電力系統無功補償及電壓穩定性研究初探

摘要：本文闡述了國內外電力系統無功電壓控制的運行現狀和發展方向，通過對國內省網無功平衡和電壓控制的研究，及對AVC 研究現狀及電網動態電壓穩定的策略分析，對無功補償設備采取的配置原則、調節手段的分析研究，提出了關于無功電壓調控與管理的相關措施。

關鍵詞：電力系統;無功補償;電壓控制;對策分析;

1 電力系統無功電壓優化的問題

電力系統的無功優化問題是一個多目標、多變量、多約束的混合非線性規劃問題，其優化變量既有連續變量，又有離散變量，整個優化過程十分復雜，特別是優化過程中離散變量的處理更增加了優化的難度。從工程應用角度看，現實中的電力系統無功只能實現次優分布。一般認為，比較接近無功次優分布的做法是，無功功率盡量做到分層分區平衡，減少因大量傳送無功功率而產生的電壓降和電網線損，在留足事故緊急備用的前提下，盡可能使系統中的各點電壓運行在允許的高水平，這樣不但有利于系統運行的穩定性，也可獲得接近優化即無功次優分布的經濟效益。

2 研究現狀及發展方向

目前，國內許多電力系統的無功補償和電壓控制依然采用傳統的方式，有載調壓變壓器、靜電電容器等只能手動調節和投切，不能實現實時電壓控制或無功補償。因此，實現實時無功補償以保證電力系統電壓的連續穩定性，是研究的主要方向。

國內外絕大多數電網中電壓控制技術仍停留于人工方式，效果并不令人滿意，原因有：

（1）電壓曲線和無功設備運行計劃是離線確定的，不能反映電網的實際情況，存在安全隱患;

（2）電網運行人員需要時刻監視系統電壓無功情況，并進行人工調整，工作強度大，而且會因容易出現過調量往往造成電網電壓波動大;

（3）各廠、站無功電壓控制未予以協調，造成電網運行不經濟。

2.1 國外二三級電壓控制的運行現狀

目前，電力系統電壓穩定方面的研究主要集中在電壓崩潰的機理、電壓穩定安全性能指標的計算和防止電壓崩潰事故的措施三個方面。一至三級電壓控制的要點如下：

三級電壓控制處于最高層，是對全系統的控制，由系統控制中心執行，其響應時間為幾十分鐘。主要控制作用為電壓穩定的監視與控制，這類控制主要是協調各二級控制系統。

二級電壓控制處于中間層，是對某個區域的控制，由各地區的控制中心執行，時間常數約為幾十秒鐘到幾分鐘。

一級電壓控制處于最底層，設置在發電廠、用戶和各供電點，通常是快速反應的閉環控制以控制本地電壓，響應時間一般在1 秒至幾秒內。

2.2 國內部分省網無功電壓工作現狀

浙江電網以提高電網電壓穩定水平為主要目的，采用靈敏度分析法、奇異值分解法、連續潮流法和非線性規劃法，對浙江電網的多種運行方式進行全面的靜態電壓穩定和暫態電壓穩定的大規模離線分析研究，分析近年浙江電網電壓穩定的薄弱區域和薄弱點。河南電力系統進行了全局無功最優控制的仿真研究，針對發電機、并聯電容器、變壓器有載分接頭等無功可控設備的特點及調節性能進行分析，確定了將發電機作為唯一控制手段的仿真研究方法。

3 AVC 研究現狀

基于最優潮流（OPF）的實時電壓自動控制（AVC）集安全性和經濟性于一體，可實現安全約束下的經濟性閉環控制。正常運行情況下，AVC 通過實時監視電網無功電壓情況，進行在線優化計算，分層調節控制電網無功電源及變壓器分接頭，調度自動化主站對接入同一電壓等級、電網各節點的無功補償可控設備實行實時最優閉環控制，滿足全網安全電壓約束條件下的優化無功潮流運行，達到電壓優質和網損最小。省級電網研究的AVC 是集中控制型的，也即在電網調度自動化系統SCADA、EMS與現場調度裝置之間通過閉環控制實現AVC。

3.1 國外研究現狀

德國的RWE、美國的PG&E、法國的EDF 和意大利的ENEL等正在進行或準備實施在線全局無功最優控制。在控制過程中，根據電力系統的實際情況，所采用的實現方式也各不相同，歐洲的電力系統一般將電力控制分為三個等級，這個模式符合無功電壓優化的區域性和電力系統分層分區調度體制的要求，已在法國等國外電力系統得以實施。

3.2 國內研究現狀

湖南電網提出了采用經濟壓差進行全局無功優化的思想，以每條線路電壓降落的縱分量最小為目標求解最優潮流，計算各發電廠和變電站注入系統的無功功率，而各發電廠和變電站通過安裝電力系統無功電壓調整裝置，自動調節無功出力和變壓器的分接頭，使其實際輸出無功功率為計算出的無功優化值。

4 結論

無功補償及電壓調節的優化首先要搞好無功就地平衡，無功補償的理想狀態是各級電壓線路上沒有無功電流流動，各級電壓母線的功率因數均為1。

為此，應本著自下而上，由末端向電源端的順序逐級平衡補償。在補償方式上宜采用集中補償和分散補償相結合，以分散為主;高壓補償和低壓補償相結合，以低壓為主的原則。并安裝自動補償投切裝置。在電網中采用有載調壓變壓器，安裝無功——電壓優化自動控制裝置，可以實現經濟調壓。

電網的無功、電壓調節和管理的必要措施如下：

（1）采取電網分層分區運行;

（2）加強電網無功及電壓的調節和管理;

（3）電力系統分區并確定各個區的電壓中樞點以便對電壓進行分級分布式控制;

（4）合理配置無功補償設備，做到無功就地補償、分層分區平衡;

（5）加強送、受端電網建設，能提高運行可靠性、調度靈活性和通道的輸送能力，并能提供足夠短路容量和足夠大慣性的系統;

（6）在長距離、大容量送電線路中大量采用串聯補償，以提高電網輸送能力、改善運行電壓水平;

（7）在落點集中的負荷中心、受端電源少、受端大規模接受西電東送的落點采用動態無功設備;

（8）研究廣東電網受端系統電壓穩定和動態無功補償問題，根據研究成果合理配置無功電源，使之滿足電網動態無功備用;

（9）對省網進行無功優化調節控制，實施分級分布式的控制策略，實現整個省網的閉環實時控制，實現全網無功優化配置;

參考文獻：

[1]許文超，郭偉，李海峰，胡偉. AVC 應用于江蘇電網的初步研究[J].繼電器，2003，31（5）：23-26.

[2]王兆安，楊君，劉進軍，王躍編 諧波抑制和無功功率補償. —機械工業出版社，2006

作者簡介：鄒雪蓮（1974—），女，電氣高級講師，重慶工貿職業技術學院。