變電站電壓無功功率控制原理

1、隨著無人值班變電站的不斷增加，變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)也在不斷完善，功能亦不斷強(qiáng)大。在監(jiān)控后臺(tái)機(jī)上利用變電站綜合自動(dòng)化的監(jiān)控系統(tǒng)，應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)變電站的電壓無功功率控制(VQC), 已經(jīng)成為監(jiān)控后臺(tái)的強(qiáng)大功能之一。在監(jiān)控后臺(tái)利用軟件進(jìn)行VQC, 比起傳統(tǒng)利用專門硬件進(jìn)行電壓無功控制，具有節(jié)省投資，編程靈活，升級(jí)方便等優(yōu)點(diǎn)。下面簡(jiǎn)單介紹一下在監(jiān)控后臺(tái)進(jìn)行VQC的原理及VQC的邏輯原理。1.     VQC在監(jiān)控后臺(tái)的實(shí)現(xiàn)。在監(jiān)控后臺(tái)實(shí)現(xiàn)VQC, 如圖1所示：         

2、;                圖1  監(jiān)控后臺(tái)實(shí)現(xiàn)VQC原理圖綜合自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)將在變電站所采集到的一次設(shè)備的數(shù)據(jù)通過各種網(wǎng)絡(luò)（如can網(wǎng)，以太網(wǎng)等）發(fā)到SCADA后臺(tái)機(jī)上，然后后臺(tái)監(jiān)控機(jī)上的VQC軟件從SCADA取得電壓電流功率因數(shù)等數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算和邏輯分析，對(duì)測(cè)控系統(tǒng)作出調(diào)節(jié)指令，綜自測(cè)控系統(tǒng)將接到的指令執(zhí)行，控制相應(yīng)的一次設(shè)備，如有載調(diào)壓變壓器分接頭和電容器，將變電站的電壓及無功功率控制在一個(gè)合格的范圍內(nèi)，從而達(dá)到電壓無功控制

3、的目的。2.     VQC邏輯原理。變電站中一般有幾臺(tái)變壓器，VQC根據(jù)主變的運(yùn)行方式的不同選擇不同調(diào)節(jié)方式。對(duì)于兩繞組的變壓器，取高壓側(cè)的無功功率作為無功調(diào)節(jié)的依據(jù)，取低壓側(cè)電壓作為電壓調(diào)節(jié)的依據(jù)。電壓的調(diào)節(jié)主要靠調(diào)節(jié)主變的檔位來實(shí)現(xiàn)，無功功率的調(diào)節(jié)主要靠無功設(shè)備的投切來實(shí)現(xiàn)。2.1  9區(qū)圖的定義以U為縱坐標(biāo)，無功功率Q為橫坐標(biāo)，組成U-Q坐標(biāo)系，如圖2所示，                

4、         圖 2  VQC 9區(qū)圖 在第一象限中，將區(qū)域分為9個(gè)，分別從19編上號(hào)。只有系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn), 即系統(tǒng)實(shí)時(shí)的電壓和無功功率值，落在Umin<U<Umax，Qmax<Q<Qmin時(shí) , 即在9區(qū)時(shí)，才視為系統(tǒng)電壓無功功率滿足運(yùn)行要求，其它區(qū)域?yàn)殡妷簾o功功率不滿足要求。2.2  9區(qū)圖的控制策略。   2.2.1  VQC的調(diào)節(jié)方式在主變高壓側(cè)電壓不變及輸入功率不變的程況下，主變分接頭上調(diào)，高壓側(cè)繞組匝數(shù)減少，主變低壓側(cè)電

5、壓增大; 反之，主變分接頭下調(diào), 高壓側(cè)繞組匝數(shù)增加，主變低壓側(cè)電壓減小。對(duì)于并聯(lián)電容器組，當(dāng)投入時(shí)，系統(tǒng)無功功率得到補(bǔ)償，無功功率減少，電壓升高；反之，退出后，系統(tǒng)無功功率增大，電壓降低。   2.2.2  9區(qū)圖的策略制定9區(qū)圖定義的目的為方便制定出各個(gè)區(qū)域的U-Q控制策略。根據(jù)變電站的系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)在9區(qū)圖上的位置，從而制定相應(yīng)的控制策略。 現(xiàn)在簡(jiǎn)單分析一下各個(gè)區(qū)域的情況并歸納一下控制策略。如表1所示：             

6、60;          表1  VQC  9區(qū)圖調(diào)節(jié)策略                                    

7、    2.3   9區(qū)圖的改進(jìn)在實(shí)際的運(yùn)行方式中，可能會(huì)遇到這樣的一種情況，運(yùn)行點(diǎn)落在6區(qū)的某個(gè)地方，VQC策略為切電容，但切電容后，系統(tǒng)電壓下降，無功功率增大，運(yùn)行點(diǎn)落在7區(qū)，7區(qū)策略為升分接頭，升抽頭后運(yùn)行點(diǎn)又回到6區(qū)。此時(shí)造成電容器和分接頭頻繁調(diào)節(jié)且運(yùn)行點(diǎn)在6區(qū)與7區(qū)之間徘徊。同樣的道理，在2區(qū)的某個(gè)地方，也會(huì)造成運(yùn)行點(diǎn)在2、3區(qū)之間徘徊，電容器和分接頭頻繁調(diào)節(jié)。如圖3所示：             

8、;                                                  

9、0;         圖 3  系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)在兩區(qū)之間徘徊造成上述電容器和分接頭頻繁調(diào)節(jié)的原因，是由于投切電容器后電壓的升高或降低使得運(yùn)行點(diǎn)向另一個(gè)不滿足的區(qū)移動(dòng)。為此，可將9區(qū)區(qū)作進(jìn)一步的細(xì)分，從而制定更詳細(xì)的控制策略。將9區(qū)圖進(jìn)行改進(jìn)，得出如圖4的11區(qū)圖：圖 4  改進(jìn)后的VQC  11區(qū)圖  注：Uq為投退一組電容引起的母線最大電壓變化量。61、62區(qū)為原來的6區(qū)細(xì)分而來，21、22區(qū)為原來2區(qū)細(xì)分而來。在61區(qū)，Umin<U<Umax,U合格，Q<Q

10、min,可采取的策略為切電容，因?yàn)榇藭r(shí)切一組電容后，運(yùn)行點(diǎn)仍落在6區(qū)內(nèi)（61區(qū)或62區(qū)），Umin<U<Umax,U合格,Q<Qmin。在62區(qū)，因?yàn)榍幸唤M器后造成運(yùn)行點(diǎn)在6、7間徘徊，為避免電容器的頻繁投切及主變分接頭的頻繁動(dòng)作，在電壓優(yōu)先的情況下可采取的策略為不動(dòng)作。同理，在21區(qū)，Umin<U<Umax,U合格，Q>Qmax,可采取的策略為投電容。在22區(qū)，Umin<U<Umax,U合格, Q>Qmax,為避免電容器的頻繁投切及主變分接頭的頻繁動(dòng)作，在電壓優(yōu)先的情況下可采取的策略為不動(dòng)作。同樣的道理，可將9區(qū)圖作進(jìn)一步的細(xì)分，制定更加

11、詳細(xì)的控制策略，從而使電壓或無功功率達(dá)到運(yùn)行時(shí)的合格條件而減少電容器和主變分接頭的頻繁動(dòng)作。如從9區(qū)改進(jìn)得出的17區(qū)圖，就是在各個(gè)區(qū)之間的分界處再劃分新區(qū)，在各個(gè)區(qū)制定更詳細(xì)的動(dòng)作策略而得來，在此不作詳細(xì)的討論。從上述分析可知，每個(gè)區(qū)的動(dòng)作策略并不一定能滿足使運(yùn)行點(diǎn)落在9區(qū)，在調(diào)節(jié)策略不能使電壓無功功率都合格的情況下，為避免電容器和主變分接頭的頻繁動(dòng)作，必須在兩者之間作取舍。要么VQC運(yùn)行在電壓優(yōu)先的方式下，在電壓和無功功率不能同時(shí)得到滿足的情況下，優(yōu)先滿足電壓要求；要么運(yùn)行在無功優(yōu)先方式下，優(yōu)先滿足功率因數(shù)要求。具體是電壓還是無功優(yōu)先，要充分考慮當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷情況及當(dāng)?shù)氐南到y(tǒng)運(yùn)行規(guī)程。 

12、;3.     VQC的定值整定各VQC軟件因廠家的實(shí)現(xiàn)方法不同而使得定值不盡相同。但是在VQC中若干定值是共通的，在此探討一下這些共通的定值的整定問題，對(duì)于因不同的廠家各自獨(dú)有的定值要求，在此不作詳細(xì)的討論。3.1   VQC的基本定值3.1.1   Umax、Umin的整定在9區(qū)圖中，有四個(gè)值決定9區(qū)圖的分布，它們分別是：Umax、Uimn、Qmax、Qmin。對(duì)于Umax、Umin的整定，可參照當(dāng)?shù)氐碾娋W(wǎng)運(yùn)行規(guī)程，設(shè)定合格電壓的上下限，例如對(duì)于廣州地區(qū)，根據(jù)廣東電網(wǎng)公司廣州供電局生產(chǎn)技術(shù)規(guī)章制度匯編，10kV

13、的合格電壓的范圍為9.810.7kV,因此Umax設(shè)定為10.7,Umin 設(shè)定為10.0,對(duì)于10kV因饋線長(zhǎng)網(wǎng)損較大的特殊情況，可將Umin適當(dāng)增大。3.1.2   無功Qmax、Qmin的整定Qmax與Qmin的整定比較復(fù)雜，因?yàn)镼與負(fù)荷大小密切相關(guān)。對(duì)于Qmax、Qmin的整定，應(yīng)先根據(jù)當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)對(duì)于功率因數(shù)的運(yùn)行規(guī)定，確定COSmax及COSmin。例如對(duì)于廣州地區(qū)，根據(jù)廣東電網(wǎng)公司廣州供電局生產(chǎn)技術(shù)規(guī)章制度匯編，COSmax為0.98,    COSmin為0.9?，F(xiàn)假設(shè)對(duì)于一臺(tái)兩卷變壓器，容量為50000kVA?，F(xiàn)考慮該臺(tái)變壓器運(yùn)行

14、在額定負(fù)荷的80%,情況下，則可得出Qmax及Qmin在80%的額定負(fù)荷條件下的值：Qmax=80%*S*(1-COSmin* COSmin  =17436kVar Qmin=80%*S*(1-COSmax* COSmax  =7960kVar因?yàn)樨?fù)荷是變化的，因此Qmax與Qmin隨著不同的負(fù)荷變化而變化。因此VQC軟件一般都要求分時(shí)段執(zhí)行定值。所以可根據(jù)當(dāng)?shù)氐呢?fù)荷變化規(guī)律，在不同的時(shí)段整定不同的Qmax與Qmin大小。3.1.3 投退一組并聯(lián)電容器對(duì)電壓的變化率U確定投一組并聯(lián)電容器對(duì)母線電壓的影響，通常比較困難。因?yàn)闉樨?fù)荷受時(shí)間、季節(jié)的變化而不同，因此要精確整定是比較

15、困難的。可以利用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的遙測(cè)數(shù)據(jù)來確定此定值。例如在一天中負(fù)荷的高峰期，通過觀察一組電容器投入后母線的變化來確定U1，在負(fù)荷的低谷期，觀察一組電容器退出后母線的變化來確定U2,將電壓的變化率 U整定在U1U2之間。在實(shí)際的整定中，還應(yīng)該按時(shí)段觀察負(fù)荷的曲線，確定每個(gè)時(shí)段的U1及U2，取它們的平均值，從而確定各個(gè)時(shí)段的U。3.1.4 投一組并聯(lián)電容器對(duì)無功的變化率對(duì)于一組并聯(lián)電容器，其出廠銘牌都會(huì)注明其容量，例如對(duì)于某電容器組，其參數(shù)為5010kVar, 則其容量可直接作為投一組并聯(lián)電容器對(duì)無功的變化大小，例如對(duì)于上述電容，則其對(duì)無功的變化率為5010kVar。 4. 結(jié)束語以上討論的是分散式的電壓無功控制方式，即在各個(gè)變電站中，自動(dòng)調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭和自動(dòng)投切無功補(bǔ)償