变电站电压无功功率自动控制策略分析

张林强

【摘 要】由于电压无功功率的发、供、用呈现强烈的分散性，这给功率的控制带来很大的难度，本文主要对变电站电压无功功率自动控制策略进行分析。

【关键词】电压无功功率；自动控制；策略分析

电压是电能的主要质量指标之一，对电流系统的安全经济运行，保证用户安全生产和产品质量以及电气设备的安全和寿命具有重要影响。如同频率与有功功率的发、供、用电平衡密切相关一样，电网中的电压水平与电网中的无功功率发供用平衡密切相关，而且与有功功率可以在全网内平衡不同，无功功率只有在分层、分区、分散合理平衡的基础上，才能实现电网的电压合理分布。城市是电力负荷集中地区，随着电网结构的日趋复杂，城市用电，经济增长及电流设备安全运行对电压质量的要求日益提高，而且无功功率是影响电压质量的一个重要因素。因此，电网电压质量与无功功率控制是现代电网运行，管理的重要组成部分，也是城网改造的主要内容。

1.九区调节原理

软件实现电压无功综合控制的基本方法是采用9区图控制策略。它是根据变电站当前的运行方式，利用实时监测的电压和无功（或功率因数）两个判别量构成变电站综合自动控制策略，综合逻辑判据是基于给出的电压和无功的上下限特性，把电压和无功平面分割成9个控制区.各个区域对应不同的控制策略，根据监测的实时电压、无功，判定当前变电站运行在哪个控制区，再根据相应的控制策略对分接头和电容器组进行控制，以实现实时无功补偿，优化无功潮流分布，提高全网各节点电压合格率，减少网损，从而取得较好的经济效益。

2.十七区图调节原理

2.1十七区划分

十七区图控制算法是在九区图控制算法基础上的一种改进算法，采用基于十七区间的原理能有效防止振荡动作。每个区域都有优先策略与备用策略，如果优先策略不能实现就执行备用策略。

2.2分析

传统的九区图法控制策略是按照固定的电压和无功（或变电站进线端功率因素）上下限将电压——无功平面划分为九个区域。传统的九区图法存在的一些问题是：控制策略是基于固定的电压无功上下限而未考虑无功调节对电压的影响及其相互协调关系；用于运算分析的信息有分散性、随机性的特点、这就造成了控制决策的盲目性和不确定性，实际表现为设备频繁调节。

十七区图控制方法是进一步细分九区，将容易产生振荡的临界区域划分出来，采取单独的控制策略控制、例如，2—1区，宽度为变压器分接头调一挡降压产生的无功变化量，如果实时工作点处于以区域，电压越上限，根据传统的九区图应该调变压器分接头降压，但又会引起无功越下限，而根据十七区图则应该切电容器，降低电压，无功增加，所以不会引起无功越下限，又如4—3区。宽度为投切—组电容器引起的电压变化量，如果实时工作点处于该区域，无功越下限，根据传统的九区图应该切电容器来增加无功，但又会引起电压越下限，而十七区图则应该调分接头升压，无功同时增加，所以不会引起电压越下限。其他细分小区道理相相同，这样就避免了设备频繁调节。

每个区的控制方案可自动整定，也可手动整定；自动整定时可控5种方式进行：只考虑电压、只考虑无功、电压优先、无功优先和综合考虑。该控制策略的优点是在电压无功边界区域不需要二次调整，直接到达正常区域，或者保持在电压合格无功稍微越限的区域。防止振荡发生：但是，该策略电压无功的关联特性不够精确，控制的准确性差。

3.模糊无功边界九区图控制原理

为了改进固定边界九区图抑制策略的不足，考虑系统电压和变电站有功、无功负荷之间的随机关系，确保无功调节与电压的协调关系，一些学者提出了基于模糊理论的电压无功控制策略，将电压状态引入无功调节特性，对存在不确定性调节的边界引入模糊隶属度，以改善控制性能。

3.1无功判据模糊边界的引入

无功功率的变化会对电压产生影响。设变电站的短路容量为Sm，则无功功率的变化对低压侧电压的影响近似计算为：

ΔU2=—ΔQ（U2/Sm） （1）

由无功功率变化引起的电压变化量ΔU与无功变化量ΔQ线性关系。根据电压无功控制的基本原则，电压调节边界应是相对固定的（不同负荷时段可有差异），而无功调节边界应是一个受电压状态影响并服务于电压调节的模糊边界。

3.2控制策略

根据上述无功投切判据，可将电压无功平面划分成无功边界与电压线性相关的九区图，与传统的九区图相比，它的无功上限边界是受电压影响的模糊边界，边界的斜率可根据不同的时段、不同的负荷段进行在线调控。

1区：切电容器，若无电容可切，则降压；

2区：首先降压，若不能降压，则强切电容器；

3区：首先降压，若不能降压，则强切电容器；

4区：切电容路，若无电容器可切，则维持；

5区：此区为稳定工作区；

6区：投电容器、若无电容器可投，则维持；

7区：首先升压，若不能升压，则强投电容器；

8区：首先升压，若不能升压，则强投电容器；

9区：投电容器、苦无电容可投.则升压；

6—l区：降压，若不能降压、也不能投电容器；

4—1区：升压，若不能升压，也不能切电容器。

3.3分析

模糊无功边界的九区图与传统的九区图的抑制区域面积一样大；在三角形abc内，按传统的九区图控制策略应投电容器，但电压升高可能超越上限，引起一次不必要的电压调节和电压波动；在电压较高时无功上限较大，无功不是太缺，因此无须投电容器，从而避免由于投入电容器引起的电压升高和可能导致的电压调节和电压波动。同理在三角形cde内，按新Q下限投电容器、无功减小，电压升高，使电压值离下限靠近标准值，避免了可能电于负荷或系统波动引起电压下降而造成一次电压调节和电压波动，无功动作面积abc等于无功不动作面积cde、因此在电压合格后，无功的动作面积与传统的九区图是相等的，无功补偿效果和无功调节次数与传统的九区图也不相同的。对Δfgh和Δhmn进行分析可以得出同样的结论，即采用模糊边界无功判据来调节无功，可在保持无功调节效果不变和不增加无功调节次数的情况下，减少变压器分接头调节次数和电压波动，使电压更接近了标准电压，在接近电压上下限处投切电容器会由于无功的变化而使得电压越限引起有数分接头动作。为避免此类情况的发生，根据九区细分图的划分原则对4、6区做了细分。把6区中靠近电压上限、4区中靠近电压下限的运行点划分出来，作为2个单独的防震小区域。

4.结论

通过变电站电压无功功率自动控制策略的实施，实现无功——电压优化控制，把现代最新的科技应用于城网无功规划、控制和管理各个领域，力争实现无功——电压实时控制，达到线损最小，实现变电站最大综合效益。 [科]

【参考文献】

[1]孙亮.变电站电压无功自动控制策略与系统设计[C].天津大学，2010.

[2]张小英，池瑞军，胡奉东，孙宏鹏.变电站电压无功综合控制策略的研究[J].湖北电力，2004（03）.