基于MCR和MSVC的220kV變電站多電壓等級(jí)無(wú)功電壓綜合控制

陳柏超 宋繼明 周 攀 倪向萍 張亞迪 袁佳歆

（1.武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院 武漢 430072 2.國(guó)家電網(wǎng)公司交流建設(shè)分公司 北京 100140）

0 引言

電壓對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定及設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有重大影響，是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。變電站可通過在低壓側(cè)裝設(shè)晶閘管控制電抗器（TCR）型或磁閥式可控電抗器（MCR）型靜止無(wú)功補(bǔ)償器（SVC）無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電壓[1,2]。TCR型SVC由于晶閘管等開關(guān)器件參數(shù)的限制，難以在較高電壓等級(jí)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和推廣。MCR型SVC具有可直接接入高壓系統(tǒng)、諧波小和損耗低等優(yōu)點(diǎn)[3]，能很好地滿足智能電網(wǎng)的發(fā)展需求，對(duì)于電壓質(zhì)量的提高和降低網(wǎng)損具有重要意義。

目前的變電站電壓無(wú)功綜合自動(dòng)控制裝置主要是針對(duì)110kV及以下兩個(gè)電壓等級(jí)的變電站。通常以主變低壓側(cè)母線電壓和高壓側(cè)注入無(wú)功功率（或高壓側(cè)功率因數(shù)）作為調(diào)控考核的目標(biāo)[4-6]。與110kV及以下的變電站情況不同，220kV變電站是高壓輸電網(wǎng)中的樞紐變電站，它一般有3個(gè)電壓等級(jí)，既向當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷供電，同時(shí)又向下一電壓等級(jí)變電站供電。文獻(xiàn)[7]中指出，不少220kV變電站的電壓調(diào)控能力難以滿足負(fù)荷波動(dòng)需求，缺乏感性補(bǔ)償，低壓側(cè)投入電容器單組容量較大，引起 10kV母線電壓升幅較大，也容易造成中壓側(cè)電壓偏高，這是沒有較為清晰地考慮電壓與無(wú)功功率之間的互動(dòng)關(guān)系[8,9]；文獻(xiàn)[7]提出了一種在低壓側(cè)接入直接式STATCOM 和并聯(lián)電容器組組合成的離散與連續(xù)綜合補(bǔ)償配置方案，雖然該方法可以通過低壓側(cè)無(wú)功容量的精細(xì)調(diào)節(jié)來(lái)解決低壓側(cè)電壓波動(dòng)和改善高壓側(cè)功率因數(shù)，但沒考慮中壓側(cè)的負(fù)荷波動(dòng)和投入無(wú)功補(bǔ)償裝置后對(duì)中壓側(cè)電壓的影響。文獻(xiàn)[10]提出一種電壓無(wú)功綜合控制策略，在電壓無(wú)功控制過程中以中壓側(cè)的電壓為主控目標(biāo)，同時(shí)兼顧高壓側(cè)的電壓水平，采取在中壓側(cè)接入連續(xù)可調(diào)的感性無(wú)功補(bǔ)償裝置和并聯(lián)幾組電容器的方式，能夠有效解決中壓側(cè)負(fù)荷波動(dòng)引起的電壓波動(dòng)。但現(xiàn)在不少220kV變電站的中低壓側(cè)負(fù)荷波動(dòng)并不一致，例如由于夜間電費(fèi)便宜，10kV普通工業(yè)負(fù)荷增大，110kV鐵路負(fù)荷減少，就會(huì)引起的中壓側(cè)電壓偏高而低壓側(cè)電壓偏低的情況，這時(shí)如果僅在一側(cè)安裝無(wú)功補(bǔ)償裝置會(huì)無(wú)法同時(shí)滿足兩側(cè)電壓需求，而如果在兩側(cè)都裝無(wú)功補(bǔ)償裝置，如何進(jìn)行協(xié)同控制和容量選擇是問題的關(guān)鍵。

綜合以上因素，針對(duì)220kV三繞組降壓變電站，本文提出一種基于磁控電抗器和MSVC的變電站多電壓等級(jí)無(wú)功電壓綜合控制方法，在中壓側(cè)接入MCR，在低壓側(cè)接入MSVC無(wú)功補(bǔ)償裝置，考慮變電站中、低壓側(cè)之間的相互影響，通過推導(dǎo)出的中低壓側(cè)無(wú)功補(bǔ)償容量與中低壓側(cè)電壓偏移的關(guān)系來(lái)指導(dǎo)中低壓側(cè)所接無(wú)功補(bǔ)償容量的協(xié)調(diào)控制，并結(jié)合高壓側(cè)有載調(diào)壓分接頭的作用，實(shí)現(xiàn)變電站三側(cè)電壓的合格以及總體無(wú)功的平衡。

1 三繞組變壓器多側(cè)協(xié)調(diào)控制原理

三電壓等級(jí)的變電站可以簡(jiǎn)化為如圖1所示的等效電路[11]。Us、Xs為變電站接入系統(tǒng)的等值電壓和等值電抗；X1、X2、X3為等值轉(zhuǎn)換到高壓側(cè)的變壓器阻抗參數(shù)；k1、k2為變壓器高壓側(cè)對(duì)中壓側(cè)、高壓側(cè)對(duì)低壓側(cè)的電壓比；QL2為中壓側(cè)磁控電抗器的補(bǔ)償容量；QL3、QC3為低壓側(cè)磁控電抗器和電容器組的補(bǔ)償容量；P2+jQ2、P3+jQ3為中壓側(cè)和低壓側(cè)的負(fù)荷功率。當(dāng)改變OLTC分接頭和投切無(wú)功補(bǔ)償裝置時(shí)，系統(tǒng)電壓Us保持不變。負(fù)荷取恒阻抗模型。

圖1 三電壓等級(jí)變電站等效電路Fig.1 Equivalent circuit of three voltage level substation

為了分析中、低壓兩側(cè)的無(wú)功補(bǔ)償裝置對(duì)變電站三側(cè)母線電壓的影響，做以下簡(jiǎn)化：①考慮到變壓器上的功率損耗相對(duì)于其傳輸容量而言是非常小的，可忽略不計(jì)；②用線路的額定電壓代替實(shí)際運(yùn)行電壓來(lái)近似計(jì)算電壓降落；③忽略電壓降落的橫分量。以下的參數(shù)均為折算到高壓側(cè)的等效值。

以中壓側(cè)母線電壓為例，分析補(bǔ)償裝置投入前后的影響。當(dāng)中、低壓側(cè)均未投無(wú)功補(bǔ)償裝置時(shí)，有

中壓側(cè)磁控電抗器的無(wú)功補(bǔ)償容量設(shè)為QL2，低壓側(cè)磁控電抗器和并聯(lián)電容器組的無(wú)功補(bǔ)償容量設(shè)為QL3、QC3。無(wú)功補(bǔ)償裝置投入后，中、低壓側(cè)母線電壓設(shè)為、，對(duì)應(yīng)的負(fù)載功率變?yōu)椤?/p>

聯(lián)合式（1）和式（3），并整理得

同理，可以分析出高壓側(cè)以及低壓側(cè)母線電壓的變化情況。各側(cè)電壓的變化量與補(bǔ)償容量之間的關(guān)系為

參數(shù)a～f均與系統(tǒng)參數(shù)及負(fù)荷狀態(tài)有關(guān)。

為了簡(jiǎn)單地看出各側(cè)電壓變化與無(wú)功補(bǔ)償容量的大致關(guān)系，進(jìn)行進(jìn)一步簡(jiǎn)化處理：忽略變壓器勵(lì)磁支路中的電阻值；因?yàn)楦鱾€(gè)參數(shù)均為折算到高壓側(cè)的等效值，可得

聯(lián)合式（5）和式（6），并整理得

其中，Q中=QL2，Q低=QL3?QC3。

從式（7）可以看出，在低壓側(cè)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償時(shí)對(duì)低壓側(cè)電壓影響大于對(duì)中壓側(cè)電壓的影響；在中壓側(cè)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償時(shí)對(duì)中壓側(cè)電壓影響大于對(duì)低壓側(cè)電壓的影響。

由式（7）可以進(jìn)一步推導(dǎo)出中低壓側(cè)無(wú)功補(bǔ)償容量與中低壓側(cè)電壓偏移的關(guān)系

2 控制目標(biāo)及數(shù)學(xué)模型

220kV變電站中三繞組變壓器的可調(diào)分接頭均在高壓側(cè)，磁控電抗器裝在中壓側(cè)，MSVC裝在低壓側(cè)。通過調(diào)節(jié)這些可控設(shè)備，其控制目標(biāo)是保證高、中、低壓側(cè)電壓合格，無(wú)功基本平衡，盡量減少分接頭調(diào)節(jié)次數(shù)及電容器投切次數(shù)[12,13]。

通過調(diào)節(jié)可控電抗器、MSVC的無(wú)功補(bǔ)償容量以及有載調(diào)壓變壓器分接頭的檔位，即可達(dá)到以下控制目標(biāo)：

（1）U1min＜U1＜U1max，U2min＜U2＜U2max，U3min＜U3＜U3max，即變電站高、中、低三側(cè)母線電壓均在允許的波動(dòng)范圍內(nèi)。

（2）cosφmin＜cosφ＜cosφmax，要求負(fù)荷最小時(shí)不應(yīng)向系統(tǒng)倒送無(wú)功功率，理論上功率因數(shù)最高為1，但實(shí)際運(yùn)行中往往略低一些。

（3）在提高三側(cè)母線電壓合格率、優(yōu)化無(wú)功補(bǔ)償效果的情況下，盡可能地減少變壓器分接頭的日調(diào)節(jié)次數(shù)和電容器組的日投切次數(shù)。

因此變電站電壓無(wú)功控制是個(gè)多限值（分接頭和電容器日調(diào)節(jié)次數(shù)、電壓、功率因數(shù)、其他要求）多目標(biāo)（電壓合格率、功率因數(shù)最高）的最優(yōu)控制數(shù)學(xué)模型。實(shí)際中可根據(jù)需要采用綜合多目標(biāo)函數(shù)。一般把狀態(tài)變量寫成罰函數(shù)的形式，電壓V罰函數(shù)可寫成；功率因數(shù)罰函數(shù)可以寫成Fcosφ=(cosφ? c osφset)2。因此，考慮變電站高、中、低三側(cè)的電壓質(zhì)量以及高壓側(cè)功率因數(shù)的綜合控制函數(shù)模型可定為如下的形式

式中，i=1,2,3分別表示變電站的高、中、低壓側(cè)；Vi、Viset、Vin分別表示變電站各側(cè)的實(shí)際運(yùn)行電壓、設(shè)定的目標(biāo)電壓值以及相應(yīng)的額定電壓；cosφ為高壓側(cè)的實(shí)際功率因數(shù)，cosφset為功率因數(shù)設(shè)定的目標(biāo)值；λi（i=1～3）表示高、中、低壓側(cè)的電壓罰系數(shù)，λ4表示功率因數(shù)的罰系數(shù)。各側(cè)母線目標(biāo)電壓值Viset、功率因數(shù)設(shè)定的目標(biāo)值cosφset可隨運(yùn)行條件的改變而改變，以滿足不同運(yùn)行工況的需求。

變量約束條件為

式中，QC表示電容器投入的補(bǔ)償容量；QMCRi（i=2,3）表示中壓側(cè)和低壓側(cè)磁控電抗器的補(bǔ)償容量；∑T表示一天內(nèi)變壓器有載調(diào)壓抽頭的動(dòng)作次數(shù)，∑NC表示電容器的投切次數(shù)，均應(yīng)不超過限定值。

3 電壓無(wú)功控制策略

要實(shí)現(xiàn)220kV樞紐變電站多電壓等級(jí)無(wú)功電壓的綜合控制，需要在不同的運(yùn)行條件下，根據(jù)當(dāng)?shù)仉妷汉蜔o(wú)功的變化情況，調(diào)節(jié)無(wú)功補(bǔ)償容量以及變壓器分接頭。

高壓側(cè)系統(tǒng)短路容量較大，負(fù)荷變化時(shí)母線電壓波動(dòng)較小，電壓無(wú)功綜合控制過程中220kV母線電壓以 220～231kV為合格范圍，即將電壓正偏差限制在5%以內(nèi)。

中壓側(cè)和低壓側(cè)電壓采用分時(shí)控制，即根據(jù)樞紐變電站的典型負(fù)荷曲線，劃分高峰與低谷時(shí)段，分別采取不同的電壓控制范圍。根據(jù)樞紐變電站對(duì)電壓質(zhì)量的嚴(yán)格要求，采取逆調(diào)壓的控制方式，即峰時(shí)段時(shí)使母線電壓較高；谷時(shí)段時(shí)使母線電壓較低。

根據(jù)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及文獻(xiàn)[14]，將110kV側(cè)可初步劃分20:00～06:00和06:00～20:00兩個(gè)時(shí)段，分別為輕載和重載情況，母線電壓分別控制在110～115kV和112～118kV；10kV側(cè)母線電壓劃分22:00～08:00和 08:00～22:00兩個(gè)時(shí)段，分別控制在 10～10.5kV和 10.2～10.8kV。考慮到 110kV側(cè)和 10kV側(cè)所帶的負(fù)載性質(zhì)不同，相應(yīng)的重載和輕載時(shí)段的劃分略有不同。

圖2 電壓分時(shí)段控制效果示意圖Fig.2 Schematic diagram of time-segmented voltage control

根據(jù)《國(guó)家電網(wǎng)公司電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量和無(wú)功電力管理規(guī)定》中規(guī)定：35～220kV變電站在主變最大負(fù)荷時(shí)，其一次側(cè)功率因數(shù)應(yīng)不低于0.95；在低谷負(fù)荷時(shí)功率因數(shù)應(yīng)不高于0.95，且應(yīng)不低于0.92。由于系統(tǒng)電壓允許在一定的范圍內(nèi)波動(dòng)，在變電站正常運(yùn)行時(shí)首先保證電壓合格，再調(diào)節(jié)無(wú)功功率。當(dāng)電壓在允許工作范圍之內(nèi)時(shí)，控制系統(tǒng)以高壓側(cè)的功率因數(shù)為主要控制目標(biāo)；當(dāng)電壓超出允許工作范圍時(shí)，控制系統(tǒng)就以電壓為主要控制目標(biāo)。這樣可以首先保證電壓合格，在此基礎(chǔ)上盡量保證線路的功率因數(shù)在要求范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的就地平衡。

4 仿真研究

4.1 運(yùn)行工況

某實(shí)際變電站有 2臺(tái) 120MV·A主變壓器，三側(cè)分接頭為220±8×1.25%/121/10.5kV，220kV側(cè)有4回出線，充電功率21.1Mvar；110kV側(cè)有7回出線，充電功率3.2Mvar；10kV側(cè)裝有 4×8Mvar合計(jì)32Mvar補(bǔ)償電容器組。

該變電站無(wú)功電壓監(jiān)測(cè)與考核系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，該變電站220kV和110kV側(cè)電壓長(zhǎng)期處于偏高狀態(tài)。有時(shí)主變壓器有載調(diào)壓開關(guān)調(diào)至第 I檔后110kV母線電壓仍然偏高，而 10kV母線電壓卻偏低。由于該變電站 10kV電容器組單組容量較大，當(dāng)電容器組投入時(shí)，容易造成110kV母線電壓越上限，甚至無(wú)功倒送至220kV主網(wǎng)。如果不投運(yùn)補(bǔ)償電容器組，則 10kV電壓越下限運(yùn)行，使用戶端電壓偏低，無(wú)功電壓調(diào)節(jié)困難。

為解決該220kV變電站110kV側(cè)電壓偏高的現(xiàn)象，考慮在110kV側(cè)增設(shè)直掛式新一代高性能可控電抗器。為避免電容器組的頻繁投切，增設(shè)10kV并聯(lián)可控電抗器，實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率的動(dòng)態(tài)連續(xù)調(diào)節(jié)和電壓控制。110kV側(cè)MCR容量定為25Mvar，補(bǔ)償容量范圍為0～25Mvar，10kV側(cè)MCR容量定為8Mvar，MCR與電容器組組成的MSVC補(bǔ)償容量范圍為?32～8Mvar。

針對(duì)該變電站的控制框圖如圖3所示。對(duì)于控制框圖中有電壓越限的情況，可能是低壓側(cè)越下限而中壓側(cè)電壓合格，這時(shí)需要在低壓側(cè)進(jìn)行容性無(wú)功補(bǔ)償提升低壓側(cè)電壓，由式（7）可知這會(huì)使中壓側(cè)電壓有所上升，如果中壓側(cè)電壓距離中壓側(cè)電壓上限有較大裕量，中壓側(cè)可以不投入無(wú)功補(bǔ)償裝置，根據(jù)式（7）算出低壓側(cè)所需的大致容量并投入；如果中壓側(cè)電壓距離上限很接近，這時(shí)就要限制中壓側(cè)電壓的偏移量，選擇合適的中低壓側(cè)電壓偏移量并由式（8）計(jì)算出所需的MSVC和MCR容量并投入。對(duì)于中壓側(cè)電壓越上限而低壓側(cè)電壓合格的情況分析與低壓側(cè)越下限而中壓側(cè)電壓合格類似。對(duì)于中壓側(cè)越上限而低壓側(cè)越下限的情況根據(jù)式（8）計(jì)算出所需的MSVC和MCR容量并投入。在每次采取調(diào)壓措施之后都得檢測(cè)中、低壓側(cè)電壓是否合格。在中低壓側(cè)電壓都合格時(shí)，檢測(cè)高壓側(cè)功率因數(shù)，當(dāng)中低壓側(cè)均輕載時(shí)，功率因數(shù)應(yīng)該為0.92～0.95；當(dāng)不是這種情況時(shí)，功率因數(shù)應(yīng)該大于0.92；根據(jù)該變電站的實(shí)際運(yùn)行情況，中低壓側(cè)沒有同時(shí)滿載的情況，即不需要功率因數(shù)不小于0.95。如果不合格按框圖中方法進(jìn)行，在兩種措施都可行時(shí)，優(yōu)先選擇降低無(wú)功補(bǔ)償裝置容量的措施，這可減少投入無(wú)功補(bǔ)償?shù)娜萘俊?/p>

圖3 兩側(cè)電壓控制框圖Fig.3 Two sides voltage control block diagram

4.2 仿真分析

為驗(yàn)證中壓側(cè)MCR與低壓側(cè)MSVC配合作用對(duì)變電站電壓無(wú)功綜合控制的有效性，建立了包含兩臺(tái)主變并且中壓側(cè)配置磁控電抗器、低壓側(cè)配置MSVC的變電站Matlab/Simulink仿真模型，仿真模型如圖4所示，仿真過程中通過負(fù)荷的變化以及無(wú)功負(fù)荷的投切來(lái)模擬公共連接點(diǎn)電壓的波動(dòng)現(xiàn)象，就中低壓兩側(cè)均重載、均輕載、中壓側(cè)重載低壓側(cè)輕載、中壓側(cè)輕載低壓側(cè)重載四種典型負(fù)載情況，對(duì)配合補(bǔ)償前后三側(cè)的電壓變化及高壓側(cè)的無(wú)功平衡進(jìn)行仿真分析。

圖4 兩側(cè)協(xié)調(diào)控制仿真模型圖Fig.4 Simulation model of coordinated control on both sides

4.2.1中、低壓側(cè)均重載時(shí)的仿真分析

某一時(shí)刻測(cè)得該變電站 10kV側(cè)帶 82.9%的額定負(fù)載，110kV側(cè)帶 91.2%的額定負(fù)載，并且投入了一組8Mvar補(bǔ)償電容器組，變壓器高壓側(cè)有載調(diào)壓開關(guān)調(diào)至了第 4檔，三側(cè)電壓分別為225.8kV、117.8kV、10.16kV。根據(jù)變壓器重載時(shí)段的電壓允許范圍，此時(shí)高、中壓側(cè)的電壓合格，低壓側(cè)的電壓越下限。

若對(duì)變壓器各側(cè)單獨(dú)調(diào)節(jié)，低壓側(cè)電壓越下限，所以應(yīng)該在低壓側(cè)另投一組電容器組和MCR，僅在低壓側(cè)投入MSVC時(shí)，10kV側(cè)電壓和110kV側(cè)電壓與投入無(wú)功補(bǔ)償容量的關(guān)系如圖5所示。下圖中MSVC的容量是在原來(lái)已經(jīng)投了8Mvar的容性無(wú)功之外另外投的，由圖5可以看出，將低壓側(cè)電壓補(bǔ)償至合格范圍，但中壓側(cè)電壓會(huì)越上限，不能同時(shí)滿足三側(cè)電壓的合格。因此，必須在中壓側(cè)裝設(shè)MCR進(jìn)行感性無(wú)功補(bǔ)償?shù)窒蛪簜?cè) MSVC進(jìn)行容性無(wú)功補(bǔ)償帶來(lái)的110kV側(cè)的電壓升高。

圖5 10kV側(cè)投MSVC時(shí)兩側(cè)電壓變化關(guān)系Fig.5 Relationship between changes of voltage on 10kV side of the cast MSVC

兩側(cè)均重載情況下的仿真分析結(jié)果見表 1，只在低壓側(cè)控制時(shí)，10kV側(cè)所投總電容器組容量為16Mvar，同時(shí)該側(cè)MCR的無(wú)功出力為6.03Mvar；三側(cè)母線電壓可分別補(bǔ)償至 226.3kV、118.2kV、10.21kV，此時(shí)低壓側(cè)合格，中壓側(cè)越上限；當(dāng)中低側(cè)協(xié)調(diào)控制時(shí)，110kV側(cè)MCR輸出容量調(diào)至14Mvar，10kV側(cè)增投容量為24Mvar電容器組，同時(shí)低壓側(cè)MCR出力調(diào)至 2.22Mvar，三側(cè)母線電壓可分別補(bǔ)償至 225.7kV、117.5kV、10.23kV。通過兩側(cè)無(wú)功補(bǔ)償裝置的配合控制，可以實(shí)現(xiàn)三側(cè)電壓的合格。

表1 兩側(cè)均重載情況下的仿真分析結(jié)果Tab.1 Simulation results under heavy load

應(yīng)該說明的是，并不是中低壓兩側(cè)均重載，就一定要低壓側(cè)MSVC和中壓側(cè)MCR都運(yùn)行。根據(jù)中低壓側(cè)所帶重載的負(fù)載率不同，低壓側(cè)電壓越下限的程度不一樣，中壓側(cè)電壓距離上限的裕度不一樣，也可能只需在低壓側(cè)投入MSVC就可以補(bǔ)償?shù)蛪簜?cè)電壓到合格范圍，而中壓側(cè)電壓仍沒有越上限，此時(shí)中壓側(cè)MCR不需要進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償。本文上面所舉中低壓兩側(cè)均重載的例子中，必須中壓側(cè) MCR和低壓側(cè) MSVC協(xié)調(diào)運(yùn)行的情況也存在，后面所舉情況也有可能只需一側(cè)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償，理由與此類似。

4.2.2中、低壓側(cè)均輕載時(shí)的綜合控制

某一時(shí)刻測(cè)得該變電站110kV側(cè)帶35%的額定負(fù)載；10kV側(cè)帶 24.8%額定負(fù)載，中低壓兩側(cè)均處于輕載狀態(tài)，投入了一組8Mvar并聯(lián)電容器組，主變高壓側(cè)檔位調(diào)至了第三檔，三側(cè)電壓分別為229.5kV、115.9kV和 10.03kV，低壓側(cè)滿足逆調(diào)壓的電壓要求，而中壓側(cè)電壓越上限。

若對(duì)變壓器各側(cè)單獨(dú)調(diào)節(jié)，中壓側(cè)電壓越上限，所以在中壓側(cè)投入MCR運(yùn)行，10kV側(cè)電壓和110kV側(cè)電壓與投入無(wú)功補(bǔ)償容量的關(guān)系如圖6所示。從圖6中可以看出，要將中壓側(cè)電壓補(bǔ)償?shù)胶细穹秶辽僖a(bǔ)償?shù)母行詿o(wú)功容量大于3.2Mvar，但低壓側(cè)電壓會(huì)越下限，因此，必須在低壓側(cè)裝設(shè)MSVC進(jìn)行容性無(wú)功補(bǔ)償?shù)窒袎簜?cè) MCR進(jìn)行感性無(wú)功補(bǔ)償帶來(lái)的10kV側(cè)的電壓降低。

圖6 110kV側(cè)投MCR時(shí)兩側(cè)電壓變化關(guān)系Fig.6 Relationship between changes of voltage on 110kV side of the cast MCR

兩側(cè)均輕載情況下的仿真分析結(jié)果見表 2。只在中壓側(cè)進(jìn)行控制，110kV側(cè) MCR投入 3.5Mvar無(wú)功容量時(shí)，三側(cè)母線電壓可分別補(bǔ)償至229kV、114.8kV、9.976kV；中低壓側(cè)配合控制時(shí)，110kV側(cè)投入 15.6Mvar的MCR，同時(shí) 10kV側(cè)另投入兩組并聯(lián)補(bǔ)償電容器組，MCR補(bǔ)償容量為6.72Mvar，補(bǔ)償之后三側(cè)電壓分別降為229.1kV、114.9kV、10.02kV，此時(shí)高壓側(cè)功率因數(shù)為0.954 4，三側(cè)電壓和功率因數(shù)都在允許范圍內(nèi)。

表2 兩側(cè)均輕載情況下的仿真分析結(jié)果Tab.2 Simulation results under light load

4.2.3中壓側(cè)輕載、低壓側(cè)重載的仿真分析

某一時(shí)刻測(cè)得該變電站中壓側(cè)帶 27.5%的額定負(fù)載，處于輕載狀態(tài)；低壓側(cè)帶 79.9%額定負(fù)載，投入了一組電容器組，處于重載狀態(tài)，變壓器有載調(diào)壓分接頭接在第四檔。三側(cè)母線電壓分別為228.4kV、115.4kV、9.993kV，中壓側(cè)電壓越上限而低壓的電壓越下限。顯然此時(shí)僅靠低壓側(cè)單獨(dú)投入MSVC或中壓側(cè)單獨(dú)投入 MCR均無(wú)法同時(shí)滿足中低壓兩側(cè)的電壓要求。

中壓輕載、低壓重載情況下的仿真分析結(jié)果見表3。在中壓側(cè)投入MCR吸收過剩的容性無(wú)功，而低壓側(cè)投入MSVC補(bǔ)充容性無(wú)功，補(bǔ)償后中壓側(cè)電壓變?yōu)?14.9kV，低壓側(cè)電壓變?yōu)?0.24kV，均在要求范圍內(nèi)。

表3 中壓輕載、低壓重載情況下的仿真分析結(jié)果Tab.3 Simulation results with medium-voltage side light load and low-voltage side heavy load

4.2.4中壓側(cè)重載、低壓側(cè)輕載的仿真分析

某一時(shí)刻測(cè)得該變電站中壓側(cè)帶 90.4%額定負(fù)載，處于重載狀態(tài)；低壓側(cè)帶 16.6%額定負(fù)載，處于輕載狀態(tài)；有載調(diào)壓抽頭接第六檔。三側(cè)母線電壓分別為226.3kV、114.6kV、9.969kV，中壓側(cè)電壓合格而低壓側(cè)電壓越下限。在低壓側(cè)需投MSVC進(jìn)行容性無(wú)功補(bǔ)償。

中壓重載、低壓輕載情況下的仿真分析結(jié)果見表 4，仿真分析表明，低壓側(cè)只需投入無(wú)功容量為15.7Mvar，就可以將低壓側(cè)電壓補(bǔ)償至 10.22kV，滿足輕載時(shí)的電壓范圍要求；中壓側(cè)電壓從原來(lái)的114.6kV上升至117.1kV，提高了中壓側(cè)的電壓水平。

表4 中壓重載、低壓輕載情況下的仿真分析結(jié)果Tab.4 Simulation results with medium-voltage side heavy load and low-voltage side light load

需要說明的是，該樞紐變電站中兩臺(tái)主變壓器的電壓比均為220±8×1.25%/121/10.5kV，且由于降壓變壓器結(jié)構(gòu)的影響，中壓側(cè)的阻抗參數(shù)遠(yuǎn)小于低壓側(cè)，這使得實(shí)際運(yùn)行中中壓側(cè)母線電壓標(biāo)幺值較之低壓母線電壓標(biāo)幺值一般都要大。當(dāng)中壓側(cè)重載而低壓側(cè)輕載時(shí)，逆調(diào)壓要求中壓側(cè)電壓較高而低壓側(cè)電壓較低，故這種負(fù)荷情況下只需在低壓側(cè)投入MSVC進(jìn)行容性無(wú)功補(bǔ)償就能較易實(shí)現(xiàn)兩側(cè)電壓同時(shí)合格。

以上的仿真結(jié)果表明，在各種不同的運(yùn)行方式下，110kV側(cè)MCR與10kV側(cè)MSVC相互協(xié)調(diào)，通過配合補(bǔ)償均可有效改善三側(cè)母線電壓水平，滿足樞紐變電站的電壓質(zhì)量要求。

5 結(jié)論

本文提出的基于MSVC的變電站多電壓等級(jí)無(wú)功電壓多目標(biāo)綜合控制方法，考慮變壓器各側(cè)之間的相互影響，通過中、低壓側(cè)無(wú)功補(bǔ)償裝置的配合作用，可在各種不同的運(yùn)行方式下實(shí)現(xiàn)三側(cè)電壓合格以及總體無(wú)功的基本平衡。搭建了某實(shí)際變電站的仿真模型，通過仿真說明了在中壓側(cè)電壓越上限而低壓側(cè)合格但距低壓側(cè)下限很近，低壓側(cè)越下限而中壓側(cè)合格但距中壓側(cè)上限很近，低壓側(cè)越下限而中壓側(cè)越上限等幾種情況下必須使用兩側(cè)無(wú)功補(bǔ)償裝置協(xié)調(diào)作用的必要性。同時(shí)可減少變壓器分接頭動(dòng)作次數(shù)以及電容器組的投切次數(shù)。

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