，或者保持在電壓合格無功稍微越限的區(qū)域。防止振蕩發(fā)生：但是，該策略電壓無功的關(guān)聯(lián)特性不夠精確，控制的準(zhǔn)確性差。

3.模糊無功邊界九區(qū)圖控制原理

為了改進(jìn)固定邊界九區(qū)圖抑制策略的不足，考慮系統(tǒng)電壓和變電站有功、無功負(fù)荷之間的隨機(jī)關(guān)系，確保無功調(diào)節(jié)與電壓的協(xié)調(diào)關(guān)系，一些學(xué)者提出了基于模糊理論的電壓無功控制策略，將電壓狀態(tài)引入無功調(diào)節(jié)特性，對(duì)存在不確定性調(diào)節(jié)的邊界引入模糊隸屬度，以改善控制性能。

3.1無功判據(jù)模糊邊界的引入

無功功率的變化會(huì)對(duì)電壓產(chǎn)生影響。設(shè)變電站的短路容量為Sm，則無功功率的變化對(duì)低壓側(cè)電壓的影響近似計(jì)算為：

ΔU2=—ΔQ（U2/Sm） （1）

由無功功率變化引起的電壓變化量ΔU與無功變化量ΔQ線性關(guān)系。根據(jù)電壓無功控制的基本原則，電壓調(diào)節(jié)邊界應(yīng)是相對(duì)固定的（不同負(fù)荷時(shí)段可有差異），而無功調(diào)節(jié)邊界應(yīng)是一個(gè)受電壓狀態(tài)影響并服務(wù)于電壓調(diào)節(jié)的模糊邊界。

3.2控制策略

根據(jù)上述無功投切判據(jù)，可將電壓無功平面劃分成無功邊界與電壓線性相關(guān)的九區(qū)圖，與傳統(tǒng)的九區(qū)圖相比，它的無功上限邊界是受電壓影響的模糊邊界，邊界的斜率可根據(jù)不同的時(shí)段、不同的負(fù)荷段進(jìn)行在線調(diào)控。

1區(qū)：切電容器，若無電容可切，則降壓；

2區(qū)：首先降壓，若不能降壓，則強(qiáng)切電容器；

3區(qū)：首先降壓，若不能降壓，則強(qiáng)切電容器；

4區(qū)：切電容路，若無電容器可切，則維持；

5區(qū)：此區(qū)為穩(wěn)定工作區(qū)；

6區(qū)：投電容器、若無電容器可投，則維持；

7區(qū)：首先升壓，若不能升壓，則強(qiáng)投電容器；

8區(qū)：首先升壓，若不能升壓，則強(qiáng)投電容器；

9區(qū)：投電容器、苦無電容可投.則升壓；

6—l區(qū)：降壓，若不能降壓、也不能投電容器；

4—1區(qū)：升壓，若不能升壓，也不能切電容器。

3.3分析

模糊無功邊界的九區(qū)圖與傳統(tǒng)的九區(qū)圖的抑制區(qū)域面積一樣大；在三角形abc內(nèi)，按傳統(tǒng)的九區(qū)圖控制策略應(yīng)投電容器，但電壓升高可能超越上限，引起一次不必要的電壓調(diào)節(jié)和電壓波動(dòng)；在電壓較高時(shí)無功上限較大，無功不是太缺，因此無須投電容器，從而避免由于投入電容器引起的電壓升高和可能導(dǎo)致的電壓調(diào)節(jié)和電壓波動(dòng)。同理在三角形cde內(nèi)，按新Q下限投電容器、無功減小，電壓升高，使電壓值離下限靠近標(biāo)準(zhǔn)值，避免了可能電于負(fù)荷或系統(tǒng)波動(dòng)引起電壓下降而造成一次電壓調(diào)節(jié)和電壓波動(dòng)，無功動(dòng)作面積abc等于無功不動(dòng)作面積cde、因此在電壓合格后，無功的動(dòng)作面積與傳統(tǒng)的九區(qū)圖是相等的，無功補(bǔ)償效果和無功調(diào)節(jié)次數(shù)與傳統(tǒng)的九區(qū)圖也不相同的。對(duì)Δfgh和Δhmn進(jìn)行分析可以得出同樣的結(jié)論，即采用模糊邊界無功判據(jù)來調(diào)節(jié)無功，可在保持無功調(diào)節(jié)效果不變和不增加無功調(diào)節(jié)次數(shù)的情況下，減少變壓器分接頭調(diào)節(jié)次數(shù)和電壓波動(dòng)，使電壓更接近了標(biāo)準(zhǔn)電壓，在接近電壓上下限處投切電容器會(huì)由于無功的變化而使得電壓越限引起有數(shù)分接頭動(dòng)作。為避免此類情況的發(fā)生，根據(jù)九區(qū)細(xì)分圖的劃分原則對(duì)4、6區(qū)做了細(xì)分。把6區(qū)中靠近電壓上限、4區(qū)中靠近電壓下限的運(yùn)行點(diǎn)劃分出來，作為2個(gè)單獨(dú)的防震小區(qū)域。

4.結(jié)論

通過變電站電壓無功功率自動(dòng)控制策略的實(shí)施，實(shí)現(xiàn)無功——電壓優(yōu)化控制，把現(xiàn)代最新的科技應(yīng)用于城網(wǎng)無功規(guī)劃、控制和管理各個(gè)領(lǐng)域，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)無功——電壓實(shí)時(shí)控制，達(dá)到線損最小，實(shí)現(xiàn)變電站最大綜合效益。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

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