變電站電壓無功綜合控制研究

王曉東+張鍵

摘要：通過綜合控制實(shí)現(xiàn)變電站無功電壓的就地平衡具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。闡述當(dāng)前電壓無功控制的基本情況，介紹變電站電壓無功綜合控制的方式，分析變電站電壓無功綜合控制方式的調(diào)節(jié)判據(jù)，以期為實(shí)現(xiàn)變電站電壓無功綜合控制提供參考。

關(guān)鍵詞：無功電壓；變電站；綜合控制；方式；調(diào)節(jié)判據(jù)

中圖分類號：TM63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）12-0075-02

配電網(wǎng)的無功優(yōu)化對配電網(wǎng)運(yùn)行安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性等方面有重要影響。目前，各國配電網(wǎng)電壓無功控制方式逐步向分層集中綜合優(yōu)化控制模式方向發(fā)展。我國雖然有一部分變電站特別是近些年新建的變電站，通過自動(dòng)控制來實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)和無功平衡，但是其控制效果并不理想，而且大部分變電站仍采用人工調(diào)節(jié)控制的方式，很難做到對情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷并及時(shí)調(diào)節(jié)，不能充分發(fā)揮設(shè)備的補(bǔ)償作用和有效保證電壓合格率。為此，提出變電站電壓無功綜合控制方式。

1 變電站電壓無功控制方式

目前，變電站電壓無功控制方式主要有3種：集中控制方式、分散控制方式和關(guān)聯(lián)分散控制方式。

1.1 集中控制方式

集中控制是指在調(diào)度中心根據(jù)采集的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，通過遙控裝置對各個(gè)變電站的調(diào)壓設(shè)備、無功補(bǔ)償設(shè)備統(tǒng)一進(jìn)行控制。從理論上講，集中控制方式應(yīng)該是保持配電網(wǎng)電壓合格、無功平衡的最佳方案。但它對調(diào)度中心的要求相對較高，在軟件方面要求配備實(shí)時(shí)控制軟件，在硬件方面要求配電中心達(dá)到“三遙”的水平，最好在各個(gè)配電中心針對這一環(huán)節(jié)配備單獨(dú)的智能模塊。目前，各地變電站的基礎(chǔ)設(shè)施條件和智能化水平參差不齊：有的地方相對發(fā)達(dá)一些，設(shè)備比較先進(jìn)，智能化水平較高；有的地方相對落后一些，設(shè)備比較陳舊，基本沒有自動(dòng)化裝置；有的地方變電站各方面建設(shè)雖然比較先進(jìn)，但是缺少相關(guān)操作人才，也難以實(shí)現(xiàn)集中控制。因此，當(dāng)前要想實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)全部采用集中控制方式還是比較困難的，只能在相對發(fā)達(dá)的地區(qū)先建設(shè)一部分，逐步在其他地區(qū)循序漸進(jìn)地推開。

1.2 分散控制方式

分散控制方式是指在每個(gè)變電站專門建設(shè)一臺(tái)電壓無功自動(dòng)控制平臺(tái)，該裝置根據(jù)采集的數(shù)據(jù)，自動(dòng)調(diào)節(jié)分接頭位置或投切并聯(lián)電容器組，從而實(shí)現(xiàn)對電壓調(diào)節(jié)裝置和無功補(bǔ)償設(shè)備的控制，當(dāng)主變壓器負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，保證該變電站供電半徑內(nèi)配電網(wǎng)電壓質(zhì)量合格、無功功率合格。分散控制的優(yōu)點(diǎn)是控制簡易、投入較小，符合當(dāng)前我國大部分地區(qū)的基本情況；缺點(diǎn)是難以實(shí)現(xiàn)整個(gè)地區(qū)大面積的統(tǒng)一操控。隨著計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)在電力行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)地區(qū)進(jìn)行集中控制是大勢所趨，分散控制裝置由于其自身的條件所限，逐步會(huì)被淘汰，但在局部地區(qū)其使用還具有一定的優(yōu)越性。

1.3 關(guān)聯(lián)分散控制方式

集中控制方式理論上能夠及時(shí)掌握整個(gè)地區(qū)變電站的相關(guān)情況并進(jìn)行最好的集中控制，但是此控制方式對變電站的軟硬條件的要求比較高，需要投入更多資金，并且由于多個(gè)變電站在一個(gè)調(diào)度中心進(jìn)行集中操作管理，控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，操作難度較大，一旦發(fā)生問題，影響很大。目前，國內(nèi)大部分地區(qū)應(yīng)用比較廣泛的是分散控制方式，但此控制方式不能實(shí)現(xiàn)整個(gè)地區(qū)的集中管理。關(guān)聯(lián)分散控制方式是指在正常運(yùn)行情況下，由安裝在各變電站的控制裝置根據(jù)編好的控制程序進(jìn)行調(diào)控。在保障整個(gè)系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的前提下，分別計(jì)算出正常運(yùn)行、緊急情況、系統(tǒng)運(yùn)行方式發(fā)生大變動(dòng)時(shí)的調(diào)控范圍，由調(diào)度中心根據(jù)采集的數(shù)據(jù)情況直接進(jìn)行操作或修改變電站母線電壓和無功功率值，以滿足轄區(qū)內(nèi)電力系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行的要求。關(guān)聯(lián)分散控制的最大優(yōu)點(diǎn)是無論在正常情況下還是在緊急狀態(tài)下，都能有效保障轄區(qū)內(nèi)的供電可靠性和經(jīng)濟(jì)性。關(guān)聯(lián)分散控制裝置要求必須滿足對受控廠站分析、判斷和控制的強(qiáng)大通信功能，以及時(shí)將采集到的信息報(bào)告給調(diào)度中心，并執(zhí)行好調(diào)度中心下達(dá)的各項(xiàng)調(diào)控命令。

2 變電站電壓無功綜合控制方式調(diào)節(jié)判據(jù)

變電站電壓無功綜合控制調(diào)節(jié)判據(jù)分為以下5個(gè)方面：1） 按功率因數(shù)控制；2） 按電壓控制；3） 按電壓綜合控制有載分接開關(guān)和電容器組；4） 按電壓和功率因數(shù)復(fù)合控制；5） 按電壓、時(shí)間序列復(fù)合控制。

2.1 按功率因數(shù)控制

根據(jù)功率因數(shù)的大小，來確定投切并聯(lián)電容容量。如果功率因數(shù)低于確定值則通過自動(dòng)控制裝置投入電容，如果高于確定值則通過自動(dòng)控制裝置切除電容。此辦法沒有把電容對母線電壓的影響考慮進(jìn)來，并且當(dāng)變壓器負(fù)荷較小時(shí)，可能存在自動(dòng)控制裝置動(dòng)作頻繁的問題。

2.2 按電壓控制

有的樞紐變電站由于對電壓質(zhì)量要求比較嚴(yán)格，采用以電壓的變化情況作為判據(jù)進(jìn)行控制調(diào)節(jié)并聯(lián)電容自動(dòng)投切裝置，完全不考慮無功問題，這種方式在原理上和補(bǔ)償效果上都比較差。

2.3 按電壓綜合控制有載分接開關(guān)和電容器組

當(dāng)母線電壓為U≤UT下限時(shí)，降低有載分接開關(guān)升壓；當(dāng)U≤UC下限時(shí)，投入電容器組；當(dāng)U≥UT上限時(shí)，升有載分接開關(guān)降壓；當(dāng)U≥UC上限時(shí)，切除電容器組。此方式的主要作用在于較好地實(shí)現(xiàn)了對電容器組的調(diào)節(jié)，但沒有考慮無功優(yōu)化的效果，且投切電容器組的過程也不太合理。

2.4 按電壓和功率因數(shù)復(fù)合控制

按電壓和功率因數(shù)復(fù)合控制有兩種方式：一是以電壓為主，功率因數(shù)為輔，只要電壓達(dá)標(biāo)，不考慮功率因數(shù)，若電壓不達(dá)標(biāo)，則根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)自動(dòng)投切電容器組；二是將電壓和功率因數(shù)并行使用，電壓和功率因數(shù)都滿足條件才會(huì)投切電容器組。第一種判別方式無功補(bǔ)償效果較差；第二種判別方式存在對頻繁誤投切并聯(lián)補(bǔ)償電容現(xiàn)象。

2.5 按電壓、時(shí)間序列復(fù)合控制

根據(jù)變電站的日負(fù)荷曲線，將每天分為多個(gè)時(shí)段，根據(jù)不同負(fù)荷時(shí)段對電壓和無功的要求，來調(diào)節(jié)變壓器分接頭或投切并聯(lián)電容器組。此方法適應(yīng)性較差，只適于負(fù)荷較穩(wěn)定的變電站，且負(fù)荷時(shí)段的劃分必須隨季節(jié)和負(fù)荷的變化進(jìn)行調(diào)整。

3 結(jié)語

當(dāng)前配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，電壓等級也越來越高，在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的無功電壓危害也越來越大，如果還單純依靠發(fā)電機(jī)自身調(diào)節(jié)無功電壓，已經(jīng)滿足不了要求。因此，必須大力增強(qiáng)電網(wǎng)調(diào)控能力，通過合理的無功補(bǔ)償方式來提高電能質(zhì)量。

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