張林強

【摘 要】由于電壓無功功率的發(fā)、供、用呈現(xiàn)強烈的分散性，這給功率的控制帶來很大的難度，本文主要對變電站電壓無功功率自動控制策略進行分析。

【關鍵詞】電壓無功功率；自動控制；策略分析

電壓是電能的主要質量指標之一，對電流系統(tǒng)的安全經濟運行，保證用戶安全生產和產品質量以及電氣設備的安全和壽命具有重要影響。如同頻率與有功功率的發(fā)、供、用電平衡密切相關一樣，電網(wǎng)中的電壓水平與電網(wǎng)中的無功功率發(fā)供用平衡密切相關，而且與有功功率可以在全網(wǎng)內平衡不同，無功功率只有在分層、分區(qū)、分散合理平衡的基礎上，才能實現(xiàn)電網(wǎng)的電壓合理分布。城市是電力負荷集中地區(qū)，隨著電網(wǎng)結構的日趨復雜，城市用電，經濟增長及電流設備安全運行對電壓質量的要求日益提高，而且無功功率是影響電壓質量的一個重要因素。因此，電網(wǎng)電壓質量與無功功率控制是現(xiàn)代電網(wǎng)運行，管理的重要組成部分，也是城網(wǎng)改造的主要內容。

1.九區(qū)調節(jié)原理

軟件實現(xiàn)電壓無功綜合控制的基本方法是采用9區(qū)圖控制策略。它是根據(jù)變電站當前的運行方式，利用實時監(jiān)測的電壓和無功（或功率因數(shù)）兩個判別量構成變電站綜合自動控制策略，綜合邏輯判據(jù)是基于給出的電壓和無功的上下限特性，把電壓和無功平面分割成9個控制區(qū).各個區(qū)域對應不同的控制策略，根據(jù)監(jiān)測的實時電壓、無功，判定當前變電站運行在哪個控制區(qū)，再根據(jù)相應的控制策略對分接頭和電容器組進行控制，以實現(xiàn)實時無功補償，優(yōu)化無功潮流分布，提高全網(wǎng)各節(jié)點電壓合格率，減少網(wǎng)損，從而取得較好的經濟效益。

2.十七區(qū)圖調節(jié)原理

2.1十七區(qū)劃分

十七區(qū)圖控制算法是在九區(qū)圖控制算法基礎上的一種改進算法，采用基于十七區(qū)間的原理能有效防止振蕩動作。每個區(qū)域都有優(yōu)先策略與備用策略，如果優(yōu)先策略不能實現(xiàn)就執(zhí)行備用策略。

2.2分析

傳統(tǒng)的九區(qū)圖法控制策略是按照固定的電壓和無功（或變電站進線端功率因素）上下限將電壓——無功平面劃分為九個區(qū)域。傳統(tǒng)的九區(qū)圖法存在的一些問題是：控制策略是基于固定的電壓無功上下限而未考慮無功調節(jié)對電壓的影響及其相互協(xié)調關系；用于運算分析的信息有分散性、隨機性的特點、這就造成了控制決策的盲目性和不確定性，實際表現(xiàn)為設備頻繁調節(jié)。

十七區(qū)圖控制方法是進一步細分九區(qū)，將容易產生振蕩的臨界區(qū)域劃分出來，采取單獨的控制策略控制、例如，2—1區(qū)，寬度為變壓器分接頭調一擋降壓產生的無功變化量，如果實時工作點處于以區(qū)域，電壓越上限，根據(jù)傳統(tǒng)的九區(qū)圖應該調變壓器分接頭降壓，但又會引起無功越下限，而根據(jù)十七區(qū)圖則應該切電容器，降低電壓，無功增加，所以不會引起無功越下限，又如4—3區(qū)。寬度為投切—組電容器引起的電壓變化量，如果實時工作點處于該區(qū)域，無功越下限，根據(jù)傳統(tǒng)的九區(qū)圖應該切電容器來增加無功，但又會引起電壓越下限，而十七區(qū)圖則應該調分接頭升壓，無功同時增加，所以不會引起電壓越下限。其他細分小區(qū)道理相相同，這樣就避免了設備頻繁調節(jié)。

每個區(qū)的控制方案可自動整定，也可手動整定；自動整定時可控5種方式進行：只考慮電壓、只考慮無功、電壓優(yōu)先、無功優(yōu)先和綜合考慮。該控制策略的優(yōu)點是在電壓無功邊界區(qū)域不需要二次調整，直接到達正常區(qū)域，或者保持在電壓合格無功稍微越限的區(qū)域。防止振蕩發(fā)生：但是，該策略電壓無功的關聯(lián)特性不夠精確，控制的準確性差。

3.模糊無功邊界九區(qū)圖控制原理

為了改進固定邊界九區(qū)圖抑制策略的不足，考慮系統(tǒng)電壓和變電站有功、無功負荷之間的隨機關系，確保無功調節(jié)與電壓的協(xié)調關系，一些學者提出了基于模糊理論的電壓無功控制策略，將電壓狀態(tài)引入無功調節(jié)特性，對存在不確定性調節(jié)的邊界引入模糊隸屬度，以改善控制性能。

3.1無功判據(jù)模糊邊界的引入

無功功率的變化會對電壓產生影響。設變電站的短路容量為Sm，則無功功率的變化對低壓側電壓的影響近似計算為：

ΔU2=—ΔQ（U2/Sm） （1）

由無功功率變化引起的電壓變化量ΔU與無功變化量ΔQ線性關系。根據(jù)電壓無功控制的基本原則，電壓調節(jié)邊界應是相對固定的（不同負荷時段可有差異），而無功調節(jié)邊界應是一個受電壓狀態(tài)影響并服務于電壓調節(jié)的模糊邊界。

3.2控制策略

根據(jù)上述無功投切判據(jù)，可將電壓無功平面劃分成無功邊界與電壓線性相關的九區(qū)圖，與傳統(tǒng)的九區(qū)圖相比，它的無功上限邊界是受電壓影響的模糊邊界，邊界的斜率可根據(jù)不同的時段、不同的負荷段進行在線調控。

1區(qū)：切電容器，若無電容可切，則降壓；

2區(qū)：首先降壓，若不能降壓，則強切電容器；

3區(qū)：首先降壓，若不能降壓，則強切電容器；

4區(qū)：切電容路，若無電容器可切，則維持；

5區(qū)：此區(qū)為穩(wěn)定工作區(qū)；

6區(qū)：投電容器、若無電容器可投，則維持；

7區(qū)：首先升壓，若不能升壓，則強投電容器；

8區(qū)：首先升壓，若不能升壓，則強投電容器；

9區(qū)：投電容器、苦無電容可投.則升壓；

6—l區(qū)：降壓，若不能降壓、也不能投電容器；

4—1區(qū)：升壓，若不能升壓，也不能切電容器。

3.3分析

模糊無功邊界的九區(qū)圖與傳統(tǒng)的九區(qū)圖的抑制區(qū)域面積一樣大；在三角形abc內，按傳統(tǒng)的九區(qū)圖控制策略應投電容器，但電壓升高可能超越上限，引起一次不必要的電壓調節(jié)和電壓波動；在電壓較高時無功上限較大，無功不是太缺，因此無須投電容器，從而避免由于投入電容器引起的電壓升高和可能導致的電壓調節(jié)和電壓波動。同理在三角形cde內，按新Q下限投電容器、無功減小，電壓升高，使電壓值離下限靠近標準值，避免了可能電于負荷或系統(tǒng)波動引起電壓下降而造成一次電壓調節(jié)和電壓波動，無功動作面積abc等于無功不動作面積cde、因此在電壓合格后，無功的動作面積與傳統(tǒng)的九區(qū)圖是相等的，無功補償效果和無功調節(jié)次數(shù)與傳統(tǒng)的九區(qū)圖也不相同的。對Δfgh和Δhmn進行分析可以得出同樣的結論，即采用模糊邊界無功判據(jù)來調節(jié)無功，可在保持無功調節(jié)效果不變和不增加無功調節(jié)次數(shù)的情況下，減少變壓器分接頭調節(jié)次數(shù)和電壓波動，使電壓更接近了標準電壓，在接近電壓上下限處投切電容器會由于無功的變化而使得電壓越限引起有數(shù)分接頭動作。為避免此類情況的發(fā)生，根據(jù)九區(qū)細分圖的劃分原則對4、6區(qū)做了細分。把6區(qū)中靠近電壓上限、4區(qū)中靠近電壓下限的運行點劃分出來，作為2個單獨的防震小區(qū)域。

4.結論

通過變電站電壓無功功率自動控制策略的實施，實現(xiàn)無功——電壓優(yōu)化控制，把現(xiàn)代最新的科技應用于城網(wǎng)無功規(guī)劃、控制和管理各個領域，力爭實現(xiàn)無功——電壓實時控制，達到線損最小，實現(xiàn)變電站最大綜合效益。 [科]

【參考文獻】

[1]孫亮.變電站電壓無功自動控制策略與系統(tǒng)設計[C].天津大學，2010.

[2]張小英，池瑞軍，胡奉東，孫宏鵬.變電站電壓無功綜合控制策略的研究[J].湖北電力，2004（03）.