基于電力系統(tǒng)常見無功補(bǔ)償方式分析與討論

占美玉 楊能

摘? 要：要保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，必須要保證系統(tǒng)充足的無功功率，它是保證線路末端電路、系統(tǒng)傳輸功能的必要條件，在長距離的高壓輸電線路中，電壓的末端竟可達(dá)到10%的電壓損失，使受負(fù)荷端電壓質(zhì)量嚴(yán)重不符合規(guī)定要求;另一方面在配網(wǎng)系統(tǒng)中，長距離的輸電便配網(wǎng)低壓端電壓無法滿足正10%、負(fù)7%范圍內(nèi)，造成用戶的家電器失靈，所以無功補(bǔ)償非常有必要的，為滿足電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定、控制靈活、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求，F(xiàn)ACTS裝置越來越多地應(yīng)用于電網(wǎng)中。靜止無功補(bǔ)償器（SVC）是目前電網(wǎng)及工業(yè)應(yīng)用最多的一種FACTS裝置，其各種控制策略對電力系統(tǒng)無功電壓控制有著明顯的快速性、靈敏性和有效性。

關(guān)鍵詞：控制方式? 控制策略? 無功補(bǔ)償

中圖分類號：TM715? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1672-3791（2019）02（c）-0020-02

隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展，電力系統(tǒng)中大功率非線性不對稱的負(fù)荷不斷增加從而造成電壓不穩(wěn)定、功率因數(shù)低、三相不平衡等電能質(zhì)量問題。除此之外，我國電力系統(tǒng)在長距離輸電過程中，由于無功功率的不足，使得系統(tǒng)的輸送總電流增加、變壓器輸出減少、線路有功功率損耗增加、受端電壓下降。采用動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)是解決上述問題的有效措施之一。動態(tài)無功補(bǔ)償技術(shù)是一項(xiàng)提高電能質(zhì)量的有效并且經(jīng)濟(jì)的措施，也是保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定性以及戰(zhàn)略防御的客觀需求。靜止無功補(bǔ)償器（SVC）是現(xiàn)代電力系統(tǒng)中應(yīng)用最多、最為成熟的動態(tài)無功補(bǔ)償設(shè)備，也是第一代的FACTS裝置。

1? 無功優(yōu)化模型建立

通過查閱相關(guān)資料，可以查看到無功優(yōu)化控制系統(tǒng)模型，通過取其模型的目標(biāo)值為系統(tǒng)網(wǎng)損最小

同時要滿足以下等式約束條件和不等式約束條件：

節(jié)點(diǎn)電壓約束：

發(fā)電機(jī)無功出力約束：

有載調(diào)壓分接頭檔數(shù)調(diào)節(jié)上下限：

設(shè)備動作次數(shù)上限：

有動作次數(shù)約束的設(shè)備包括電容器、電抗器、有載調(diào)壓分接頭。

（5）功率方程約束：

其中，所有節(jié)點(diǎn)i都需要滿足有功方程;所有PQ節(jié)點(diǎn)都需要滿足無功方程。

為節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納陣元素;

為第i條母線的電壓;

為母線i和母線j的電壓相角差;

和為母線i上所帶發(fā)電機(jī)的有功功率和無功功率;

和為母線i上所帶負(fù)荷的有功功率和無功功率。

為了找其在以上所有方程的約束條件下最小的無功功率與最優(yōu)分布方案，可以在實(shí)際電力系統(tǒng)運(yùn)行過程調(diào)節(jié)所有的無功設(shè)備的出力，這些無功設(shè)備主要包括電容器組、電抗器、水電發(fā)電機(jī)組，另外還可以通過有載調(diào)壓主變分接頭來調(diào)節(jié)電壓大小等。

2? 靜止無功補(bǔ)償器的控制方式

SVC控制根據(jù)所面向控制對象的不同可以分為面向系統(tǒng)的控制策略和面向負(fù)荷的控制策略。SVC對于面向系統(tǒng)控制的目的是為了提高系統(tǒng)穩(wěn)定性、加強(qiáng)對低頻振蕩的阻尼、降低網(wǎng)損等，而對于面向負(fù)荷的控制則是為了抑制沖擊負(fù)荷影響、提高電能質(zhì)量等。此外，根據(jù)控制目標(biāo)的不同，SVC的控制方式主要有開環(huán)、閉環(huán)和復(fù)合控制3種。下面簡單分析下SVC對沖擊性負(fù)荷的閃變抑制控制。

SVC對沖擊性負(fù)荷的閃變抑制控制采用開環(huán)控制，其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡單、響應(yīng)速度快、能快速跟蹤負(fù)荷的變化，其典型的響應(yīng)時間為5～10ms。但是其控制精度不高，對系統(tǒng)參數(shù)的變化沒有修正能力，所以一般情況下開環(huán)控制只是用于精度要求不高且需要快速響應(yīng)的負(fù)荷調(diào)節(jié)，比如對沖擊性負(fù)荷的閃變抑制。

3? 常見發(fā)電機(jī)組無功功率分析

在電力系統(tǒng)系統(tǒng)中，發(fā)電廠機(jī)組，特別是水力發(fā)電同步機(jī)組的無功能力調(diào)節(jié)能力對整個系統(tǒng)的無功平衡有著很重要的作用。現(xiàn)討論假設(shè)發(fā)電機(jī)組的母線的無功功率誤差，通過牛頓迭代法來求解確定計(jì)算出來的無功功率，功是否在此水力發(fā)電組的無功功率限值范圍之內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)式如公式（8）：

如果在迭代過程中，出現(xiàn)以下情況：

母線變成了一個發(fā)電機(jī)的母線，則根據(jù)越限的情況和相關(guān)的雅可比項(xiàng)，在式（9）中加入功率誤差方程，如下所示：

母線的節(jié)點(diǎn)電壓是允許變化的，因此變成了狀態(tài)變量。

在母線上，如果在后續(xù)的迭代過程中，通過更精確的節(jié)點(diǎn)電壓估計(jì)出更好的，表明該母線上的無功功率的需求可以由被連接在其上的發(fā)電機(jī)滿足，則母線可能再次變回母線，因此，在每次迭代過程中要檢查無功功率是否越限。因在迭代開始階段，計(jì)算出的節(jié)點(diǎn)電壓可能不夠精確，從而會導(dǎo)致無功功率越限判斷錯誤。故，可在第一次或第二次迭代之后，再開始越限檢查。此處僅僅是一個無功補(bǔ)償針對水力發(fā)電機(jī)組的計(jì)算算例，具體的實(shí)際應(yīng)用還有待進(jìn)一步去驗(yàn)證其正確性。

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