變電站電壓無功控制策略研究

王寶權

（中核霞浦核電有限公司，寧德 352000）

1 引言

作為衡量電力系統電能質量的重要指標，當電壓值偏離正常值一定范圍后，不僅會影響用電設備的使用壽命和效率，也會威脅到電網的穩定和經濟運行。所以說，對于確保電力系統的安全和有效運行，以及用戶的安全生產和設備高校運行而言，電壓質量在其中起著至關重要的作用。在電力系統中，無功補償和無功平衡是保證電壓質量的基本條件[1]。

當無功功率過小時，這回引起電壓的下降，相反，則會引起電壓的上升，在極端情況下還會造成某些樞紐變母線電壓的大幅下降，從而引起“電壓崩潰”。

相反，當電壓得到有效控制和合理的無功補償時，不僅能夠使得電壓質量得到保證，還能夠使得電力系統的運行穩定性和安全性得到提升，從而充分發揮電能的經濟效益。綜上所述，在電壓系統運行過程中，無功功率的自動調整與電壓之間密切相關。

2 基于變電站電壓無功控制策略的相關研究

2.1 電力系統的無功負荷和無功損耗

在電能的輸配過程中，往往線路也要消耗一部分無功功率。就10KV的輸配線路而言，主要的電能消耗體現在串聯電抗消耗。在串聯電抗中，這種損耗正比于負荷電流的平方，呈感性。因此，線路消耗的無功功率可以表示成如下形式：

ΔQL表示線路消耗的無功功率，I 表示流過線路的電流，P 表示線路輸送的有功功率，Q 表示線路輸送的無功功率，UN表示線路的額定電壓，cos示線路的功率因數，XL表示線路的電抗[2]。

2.2 電力系統的無功特性

電力系統無功功率平衡的基本條件是：供電系統中，無功電源可能發出的無功功率不能小于負荷所需要的無功功率與輸配網絡中無功損耗之和[3]。

為了確保系統的可靠運行，適應無功負荷的增長需要，配備一定的無功備用容量是很有必要的。當電網的無功功率得到有效控制時，可能會造成大量的無功功率從較長的配電線路流過，從而降低電網中某些節點的運行電壓；當輸送的用功功率恒定時，伴隨著電壓的降低，電流會相應增大，這樣會增加電路上的功率和電壓損耗；當電網的無功功率相對充裕時，如果能夠使得在較高電壓水平下的無功功率得到平衡，那么，在這種情況下，電網就能夠保持較高電壓水平運行。所以，為了保證電能的有效輸配，必須保證在額定電壓條件下系統無功功率的平衡，與此同時，根據實際情況，再加以合理的無功功率控制。

3 面向全網無功優化的變電站電壓無功控制策略研究

3.1 整體設計思路

建立主站系統，在未來一天各個母線有功、無功曲線以及開關狀態信息（通過短期負荷預測得到）的基礎之上，在整個電網節點電壓允許范圍內，將有功損耗最小作為控制目標，從而計算出各個VQC的控制范圍（限值）；在技術層面上，借助相對成熟的VQC裝置，研究并制定適應全網優化控制和本地控制模式的VQC控制方案，也就是建立變電站VQC，負責變壓器和電容器的狀態，對電網的運行參數進行采集，依據電網的運行參數和主站系統提供的或自己定義的電壓無功限值來進行電壓無功控制，與此同時，可以實現電壓無功控制模式在全網優化優化狀態下和本地狀態下的切換。

3.2 九區圖與五區圖的組合控制策略

把五區圖與九區圖相互結合，通過對全網最優無功電壓值的整定來獲得九區圖的動作啟動值，當工作點不在最優控制區范圍內時，借助啟動控制來判斷最優操作，通過對最優操作動作的選擇來實現一種九區圖與五區圖相互配合的控制策略，示意圖如圖1所示：

圖1 啟動動作示意圖

在工程實踐中，首先對第二天全天的母線符合進行預測，從而獲得第二天全網的最優無功潮流分布和最優無功補償量，在此基礎之上得到每個變電站的最優無功限值和電壓限值。隨后，結合負荷曲線的變化走勢和補償調壓裝置動作次數的限制，對最優無功電壓曲線進行分段處理，然后對分段處理后的限值進行校驗計算[4]。

4 結束語

本文首先介紹了在電力系統的基本信息。然后引出全網無功優化的概念，最后，在此基礎之上提出了基于九區圖和五區圖的控制方案：對于整個配電網中的變電站而言，各個變電站的 設備工作點區域和啟動區域的上下限值是根據九區圖來判斷的。除此之外，對變電站電壓無功控制的整定計算原則給出了詳細論述。