隨著我國(guó)電力工業(yè)的迅猛壯大，電網(wǎng)逐步擴(kuò)張，電力負(fù)荷增長(zhǎng)很快，電壓等級(jí)越來越高，電網(wǎng)、發(fā)電廠以及單機(jī)容量也越來越大，電網(wǎng)覆蓋的地理面積在不斷擴(kuò)大。但是，由于地理環(huán)境、燃料運(yùn)輸、水資源及經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模等諸多因素的影響，致使電源(發(fā)電廠)分布不均衡，要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和優(yōu)良的電能質(zhì)量，就必須解決遠(yuǎn)距離輸電、電壓調(diào)節(jié)及無功補(bǔ)償等問題。

 

    電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，電壓質(zhì)量對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定及電力設(shè)備安全運(yùn)行、線路損失、工農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量、用電單耗和人民生活用電都有直接影響。無功電力是影響電壓質(zhì)量的一個(gè)重要因素，電壓質(zhì)量與無功是密不可分的，可以說，電壓?jiǎn)栴}本質(zhì)上就是無功問題。解決好無功補(bǔ)償問題，具有十分重要的意義摘自:工變電器。

 

    目前，許多地方電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償和電壓調(diào)節(jié)依然采用傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式，有載調(diào)壓變壓器、靜電電容器等只能手動(dòng)調(diào)節(jié)和投切,不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)電壓調(diào)節(jié)或無功補(bǔ)償。因此，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)無功補(bǔ)償以保證電力系統(tǒng)電壓的連續(xù)穩(wěn)定性，是本文研究和探討的主要方向。

 

    1 相關(guān)理論

 

    1.1 無功功率平衡

 

    欲維持電力系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性，應(yīng)使電力系統(tǒng)中的無功功率保持平衡，即系統(tǒng)中的無功電源可發(fā)出的無功功率應(yīng)大于或等于負(fù)荷所需的無功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗。系統(tǒng)中無功功率的平衡關(guān)系式如下：

 

    Qgc-Qld-Ql =Qr

 

    式中 Qgc——電源發(fā)出的無功功率之和;

 

    Qld ——無功負(fù)荷之和;

 

    Ql——網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗之和;

 

    Qr——系統(tǒng)可提供的備用無功功率。

 

    Qr > 0，表示系統(tǒng)中無功功率可以平衡而且有適當(dāng)?shù)膫溆?Qr

 

    Qgc包括全部發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功功率Qg和各種無功補(bǔ)償裝置提供的無功功率Qc，即

 

    Qgc=Qg+Qc

 

    1.1.1 補(bǔ)償容量不足時(shí)的無功功率平衡

 

    進(jìn)行系統(tǒng)無功功率平衡的前提是保持系統(tǒng)的電壓水平正常，否則，系統(tǒng)的電壓質(zhì)量就得不到保證。在圖1所示的系統(tǒng)無功功率負(fù)荷的靜態(tài)電壓特性曲線中，在正常情況下，系統(tǒng)無功功率電源所提供的無功功率Qgcn，由無功功率平衡的條件Qgcn-Qld-Ql=0決定的電壓為Un，設(shè)此電壓對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)正常的電壓水平。但假如系統(tǒng)無功功率電源提供的無功功率僅為Qgc(Qgc

 

    關(guān)于無功補(bǔ)償問題的探討及其解決方案

 

    1.1.2 系統(tǒng)無功功率電源充足時(shí)的無功功率平衡

 

    在正常情況下(系統(tǒng)電壓為額定電壓)，如圖2所示，系統(tǒng)無功電源Q同電壓U的關(guān)系為曲線1，負(fù)荷的無功電壓特性為曲線2，兩者的交點(diǎn)a確定了負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓Ua。

 

    當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，如曲線2所示，如果系統(tǒng)的無功電源沒有相應(yīng)增加，電源的無功特性仍然是曲線1，這時(shí)曲線1和曲線2的交點(diǎn)a'就代表了新的無功功率平衡點(diǎn)，并由此決定了負(fù)荷點(diǎn)的電壓為Ua′，顯然Ua′

 

    1.2 無功補(bǔ)償原則

 

    國(guó)家《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定，無功補(bǔ)償與電壓調(diào)節(jié)應(yīng)以下列原則進(jìn)行。

 

    a.總體平衡與局部平衡相結(jié)合;

 

    b.電力補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合;

 

    c.分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合;

 

    d.降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主。

 

    無功補(bǔ)償應(yīng)盡量分層(按電壓等級(jí))和分區(qū)(按地區(qū))補(bǔ)償，就地平衡，避免無功電力長(zhǎng)途輸送與越級(jí)傳輸。

 

    2 實(shí)行實(shí)時(shí)無功補(bǔ)償和電壓調(diào)節(jié)

 

    為了實(shí)行實(shí)時(shí)無功補(bǔ)償，優(yōu)化無功潮流分布，提出一種全網(wǎng)無功補(bǔ)償和電壓優(yōu)化實(shí)時(shí)控制方法，以實(shí)現(xiàn)從離線處理轉(zhuǎn)化為實(shí)時(shí)處理，提高全網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓合格率，減少網(wǎng)損，取得較好的經(jīng)濟(jì)性。

 

    2.1 控制無功補(bǔ)償和電壓優(yōu)化的規(guī)則

 

    以全網(wǎng)網(wǎng)損盡量小、各節(jié)點(diǎn)電壓合格為目標(biāo)，以調(diào)度中心為控制中心，以各變電站的有載調(diào)壓變壓器分接頭調(diào)節(jié)與電容器投切為控制手段。

 

    2.2 控制流程

 

    首先從調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，送入電壓分析模塊和無功分析模塊進(jìn)行綜合分析，形成變電所主變分接頭調(diào)節(jié)指令、變電所電容器投切指令，由調(diào)度中心、集控中心、配調(diào)中心控制系統(tǒng)執(zhí)行，循環(huán)往復(fù)。無功電壓實(shí)時(shí)控制流程見圖3。

 

    2.3 無功補(bǔ)償與電壓優(yōu)化的控制原理

 

    電力系統(tǒng)電壓無功限值區(qū)間的劃分(動(dòng)態(tài)9區(qū)圖)見圖4。根據(jù)該圖在各區(qū)內(nèi)，以最優(yōu)的控制順序和電壓無功設(shè)備組合使運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)入無功、電壓均滿足要求的第9區(qū)。

 

    電力系統(tǒng)電壓無功限值區(qū)間的劃分(動(dòng)態(tài)9區(qū)圖)

 

    電壓控制按照逆調(diào)壓原則，當(dāng)電壓變化超出電壓曲線的允許偏差范圍(U上—U下)或超出無功功率允許偏差范圍(Q上—Q下)時(shí)，根據(jù)整定的偏移量發(fā)出電容器投切指令或變壓器分接頭調(diào)整指令，從而達(dá)到調(diào)整電壓和無功潮流的目的。

 

    其中，U上、U下分別為電壓約束上、下限，Q上、Q下分別為無功約束上、下限，各區(qū)動(dòng)作方案如下。

 

    1區(qū)：電壓超下限，無功超上限。設(shè)定電容器投入容量，并發(fā)出電容器投入指令，當(dāng)電容器全部投入后，電壓仍低于U下時(shí)，發(fā)出變壓器分接頭升壓調(diào)節(jié)指令。

 

    2區(qū)：電壓合格，無功超上限。發(fā)出電容器投入指令，當(dāng)電容器全部投入后運(yùn)行點(diǎn)仍在該區(qū)，則維持運(yùn)行點(diǎn)。

 

    3區(qū)：電壓超上限，無功超上限。發(fā)出變壓器分接頭降壓調(diào)節(jié)指令;當(dāng)有載調(diào)壓已處于下限時(shí)，再發(fā)出上一級(jí)變壓器分接頭調(diào)節(jié)指令。

 

    4區(qū)：電壓超上限，無功合格。動(dòng)作方案同3區(qū)。

 

    5區(qū)：電壓超上限，無功超下限。發(fā)出電容器切除指令，當(dāng)電容器全部切除后，電壓仍高于U上時(shí)，再發(fā)出變壓器分接頭降壓調(diào)節(jié)指令。

 

    6區(qū)：電壓合格，無功超下限。發(fā)出電容器切除指令，當(dāng)電容器全部切除后，運(yùn)行點(diǎn)仍在該區(qū)，則維持該運(yùn)行點(diǎn)。

 

    7區(qū)：電壓超下限，無功超下限。發(fā)出變壓器分接頭升壓調(diào)節(jié)指令，當(dāng)有載調(diào)壓已處于上限時(shí)，再發(fā)出電容器投入指令。

 

    8區(qū)：電壓超下限，無功合格。動(dòng)作方案同7區(qū)。

 

    9區(qū)：電壓、無功均合格。維持該運(yùn)行點(diǎn)，不發(fā)調(diào)整指令。

 

    3 應(yīng)用分析

 

    某區(qū)域電網(wǎng)接線示意圖見圖5。

 

    某區(qū)域電網(wǎng)接線示意圖

 

    以#6變電站為例，假設(shè)其運(yùn)行于1區(qū)，即10kV母線電壓低于其電壓曲線下限，同時(shí)變壓器高壓側(cè)所受無功功率潮流高于其整定上限，那么，控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，先進(jìn)入電容器調(diào)節(jié)程序，計(jì)算確定應(yīng)投入的電容器容量，條件是電容器投入后，10kV側(cè)不得向35kV側(cè)反送無功或不得超出無功受電的整定下限。如果電容器全部投入后，仍然不能滿足要求，系統(tǒng)會(huì)進(jìn)入變壓器分接頭計(jì)算程序，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果，發(fā)出變壓器分接頭調(diào)節(jié)指令，強(qiáng)行提高低壓側(cè)母線電壓，使其達(dá)到或高于電壓曲線下限，但此時(shí)變電站無功負(fù)荷潮流不一定滿足整定要求，可以根據(jù)對(duì)負(fù)荷的預(yù)測(cè)，增加電容器的裝設(shè)容量。

 

    若運(yùn)行于2區(qū)，即10kV母線電壓達(dá)到或高于其電壓曲線下限，同時(shí)變壓器高壓側(cè)所受無功功率潮流高于其整定上限，則控制系統(tǒng)只進(jìn)入電容器調(diào)節(jié)程序，發(fā)出電容器投入指令，補(bǔ)償無功，減小變電站無功受電。若電容器全部投入后，仍不能使無功潮流滿足要求，由于電壓在合格范圍內(nèi)，控制程序不再進(jìn)入變壓器分接頭調(diào)節(jié)程序，使其維持在該運(yùn)行狀態(tài)下。對(duì)于電容器裝設(shè)容量不足的問題，也可以通過增加電容器的裝設(shè)容量來滿足需要。

 

    在3區(qū)運(yùn)行時(shí)，由于電壓超過上限，但無功受電也較多，超過上限，這主要由變壓器變比不合適引起，控制系統(tǒng)會(huì)以此條件做出判斷。首先發(fā)出變壓器分接頭調(diào)節(jié)指令進(jìn)行降壓，若分接檔位調(diào)至下限時(shí)，電壓仍超過上限，此時(shí)應(yīng)調(diào)節(jié)上一級(jí)變壓器(4)分接頭降低電壓。不切除電容器是因?yàn)榍谐?，無功受電會(huì)進(jìn)一步加大，不符合網(wǎng)損盡量小的原則。此外，可采取調(diào)整負(fù)荷結(jié)構(gòu)，平衡無功負(fù)荷的措施，不使其過于集中。

 

    在4區(qū)運(yùn)行時(shí)，第一步與3區(qū)調(diào)整原則一致，第二步控制系統(tǒng)在保證無功合格的條件下，切除部分電容器，減少其對(duì)電壓的抬升作用。

 

    5～8區(qū)與1～4區(qū)相對(duì)應(yīng)，控制系統(tǒng)會(huì)發(fā)出相反的調(diào)節(jié)指令，不再敘述。

 

    4 運(yùn)行效果

 

    4.1 降低線損

 

    應(yīng)用前后3個(gè)月的網(wǎng)損統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)比較如表1所示。應(yīng)用實(shí)時(shí)無功補(bǔ)償與電壓控制系統(tǒng)后，1～3月的節(jié)電量分別為300、349、420MW·h，降損節(jié)電效果明顯。

 

    4.2 提高了電壓合格率

 

    系統(tǒng)應(yīng)用前后的電壓合格率比較見表2?？梢钥闯?，各點(diǎn)電壓合格率均得到了提高。

 

    4.3 改善了設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

 

    由于實(shí)施全網(wǎng)實(shí)時(shí)無功補(bǔ)償和電壓調(diào)節(jié)，變電所電容器平均每天投切次數(shù)由以前的3次增加到9次，主變分接頭開關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)由以前的10次 /(臺(tái)·d)，降低到現(xiàn)在的5次/(臺(tái)·d);同時(shí)，高壓側(cè)功率因數(shù)由0.89提高到96。

 

    5 結(jié)論

 

    按照上述方案實(shí)施無功補(bǔ)償和電壓調(diào)節(jié)，使無功功率得到了自動(dòng)實(shí)時(shí)補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)從離線處理到實(shí)時(shí)處理,從就地平衡到全網(wǎng)平衡,從單獨(dú)控制到集中控制，避免了人工監(jiān)視、手動(dòng)投切的各種弊端，如響應(yīng)慢、誤操作、工作量大等，電壓水平的合格性和穩(wěn)定性得到了顯著提高，整個(gè)電網(wǎng)的網(wǎng)損降到了盡量低的程度。運(yùn)行實(shí)例表明，該系統(tǒng)方案在電力系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用前景。

 

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