崇明电网电压无功优化控制方案的探讨

导语：通过制定电压无功优化控制方案，并加以实施，将会在一定程度上提高用户的电压合格率，改善电能质量，同时将降低网损，为企业提高了经济效益。

引言

崇明电网变电站采用主变有载调压和10千伏、35千伏电容器组作为调压和无功补偿主要措施。10千伏、35千伏电容器组和主变有载分接头由人工投切和调节，工作量大，随意性大，调节效果不甚理想。而电压无功优化(VQC)控制方案、制定VQC调节方案的控制原则及目标，利用将各分站数据采集到主站，主站SCADA系统对分站自动进行遥控遥调操作，解决了因管理等人为因素影响地区电网电压的质量问题之一，同时解决了线损中的网损过高的问题。

当前国际上应用比较多的电压分级控制方案包括三个层次：一级电压控制(Primary Voltage Control)，二级电压控制(Secondary Voltage Control)和三级电压控制(Tertiary Voltage Control)。

² 一级电压控制：面向变电站的控制，用到本站信息，反应速度最快，可靠，实现简单，只能本站优化。

² 二级电压控制：面向局部区域电压的控制，用到无功灵敏度，反应速度较快，可靠，可以区域优化。

² 三级电压控制：面向全网的电压无功控制，用到无功优化算法，实时状态估计，调度潮流，负荷预测等应用软件，实现困难，要求最高，速度最慢，可靠性受EMS软件可靠性影响，可以找到一个较优的运行点。

从目前崇明电网的整体相关因素实际出发，实现各变电站电压无功优化，比较合理。

1、变电站VQC调节原理

对于变电站来讲，为了使电压与无功达到所需的值，通常采用改变主变有载分接头档位和电容器投切来改变系统的电压和无功。有载分接头的变化不仅对电压有影响，而且对无功也有一定的影响，同样电容器组的投切对无功影响的同时也对电压起着一定的影响。

在很多地方供电系统中，不是考虑无功而是考虑功率因数作为调节依据。实际上，可以根据当时的有功功率换算出无功的控制范围，在处理原理上本质是一样的，只不过无功的上下限范围是始终是动态变化的范围。

在实际应用中，主变有载分接头调节主要用于电压的调节，电容器的投切主要用于无功的调节同时也用于电压的调节。

下面让我们以一台变压器来分析一下各种情况下的电压与无功调节方式。

电压(U)取值于主变的变压器低压侧母线线电压。

无功(Q)取值于主变的变压器高压侧无功。

分接头调节

分接头上调后U将变大，Q将变大。

分接头下调后U将变小，Q将变小。

电容器投切

投入电容器后Q将变小，U将变大。

退出电容器后Q将变大，U将变小。

2、关于调整目标与要求

根据“九域图”(如图一)的要求进行无功、电压、分接头的调节方案是一种较为先进的无功调节方案，它基本解决了电容器钟控投切方式所带来的不利影响。它的主要特点是：除具有电容器钟控或遥控、主变分接头有载自动调节方案的所有优点外，而且还具有调节快速、灵活、方便的特点。在VQC调节过程中，为了避免出现调节死区及电容器、分接头出现频繁调节的现象，因此，要对VQC调节方案制定可行的调节原则及目标与要求，并对软件系统提出相应的要求，以保证VQC装置的正常运行。

图一：九域图

(注：Us为上限电压;Ux为下限电压。COSδs为上限功率因数;COSδx为下限功率因数;Qt为可投电容器容量。)

2.1首先应保证供电母线运行电压Uyx运行在一定的电压要求范围内即Ux(下限电压)≤Uyx(运行电压)≤Us(上限电压)。

这是VQC工作的首要目标，也是用户的基本要求。

2.2其次应保证变电站受电端负荷功率因素COSδyx运行在一定的范围内即COSδx(下限力率)≤COSδyx(运行力率)≤COSδs(上限力率)。

这是电容器对首要目标的初级调整，也是对主变负荷力率的控制，以提高主变运行的经济性。

2.3再次应尽可能减少主变有载开关调节次数Nyx(日、年实际运行次数)≤Nmax(日、年允许最多调节次数)。

在电容器初级调整的基础上，主变有载开关的自动调节是对首要目标的进一步微调，是对地区无功潮流的重新分配。在调节过程中，应尽可能保证日、年分接头运行调节次数在所规定的要求范围内，以免影响有载开关的使用寿命;

3 关于对VQC具体的调节控制

3.1 对高峰时段的调节要求

3.1.1 Uyx

3.1.1.1若COSδyx≤1，且0.99Us≤Uyx≤Us范围内运行，分接头则不作调整，以减少分接头调节次数。

3.1.1.2若COSδyx≤1，且Uyx<0.99Us,则调低分接头位置，直至无法调节为止。

3.1.1.3若COSδyx≤1，且Us

3.1.1.4若COSδyx≤1，且Uyx>1.01 Us，则切除Qt，然后调低分接头位置直至无法调节为止;

3.1.1.5若COSδyx>1，则切除Qt,同时调低分接头位置直至无法调节为止;

3.1.2 Uyx>Ux

3.1.2.1若COSδs≤COSδyx≤1, 则Qt不投，同时调低分接头位置直至无法调节为止。

3.1.2.2若COSδx≤COSδyx≤COSδs，若软件系统判断(2.1.2----1)式成立，则Qt不投，同时调低分接头位置直至无法调节为止;若(2.1.2----1)式不成立，则Qt投，同时调高分接头位置直至无法调节为止。

3.1.2.3 COSδyx≤COSδx, 则Qt投，主变分接头视电压高低自动调高或调低。

3.2 对低谷时段的调节要求;

在低谷时段，若UyxUs,则应先切除Qt，而后考虑升高主变分接头位置;

3.3 对低谷时段向高峰时段转移时的调节要求

在低谷时段向高峰时段转移临界时段，应先由软件系统判断(2.1.2----1)式是否成立，若是则Qt不投入;若否，则Qt投入运行，判断后再根据电压的高低进行分接头调节。

3.4 对高峰时段向低谷时段转移时的调节要求

在高峰时段向低谷时段转移时，应先考虑Qt切除，再根据电压的高低进行分接头调节;

3.5 原则要求;

无论何时段，假如调整后，Uyx仍越限，即Uyx≤Ux或Uyx&ge;Us，且分接头已处于极限位置，则不管功率因数是否合格，则强行投入或切除Qt;若电压合格，则根据调节原则进行调节。

4 建议

4.1利用新投运的调度自动化主站系统选取无功负荷变化大的、具备条件的某一35千伏变电站实施无功优化控制方案，逐步向全网推广。

4.2对无功负荷变化大的变电站电容器组进行改造，实现分组投切，使无功优化控制达到高效。

4.3对误码率高、故障多的远动信号通道部分变电站，配合电网规划，做好通信改造，由载波通信提升至光纤通信，使远动通道畅通，满足调度自动化主站系统需求，实现变电站无功优化方案控制实施的有效监视。

4.4定期对实施无功优化方案控制变电站进行跟踪分析，及时发现问题并进行分析，使无功优化方案达到最佳状态。

4.5不断加大建设资金投入，合理配置与电网相适应的各种类无功电源和必要裕度。

参考文献

1. 张帆 ，区域电网的电能质量规划与治理实践，上海电力，2005。

2. 熊小伏，王志勇，引入负荷预测的变电站无功控制，电力系统自动化，2003。

3. 丁晓群，唐杰阳等，基于负荷预报的区域电网电压无功控制，中国电力，2004。