變電所電壓和無功自動調節判據的分析

董德安

摘 要：伴隨我國社會不斷建設，經濟水平快速提高，促使電力系統的發展也在逐漸加快，電力系統的組成部分涉及到非常多的方面和領域，其中的變電所就是非常重要的一部分。變電所的主要功能就是針對電壓進行改變，并進行集中管理和分配，使人們能夠使用上更加安全，更加穩定的電能。在變電所進行電壓轉換時，采用無功自動調節方式能夠有效提高電壓的質量，減小配電線路的損耗程度，這不僅有效提高了電力系統的現代化、智能化、自動化水平，而且也為電力企業的發展奠定了堅實的基礎。本篇文章就是針對變電所電壓和無功自動調節判據進行簡要的分析和研究，希望對我國電力產業的快速發展增添一份力量，促進中國社會和經濟發展建設。

關鍵詞：變電所；電壓；無功自動調節；判據

電力系統中的變電所非常關鍵，其能夠將高壓電與低壓電進行轉換，只有將電壓轉換成低壓電，才能夠供人們正常使用。在過去的很長一段時間里，變電所的電壓和無功調節工作完全是由工作人員進行控制的，這樣不僅浪費過多的人力成本，而且還容易出現偏差，這就會造成電力企業的綜合效益不斷降低，影響進一步發展進步。隨著先進科學技術的出現，自動化技術逐漸應用在電力系統之中，變電所電壓和無功調節也逐漸實現自動化控制，這不僅有效節約了人力成本，保證了電壓和無功調節的精準性，同時也為電力企業創造了更多的效益，為電力系統在未來的發展打牢了基礎，為電力系統更加智能化、現代化、自動化提供了途徑。

1.電壓無功綜合調節判據的綜述

1.1按母線電壓和功率因數復合控制

這種判據能夠通過兩個方法進行判斷，首先是將母線電壓作為主體，不去對功率因數進行考慮，這樣一來，電壓符合標準就行，如果母線電壓不符合相關標準的時候，按照兩者的具體性質采取自動投切控制。其次，是將母線電壓與功率因數共同作為判斷依據，也就是說就算母線電壓符合相關標準，如果功率因數方面符合標準，就進行自動投切，反之同理。第一個判據雖然對無功補償效果進行了一定的思考，但是存在一定的問題，就是在特定的情況下，無功補償會判斷失誤，最終導致無功補償的效果非常差。第二個判據中的功率因數并不能夠對實際無功進行展現，可以說母線電壓和功率因數之間的判據有著一定的出入，這會造成無功補償設備非常頻繁的投切操作[1]。

1.2按母線電壓和晝夜時間復合控制

按照電力系統中的變電站每天的負荷量制定相關曲線，并根據時間段對負荷曲線進行分割，按照每個時間段的負荷曲線針對母線電壓及無功功率實際要求對具體的運行程序進行匯編，從而完成并聯補償電容器的自動調節控制。這種方法僅僅適用于每天的負荷量變化非常平穩的變電站，而且伴隨季節變化其也需要進行一定的變化，即對電壓和無功調節進行改變[2]。

1.3按母線電壓和無功功率復合控制

按母線電壓和無功功率綜合控制就是利用電壓、無功兩個判別量對變電站電壓、無功進行綜合調節，以保證電壓在合格范圍內，同時實現無功基本平衡。按電壓、無功限值整定方式綜合控制時，電壓、無功調節邊界圖如圖1所示。

從圖1中的顯示情況我們能夠非常直觀的看到，當運行的0區域的時候，其才符合電壓和無功的上下限要求，如果運行出0區域，系統就會發出相應的指令，進行投切操作，將其帶回0區域。電壓的上限和下限是按照相關標準設置的，為使電壓可逆，同時增加了逆調系數，通過計算能夠得到其上下限的取值。無功上限和下限是按照電容器的相關參數設置的，Q上限為無功過剩，反之為無功不足[3]

2.模糊邊界的無功調節判據

上文中的判據方法克服了單以電壓作為調節判據所造成的無功補償效果差的缺陷，基本消除了電壓、功率因數作為調節判據所造成的并聯補償電容器頻繁投切現象，是較為理想的判別方法。模糊邊界的無功調節判據為電壓邊界固定，無功邊界與電壓成線性相關即無功缺額較大時，無功邊界下限值隨著電壓的升高而線性增大；無功缺額較小或為負值時，其隨電壓下降而增大[4]。無功功率變化對系統電壓的影響可近似由下式表示：

ΔU/U0=ΔQ/Ssc（1）

式中U0為無功功率等于0時的母線電壓；Ssc為系統短路容量.可見，無功功率的變化將引起電壓成比例的變化。根據這一基本原理，針對電容器投切判據可建立數學模型：

Qct=（Un-U）α1/Un+Qα2/Q0（2）

式中，Un為標準電壓，U為實時電壓；Q0為每組電容器的容量，Q為實時無功功率；α1，α2為權重系數；Qct為電容投入的判別量.假設U=Un，Q≥1.5Q0則可投入一組電容器；U=1.05Un，Q≥2Q0也可以投入一組電容器，并設投入一組電容器的動作條件為Qct≥1。將上述條件代入式（2）可得：

（Un-Un）α1/Un+1.5Q0α2/Q0=1

（Un-1.05Un）α1/Un+2Q0α2/Q0=1

解此方程組可得：α1=20/3，α2=2/3

因此可得一組電容器的動作判據：

Qct=20（Un-U）/3Un+2Q/3Q0≥1（3）

為防止電容器過補償，再增設電容投入輔助判據Q≥Q0。

根據上述無功投切判據，可將電壓、無功平面劃分為如圖2所示的9個區.無功邊界變成了與電壓線形相關的直線，其斜率與設定條件有關。

從圖2可以看出，在Δabc區域中，電壓U大于標準電壓Un，小于U上限，若按照原Q下限，則需要投入電容，這將使電壓U更加偏離Un，且有可能超過U上限進入2區，引發電壓調節。在Δcde區域中，電壓U低于標準電壓Un，接近U下限，此時無功缺額也接近原Q下限，若遇負荷或電壓波動，可能導致電壓低于U下限進入5區，引起電壓調節。按照新Q下限，Δcde已進入3區，可投入電容，投入電容將使電壓遠離下限而接近標準電壓，避免了一次不必要的電壓調節[5]。該調節判據可以在保持無功補償效果和無功調節次數不變的情況下，有效地減少有載分接開關的調節次數，延長有載分接開關使用壽命，并提高了電壓質量。

3.結語

眾所周知，變電所是電力系統中必不可少的重要組成部分，上文中針對電壓和無功自動調節判據進行了簡要的分析，這個判據能夠在無功補償效果不變以及無功調節次數一定的基礎上，對有載分接開關的調節次數進行降低，這樣就能夠有效提高有載分接開關的使用年限。本人針對該判據研發出的新型變電站電壓無功微機綜合控制設備進行了分析，該設備的使用性能良好，有效解決了人工調節過程中可能出現的失誤、不及時等問題，提高了變電所電壓和無功調節的綜合效率，降低了電力企業的投入成本。因此，在今后的電力系統中，應大力推廣和應用電壓和無功自動調節設備，從而促使我國電力系統的整體都更加自動化、智能化和現代化。

參考文獻：

[1]劉璐，耿華，馬少康，朱國榮，劉鐘淇.低電壓穿越過程中DFIG型風電場同步穩定及無功電流控制方法[J].中國電機工程學報.2017，16（15）：110-111.

[2]王寧，高朋，賈清泉，孫玲玲，白鈺.光伏并網系統參與電壓調節的有功和無功協調控制策略研究[J].電工電能新技術.2017，03（08）：187-189.

[3]張金霞.發電機的無功出力服務分析[J].青海大學學報（自然科學版）.2002，10（04）：222-223.

[4]張明軍，厲吉文，王連文.新型變電站電壓無功微機綜合控制裝置[J].山東工業大學學報.2001，04（06）：336-337.

[5]厲吉文，潘貞存，李紅梅，寧文怡，蓋其慶.變電所電壓和無功自動調節判據的研究[J].中國電力.1995，05（07）：187-188.