无功电压自动控制系统

关键词： 电压 电能 质量 电网

无功电压自动控制系统（精选十篇）

无功电压自动控制系统 篇1

1 电力系统电压调整的必要性

电能质量直接决定了电压的稳定性, 不符合质量标准的电压会损坏电网, 影响用户的用电体验。

1.1 电网电压偏低

造成电网电压过低的原因。相关部门没有意识到养护维护无功补偿设备的重要性, 或是不经常使用这些设备, 这是造成这一现象的原因所在;除了人为因素之外, 未按要求接电网线, 或是随意放置变压器分接头, 负荷功率因数偏高或是偏低, 没有及时解决电力设备故障等, 都是导致电网电压过低的原因。电网电压偏低的危害。电网电压过低造成的影响。在电压稳定的情况下, 发电机的电流是一定的, 如果发电机在系统电压变低的情况下, 依然要保持正常运作状态的话, 其定子电流和功率角都会变大, 换言之, 发电机的定子电流与功率角呈正相关关系。

1.2 电网电压偏高

在科学技术和社会经济发展到一定高度的今天, 超高压电网内接入的大容量机组越来越多, 电网线路的充电功率得到了大幅度的提升, 导致超高压电网 (200千伏~500千伏) 出现了无功过剩的现象, 进而使电压逐渐升高。在高压状态下, 一般照明灯的寿命会大大降低, 甚至直接报废;每增加百分之五的电压, 电子设备的电子阴极的寿命就会降低百分之五十。

2 造成电压不稳的原因

造成电压不稳的原因相当复杂, 比较主要的原因有:

(1) 网络阻抗因少数设备的退出而发生明显的变化。

(2) 受政策、气候、环境因素的影响而时常出现波动。

(3) 网络阻抗以及功率分布因接线方式发生变化而出现巨变。

3 不同时段电压调整

电网平时的电压调整。大多数时候, 我们是可以根据某种规律来调整电压的。如果要增加电压, 通常要先增加电压不足地区的无功设备, 在增设电容器时, 一定要按照由低到高的顺序, 而且要以主电网为终点。相反地, 如果要调低电压, 则应该先对中枢点和电网电厂的电压进行调节, 其次才是地区, 倘若调节效果不理想的话, 则要移除无功补偿设备, 移除顺序与增加顺序相反。

节假日时的电压调整。由于全网负荷大幅度降低, 因此电压会随之而增加, 少数地区可能因为发电厂处于检修状态, 或是电网的联络线出现故障而导致电压下降。此时, 调度人员的任务就是协调好有功功率和无功功率的分布与比例, 在进行无功平衡工作时, 首先要将电压静态特性对无功负荷以及无功电源之间的关系考虑进去, 还要对电压会降至何种程度, 升至何种程度的情况进行推测和预算。

4 无功补偿

所谓无功补偿, 即在相关设备的支撑下, 满足电网对无功功率的需求。具体来说, 就是利用配套设备来控制电能损耗, 增加系统功率因素, 保证用户有良好的用电体验。

4.1 低压配电网无功补偿的方法

随机补偿:即直接在电动机上安装低压电容器组, 以此对电机进行维护、控制、养护, 达到随时投切的目的。

随器补偿:即在低压状态下, 直接将低压电容器接在配电变压器上, 以达到抵消配电变压器空载无功的效果。

跟踪补偿:即在大用户0.4KV母线上, 以无功补偿投切装置和低压电容器组分别作为保护装置和补偿装置的方式。这种补偿方式具有理想的补偿效果, 而且具有上述两种补偿方式的优点。

4.2 无功功率补偿容量的选择方法

增加功率因数是无功补偿容量的首要任务, 补偿容量的选择有两种类型, 下文将对这两种选择类型进行详细的分析和论述。多负荷补偿容量的选择。补偿前与补偿后的功率因数是选择多负荷补偿容量的重要依据。

4.3 无功补偿的效益

目前, 不少企业都会在用电系统中安装各种各样的感性设备, 这严重影响了电网的运作效率, 致使电网要同时传输无功功率以及有功功率, 这也是平均功率因数始终在0.70~0.85之间徘徊的原因。企业消耗的有功功率大约为无功功率的2-3倍, 如果在现有基础上, 提升0.1的功率因数, 那么企业的无功消耗将大幅度降低, 并带来可观的经济效益。

控制企业用电成本;有效控制系统的能耗;提升电压质量;随着电流的降低, 三相异步电动机的功率因数会在其实现就地补偿之后增加, 导致变压器容量也跟着增加, 控制与检测无功功率对于电力系统的正常运行起到了至关重要的作用, 只有坚持改进与创新这项工作, 才能充分发挥电力系统的作用和价值。

5 结束语

电压是电能质量的重要指标, 合格的电压对于社会生产和人民生活有着非常重要的意义。采取合理的措施保障合格的电压是电力部门的重要任务。在电网中增加功率因数, 优化无功补偿, 并非是一蹴而就的。本文对选择无功功率补偿容量的主流方法, 及这些方法利弊进行了深入的分析, 并介绍了三种常见的无功补偿措施。在实际设计中, 要具体问题具体分析, 使无功补偿应用获得最大的效益。

摘要：电能质量的好坏与电压有密切关系, 只有高质量的电能, 才能保证电网和用户的安全。要使人们获得良好的用电体验, 就必须保证电网始终处于良好的运作状态, 采用科学的方法控制电能损失。鉴于此, 本文对无功补偿的作用及主要方法进行了深入的研究和探讨。随着社会的发展, 用户对电能质量的要求越来越高。从电压调整的必要性、电压调整的措施、不同时段电压调整的方法几个方面进行论述, 以便更好地服务社会发展。

关键词：电压调整,电力系统,电能质量,无功控制

参考文献

[1]王梅义.大电网系统技术 (第二版) .中国电力系统出版社, 1975 (06) .

[2]朱军飞.用电侧功率因数维持多少好[J].电力需求侧管理, 2002 (6) :22-24.

电力系统电压调整与无功控制 篇2

摘要：电能质量的好坏与电压有密切关系，只有高质量的电能，才能保证电网和用户的安全。要使人们获得良好的用电体验，就必须保证电网始终处于良好的运作状态，采用科学的方法控制电能损失。鉴于此，本文对无功补偿的作用及主要方法进行了深入的研究和探讨。随着社会的发展，用户对电能质量的要求越来越高。从电压调整的必要性、电压调整的措施、不同时段电压调整的方法几个方面进行论述，以便更好地服务社会发展。

关键词：电压调整 电能质量 无功控制 电力系统

电压质量是衡量电能的主要质量指标之一。电压质量对电网稳定、电力设备安全运行以及工农业生产具有重大影响，无功则是影响电压的一个重要因素。解决好电网无功补偿的问题，优化无功，对电网的安全性和降损节能有着重要的意义。

一、电力系统电压调整的必要性

电能质量直接决定了电压的稳定性，不符合质量标准的电压会损坏电网，影响用户的用电体验。

1.1 电网电压偏低

造成电网电压过低的原因。相关部门没有意识到养护维护无功补偿设备的重要性，或是不经常使用这些设备，这是造成这一现象的原因所在;除了人为因素之外，未按要求接电网线，或是随意放置变压器分接头，负荷功率因数偏高或是偏低，没有及时解决电力设备故障等，都是导致电网电压过低的原因。电网电压偏低的.危害。电网电压过低造成的影响。在电压稳定的情况下，发电机的电流是一定的，如果发电机在系统电压变低的情况下，依然要保持正常运作状态的话，其定子电流和功率角都会变大，换言之，发电机的定子电流与功率角呈正相关关系。

1.2 电网电压偏高

在科学技术和社会经济发展到一定高度的今天，超高压电网内接入的大容量机组越来越多，电网线路的充电功率得到了大幅度的提升，导致超高压电网(200千伏～500千伏)出现了无功过剩的现象，进而使电压逐渐升高。在高压状态下，一般照明灯的寿命会大大降低，甚至直接报废;每增加百分之五的电压，电子设备的电子阴极的寿命就会降低百分之五十。

二、造成电压不稳的原因

造成电压不稳的原因相当复杂，比较主要的原因有：

(1)网络阻抗因少数设备的退出而发生明显的变化。

(2)受政策、气候、环境因素的影响而时常出现波动。

(3)网络阻抗以及功率分布因接线方式发生变化而出现巨变。

三、不同时段电压调整

电网平时的电压调整。大多数时候，我们是可以根据某种规律来调整电压的。如果要增加电压，通常要先增加电压不足地区的无功设备，在增设电容器时，一定要按照由低到高的顺序，而且要以主电网为终点。相反地，如果要调低电压，则应该先对中枢点和电网电厂的电压进行调节，其次才是地区，倘若调节效果不理想的话，则要移除无功补偿设备，移除顺序与增加顺序相反。

无功电压自动控制系统 篇3

[关键词]变电站；电压无功；自动控制系统；综合分析

一、总的功能

变电所可看做电力系统的一个元件，其电压水平和无功流动与系统是相互影响的，因此，在控制策略上VQC装置必须满足变电所调节电压及平衡无功的要求。同时，要服从系统运行的需要，执行调度控制中心通过远动信号的指令，发出动作信号或者闭锁信号。只有这样，VQC装置控制策略才算是完整的。有时由于系统电压过高或者过低，经过变电所内上述调整后系统并不一定能进入规定区域运行，这时装置应自动闭锁，并应向调度控制中心发出信号，调度控制中心可以通过远动信号来调节邻近变电所或上级变电所的潮流达到该所的控制目标；另一方面，有时系统为了达到某种目标，需要个别变电所在无功或电压上作出某种限度的牺牲，或者调度控制中心为了实现全区域潮流优化，最大限度地降低网损，也可以对VQC发出越级控制的指令。

二、参数设置

1.VQC装置可以使用在不同等级的变电站，所以需要对变电站电压等级、变压器台数、有载调压挡数、母线分段情况、电容器组数及控制开关的接线按要求进行配置。

2.系统设计成可选直接测量获取电压、电流等遥测量信息或与RTU通信获取电压、电流等遥测量信息。

VQC参数包括系统参数、VQC控制策略、主变压器基本参数、主变运行参数、无功定值、中端电压定值、低端电压定值、主变闭锁信息、电容器闭锁信息、电容器基本参数、母联参数以及主变调节时刻定义等。

三、数据输入、输出

VQC正常工作需要实时监测电力系统当前运行实时状态，根据电网当前实时状态决定控制策略。VQC自动装置需采集的数据包括遥测数据。

遥测数据包括：无功功率，变压器低压侧三相有功、无功功率，变压器高压侧三相电流，变压器低压侧三相电流，变压器低压侧谐波分量等。

通信数据包括：变压器有载调压的分接开关挡位接点状态，电容器开关、刀闸状态，电抗器开关、刀闸状态，主变一次侧开关、刀闸状态，主变二次侧开关、刀闸状态，主变即电容器和电抗器保护动作接点状态，母联开关、刀闸状态。

投切电容器属遥控输出，VQC装置需对每组电容器提供一对遥控输出接点与电容器开关连接，一个用于控分，一个用于控合。变压器有载调压属遥控，但多数变压器有载调压装置通过遥控实现，VQC装置需对每台变压器提供三个遥控接点与变压器有载调压装置连接，一个接点用于遥调升，一个接点用于遥调降，另一个用于急停。

四、接线识别

1.运行状态识别

对于双卷变的变电站，当高压侧和低压侧与母线均有连通时为变压器“运行”状态，当高压侧或低压侧与母线无连通时为变压器“停运”状态。对于三卷变的变电站，当中压侧或低压侧与母线有连通时为变压器“运行”状态，当中压测和低压侧与母线均无连通时为变压器“停运”状态。

2.运行方式识别

根据变电站内主变高中低压三侧的开关、高中低压母线母联开关的状态判断主变的运行方式。正常运行方式包括：高压侧并列、分裂运行，中压侧并列、分裂运行，低压侧并列、分裂运行；考虑了某一段母线退出运行或通过母联由另一主变供电的特殊方式。主变分裂母线之间有连通时为变压器“并联”运行方式，当低压侧母线之间无连通时为变压器“独立”运行方式。对于三卷变的变电站，当中压侧或低压侧母线之间有连通时为变压器“并联”运行方式，当中压侧和低压侧母线之间均无连通时为变压器“独立”运行方式。

当一个变电站有两台变压器时，除了分列和并列以外，还有一种运行方式是一台主变带两段母线。如果是两台三绕组的变压器，并列进行又分为三侧完全并列、高中壓两侧并列和高低压两侧并列。有些VQC装置仅仅把低压侧分段母联开关是否在合位作为判断两台主变是否并列的充分条件，这是不科学的。当主变高中压两侧并列，而低压侧分列运行时，此时VQC装置回误认为两台变压器是分列运行，分接头可同步调整，这便导致两台并列运行的变压器错挡。正确的方法应当是分别判断中压侧、低压侧是否并列，如果有一侧并列，即认为是并列；分别母联开关在合位仅仅是并列的必要条件，判断并列的充分必要条件是同一电压等级的两台主变总开关和分段母段开关都在合位。

五、自闭锁

闭锁问题是指VQC装置在检测并判断在变电所或系统异常以及装置本身出现异常的情况下，能及时停止自动调节，它也是VQC装置能否投运的最大问题。如果VQC装置没有完善的闭锁系统或闭锁速度达不到运行要求时，就会对变电所的安全运行带来严重威胁。VQC对于闭锁速度有很高要求。电容器保护动作、主变滑挡、PT断线等情况，均要求VQC及时响应，快速闭锁。例如电容器保护跳闸，若VQC不能及时闭锁，短时内使其开关再次合闸，则可能发生电容器带电荷合闸而爆炸，后果严重。对于复杂繁琐的VQC控制策略，即要求可靠闭锁，又要求快速闭锁。

六、人机界面

1.参数设置方便，对用户开放的参数要足够充分和全面。有关部门对变电所电压/无功的考核常常会有新的要求，有时甚至对峰谷时段的定义都会有变化。如果VQC参数不能方便设置，则会使用户都感到麻烦。

2.闭锁条件应能在人机界面中反映出来。VQC是一项涉及面颇广的自动化装置，变电所的许多异常和变化都会引起它的闭锁。如果VQC的闭锁情况和闭锁原因不能在人机界面上反映出来，则会使用户对它的闭锁分析变得十分困难。

七、远程维护

目前，许多变电站都是无人值班变电站，或变电站无专门运行维护人员。VQC的运行参数并不是一成不变的，随着电网系统的变化、变电站运行设备增减，VQC运行参数也要随之改变。另外，有些闭锁是只能够人工解除的，闭锁发生后，即使系统正常，VQC闭锁仍然存在，这时只能通过人工操作才能解除闭锁。如果VQC设备不能提供远程维护功能，当更改参数或人工解除闭锁时，只能派人到现场工作。

参考文献：

[1]李建中.变电站电压无功综合调节模糊控制研究[J].中国电力，1998（04）

[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）

浅析电力系统无功功率及电压控制 篇4

在电力系统中, 如果有功功率完成的是电力系统能量的转换, 那么无功功率则是帮助电力系统完成能量转换而耗掉的功率, 在设计一台电力系统时不可能存在不使用无功功率只出现有功功率可能性。

1 无功功率的产生及作用

所谓的有功功率是指电力设备产生功率时, 它能直接转化为能量。比如6千瓦的电动机直接转为6千瓦的能量, 此时它的所有功率都是有功功率。然而将电能接全部转化为有功功率只是理想中的设计。实际上这台设备使用6千瓦的电它可能只产生5千瓦的能量, 它的另1千瓦能量有可能为了维持电动机的运转而被使用, 此时不能直接产生出来的功率就被称为无功功率。无功功率并不是没有用处的, 从以上的例子能看到如果说有功功率是直接产生能量, 那么无功功率是为了让有功功率能完成转化的过程而被耗损掉。没有无功功率就无法完成有功功率的能量实现。

2 无功补偿

2.1 无功补偿的原理

如果将电力系统产生的功率视为:总功率有功功率+无功功率, 那么从以上原理中可以看到, 无功功率是帮助有功功率产生的重要能量。然而在电力系统中如果串联上具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷装置, 那么电力系统需要的感性负荷将会减少, 此时它能减少无功功率同样能维护电力系统的运转, 此时无功功率就能变为有功功率产生能量。无功补偿能在保持电力系统功能运转不变的前提下减少无功功率的消耗。在电力系统中, 无功补偿的原理能起到重要的做用:它能将更多的无功功率转为有功功率, 使电力系统运转时需要的成本降低;如果采用无功补偿, 它能无形中加大有功功率的作用, 因此它在降低电容的情形下保持电力系统设备的功率, 降低电力系统的使用成本;如果电力系统可以降低电容设计, 那么就可以降低电力系统使用时的线损。因此电力系统中要尽量使用无功补偿的方式, 避免电力系统不需要的功率消耗。

2.2 无功补偿的形式

在电力系统中, 为了尽量减少无功消耗, 因此无功补偿的原理常常被电力系统使用。通常它以以下的方式实现:

变电站补偿方式, 它是指将无功补偿的原理超接接在变电站的母线上, 让变电站运行时就能得到无功补偿, 该种方式设计简单、使用容易、便于维护, 然而在部份场合它不能起到应用的作用。配电线路补偿方式, 它是指在配电线路上应用无功补偿的原理, 该种方式虽然也设计容易、便于使用, 然而它能起到的效果与电网中通过的负荷有关, 如果供电系统负荷极重, 且电力系统长期三相不平衡, 那么它也无法起到无功补偿的作用。随机补偿的形式, 它也指就地补偿的形式, 它是在发动机上应用无功补偿的原理, 一旦电动机开始应用, 它就能完成无功补偿的效果, 该种方式应用起来效率好、便于安装、变于维护, 适用性极强。随器补偿的形式, 它是安装在电压器量侧, 随变压器一起运行, 为变压器提供无功补偿, 然而电力系统中常常要使用各种变压器, 如果每台变压器都安装无功补偿设备, 则不够经济。跟踪补偿的形式, 它是指随着设备设计的无功补偿形式, 然而用户使用的电力设备比较多、运行的环境也较复杂, 如果每台设备都专门设计无功补偿形式, 则要增加生产的成本。

从电力系统中使用的无功补偿方式可以看到, 它用三种形式作无功补偿:集中补偿, 它是指在配电网上直接作无功补偿设计;分组补偿, 它是指根据电压、电容等设备设计的无功补偿;单机补偿, 这是指如果某种设备如果使用无功补偿可以提高效益, 那么可以在该台设备上应用无功补偿原理进行设计。无功补偿的原理虽然能降低成本, 然而在实际使用该种原理时, 要根据电力系统的实际情况采用合适的情况进行无功补偿的设计和使用。电力系统并不是任何设备、随时随地都需要使用无功补偿设备, 如果使用不当, 将有可能只是无谓的浪费成本。

2.3 无功补偿设备

通常集中补偿形式与分组补偿形式都要根据具体的情况决定能否使用无功补偿, 那么单机补偿的方式则比较灵活, 电力系统根据实际情况使用单机补偿的形式也能降低成本。然而使用怎样的设备则需要仔细选择。目前无功补偿设备主要分为以下几种:

(1) 同步调相机

它的使用原理是在没有励磁状态的情形下为电力系统提供感性负载, 让设备具有无功补偿的功能。它提供无功补偿功能时必须是在转动的情形下, 它的噪音大、使用造成的损耗大、不便于维护, 目前普遍不再使用该种设备。

(2) 开关投切固定电容

该种方式虽然有一定的无功补偿作用, 然而它不便于手动操作, 如果出现过度补偿或者补偿不够, 也无法对它进行操控。该种方式虽然使用方便、使用成本小、然而无法对它自由操控却是它的极大欠缺。

(3) 静止无功补偿

该种设备是将电容和电感合在一起, 通过单片机控制进行无功补偿。这种方式补偿精准、响应速度快、使用危险性小、不需要人工操作。它目前被广泛使用在配电网上。通过静止无功补偿设备使用, 它能极大的减力配电网运行的成本。

(4) 静止无功发生器

它又称为高压动态无功补偿发生器, 该种设备是使用电力半导体桥式变流器来动态的完成无功补偿方式, 它打破传统的静态补偿原理, 能用更科学的方式完成补偿功能。该种设备目前技术尚未完全成熟, 然而它的原理已经给无功补偿装置提供新的方向, 经过不断的调试, 它将会应用在交流输电系统与定制电力系统中, 使电力系统的运行更具效率。

3 结语

无功补偿设计是电力系统设计的重要环节。通过合理的无功补偿设计, 电力系统的运行能极大的降低成本。而怎样将无功补偿设计应用到电力系统中, 是目前人们正在探索的。应用最合理的无功补偿形式、使动态的无功补偿方式是未来电力系统无功补偿应用的方向。

摘要：电力系统中存在有功功率和无功功率, 无功补偿是指在不影响有功功率输出的情形下将无功功率转为有功功率, 使用无功补偿原理能优化电力系统。本文着重研究有功补偿的原理及就用形式, 并对目前常用的几种无功补偿设备进行研究。

关键词：电力系统,无功功率,电压控制

参考文献

[1]王正风.徐先勇.司马峰.电力系统无功功率的最优分布——等网损增率准则和最优网损微增率准则的接合[J].扬州电力, 2004 (6) .

[2]胡彩娥.杨仁刚.用电力系统分区方法确定无功源最佳配置地点[J].电力系统及其自动化学报, 200 (43) .

无功电压自动控制系统 篇5

配网电压稳定有非常重要的意义。一是能够确保居民用电安全稳定，如果电压不稳，则会造成居民在使用电器之时有安全隐患，轻则损坏居民用电设备，重则对居民的人身财产造成伤害;二是能够保证工业生产正常进行，稳定的电压可以确保工业设备正常运转，不会对设备造成损坏，如果电压不稳，则可能会使工业设备无法稳定运行，对企业造成重大经济损失。

1.2对满足电能输出供应需求有重要作用

随着社会经济的发展，社会需求对电力的需求越来越紧张，需求量飞速增高。一旦电能供应不能够满足社会发展日益增长的需要，社会经济就会呈现出发展迟缓现象，严重的甚至造成社会的瘫痪。加强电力系统电压质量及无功电压管理，对于提高电网的供应质量和输出质量，合理配置电力资源，改善电网输出效率，促进整个社会的正常运转具有重要作用。

1.3对于优化资源配置，保护社会环境有重要作用

电力资源作为能源资源，对我国经济社会发展有重要的影响。从总量上来说，我国电力资源的总量是非常丰富的，单由于我国人口众多，人均资源便非常紧缺。而且石油等资源已经处于枯竭等边缘，再加上大量的开采和使用，对整个社会环境造成了极大的污染。电力资源是可再生的资源，不进不仅能够满足社会所需，还能够对环境产生积极影响。加强电力系统电压质量及无功电压管理，能够合理地对资源进行优化配置，解决资源匮乏的难题，对社会环境的保护有积极影响。

2电压质量和无功电压管理现状

2.1配网无功电压的现状与不足

近年来，国家加大了对电网技术和设备的投入力度，增强了配电网架，提高了供电能力，使得在总体上电压质量有了很大提高。但是依然用电端电压质量的合格率依然不高，主要表现在用电端电压在不同季节、不同地区、不同时间段的电压合格率差异很大：一是城区负荷重区的无功电压不能平衡;二是高峰时间短无功盈余不多;三是农村的无功盈余过大[1]。

2.2电容补偿不合理

随着经济的发展和用电量的剧增，为了更好地改善低压电网的电压质量，增强配网的稳定和安全，减少用电损耗，所以使用无功补偿来稳定电压。当前无功补偿多为就地电容补偿，一般是指在系统中增加电容来改电源的使用效率，从而提高用电使用率。电容补偿可以通过电容在交流电路里将电压维持在较高的平均值，能够很好地改善电压的稳定性;并且对电流负载的`突发启动给予瞬间电流，减轻了对电网的冲击;此外，电容与电感特性相反，能顾起到补偿作用。但是应该明白的是，过度的和过少的电容补偿都会使电容补偿失去原本的作用，甚至会增加电路压力，造成电能的损耗，对于配网的稳定性也会有一定的影响。

2.3重视电压管理，忽视无功管理

无功电压自动控制系统 篇6

【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.

无功电压自动控制系统 篇7

无功电压控制发展始于20世纪60年代全网 最优潮流 离线仿真计算[1]。法国在20世纪90年代实现 了全网三 级电压控制,基于三级控制思想,在厂站通过自动装置实现一级控制,在全网实现全局优化控制。在我国省一级电网中基本是按 照这种方式实现全网分级分区电压无 功控制[2]。宁波电网 属于分区电压无功控制,2010年以后宁 波电网区 域无功电 压控制(AVC)系统便投入了正式的闭环运行。虽然闭环运行有着诸多优点,但同时也存在着不少问题,随着对电网运行要求的 不断提高,完善AVC系统迫在眉睫。

1运行现状

1.1对区域无功电压控制系统要求高

宁波电网2010年调控一体化的 实现,使得调度 与运行监控2个专业更好地融合在一起,能够有效地对整个宁波电网进行调控,全局性更广,及时性更强。这就要求区域无 功电压控制 系统的控 制策略能 够准确及 时满足整 个宁波电 网的运行要求。

1.2区域无功电压控制系统可用性和准确性存在问题

由于AVC系统中的遥 测、遥信等数 据来源于SCADA系统,因此,SCADA系统数据的准确性对于AVC系统的计算、策略、控制都有着非常重要的影响。在实际运行过 程中,经常发现AVC无法对某 个设备进 行控制,经核查发 现是该设 备SCADA遥测量出现错误所导致。如某电容器开关处于热备用状态,实际电流值为0,但其遥测电流数据却仍然显示为152A,这时,AVC系统会判断这个电容器存在故障,并把它排除在控制范围之外。由此可见,该系统的可用性与可靠性还存在一定的问题。

1.3系统维护方法和展示方式存在不足

AVC系统的维护对于维护人员来说是一件非常耗时耗力的工作。例如:一个新变电站要纳入AVC闭环运行,必须进行相应的参数录入、AVC建模、图形制作、闭环调试等工作,以验证AVC系统对其控制的正确性,这需要耗费大量的时间与精力。为此,我们还对几个变电站相应的调试时间 进行了统 计,如表1所示(统计时间:2013年7月13日)。

另外,展示界面不够人性化和友好。如调控人员需要通过观察“调压命令表”对未能及时通过AVC进行控制的设备进行人工干预,但“调压命令表”中的调压命令太多,很多只是涉及开环运行的变电站 (此类信息 给调控人 员以提示),且刷新极快,调控人员无法及时捕捉到信息。为此,我们还对某些天“调压命令表”中出现的命令条数进行了统计。一天的命令条数基本都是上万。

单位:min

2完善无功电压控制系统的措施

2.1查找 SCADA 系统中的错误数据并及时处理

经过多方的学习参考,我们主要总结了3个方案。方案1:由维护人员逐一对每个变电站内的遥信、遥测等数据进行核对和处理。方案2:在AVC系统过滤SCADA数据过程中将其过滤的数据通过列表 形式给出,维护人员 根据告警 进行相应 处理。方案3:另设计程序,单独对SCADA系统中的错误数据进行甄别,再由维护人员进行处理。对于方案1:逐个厂站进行排查可以发现所有错误数据并保证系统安全运行,但员工工作量大,若出现新的错误数据不能及时发现。对于方案2:能够及时准确了解SCADA错误数据,相对于方案1可以减少不少人力,系统安全性上也不存在隐患。对于方案3:能够及时准确了解SCADA错误数据,但需另外设计程序,设计过程费时费力,而且需要进行验证,不能在短时间内实施,并且软件对于系统 的安全性有待考证。为了尽量减少人力、物力开支并兼顾系统的安全运行,综合以上分析,方案2最佳。

2.2缩短变电站 AVC 调试时间

由于AVC调试时间过长,给系统安全运行埋下了隐患,那么如何缩短时间,我们初步给出了3个方案。方案1:加快参数录入、图形制作等工作速率,尽量缩短时间。方案2:在保证正确性的基础上简化AVC闭环调试步骤,跳过AVC动作所需条件,直接进行闭环调试。方案3:跳过AVC闭环调试环节,人工确认数据库中信息的 正确性。从可 实施性、经济 性、安全性3个方面对以上方案进行比较:方案1虽然能缩短时间,但缩短的时间不能达到要求,需要维护人员进一步提高工作效率,不经济且效果不明显,同时维护 人员工作 时间缩短 存在安全 隐患。方案2能够大大缩短AVC闭环调试时间,同时兼顾经济性与安全性。方案3能够直接省去AVC闭环调试环节,节省更多时间,但存在安全隐患。

我们可以从表1中看出,每个变电站的AVC闭环测试时间均占总用时的将近一半,如果能大大缩短这段时间,达到目标的可能性就很大。从经济性考虑,应尽量使维护人员保持正常的工作节奏;从安全性 考虑,AVC系统必须 安全可靠,不允许存在安全隐患。所以方案2成为首选。

2.3减少“调压命令表”界面累计的记录数

“调压命令表”累计条数过多,给工作人员带来了巨大的工作量,降低了员工的工作效率,因此减少累计调压命令记录 数可以大大提高系统 的运行效 率。我们给出 了3个实现方 案。方案1:修改程序,降低AVC系统计算速率,减少调压命令。方案2:在列表条件中加入判据“变电站是否闭环”,列出闭环变电站的调压命令。方案3:重新进行AVC建模,只包含已投入闭环运行的变电站。方案1需要修改程序,虽然能达 到目标,但牺牲了AVC的及时性,同时存在安全隐患。方案2能满足要求并兼顾经济与安全性。方案3需要重新建模,虽然能满足要求,但牺牲了AVC的全局性和完整性,同时重建工作量巨大而且缺乏安全可靠性。

要将累计调压命令记录数从原来的近万条减少至近千条,可从3个方面考虑。可实施性:三者都能满足要求;经济性:方案1和方案3都需要对程序和数学模型进行更改,不经济;安全性:方案1需要修改程序,会给AVC运行带来风险,方案3需要重新建立数学模型,更改整个AVC的架构,是不可行的。综上所述,我们选择了方案2。

3方案实施

在确定好方案后,我们分别 从3方面进行 了实践操 作:(1)使AVC系统在过滤数据过程中的告警信息可见,并在图形列表中列出来,在选择列表过程中,将“厂站ID号”、“告警设备ID号”、“告警名称”、“闭锁状态”、“闭锁类型”、“动作时间”等作为所关联的域名列出。(2)通过内部 设置,使得AVC闭环调试时不需要满足所有判据,直接弹出调试窗口进行调试,同时修改右键菜单功能,使其具备调用闭环测试工具的功能。(3)在内部设置中加入判据“变电站是否闭环”作为列表条件,并在图形列表中列出,所列出的记录都是在加入“变电站是否闭环”的判据后AVC系统所发出的调压命令。

4结语

实施以上3个方案可以准确地在SCADA系统中找到相应缺陷,并及时处理,变电站AVC调试时间缩短为近60min,“调压命令表”界面中一天累计的记录数缩短至近2000条,大大提高了整个宁波电网的运行水平,降低了员工的工作强度,具有很好的间接经济效益。

摘要：宁波电网区域无功电压控制(AVC)系统投入正式的闭环运行后,对全网无功电压状态进行了集中监视和分析计算,其从全局的角度协调优化控制广域分散的电网无功装置,从而保持了系统电压稳定,提升了电网电压品质和整个系统经济运行水平。但SCADA系统存在错误数据、变电站AVC调试时间过长及“调压命令表”中累计的记录数过多等问题仍亟待解决,现对此进行分析,以便完善电网区域无功电压控制系统。

无功电压自动控制系统 篇8

1. 电力系统无功电压

电压在电力应用中, 也称为电势差或电位差。一般情况下电压的方向为从高电位到低电位, 类似与水压的概念。一般情况下电压的数值, 会根据所在线路电能的变化而变化。其中电感造成的线路电压降称为无功电压, 此外变压器漏感造成的电压降也为无功电压。无功电压其数值与线路的电流成正比关系, 一般情况下电流越大无功电压越大, 此外无功电压与线路电流存在90度的相位差。

2. 无功电压就地控制与平衡发展现状

当前随着我国经济的快速发展, 工厂、商业地带、居民区的数量也越来越多, 因此对于电力的需求也越来越大。此类的现状导致大量的发电厂以及变电站投建, 随着发电厂变电站的修建, 其中关于无功电压控制的问题, 也引起了较多人群的关注。当前关于无功电压控制技术, 整体的发展较为良好。针对此类技术的发展, 当前主要的控制手段为自动化控制技术结合网络技术进行。自动化技术的发展, 一定程度上促进了无功电压控制的发展。保证了电压的稳定性, 也促进了经济的稳定发展。

3. 无功电压控制的意义与作用

有效的无功电压控制, 能够较好地控制整体的线路损害。一定程度上加强了线路的供电稳定性, 并且提升了电路的经济运行。因此有效的无功电压控制, 针对整体电网的稳定运行, 以及用户的稳定供电都有着重要的积极意义。

当前关于无功电压的变化, 主要的造成的后果为:无功电压升高, 电路损耗增大, 供电稳定性降低。无功电压降低, 导致设备性能降低, 严重时会引起整体电网的故障。因此对于无功电压的控制, 对于整体电网的稳定运行, 以及经济的稳定发展都有着重要的作用。

4. 电力系统无功电压就地平衡与控制相关技术

笔者针对电力系统中无功电压就地平衡与控制的相关技术, 通过分析案例总结如下。例如:母线调压、中枢点调压、大负荷区域调压、模糊控制、计算机软件模块控制。

4.1 母线调压

电能在应用的过程中, 首先经由发电厂生产电能。之后电能通过线路传输至各级变电站, 之后进入各级配电站, 最后通过配电线路进入用电单位。在此过程中, 由配电所输出电能的主要线路称之为母线。一般情况下, 根据供电范围的大小和配电所的供应量, 其母线的数量也有所差异。针对此类现状, 关于电压的控制, 主要针对母线电压进行调控。通过调控母线电压, 达到整体线路的电压值在合理的范围内。以此保证整体线路的安全运行, 促进供电的稳定性。

4.2 中枢点调压

随着经济的发展, 各地的电力系统逐渐成熟并形成规模。在此背景下, 关于电压的控制技术行业内都形成了成熟的模版规范。电压控制的本质为:将线路中电压的数值偏移, 控制在合理的范围内。此范围既能保证电网的安全运行, 也能保证用电单位的供电安全。但由于整体电网的规模较大, 因此对于整体电网进行全方位地监控和控制, 一方面经济代价过大, 另一方面也属于资源浪费。因此在实践的过程中, 技术人员总结出了中枢点调压技术。中枢点调压技术, 根据整体电网中的用电单位以及供电线路, 在主要节点进行电压调整和控制。以此达到整体供电线路的稳定运行, 并达到安全供电的目的。

4.2.1大负荷区域调压

一般情况下配电所输出电能之后, 电能通过输电线路到达用电单位。根据用电单位电能用途, 分为民用电、商用电、公共用电等类型。电压由于根据线路电流的变化而变化, 因此一般情况下公共用电, 以及民用电的电压较为稳定。其中商用电出现故障的几率较大, 商用电包括普通商业用电, 以及工厂用电等。在此现状下, 为了有效的保证整体电路的稳定运行, 以及供电的安全性。一般情况下通过调整大负荷用电区域的电压, 以此达到整体电压的稳定性。其中主要调整的对象则为工厂用电以及商业用电, 关于民用电部分的调节主要为冬夏两季用电高峰期的调整。

4.3 模糊控制

电力系统在供电的过程中, 其重要的核心任务即为安全稳定供电。通过安全稳定的供电, 达到整体电力系统的稳定运行。当前关于电力系统无功电压就地平衡与控制技术中, 新兴的一类技术为:模糊控制。此类技术通过模糊数据, 进行整体电力系统的判断, 并得出模糊结论。最终根据此类结论进行电压的控制, 此类技术针对运行准确数据明确的电力系统不适用。主要应用于针对整体运行数据不明确状态下的电力系统, 针对此类现状模糊控制的效果较大。

4.4 计算机软件模块控制

当前关于电力系统中无功电压就地平衡与控制的技术, 整体的发展较为良好。其中针对此类技术的应用, 主要依靠计算机软件和网络传输完成。通过模块化的集成管理, 保证所监控点位都在软件之中。并针对点位的电压情况, 进行有效地监控和控制, 最终通过模块化的管理, 达到控制目的。

结语

随着电力事业的快速发展, 各类的电力技术也得到较大的提升。其中关于电力系统中无功电压就地平衡与控制的技术, 也得到了较大的发展。当前关于此类技术的发展, 主要应用的技术手段为:母线调压、中枢点调压、大负荷区域调压、模糊控制、计算机软件模块控制。依照此类技术, 可以较好地完成对电力系统无功电压的就地平衡和控制, 并达到整体电路的安全稳定运行。

摘要：电能对于人们的生产生活, 具有重大的影响, 因此关于电力系统中无功电压就地平衡与控制的问题, 也应给予重视。本文针对电力系统无功电压就地平衡与控制, 进行简要地分析研究。

关键词：无功电压,就地平衡与控制,研究

参考文献

[1]姚伟.刍议电力系统无功电压就地平衡与控制[J].通信世界, 2014 (23) :149-150.

[2]李闯, 龚主, 吴宝良, 等.试论电力系统无功电压管理与控制[J].低碳世界, 2013 (22) :35-37.

风电场无功电压控制系统设计和应用 篇9

近年来,受国家能源战略的推动,国内风电呈翻番的速度发展,截至2009年底,全国风电装机容量达16.13 GW[1],据最新统计,截至2010年底,全国风电装机容量约为26 GW,风电输出功率在电网中的比重进一步增加,特别是在华北、东北和西北这3个风资源丰富地区。其中,东北电网风电装机已达6.27 GW[2],若考虑电网实际最小负荷,风电最大出力已超过其电网最小负荷的10%,吉林和黑龙江的风电最大出力已超过或接近其最小负荷的20%[3]。

由于国内风电采用大规模集中方式接入电网,使得部分电网运行电压控制出现了较大困难,主要表现在国内风电接入的地区大多处于电网末端,当风电装机容量较大且风电场输出功率较高时,风电场无功需求和输电线路无功损耗增大,电网无功不足会引起电压水平和稳定裕度降低,加之对风电场缺乏合理的无功动态补偿,容易产生高峰负荷电压偏低和低谷负荷电压偏高的现象。上述问题已陆续在吉林、黑龙江、新疆等多个区域电网出现。

为了应对上述问题,可以从风电场角度研究无功电压控制技术,使风电场能够根据局部电网电压情况调整无功功率输出,对局部电网提供无功支撑。文献[4]从风电场与电网相互协调的角度,提出了兼顾接入地区无功需求的风电场无功控制策略;文献[5,6]研究了以高压侧电压为控制目标的风电场电压控制策略。这些研究为风电场无功控制提供了有益的参考。

2009年,国家电网公司颁布了企业标准《风电场接入电网技术规定》[7],提出以下要求:①风电场的无功控制应能参与并网点的电压调节,同时还要能够补偿送出线路上的无功;②首先充分利用风电机组的无功容量及其调节能力。基于此,本文提出了一种适用于变速恒频风电机组风电场的多模式、多目标无功电压协调控制策略,设计了风电场无功电压控制系统,并结合在上海奉贤海湾风电场一期扩建工程开展的现场试验描述了该系统的应用。

1 风电场无功电压控制基本思路和策略

1.1 基本思路

根据《风电场接入电网技术规定》对风电场无功控制的基本要求,风电场无功控制应能够对并网点电压提供支撑,同时充分利用风电机组自身的无功调节能力。基于此,文献[8,9,10,11]以并网点电压为控制目标,将分层原则应用于风电场无功控制,分为风电场无功需求整定和风电机组无功分配2层。风电场无功需求整定层通过检测风电场的输出功率和并网点电压实时计算出风电场的无功功率输出需求量;风电机组无功分配层将风电场无功需求量按照一定的原则分解到风电场内的每台风电机组,作为控制信号改变风电机组的无功功率输出。以上研究成果构成了风电场无功控制的基本思路,并通过对实际包含风电的电力系统的仿真分析验证了其正确性和有效性。

上述无功控制有无功需求量整定和无功分配策略2个问题需要解决。为此,文献[12,13]研究并提出了用于辅助风电场无功需求整定的风电场对并网点电压的静态无功/电压支撑能力评估方法,通过该方法能够利用电网固有参数确定风电场无功调节量基本计算系数;文献[14]给出了多种风电场无功分配方法,包括按容量比例分配、按潮流分布分配和基于基本电气原理的分配方法。

1.2 风电场多模式、多目标无功电压协调控制策略

文献[12,13]的研究成果为风电场无功调节量的计算提供了理论依据,但在实际应用时,需要对该方法进行改进和完善。风电场无功控制应综合考虑电网安全运行和风电功率送出2个因素,在对并网点电压提供支撑的同时,补偿送出线路无功,提高线路的风电功率传输能力。因此,风电场无功控制应具有以下2种模式。

1)计划跟踪模式:以并网点电压为唯一控制目标,风电场严格跟踪电网调度部门下发的经过安全校核的并网点电压曲线,根据实时电压偏差计算风电场需要提供的无功补偿量,并据此进行实时无功调节。

2)协调控制模式:风电场以并网点电压和功率因数为综合控制目标,在保证并网点电压处于合格范围的前提下,调节风电场的无功输出,补偿线路无功损耗,使并网点功率因数处于最佳,提高送出线路的有功传输能力。

由于并网点电压与功率因数之间存在耦合关系,以任何一个参数为控制目标都会影响到另一个参数,因此,进行调控时应考虑两者之间的相互协调关系。在具体控制时,应优先维持并网点电压的稳定。若采用计划跟踪模型,则只以并网点电压为目标;若采用协调控制模式,则在并网点电压合格范围内,以功率因数为综合控制目标。根据上述原则,对风电场无功控制进行分区,如图1所示。

图中:Umax为电网规定的并网点电压上限;Umin为电网规定的并网点电压下限;Uha为并网点电压接近上限警戒电压;Ula为并网点电压接近下限警戒电压;cos φpmin为发出容性无功时的最小功率因数;cos φnmax为发出感性无功时的最大功率因数。

根据图1判断风电场目前所处的无功调控区,并计算风电场的无功调节量,具体方法如下。

1)处于区域0。风电场并网电压和功率因数均处于较合理的区域,风电场不进行无功调节。

2)处于区域4,7。此时风电场并网点电压合格,功率因数超出设定值,然而无功调节方向与电压变化方向一致,风电场无功调节有可能引起并网点电压越限,因此,为保证并网点电压合格,风电场不进行无功调节。

3)处于区域1,2,9,10。风电场电压不合格,需要调节无功输出,在计算无功调节量ΔQ时,采用闭环比例—积分(PI)控制,其比例调节系数KP根据文献[12,13]分析确定,积分调节系数KI根据实际需求整定,因此,ΔQ近似为:

$\text{Δ}Q={\rm K}{}_{\text{Ρ}}(U-U{}_{\text{r}\text{e}\text{f}})+{\rm K}{}_{\text{Ι}}{\displaystyle \int (}U-U{}_{\text{r}\text{e}\text{f}})\text{d}t(1)$

式中:U为并网点实时电压;Uref为并网点电压参考值。

4)处于区域3,5。风电场并网点电压在合格范围,但功率因数超过超前最大功率因数,因此,风电场调节无功输出,补偿线路传输的无功,其ΔQ为:

$\text{Δ}Q=\min \{\frac{\sqrt{1-\lambda {}_{\text{超}\text{前}\lim }^2}}{\lambda {}_{\text{超}\text{前}\lim }}{\rm P}-Q,{\rm K}{}_{\text{Ρ}}(U{}_{\min }-U{}_{\text{r}\text{e}\text{f}})\}(2)$

式中:λ超前lim为超前功率因数的限值;P为升压站高压侧的实时有功功率。

5)处于区域6,8。风电场并网点电压在合格范围,但功率因数小于滞后最大功率因数,因此,风电场调节无功输出,补偿线路传输的无功,其ΔQ为:

$\text{Δ}Q=\min \{\frac{\sqrt{1-\lambda {}_{\text{滞}\text{后}\lim }^2}}{\lambda {}_{\text{滞}\text{后}\lim }}{\rm P}-Q,{\rm K}{}_{\text{Ρ}}(U{}_{\max }-U{}_{\text{r}\text{e}\text{f}})\}(3)$

式中:λ滞后lim为滞后功率因数的限值。

根据上述方法得到风电场的无功补偿调节量ΔQ后,应将调整后的输出无功功率与风电场的无功功率极限进行比较。因此,调节后的风电场输出无功功率Qreg应为:

$Q{}_{\text{r}\text{e}\text{g}}=\{\begin{array}{l}\min \{Q+\text{Δ}Q,Q{}_{\max }\}U>U{}_{\max }\\ \max \{Q+\text{Δ}Q,Q{}_{\min }\}U<U{}_{\min }\end{array}(4)$

1.3 风电场无功分配

风电场无功补偿量分配可以采用按无功容量比例方法和优化方法进行分配。笔者针对100 MW容量的风电场对采用这2种方法分配的经济效益进行了比较,其结果相差无几,因此,在实际系统中选用无功容量比例分配方法。具体步骤如下。

由风电场的无功容量确定风电机组i的无功补偿量分配系数Ki为:

${\rm K}{}_i=\frac{Q{}_{i\text{Ν}}}{{\displaystyle \sum _{i=1}^{m}Q}{}_{i\text{Ν}}}(5)$

式中:QiN为第i台风电机组的额定无功容量;m为风电机组的总数。

设风电场的无功补偿量为ΔQ,则分配至风电机组i的无功补偿量ΔQi为:

$\text{Δ}Q{}_i=\text{Δ}Q{\rm K}{}_i(6)$

对风电机组的调节余量进行校验。若满足调节条件,方案通过;若有风电机组无功调节余量不足,则需修正方案。

记调节余量不足的风电机组集合为ΩLACK,其数量为n,风电机组j的无功可调整量ΔQj′为:

$\text{Δ}Q{}_{j^{\prime }}=Q{}_{j\text{Ν}}-Q{}_j(7)$

修正后的风电机组的无功补偿量分配系数Kj′为:

${\rm K}{}_{j^{\prime }}=\frac{\text{Δ}Q{}_{j^{\prime }}}{\text{Δ}Q}j\in \Omega {}_{\text{L}\text{A}\text{C}\text{Κ}}(8)$

其他风电机组的无功补偿量分配系数Ki′为:

${\rm K}{}_{i^{\prime }}=\frac{1-{\displaystyle \sum _{j\in \Omega {}_{\text{L}\text{A}\text{C}\text{Κ}}}{\rm K}}{}_{j^{\prime }}}{1-{\displaystyle \sum _{j\in \Omega {}_{\text{L}\text{A}\text{C}\text{Κ}}}{\rm K}}{}_j}{\rm K}{}_{i}j\notin \Omega {}_{\text{L}\text{A}\text{C}\text{Κ}}(9)$

经修正后的风电机组无功补偿量ΔQi′为:

$\text{Δ}Q{}_{i^{\prime }}={\rm K}{}_{i^{\prime }}\text{Δ}Q(10)$

至此,由式(7)—式(10)即可形成风电机组的无功补偿量分配系数或分配量。

2 风电场无功电压控制系统设计

2.1 设计原则

由第1节可知,风电场无功控制策略的实现需利用风电场和并网点变电站的实时运行信息,完成计算后,通过无功控制系统向风电机组下发无功调节指令。因此,风电场无功控制系统设计应符合以下原则。

1)风电场无功电压控制系统必须具备与相关数据采集系统的通信能力。

2)风电场无功电压控制系统应支持多任务处理,能够同时处理数据通信、风电场无功调节量计算、风电场无功分配等多个任务。

3)风电场无功电压控制系统必须具备与风电机组相关控制设备的通信能力。

2.2 控制接口

风电场无功电压控制系统控制接口结构如图2所示。

为了满足2.1节所述原则,风电场无功控制系统基础平台选择了具有数据管理功能的通信控制器NSC300。该通信控制器能够通过交换机采用Modbus/TCP协议采集风电场和并网点变电站的实时运行信息,并能够接收电网调度部门下发的电压曲线,在此基础上,对相关信息进行分析和计算,求取风电场无功调节量和分配量,形成最终的风电场无功控制方案,并下发给风电机组,同时上送至电网调度部门备案。

2.3 软件架构的设计和主要功能模块

风电场无功电压控制系统采用C++语言编程,软件设计采用模块化设计思想,编程调试完成后固化到通信控制器。系统由嵌入式数据库、系统内核任务、应用程序任务和套接字构成,如图3所示。

系统的应用程序任务模块包括任务调度、风电场通信、并网点变电站通信、无功控制等。

1)任务调度模块。

通过任务信号调度系统中的风电场通信任务、并网点变电站通信任务和无功控制任务,避免各任务无序抢占系统资源。

2)风电场通信模块。

具有2个基本功能:①采集风电机组的实时运行信息,包括风电机组的有功功率、无功功率、机端电压等;②向风电机组下发无功调节指令。

3)并网点变电站通信模块。

采集并网点变电站的实时运行信息,包括变电站低压侧的电压、注入有功功率、注入无功功率等。

4)风电场无功控制模块。

其主要功能是按照第1节的思路和策略计算风电场无功调节量和分配量。

各任务模块之间采用信号量方式进行调度,如图4所示。信号量1,2,4为等待信号量,信号量3为不等待信号量,箭头所指方向为获取信号量。

调度任务获取变电站通信任务和风电场风机通信任务的信号量,汇总后释放数据就绪信号量;算法任务获取调度任务的数据就绪信号量,释放遥调指令信号量;并网点变电站通信任务释放变电站数据入库信号量;风电场通信任务释放风机数据入库信号量,获取遥调指令信号量。

3 现场试验

3.1 现场试验条件

2010年5月,风电场无功电压控制系统在上海奉贤海湾风电场一期扩建工程开展了现场试验。奉贤海湾风电场一期扩建工程已投运机组8台,为华锐1.5 MW双馈感应风电机组,总装机容量为12 MW,具备无功补偿容量4 Mvar,该风电场经35 kV开关站、35 kV/110 kV干校站升压后接入主网。

开展现场试验时,各相关部分的通信接线示意图如附录A图A1所示。风电场无功电压控制系统通过D-Link交换机与风电场的Modbus通信服务器相连,通过该服务器读取风机的实时运行信息。风电场无功电压控制系统与并网点变电站RTU通过交换机经光缆通信。风电场无功电压控制系统与通用分组无线电业务(GPRS)通过串口进行通信。

在现场试验过程中,分别测试了风电场无功电压控制系统的无功输出响应特性和跟踪调节特性。目前,该系统设定为协调控制模式运行,设备运行稳定,各项指标良好。

3.2 无功输出响应特性测试

现场测试时,设定风电场的无功功率20 s内由-2 Mvar增加至2 Mvar,再经20 s由2 Mvar回调至-2 Mvar,测试的无功输出响应曲线如附录A图A2所示。图中,红色曲线为并网点电压,蓝色曲线为风电场无功。由图可以看出,风电场能够正确响应风电场无功电压控制系统下发的无功调节指令,并在设定时间内将无功调至设定的目标值。

3.3 无功输出跟踪调节特性测试

将风电场无功电压控制系统设定为计划跟踪模式,测试风电场无功电压控制系统自动跟踪并网点电压和功率因数时的无功调节特性,测试的无功输出跟踪调节特性曲线如附录A图A3所示。由图可知,当并网点电压超出设定的范围时,风电场能够根据无功调节指令调节无功输出,对电网提供无功支撑,当并网点电压恢复到设定范围内,风电场无功输出逐步恢复。

4 结语

通过在上海奉贤开展的风电场无功电压控制系统现场试验,表明风电场无功电压控制系统各项技术指标能够满足现场运行的要求,能够通过合理的控制向电网提供无功支撑,维持接入地区电网的电压稳定性,验证了风电场无功电压控制策略的正确性。该系统的成功应用表明风电场的无功是可控和能控的,对风电场无功控制的应用和推广具有重要意义。

无功电压自动控制系统 篇10

关键词：矿井配电,欠电压,无功补偿,三级联调

1 矿井配电系统和电压等级

煤矿配电系统一般由110k V或35k V地面变电所, 10k V或6k V配电井中央变电所、采区变电所和采区工作面移变配电点组成, 基本属于垂直方式四级配电系统。采区配电电压普遍采用660V、1140V、3300V电压等级, 手动电动工具及井下照明均规定采用127V电压等级[1]。

2 矿井配电点欠电压现象

煤矿井下由于开采深度、层次的变化, 采煤工作面距离的移动及更换, 井下用电负荷经常变化, 呈现配电半径长, 功率因数低, 线路损耗大, 末端配电欠电压严重的现象。欠电压现象存在下述危害:

欠电压运行使线路损耗增加:在输送功率不变时, 若电压过低会使电流增加, 而线路损耗与电流的平方成正比, 因此欠电压运行, 将会使线路损耗增加较多。

对用电设备电动机的危害:当电压降低20%时, 电动机转动力矩减少约36%, 电流增加20%~25%, 电动机温度升高15℃以, 影响电动机的安全运行。

对控制电器的危害:对于交流接触器、继电器等, 欠电压会使其操作控制失灵、触头烧坏或产生熔焊等后果, 影响设备正常控制运行。

欠电压对无功负荷的影响:当电压较低时, 正常运行时的三相负荷平衡状态就会发生变化。由于负荷不平衡和三次谐波电流的作用, 产生的零序电流和零序电压会使电网及设备的无功负荷增加, 降低功率因数, 增加损耗。

3 矿井欠电压调节现状

无功对电压质量影响极大, 无功与电压存在着较强的耦合关系, 无功功率在潜移默化地影响电压质量。无功功率的不足或过剩都将引起配电网运行电压的下降或升高。目前, 在调节电压手段方面, 矿井配电网以调节主变和移变分接头和投切无功补偿调压装置为主体, 大部分矿井电压治理工作的常规做法是由相关专业人员按照经验得出简单的治理措施, 治理措施缺乏量化分析手段, 措施之间缺乏协调配合, 治理效果不可控。治理基本处于盲调状态, 头痛医头脚痛医脚现象严重。目前还缺乏一套有效的自动化调度控制系统。

4 矿井配电网电压无功协调控制系统概述

随着科技进步, 矿井工业环网已覆盖到采区工作面, 矿井变电站实行无人或少人值守, 井下移动变电站和无功补偿装置也具备“三遥”接口和功能, 为矿井配电网电压无功协调控制系统的研究和建立提供了良好的条件。

矿井配电网全网电压无功协调控制系统根据配电网实际负荷变化及短期负荷预测, 确定电压无功装置的最佳配合方式, 通过无功补偿调压装置的合理投切, 以及减少主变分接开关调节次数, 强化对变电站、线路、移变、配电端电压无功监控管理, 实现变电站、10k V/6k V线路及移变的三级联调控制, 确保矿井配电网的无功规划优化及运行优化, 提高配电电压质量, 消除“欠电压”现象, 降低网损、提高供电质量, 保证设备安全可靠高效运行。

5 矿井配电网电压无功协调控制系统建设内容

系统工作站安装在矿调度室 (监控中心) 并安装配电网电压无功协调控制系统软件, 主要作用一是实现对整个配电网电压、无功补偿等配电参数的SCADA实时监测功能, 二是自动完成制定控制策略及控制命令, 实现配电网电压无功的优化运行和闭环控制。

通过软件接口与矿井地面35k V/110k V变电站电力监控系统通讯, 交互高压电网运行数据, 电压无功协调控制系统发送控制命令给变电站电力监控系统, 实现对主变档位的升降、电容器的投切[2]。

10k V或6k V井下中央变电所和采区变电所高爆开关、无功补偿装置接入矿井电力监控分站, 矿井电力监控分站通过工业以太环网上传中压传输线路运行数据至配电网电压无功协调控制系统, 电力监控分站同时接收系统发送的控制命令至设备, 实现对线路无功补偿装置的遥测、遥控。

采区移动变电站、低压馈电开关接入矿井电力监控分站, 矿井电力监控分站通过工业以太环网上传末端低压配电网运行数据至配电网电压无功协调控制系统, 电力监控分站同时接收系统发送的控制命令至设备, 实现对移变分接头及移变无功补偿装置的遥测、遥控。

6 配电网电压无功三级协调优化控制策略流程

系统重点包括三级:第一级是指对35k V/110k V变电站电压无功控制, 主要包括调整主变分接头和站内功补偿装置;第二级是指对10k V/6k V线路电压无功控制, 主要调节线路无功补偿装置;第三级是指对配电网末端移变电压无功控制, 主要包括调整有载移变分接头和无功补偿装置, 系统以调整无功为主。三级联调的控制策略由全网电压无功控制系统软件完成。

配电网电压协调控制系统三级协调控制的特点:电压调整与无功补偿调节相结合, 电压“自上而下”调整, 无功“自下而上”补偿, 控制策略[3]如图3所示。

6.1 系统以电压调整为主, 同时实现节能降损, 降损的前提是配电网安全稳定运行及满足用户端对电能质量的需求。在具体实施过程中, 一个周期的控制命令可能既包含变压器分接头调整, 又包括补偿装置动作, 如果分接头及补偿装置同属一个设备, 则先调整分接头, 下一周期再动作补偿装置。

6.2 电压自下而上判断, 自上而下调整这一要求需要两种措施来保证:一是通过短期、超短期负荷预测, 合理分配分接头和无功补偿装置在各时段的动作次数;二是如果欠电压现象在一个配电点比较普遍, 则优先调整该配电点的上级调压设备。

6.3 无功自上而下判断, 如果上级配电网有无功补偿的需求, 应首先向下级配电网申请补偿, 在下级配电网无法满足补偿要求的情况下, 再形成本地补偿的控制命令。而控制命令的执行应自下而上逐级进行。如此, 既能满足本地无功需求, 又能减少无功在配电网中的流动, 最大限度降低网损。

7 结论

本系统的开发研究可借鉴利用电力系统配电网电压无功协调控制系统 (DAVC) , 系统应用可以有效提高矿井配电网自动化水平和无功补偿能力, 实时监测配电网电压, 改变传统主变调压仅保证“母线电压合格”所带来的局限性, 实现在确保“母线电压合格范围内”充分利用其调压裕度, 达到确保“用户端电压合格”的目标, 消除欠电压现象危害。在无功问题严重的矿井, 可实现无功优化补偿, 减少无功电流引起的损耗。

参考文献

[1]陈伟.煤矿电气设备与供电系统的保护分析[J].科技创新导报, 2008.

[2]马爱军.变电站电压无功控制装置新控制策略研究[J].电力电子技术, 2010.