關(guān)于實時無功補償問題的探討及其解

1、電力論文-關(guān)于實時無功補償問題的探討及其解決方案          A Discussion on  Real-time Reactive Power Compensation    Abstract：According to the principles of reactive power balance 

2、and compensation, the principle and procedure of reactive power compensation and voltage optimization are explained. Their application results are illustrated in real cases.   

3、;  Keywords：reactive power；voltage；analysis；real-time compensation0 引言    隨著我國電力工業(yè)的迅猛壯大，電網(wǎng)逐步擴張，電力負(fù)荷增長很快，電壓等級越來越高，電網(wǎng)、發(fā)電廠以及單機容量也越來越大，電網(wǎng)覆蓋的地理面積在不斷擴大。但是，由于地理環(huán)境、燃料運輸、水資源及經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模等諸多因素的影響，致使電源(發(fā)電廠)分布不均衡，要保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和優(yōu)良的電能質(zhì)量，就必須解決遠(yuǎn)距離輸電、電壓調(diào)節(jié)及無功補償?shù)葐栴}。   &

4、#160;電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，電壓質(zhì)量對電網(wǎng)穩(wěn)定及電力設(shè)備安全運行、線路損失、工農(nóng)業(yè)安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量、用電單耗和人民生活用電都有直接影響。無功電力是影響電壓質(zhì)量的一個重要因素，電壓質(zhì)量與無功是密不可分的，可以說，電壓問題本質(zhì)上就是無功問題。解決好無功補償問題，具有十分重要的意義。    目前，許多地方電力系統(tǒng)的無功補償和電壓調(diào)節(jié)依然采用傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)方式，有載調(diào)壓變壓器、靜電電容器等只能手動調(diào)節(jié)和投切,不能實現(xiàn)實時電壓調(diào)節(jié)或無功補償。因此，實現(xiàn)實時無功補償以保證電力系統(tǒng)電壓的連續(xù)穩(wěn)定性，是本文研究和探討的主要方向。1 相關(guān)理論1.1&#

5、160;無功功率平衡    欲維持電力系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定性，應(yīng)使電力系統(tǒng)中的無功功率保持平衡，即系統(tǒng)中的無功電源可發(fā)出的無功功率應(yīng)大于或等于負(fù)荷所需的無功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗。系統(tǒng)中無功功率的平衡關(guān)系式如下：        Qgc-Qld-Ql =Qr式中 Qgc電源發(fā)出的無功功率之和;     Qld無功負(fù)荷之和;     Ql網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗之和;

6、0;    Qr系統(tǒng)可提供的備用無功功率。    Qr > 0，表示系統(tǒng)中無功功率可以平衡而且有適當(dāng)?shù)膫溆?；Qr <0，表示系統(tǒng)中無功功率不足，此時，為保證系統(tǒng)的運行電壓水平，就應(yīng)考慮加設(shè)無功補償裝置。    Qgc包括全部發(fā)電機發(fā)出的無功功率Qg和各種無功補償裝置提供的無功功率Qc，即      Qgc=QgQc1.1.1 補償容量不足時的無功功率平衡 

7、   進(jìn)行系統(tǒng)無功功率平衡的前提是保持系統(tǒng)的電壓水平正常，否則，系統(tǒng)的電壓質(zhì)量就得不到保證。在圖1所示的系統(tǒng)無功功率負(fù)荷的靜態(tài)電壓特性曲線中，在正常情況下，系統(tǒng)無功功率電源所提供的無功功率Qgcn，由無功功率平衡的條件Qgcn-Qld-Ql=0決定的電壓為Un，設(shè)此電壓對應(yīng)于系統(tǒng)正常的電壓水平。但假如系統(tǒng)無功功率電源提供的無功功率僅為Qgc(Qgc<Qgcn)，此時雖然系統(tǒng)中的無功功率也能平衡，但平衡條件所決定的電壓水平為U，而U顯然低于Un。在這種情況下，雖然可以采取某些措施，如改變某臺變壓器的變比來提高局部地區(qū)的電壓水平，但整個系統(tǒng)的無功功率仍然不足，系

8、統(tǒng)的電壓質(zhì)量得不到全面改善。這種平衡是系統(tǒng)無功功率不足時達(dá)到的平衡，是由于系統(tǒng)的電壓水平下降，無功功率負(fù)荷本身具有的電壓調(diào)節(jié)效應(yīng)，使全系統(tǒng)的無功功率需求有所下降而達(dá)到的。  <DIV&NBSP;ALIGN=CENTER><IMG&NBSP;ALT=按此在新窗口瀏覽圖片&NBSP;SRC="  border="0" 20057122445870377801.jpg? onload="javascript:if(this.width>600)this.width=600"

9、 dsdimg> <FONT&NBSP;SIZE=2>1.1.2 系統(tǒng)無功功率電源充足時的無功功率平衡    在正常情況下(系統(tǒng)電壓為額定電壓)，如圖2所示，系統(tǒng)無功電源Q同電壓U的關(guān)系為曲線1，負(fù)荷的無功電壓特性為曲線2，兩者的交點a確定了負(fù)荷節(jié)點的電壓Ua。<DIV&NBSP;ALIGN=CENTER><IMG&NBSP;ALT=按此在新窗口瀏覽圖片&NBSP;SRC="  border="0" dsdimg 200571224458

10、73477802.jpg? onload="javascript:if(this.width>600)this.width=600"> <FONT&NBSP;SIZE=2>    當(dāng)負(fù)荷增加時，如曲線2所示，如果系統(tǒng)的無功電源沒有相應(yīng)增加，電源的無功特性仍然是曲線1，這時曲線1和曲線2的交點a就代表了新的無功功率平衡點，并由此決定了負(fù)荷點的電壓為Ua，顯然Ua<Ua,說明負(fù)荷增加后，系統(tǒng)的無功功率電源已不能滿足在電壓Ua下的無功平衡，只能降低電壓運行，以取得較低電壓下的無功功率平衡；但如

11、果系統(tǒng)無功電源比較充足，通過補償，電源的無功特性將上移到曲線1的位置，從而使曲線1與2的交點c所確定的負(fù)荷節(jié)點電壓達(dá)到或接近原來的數(shù)值Ua。由此可見，若系統(tǒng)的無功功率電源比較充足，系統(tǒng)就能具有較高的運行電壓水平;反之，系統(tǒng)的無功功率電源不足，則反映為系統(tǒng)運行電壓水平偏低。因此，應(yīng)該力求實現(xiàn)在額定電壓下的系統(tǒng)無功功率平衡，根據(jù)這個要求來裝設(shè)必要的無功功率補償裝置。1.2 無功補償原則    國家電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則規(guī)定，無功補償與電壓調(diào)節(jié)應(yīng)以下列原則進(jìn)行。    a.總體平衡與局部平衡相結(jié)合；&#

12、160;   b.電力補償與用戶補償相結(jié)合；    c.分散補償與集中補償相結(jié)合；    d.降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主。    無功補償應(yīng)盡量分層(按電壓等級)和分區(qū)(按地區(qū))補償，就地平衡，避免無功電力長途輸送與越級傳輸。2 實行實時無功補償和電壓調(diào)節(jié)    為了實行實時無功補償，優(yōu)化無功潮流分布，提出一種全網(wǎng)無功補償和電壓優(yōu)化實時控制方法，以實現(xiàn)從離線處理轉(zhuǎn)化為實時處理，提高全網(wǎng)各節(jié)點電壓

13、合格率，減少網(wǎng)損，取得較好的經(jīng)濟(jì)性。2.1 控制無功補償和電壓優(yōu)化的規(guī)則    以全網(wǎng)網(wǎng)損盡量小、各節(jié)點電壓合格為目標(biāo)，以調(diào)度中心為控制中心，以各變電站的有載調(diào)壓變壓器分接頭調(diào)節(jié)與電容器投切為控制手段。2.2 控制流程    首先從調(diào)度自動化系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，送入電壓分析模塊和無功分析模塊進(jìn)行綜合分析，形成變電所主變分接頭調(diào)節(jié)指令、變電所電容器投切指令，由調(diào)度中心、集控中心、配調(diào)中心控制系統(tǒng)執(zhí)行，循環(huán)往復(fù)。無功電壓實時控制流程見圖3。<DIV&NBSP;ALIGN=CENTER>

14、<IMG&NBSP;ALT=按此在新窗口瀏覽圖片&NBSP;SRC="  border="0" dsdimg 20057122445878177803.jpg? onload="javascript:if(this.width>600)this.width=600"> <FONT&NBSP;SIZE=2>2.3 無功補償與電壓優(yōu)化的控制原理    電力系統(tǒng)電壓無功限值區(qū)間的劃分(動態(tài)9區(qū)圖)見圖4。根據(jù)該圖在各區(qū)內(nèi)，以最優(yōu)

15、的控制順序和電壓無功設(shè)備組合使運行點進(jìn)入無功、電壓均滿足要求的第9區(qū)。<DIV&NBSP;ALIGN=CENTER><IMG&NBSP;ALT=按此在新窗口瀏覽圖片&NBSP;SRC="  border="0" dsdimg 20057122445881277804.jpg? onload="javascript:if(this.width>600)this.width=600"> <FONT&NBSP;SIZE=2>   

16、; 電壓控制按照逆調(diào)壓原則，當(dāng)電壓變化超出電壓曲線的允許偏差范圍(U上U下)或超出無功功率允許偏差范圍(Q上Q下)時，根據(jù)整定的偏移量發(fā)出電容器投切指令或變壓器分接頭調(diào)整指令，從而達(dá)到調(diào)整電壓和無功潮流的目的。    其中，U上、U下分別為電壓約束上、下限，Q上、Q下分別為無功約束上、下限，各區(qū)動作方案如下。    1區(qū)：電壓超下限，無功超上限。設(shè)定電容器投入容量，并發(fā)出電容器投入指令，當(dāng)電容器全部投入后，電壓仍低于U下時，發(fā)出變壓器分接頭升壓調(diào)節(jié)指令。    2區(qū)

17、：電壓合格，無功超上限。發(fā)出電容器投入指令，當(dāng)電容器全部投入后運行點仍在該區(qū)，則維持運行點。    3區(qū)：電壓超上限，無功超上限。發(fā)出變壓器分接頭降壓調(diào)節(jié)指令；當(dāng)有載調(diào)壓已處于下限時，再發(fā)出上一級變壓器分接頭調(diào)節(jié)指令。    4區(qū)：電壓超上限，無功合格。動作方案同3區(qū)。    5區(qū)：電壓超上限，無功超下限。發(fā)出電容器切除指令，當(dāng)電容器全部切除后，電壓仍高于U上時，再發(fā)出變壓器分接頭降壓調(diào)節(jié)指令。    6區(qū)：電壓合格，無功超下限。發(fā)出電

18、容器切除指令，當(dāng)電容器全部切除后，運行點仍在該區(qū)，則維持該運行點。    7區(qū)：電壓超下限，無功超下限。發(fā)出變壓器分接頭升壓調(diào)節(jié)指令，當(dāng)有載調(diào)壓已處于上限時，再發(fā)出電容器投入指令。    8區(qū)：電壓超下限，無功合格。動作方案同7區(qū)。    9區(qū)：電壓、無功均合格。維持該運行點，不發(fā)調(diào)整指令。3 應(yīng)用分析    某區(qū)域電網(wǎng)接線示意圖見圖5。<DIV&NBSP;ALIGN=CENTER><IMG&

19、NBSP;ALT=按此在新窗口瀏覽圖片&NBSP;SRC="  border="0" dsdimg 20057122445885977805.jpg? onload="javascript:if(this.width>600)this.width=600"> <FONT&NBSP;SIZE=2>    以#6變電站為例，假設(shè)其運行于1區(qū)，即10kV母線電壓低于其電壓曲線下限，同時變壓器高壓側(cè)所受無功功率潮流高于其整定上限，那么，控制系統(tǒng)會根據(jù)采集

20、到的實時數(shù)據(jù)，先進(jìn)入電容器調(diào)節(jié)程序，計算確定應(yīng)投入的電容器容量，條件是電容器投入后，10kV側(cè)不得向35kV側(cè)反送無功或不得超出無功受電的整定下限。如果電容器全部投入后，仍然不能滿足要求，系統(tǒng)會進(jìn)入變壓器分接頭計算程序，并根據(jù)計算結(jié)果，發(fā)出變壓器分接頭調(diào)節(jié)指令，強行提高低壓側(cè)母線電壓，使其達(dá)到或高于電壓曲線下限，但此時變電站無功負(fù)荷潮流不一定滿足整定要求，可以根據(jù)對負(fù)荷的預(yù)測，增加電容器的裝設(shè)容量。    若運行于2區(qū)，即10kV母線電壓達(dá)到或高于其電壓曲線下限，同時變壓器高壓側(cè)所受無功功率潮流高于其整定上限，則控制系統(tǒng)只進(jìn)入電容器調(diào)節(jié)程序，發(fā)出電容器投

21、入指令，補償無功，減小變電站無功受電。若電容器全部投入后，仍不能使無功潮流滿足要求，由于電壓在合格范圍內(nèi)，控制程序不再進(jìn)入變壓器分接頭調(diào)節(jié)程序，使其維持在該運行狀態(tài)下。對于電容器裝設(shè)容量不足的問題，也可以通過增加電容器的裝設(shè)容量來滿足需要。    在3區(qū)運行時，由于電壓超過上限，但無功受電也較多，超過上限，這主要由變壓器變比不合適引起，控制系統(tǒng)會以此條件做出判斷。首先發(fā)出變壓器分接頭調(diào)節(jié)指令進(jìn)行降壓，若分接檔位調(diào)至下限時，電壓仍超過上限，此時應(yīng)調(diào)節(jié)上一級變壓器(4)分接頭降低電壓。不切除電容器是因為切除后，無功受電會進(jìn)一步加大，不符合網(wǎng)損盡量小的原則。此

22、外，可采取調(diào)整負(fù)荷結(jié)構(gòu)，平衡無功負(fù)荷的措施，不使其過于集中。    在4區(qū)運行時，第一步與3區(qū)調(diào)整原則一致，第二步控制系統(tǒng)在保證無功合格的條件下，切除部分電容器，減少其對電壓的抬升作用。    58區(qū)與14區(qū)相對應(yīng)，控制系統(tǒng)會發(fā)出相反的調(diào)節(jié)指令，不再敘述。4 運行效果4.1 降低線損    應(yīng)用前后3個月的網(wǎng)損統(tǒng)計數(shù)據(jù)比較如表1所示。應(yīng)用實時無功補償與電壓控制系統(tǒng)后，13月的節(jié)電量分別為300、349、420MW·h，降損節(jié)電效果明顯。<DIV&NBSP;ALIGN=CENTER><IMG&NBSP;ALT=按此在新窗口瀏覽圖片&NBSP;SRC=" dsdimg 20057122445889077806.jpg? width='600 onload="javascript:if(this.width'> <FONT&am