崇明電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化控制方案的探討

導(dǎo)語：通過制定電壓無功優(yōu)化控制方案，并加以實(shí)施，將會在一定程度上提高用戶的電壓合格率，改善電能質(zhì)量，同時將降低網(wǎng)損，為企業(yè)提高了經(jīng)濟(jì)效益。

引言

崇明電網(wǎng)變電站采用主變有載調(diào)壓和10千伏、35千伏電容器組作為調(diào)壓和無功補(bǔ)償主要措施。10千伏、35千伏電容器組和主變有載分接頭由人工投切和調(diào)節(jié)，工作量大，隨意性大，調(diào)節(jié)效果不甚理想。而電壓無功優(yōu)化(VQC)控制方案、制定VQC調(diào)節(jié)方案的控制原則及目標(biāo)，利用將各分站數(shù)據(jù)采集到主站，主站SCADA系統(tǒng)對分站自動進(jìn)行遙控遙調(diào)操作，解決了因管理等人為因素影響地區(qū)電網(wǎng)電壓的質(zhì)量問題之一，同時解決了線損中的網(wǎng)損過高的問題。

當(dāng)前國際上應(yīng)用比較多的電壓分級控制方案包括三個層次：一級電壓控制(Primary Voltage Control)，二級電壓控制(Secondary Voltage Control)和三級電壓控制(Tertiary Voltage Control)。

² 一級電壓控制：面向變電站的控制，用到本站信息，反應(yīng)速度最快，可靠，實(shí)現(xiàn)簡單，只能本站優(yōu)化。

² 二級電壓控制：面向局部區(qū)域電壓的控制，用到無功靈敏度，反應(yīng)速度較快，可靠，可以區(qū)域優(yōu)化。

² 三級電壓控制：面向全網(wǎng)的電壓無功控制，用到無功優(yōu)化算法，實(shí)時狀態(tài)估計，調(diào)度潮流，負(fù)荷預(yù)測等應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)困難，要求最高，速度最慢，可靠性受EMS軟件可靠性影響，可以找到一個較優(yōu)的運(yùn)行點(diǎn)。

從目前崇明電網(wǎng)的整體相關(guān)因素實(shí)際出發(fā)，實(shí)現(xiàn)各變電站電壓無功優(yōu)化，比較合理。

1、變電站VQC調(diào)節(jié)原理

對于變電站來講，為了使電壓與無功達(dá)到所需的值，通常采用改變主變有載分接頭檔位和電容器投切來改變系統(tǒng)的電壓和無功。有載分接頭的變化不僅對電壓有影響，而且對無功也有一定的影響，同樣電容器組的投切對無功影響的同時也對電壓起著一定的影響。

在很多地方供電系統(tǒng)中，不是考慮無功而是考慮功率因數(shù)作為調(diào)節(jié)依據(jù)。實(shí)際上，可以根據(jù)當(dāng)時的有功功率換算出無功的控制范圍，在處理原理上本質(zhì)是一樣的，只不過無功的上下限范圍是始終是動態(tài)變化的范圍。

在實(shí)際應(yīng)用中，主變有載分接頭調(diào)節(jié)主要用于電壓的調(diào)節(jié)，電容器的投切主要用于無功的調(diào)節(jié)同時也用于電壓的調(diào)節(jié)。

下面讓我們以一臺變壓器來分析一下各種情況下的電壓與無功調(diào)節(jié)方式。

電壓(U)取值于主變的變壓器低壓側(cè)母線線電壓。

無功(Q)取值于主變的變壓器高壓側(cè)無功。

分接頭調(diào)節(jié)

分接頭上調(diào)后U將變大，Q將變大。

分接頭下調(diào)后U將變小，Q將變小。

電容器投切

投入電容器后Q將變小，U將變大。

退出電容器后Q將變大，U將變小。

2、關(guān)于調(diào)整目標(biāo)與要求

根據(jù)“九域圖”(如圖一)的要求進(jìn)行無功、電壓、分接頭的調(diào)節(jié)方案是一種較為先進(jìn)的無功調(diào)節(jié)方案，它基本解決了電容器鐘控投切方式所帶來的不利影響。它的主要特點(diǎn)是：除具有電容器鐘控或遙控、主變分接頭有載自動調(diào)節(jié)方案的所有優(yōu)點(diǎn)外，而且還具有調(diào)節(jié)快速、靈活、方便的特點(diǎn)。在VQC調(diào)節(jié)過程中，為了避免出現(xiàn)調(diào)節(jié)死區(qū)及電容器、分接頭出現(xiàn)頻繁調(diào)節(jié)的現(xiàn)象，因此，要對VQC調(diào)節(jié)方案制定可行的調(diào)節(jié)原則及目標(biāo)與要求，并對軟件系統(tǒng)提出相應(yīng)的要求，以保證VQC裝置的正常運(yùn)行。

圖一：九域圖

(注：Us為上限電壓;Ux為下限電壓。COSδs為上限功率因數(shù);COSδx為下限功率因數(shù);Qt為可投電容器容量。)

2.1首先應(yīng)保證供電母線運(yùn)行電壓Uyx運(yùn)行在一定的電壓要求范圍內(nèi)即Ux(下限電壓)≤Uyx(運(yùn)行電壓)≤Us(上限電壓)。

這是VQC工作的首要目標(biāo)，也是用戶的基本要求。

2.2其次應(yīng)保證變電站受電端負(fù)荷功率因素COSδyx運(yùn)行在一定的范圍內(nèi)即COSδx(下限力率)≤COSδyx(運(yùn)行力率)≤COSδs(上限力率)。

這是電容器對首要目標(biāo)的初級調(diào)整，也是對主變負(fù)荷力率的控制，以提高主變運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

2.3再次應(yīng)盡可能減少主變有載開關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)Nyx(日、年實(shí)際運(yùn)行次數(shù))≤Nmax(日、年允許最多調(diào)節(jié)次數(shù))。

在電容器初級調(diào)整的基礎(chǔ)上，主變有載開關(guān)的自動調(diào)節(jié)是對首要目標(biāo)的進(jìn)一步微調(diào)，是對地區(qū)無功潮流的重新分配。在調(diào)節(jié)過程中，應(yīng)盡可能保證日、年分接頭運(yùn)行調(diào)節(jié)次數(shù)在所規(guī)定的要求范圍內(nèi)，以免影響有載開關(guān)的使用壽命;

3 關(guān)于對VQC具體的調(diào)節(jié)控制

3.1 對高峰時段的調(diào)節(jié)要求

3.1.1 Uyx

3.1.1.1若COSδyx≤1，且0.99Us≤Uyx≤Us范圍內(nèi)運(yùn)行，分接頭則不作調(diào)整，以減少分接頭調(diào)節(jié)次數(shù)。

3.1.1.2若COSδyx≤1，且Uyx<0.99Us,則調(diào)低分接頭位置，直至無法調(diào)節(jié)為止。

3.1.1.3若COSδyx≤1，且Us

3.1.1.4若COSδyx≤1，且Uyx>1.01 Us，則切除Qt，然后調(diào)低分接頭位置直至無法調(diào)節(jié)為止;

3.1.1.5若COSδyx>1，則切除Qt,同時調(diào)低分接頭位置直至無法調(diào)節(jié)為止;

3.1.2 Uyx>Ux

3.1.2.1若COSδs≤COSδyx≤1, 則Qt不投，同時調(diào)低分接頭位置直至無法調(diào)節(jié)為止。

3.1.2.2若COSδx≤COSδyx≤COSδs，若軟件系統(tǒng)判斷(2.1.2----1)式成立，則Qt不投，同時調(diào)低分接頭位置直至無法調(diào)節(jié)為止;若(2.1.2----1)式不成立，則Qt投，同時調(diào)高分接頭位置直至無法調(diào)節(jié)為止。

3.1.2.3 COSδyx≤COSδx, 則Qt投，主變分接頭視電壓高低自動調(diào)高或調(diào)低。

3.2 對低谷時段的調(diào)節(jié)要求;

在低谷時段，若UyxUs,則應(yīng)先切除Qt，而后考慮升高主變分接頭位置;

3.3 對低谷時段向高峰時段轉(zhuǎn)移時的調(diào)節(jié)要求

在低谷時段向高峰時段轉(zhuǎn)移臨界時段，應(yīng)先由軟件系統(tǒng)判斷(2.1.2----1)式是否成立，若是則Qt不投入;若否，則Qt投入運(yùn)行，判斷后再根據(jù)電壓的高低進(jìn)行分接頭調(diào)節(jié)。

3.4 對高峰時段向低谷時段轉(zhuǎn)移時的調(diào)節(jié)要求

在高峰時段向低谷時段轉(zhuǎn)移時，應(yīng)先考慮Qt切除，再根據(jù)電壓的高低進(jìn)行分接頭調(diào)節(jié);

3.5 原則要求;

無論何時段，假如調(diào)整后，Uyx仍越限，即Uyx≤Ux或Uyx&ge;Us，且分接頭已處于極限位置，則不管功率因數(shù)是否合格，則強(qiáng)行投入或切除Qt;若電壓合格，則根據(jù)調(diào)節(jié)原則進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4 建議

4.1利用新投運(yùn)的調(diào)度自動化主站系統(tǒng)選取無功負(fù)荷變化大的、具備條件的某一35千伏變電站實(shí)施無功優(yōu)化控制方案，逐步向全網(wǎng)推廣。

4.2對無功負(fù)荷變化大的變電站電容器組進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)分組投切，使無功優(yōu)化控制達(dá)到高效。

4.3對誤碼率高、故障多的遠(yuǎn)動信號通道部分變電站，配合電網(wǎng)規(guī)劃，做好通信改造，由載波通信提升至光纖通信，使遠(yuǎn)動通道暢通，滿足調(diào)度自動化主站系統(tǒng)需求，實(shí)現(xiàn)變電站無功優(yōu)化方案控制實(shí)施的有效監(jiān)視。

4.4定期對實(shí)施無功優(yōu)化方案控制變電站進(jìn)行跟蹤分析，及時發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行分析，使無功優(yōu)化方案達(dá)到最佳狀態(tài)。

4.5不斷加大建設(shè)資金投入，合理配置與電網(wǎng)相適應(yīng)的各種類無功電源和必要裕度。

參考文獻(xiàn)

1. 張帆 ，區(qū)域電網(wǎng)的電能質(zhì)量規(guī)劃與治理實(shí)踐，上海電力，2005。

2. 熊小伏，王志勇，引入負(fù)荷預(yù)測的變電站無功控制，電力系統(tǒng)自動化，2003。

3. 丁曉群，唐杰陽等，基于負(fù)荷預(yù)報的區(qū)域電網(wǎng)電壓無功控制，中國電力，2004。