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城网改造中的无功电压控制问题研究

城网改造中的无功电压控制问题研究
随着国民经济的发展和人们生活水平的提高，电力系统的发展呈现以下特点：电能生产集中化，采用大机组和超高压长距离输电线路，电能的消耗在昼夜间呈现严重的不均匀性，电网日负荷曲线变化剧烈，使电压了发生剧烈波动，严重影响电能质量，对电力系统的机动性提出了更高的要求。

由于现代电力系统发电厂容量大，超高压、长距离输电线路增多，常因输电线路的传输功率低于其自然功率而出现无功过剩，从而引起电网损耗增大，并导致线路产生持续的工频过电压，危害系统的**、经济运行。

从理论上讲，通过调度中心实施电压无功综合在线控制是保持系统电压正常、提高系统运行的可靠性和经济性的*佳方案，但由于我国大多数网架结构不合理，基础自动化水平层次不一，目前实施全系统的电压无功控制尚有一定困难，多数是按照丰枯期制定电压无功控制计划，交厂站人员实施，调度人员根据运行情况作调整。这样存在两个问题：线路上无功传输太多将导致母线电压的上升时对系统不利；增加了值班人员的劳动强度。

2、无功控制现状

在供电充足的情况下，用户必然对电压质量提出更高的要求，电压质量将作为电力市场竞争的主要因素。因此电压质量是一个急待解决的重大技术问题，具有重要的现实意义。国内外对无功电压控问题作了大量研究，取得了极为可观的效果。有传统控制方式的无功电压自动调节装置，有以模糊理论和神经网络为基础的电压无功综合控制，有以柔**流输电技术（FACTS）为基础的静止无功补偿器（SVC）和可控串联补偿、静止补偿器（STATCOM）等。

事实上，无功电压自动控制装置不但投资大，而且大多采用传统的调压手段，难于满足高标准的电压质量要求，因此在未来的电网规划中必须从无功电压调节装置中入手，对无功电压控制方式作彻底改造，摆脱当前使用的9分区控制方案。

配电网现有无功电压控制装置操作频繁，事故多发的原因是控制决策不合理，因此从改善控制决策入手，充分发挥计算机的智能，必将使配电网无功电压控制质量得到显著的改善。电力电子技术的进步，必将导致无功补偿设备的进步，改变传统的无功补偿设备是必要的，也是可行的。新型无功设备具有双向调节能力，并能自动的、连续的调整，具有很高的可控性，便于实施新的控制策略，从而使无功电压获得*佳的控制。这些新技术、新设备的应用，使得在追加很少的投资情况下，改善电压质量成为可能。

电力系统中的无功功率及电压控制是一个十分重要的问题，在电网中如果有充分的可自动控制的无功补偿设备，无功电压总是是不难解决的，但现有电网的无功补偿设备一般较少，自动控制能力更是缺乏，因此解决电压问题成为一个难题。

本地电网在80年代初的主要问题为电压偏低，到80年代末90年代初，季节性出现局部电压偏高和局部电压偏低。现在，电网则出现了后半夜普遍偏高现象，而个别偏远地区在高峰大负荷时又出现短时电压偏低，本地电网之所以出现后半夜电压偏高的现象，主要是由于后半夜负荷所需无功与发电机发出的无功和线路产生的无功总和不能很好平衡的缘故。目前普遍的方法是在负荷侧加装电抗器、电容器、调相机等无功补偿装置，根据系统调度的要求进行人工调节。

由于目前配电变电站的无功电压自动调节装置使用的控制设备为有调压变压器和常规补偿电容器，其调节方式为9分区调节，在8个不合格区域调节变压器分接头和投切电容器的顺序。这种简单的控制方式没有很好地考虑无功与电压的相互影响关系，变压器分接头的调整会影响无功的变化，反之，电容器的投切影响电压的变化，因此不能很好地保证电压质量，并造成频繁的交错调整，增加了变压器分接头调整开关的故障机率和电容器开关的投切次数，使运行可靠性和设备寿命下降。在新建220KV及110KV变电站中，尽管采用了微机无功电压调节装置，但并未充分发挥计算机的计算存贮功能，仍普遍9分区调节方式。

3、无功控制的改进措施

在不增加设备投资的情况下，充分发挥计算机的计��存贮功能，按电力系统能采集到的实时数据进行实时计算作出控制决策，以满足“电力系统电压和无功电力技术导则”规定的电压偏差要求为目标，消除盲目的调节，使变压器分接头的调整和电容器的投切次数降至*少，既提高调节质量，又提高运行可靠性。

以计算机为核心的无功电压控制装置，可以实时测量变压器高、低侧的电压、电流及有功功率和无功功率。因此以有载调压变压器低压侧的电压、电流及负荷有功功率和无功功率作为已知量，可以算出为维持用户端电压为给定值时所需投切的电容器容量及应选择的有调压变压器的分接头档位，该给定值可以按变电站调压方式（顺调压、逆调压、常调压）来确定。

由图1有

由上面的分析可知，利用目前变电站普遍都装有的无功电压补偿装置而得到的实时电压、有功功率和无功功率，再充分利用计算机的计算存储功能，按照优先调整无功补偿装置的无功输出，若无功补偿装置不能满足要求，再调节有载变压器的分接头的调压方式，就可实时得到为维持用户电压为给定值时所需的无功补偿容量或有载调压变压器的分接头。这样可做到有目的的无功—电压调节，而不必像常规无功-电压调节那样当用户的无功需求发生变化而影响电压质量时要经过多次反复调整才能达到要求，而且不需增加任何额外投资，也不需像建立在模糊控制理论和神经网络理论基础上的调节方式那样需要高深的数学理论，而只需利用现有的计算机资源和常规的电力系统理论知识即可，简单实用。

图３用户端电压维持不变时无功补偿容量与用户所需的无功量的关系

图中，1—用户端电压为上限10.7KV时的关系图

2—用户端电压为下限9.3KV时的关系图

由图可见，为维持用户端电压在允许的波动范围内，所需的无功补偿容量将随着用户无功需求的变化：在用户无功需求较小时，其补偿容量变化缓慢，甚至在轻载时无功补偿为负；而当在用户无功需求较大时，补偿容量将急剧增加。可见系统必需有充足的无功储备，才能保持较高的电压质量水平。

5、结论

实际上，目前各个变电站基本装有以计算机为核心的无功电压装置，可以实时测量显示变电站各个电压侧的电压、电流、有功功率、无功功率值，利用这些实时值，可以实时计算出为维持用户端电压在允许范围内波动所需的无功补偿容量以及无功不够时变压器的变比，这样就可得到无功补偿容量或变压器分接头的档位，做到在进行无功-电压控制时，目的明确，只需要调节到*接近计算值即可，而不需要像常规调节方式那样反复调节。

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