变电站电压无功控制策略研究

王宝权

（中核霞浦核电有限公司，宁德 352000）

1 引言

作为衡量电力系统电能质量的重要指标，当电压值偏离正常值一定范围后，不仅会影响用电设备的使用寿命和效率，也会威胁到电网的稳定和经济运行。所以说，对于确保电力系统的安全和有效运行，以及用户的安全生产和设备高校运行而言，电压质量在其中起着至关重要的作用。在电力系统中，无功补偿和无功平衡是保证电压质量的基本条件[1]。

当无功功率过小时，这回引起电压的下降，相反，则会引起电压的上升，在极端情况下还会造成某些枢纽变母线电压的大幅下降，从而引起“电压崩溃”。

相反，当电压得到有效控制和合理的无功补偿时，不仅能够使得电压质量得到保证，还能够使得电力系统的运行稳定性和安全性得到提升，从而充分发挥电能的经济效益。综上所述，在电压系统运行过程中，无功功率的自动调整与电压之间密切相关。

2 基于变电站电压无功控制策略的相关研究

2.1 电力系统的无功负荷和无功损耗

在电能的输配过程中，往往线路也要消耗一部分无功功率。就10KV的输配线路而言，主要的电能消耗体现在串联电抗消耗。在串联电抗中，这种损耗正比于负荷电流的平方，呈感性。因此，线路消耗的无功功率可以表示成如下形式：

ΔQL表示线路消耗的无功功率，I 表示流过线路的电流，P 表示线路输送的有功功率，Q 表示线路输送的无功功率，UN表示线路的额定电压，cos示线路的功率因数，XL表示线路的电抗[2]。

2.2 电力系统的无功特性

电力系统无功功率平衡的基本条件是：供电系统中，无功电源可能发出的无功功率不能小于负荷所需要的无功功率与输配网络中无功损耗之和[3]。

为了确保系统的可靠运行，适应无功负荷的增长需要，配备一定的无功备用容量是很有必要的。当电网的无功功率得到有效控制时，可能会造成大量的无功功率从较长的配电线路流过，从而降低电网中某些节点的运行电压；当输送的用功功率恒定时，伴随着电压的降低，电流会相应增大，这样会增加电路上的功率和电压损耗；当电网的无功功率相对充裕时，如果能够使得在较高电压水平下的无功功率得到平衡，那么，在这种情况下，电网就能够保持较高电压水平运行。所以，为了保证电能的有效输配，必须保证在额定电压条件下系统无功功率的平衡，与此同时，根据实际情况，再加以合理的无功功率控制。

3 面向全网无功优化的变电站电压无功控制策略研究

3.1 整体设计思路

建立主站系统，在未来一天各个母线有功、无功曲线以及开关状态信息（通过短期负荷预测得到）的基础之上，在整个电网节点电压允许范围内，将有功损耗最小作为控制目标，从而计算出各个VQC的控制范围（限值）；在技术层面上，借助相对成熟的VQC装置，研究并制定适应全网优化控制和本地控制模式的VQC控制方案，也就是建立变电站VQC，负责变压器和电容器的状态，对电网的运行参数进行采集，依据电网的运行参数和主站系统提供的或自己定义的电压无功限值来进行电压无功控制，与此同时，可以实现电压无功控制模式在全网优化优化状态下和本地状态下的切换。

3.2 九区图与五区图的组合控制策略

把五区图与九区图相互结合，通过对全网最优无功电压值的整定来获得九区图的动作启动值，当工作点不在最优控制区范围内时，借助启动控制来判断最优操作，通过对最优操作动作的选择来实现一种九区图与五区图相互配合的控制策略，示意图如图1所示：

图1 启动动作示意图

在工程实践中，首先对第二天全天的母线符合进行预测，从而获得第二天全网的最优无功潮流分布和最优无功补偿量，在此基础之上得到每个变电站的最优无功限值和电压限值。随后，结合负荷曲线的变化走势和补偿调压装置动作次数的限制，对最优无功电压曲线进行分段处理，然后对分段处理后的限值进行校验计算[4]。

4 结束语

本文首先介绍了在电力系统的基本信息。然后引出全网无功优化的概念，最后，在此基础之上提出了基于九区图和五区图的控制方案：对于整个配电网中的变电站而言，各个变电站的 设备工作点区域和启动区域的上下限值是根据九区图来判断的。除此之外，对变电站电压无功控制的整定计算原则给出了详细论述。