電力系統(tǒng)無功補償及電壓穩(wěn)定性研究初探

摘要：本文闡述了國內(nèi)外電力系統(tǒng)無功電壓控制的運行現(xiàn)狀和發(fā)展方向，通過對國內(nèi)省網(wǎng)無功平衡和電壓控制的研究，及對AVC 研究現(xiàn)狀及電網(wǎng)動態(tài)電壓穩(wěn)定的策略分析，對無功補償設(shè)備采取的配置原則、調(diào)節(jié)手段的分析研究，提出了關(guān)于無功電壓調(diào)控與管理的相關(guān)措施。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng);無功補償;電壓控制;對策分析;

1 電力系統(tǒng)無功電壓優(yōu)化的問題

電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化問題是一個多目標(biāo)、多變量、多約束的混合非線性規(guī)劃問題，其優(yōu)化變量既有連續(xù)變量，又有離散變量，整個優(yōu)化過程十分復(fù)雜，特別是優(yōu)化過程中離散變量的處理更增加了優(yōu)化的難度。從工程應(yīng)用角度看，現(xiàn)實中的電力系統(tǒng)無功只能實現(xiàn)次優(yōu)分布。一般認(rèn)為，比較接近無功次優(yōu)分布的做法是，無功功率盡量做到分層分區(qū)平衡，減少因大量傳送無功功率而產(chǎn)生的電壓降和電網(wǎng)線損，在留足事故緊急備用的前提下，盡可能使系統(tǒng)中的各點電壓運行在允許的高水平，這樣不但有利于系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，也可獲得接近優(yōu)化即無功次優(yōu)分布的經(jīng)濟效益。

2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向

目前，國內(nèi)許多電力系統(tǒng)的無功補償和電壓控制依然采用傳統(tǒng)的方式，有載調(diào)壓變壓器、靜電電容器等只能手動調(diào)節(jié)和投切，不能實現(xiàn)實時電壓控制或無功補償。因此，實現(xiàn)實時無功補償以保證電力系統(tǒng)電壓的連續(xù)穩(wěn)定性，是研究的主要方向。

國內(nèi)外絕大多數(shù)電網(wǎng)中電壓控制技術(shù)仍停留于人工方式，效果并不令人滿意，原因有：

（1）電壓曲線和無功設(shè)備運行計劃是離線確定的，不能反映電網(wǎng)的實際情況，存在安全隱患;

（2）電網(wǎng)運行人員需要時刻監(jiān)視系統(tǒng)電壓無功情況，并進行人工調(diào)整，工作強度大，而且會因容易出現(xiàn)過調(diào)量往往造成電網(wǎng)電壓波動大;

（3）各廠、站無功電壓控制未予以協(xié)調(diào)，造成電網(wǎng)運行不經(jīng)濟。

2.1 國外二三級電壓控制的運行現(xiàn)狀

目前，電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定方面的研究主要集中在電壓崩潰的機理、電壓穩(wěn)定安全性能指標(biāo)的計算和防止電壓崩潰事故的措施三個方面。一至三級電壓控制的要點如下：

三級電壓控制處于最高層，是對全系統(tǒng)的控制，由系統(tǒng)控制中心執(zhí)行，其響應(yīng)時間為幾十分鐘。主要控制作用為電壓穩(wěn)定的監(jiān)視與控制，這類控制主要是協(xié)調(diào)各二級控制系統(tǒng)。

二級電壓控制處于中間層，是對某個區(qū)域的控制，由各地區(qū)的控制中心執(zhí)行，時間常數(shù)約為幾十秒鐘到幾分鐘。

一級電壓控制處于最底層，設(shè)置在發(fā)電廠、用戶和各供電點，通常是快速反應(yīng)的閉環(huán)控制以控制本地電壓，響應(yīng)時間一般在1 秒至幾秒內(nèi)。

2.2 國內(nèi)部分省網(wǎng)無功電壓工作現(xiàn)狀

浙江電網(wǎng)以提高電網(wǎng)電壓穩(wěn)定水平為主要目的，采用靈敏度分析法、奇異值分解法、連續(xù)潮流法和非線性規(guī)劃法，對浙江電網(wǎng)的多種運行方式進行全面的靜態(tài)電壓穩(wěn)定和暫態(tài)電壓穩(wěn)定的大規(guī)模離線分析研究，分析近年浙江電網(wǎng)電壓穩(wěn)定的薄弱區(qū)域和薄弱點。河南電力系統(tǒng)進行了全局無功最優(yōu)控制的仿真研究，針對發(fā)電機、并聯(lián)電容器、變壓器有載分接頭等無功可控設(shè)備的特點及調(diào)節(jié)性能進行分析，確定了將發(fā)電機作為唯一控制手段的仿真研究方法。

3 AVC 研究現(xiàn)狀

基于最優(yōu)潮流（OPF）的實時電壓自動控制（AVC）集安全性和經(jīng)濟性于一體，可實現(xiàn)安全約束下的經(jīng)濟性閉環(huán)控制。正常運行情況下，AVC 通過實時監(jiān)視電網(wǎng)無功電壓情況，進行在線優(yōu)化計算，分層調(diào)節(jié)控制電網(wǎng)無功電源及變壓器分接頭，調(diào)度自動化主站對接入同一電壓等級、電網(wǎng)各節(jié)點的無功補償可控設(shè)備實行實時最優(yōu)閉環(huán)控制，滿足全網(wǎng)安全電壓約束條件下的優(yōu)化無功潮流運行，達(dá)到電壓優(yōu)質(zhì)和網(wǎng)損最小。省級電網(wǎng)研究的AVC 是集中控制型的，也即在電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)SCADA、EMS與現(xiàn)場調(diào)度裝置之間通過閉環(huán)控制實現(xiàn)AVC。

3.1 國外研究現(xiàn)狀

德國的RWE、美國的PG&E、法國的EDF 和意大利的ENEL等正在進行或準(zhǔn)備實施在線全局無功最優(yōu)控制。在控制過程中，根據(jù)電力系統(tǒng)的實際情況，所采用的實現(xiàn)方式也各不相同，歐洲的電力系統(tǒng)一般將電力控制分為三個等級，這個模式符合無功電壓優(yōu)化的區(qū)域性和電力系統(tǒng)分層分區(qū)調(diào)度體制的要求，已在法國等國外電力系統(tǒng)得以實施。

3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

湖南電網(wǎng)提出了采用經(jīng)濟壓差進行全局無功優(yōu)化的思想，以每條線路電壓降落的縱分量最小為目標(biāo)求解最優(yōu)潮流，計算各發(fā)電廠和變電站注入系統(tǒng)的無功功率，而各發(fā)電廠和變電站通過安裝電力系統(tǒng)無功電壓調(diào)整裝置，自動調(diào)節(jié)無功出力和變壓器的分接頭，使其實際輸出無功功率為計算出的無功優(yōu)化值。

4 結(jié)論

無功補償及電壓調(diào)節(jié)的優(yōu)化首先要搞好無功就地平衡，無功補償?shù)睦硐霠顟B(tài)是各級電壓線路上沒有無功電流流動，各級電壓母線的功率因數(shù)均為1。

為此，應(yīng)本著自下而上，由末端向電源端的順序逐級平衡補償。在補償方式上宜采用集中補償和分散補償相結(jié)合，以分散為主;高壓補償和低壓補償相結(jié)合，以低壓為主的原則。并安裝自動補償投切裝置。在電網(wǎng)中采用有載調(diào)壓變壓器，安裝無功——電壓優(yōu)化自動控制裝置，可以實現(xiàn)經(jīng)濟調(diào)壓。

電網(wǎng)的無功、電壓調(diào)節(jié)和管理的必要措施如下：

（1）采取電網(wǎng)分層分區(qū)運行;

（2）加強電網(wǎng)無功及電壓的調(diào)節(jié)和管理;

（3）電力系統(tǒng)分區(qū)并確定各個區(qū)的電壓中樞點以便對電壓進行分級分布式控制;

（4）合理配置無功補償設(shè)備，做到無功就地補償、分層分區(qū)平衡;

（5）加強送、受端電網(wǎng)建設(shè)，能提高運行可靠性、調(diào)度靈活性和通道的輸送能力，并能提供足夠短路容量和足夠大慣性的系統(tǒng);

（6）在長距離、大容量送電線路中大量采用串聯(lián)補償，以提高電網(wǎng)輸送能力、改善運行電壓水平;

（7）在落點集中的負(fù)荷中心、受端電源少、受端大規(guī)模接受西電東送的落點采用動態(tài)無功設(shè)備;

（8）研究廣東電網(wǎng)受端系統(tǒng)電壓穩(wěn)定和動態(tài)無功補償問題，根據(jù)研究成果合理配置無功電源，使之滿足電網(wǎng)動態(tài)無功備用;

（9）對省網(wǎng)進行無功優(yōu)化調(diào)節(jié)控制，實施分級分布式的控制策略，實現(xiàn)整個省網(wǎng)的閉環(huán)實時控制，實現(xiàn)全網(wǎng)無功優(yōu)化配置;

參考文獻(xiàn)：

[1]許文超，郭偉，李海峰，胡偉. AVC 應(yīng)用于江蘇電網(wǎng)的初步研究[J].繼電器，2003，31（5）：23-26.

[2]王兆安，楊君，劉進軍，王躍編 諧波抑制和無功功率補償. —機械工業(yè)出版社，2006

作者簡介：鄒雪蓮（1974—），女，電氣高級講師，重慶工貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院。