關于變電站分散式電壓無功控制裝置的設計與實現

周應林 鄒海英

(四川省電力公司資陽公司，四川 資陽 641300)

前言

近年來，隨著無人值班變電站在不斷的增加，變電站的綜合自動化系統也在逐漸完善，功能也隨之不斷強大。電能質量也成為當前供電企業最為重要的環節，保證電力系統電壓的持續穩定性是電力公司服務的宗旨。在變電站中，分散式電壓無功控制裝置是自動調節有載調壓變壓器分接頭和自動投切無功補償設備，從而使電壓無功功率控制在合格的范圍之內。因此，保證電力系統電壓的持續穩定性，是本裝置實現實時無功補償設計的主要目的。

1.硬件設計

該裝置采用大容量的鐵電RAM，能夠無限制地寫入及對數據進行永久性的保存；使用TI公司的TMS320LF2000系列芯片，本系列DSP專為實時信號處理而設計，融合實時處理能力以及控制能力，在較大程度上加強該系統的實時數據處理、FFT計算以及相對復雜的控制方式。128×64漢顯液晶可以提供友好、豐富的操作界面，同時實時打印現場所發生的事件，此外，由于通訊方式的靈活性，能夠同其它裝置自由組網。其原理框圖如圖1所示。

圖1 主機原理框圖

2.軟件設計

2.1.VQC 邏輯原理

變電站中一般有幾臺變壓器，VQC根據主變的運行方式的不同選擇不同調節方式。對于兩繞組的變壓器，取高壓側的無功功率作為無功調節的依據，取低壓側電壓作為電壓調節的依據。電壓的調節主要靠調節主變的檔位來實現，無功功率的調節主要靠無功設備的投切來實現。

2.2.基于傳統9區圖而改進的11區圖的定義

如下圖2所示，以無功功率Q為橫坐標，U為縱坐標 ，建立U-Q坐標系。在U-Q坐標系中，△Uq為投退一組電容引起的母線最大電壓變化量。

圖2 改進后的11區圖

2.3.VQC 的調節方式

在主變高壓側電壓不變及輸入功率不變的情況下，主變分接頭上調，高壓側繞組匝數減少，主變低壓側電壓增大；反之，主變分接頭下調，高壓側繞組匝數增加，主變低壓側電壓減小。對于并聯電容器組，當投入時，系統無功功率得到補償，無功功率減少，電壓升高；反之，退出后，系統無功功率增大，電壓降低。

在實際的運行方式中，可能會遇到這樣的一種情況，運行點落在6區的某個地方，VQC策略為切電容，但切電容后，系統電壓下降，無功功率增大，運行點落在7區，7區策略為升分接頭，升抽頭后運行點又回到6區。此時造成電容器和分接頭頻繁調節且運行點在6區與7區之間徘徊。同樣的道理，在2區的某個地方，也會造成運行點在2、3區之間徘徊，電容器和分接頭頻繁調節。造成上述電容器和分接頭頻繁調節的原因，是由于投切電容器后電壓的升高或降低使得運行點向另一個不滿足的區移動。為此，可將9區作進一步的細分，從而制定更詳細的控制策略。將9區圖進行改進，得出11區圖。在61區，可采取的策略為切電容，因為此時切一組電容后，運行點仍落在6區內 (61區或62區)，Umin

3.VQC 的定值整定

對于VQC軟件，由于廠家的實現方法不一樣，因此定值也各不相同，然而，在VQC中，某些定值具有共通性，在此，我們僅對此些共通的定值的整定問題進行討論。

3.1.VQC 的基本定值

3.1.1.Umax和 Umin 的整定

在 9 區 圖 里 ，Umax、Umin、Qmax 以 及Qmin決定了其分布。至于Umax和Umin的整定，我們可按照當地電網的運轉規程，給予電壓合格的上下限?？勺鲆缓唵闻e例：若當地10kV的合格電壓處在9.8-10.7kV的范圍內，那么Umax和Umin分別設定成10.7、10.0。如果10kV由于饋線長網損相對大的特別情況，則可以適當地增大Umin。

3.1.2.無功 Qmax、Qmin 的整定

Qmax與Qmin的整定比較復雜，因為Q與負荷大小密切相關。對于Qmax、Qmin的整定，應先根據當地電網對于功率因數的運行規定，確定 COSΦmax及 COSΦmin。例如:COSΦmax規程允許 0.98，COSΦmin規程允許0.9?，F假設對于一臺兩卷變壓器，容量為50000kVA。現考慮該臺變壓器運行在額定負荷的80%情況下，則可得出Qmax及Qmin在80%的額定負荷條件下的值:

Qmax=80%＊S＊ √ (1-COSΦmin＊COSΦmin=17436kVar

Qmin=80%＊S＊√ (1-COSΦmax＊COSΦmax=7960kVar

因為負荷是變化的，因此Qmax與Qmin隨著不同的負荷變化而變化。因此VQC軟件一般都要求分時段執行定值。所以可根據當地的負荷變化規律，在不同的時段整定不同的Qmax與Qmin大小。本裝置有可分為5個時段。

3.2.投退一組并聯電容器對電壓的變化率ΔU

一般在對母線電壓受到投一組并聯電容器的影響進行確定時不太容易，因為時間和季節的變化會使得負荷隨之不同，所以，想精確整定具有一定的困難性，但我們能夠通過自動化系統的遙測數據對此定值進行確定。

3.3.投一組并聯電容器對無功的變化率

對于一組并聯電容器，其出廠銘牌都會注明其容量，例如對于某電容器組，其參數為5010kVar，則其容量可直接作為投一組并聯電容器對無功的變化大小，例如對于上述電容，則其對無功的變化率為5010kVar。

結語

該裝置為分散式電壓無功控制方式，易言之，在各變電站中，自動投切無功補償設備以及自動調節有載調壓變壓器分接頭，從而使得當地電壓無功功率可控制在有效范圍之內。然而，這種方式若從整個電網的宏觀方面來講，可謂存在難以避免的局限性，缺乏潮流的大局觀。為了達到電網的無功優化控制，提高并加強系統運行的經濟性和可靠性，采取調度中心統一控制無功補償設備以及分接頭是最好的無功控制方式，即集中式控制。而電力調度控制發展的最高階段也就是集中式控制。在現階段，關于集中式電壓無功控制的理論已有較多的成果，而對于其的算法還需進一步的探討和研究。

[1]張明軍，厲吉文，王連文.新型變電站電壓無功自動控制裝置的研制[J].電力電子技術，2002，(03).

[2]徐澤華.智能電壓無功控制系統的研究與開發[D]；湖南大學，2001年.

[3]沈曙明.變電站電壓無功綜合自動控制的實現與探討[J].2000，(11).

[4]葉芃生.電網無功連續補償方法及補償裝置[P].中國，ZL00125031101.2000.

[5]王兆安.諧波抑制和無功功率補償[M].北京:機械工業出版社，1999.

[6]陳樂柱，陳志軍，王蓉.基于DSP+CPLD的新型高壓連續無功補償控制器的研制[J].自動化儀表，2007.

[7]張振乾，王毅.基于ATT7022A的抽油機動態無功補償控制器的研制[J].儀器儀表用戶.2007.