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核心提示：
引言 隨著我國(guó)電力工業(yè)的迅猛壯大，電網(wǎng)逐步擴(kuò)張，電力負(fù)荷增長(zhǎng)很快，電壓等級(jí)越來(lái)越高，電網(wǎng)、發(fā)電廠以及單機(jī)容量也越來(lái)越大，電網(wǎng)覆蓋的地理面積在不斷擴(kuò)大。但是，由于地理環(huán)境、燃料運(yùn)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(wú)功補(bǔ)償?shù)葐?wèn)題。 電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，電壓質(zhì)量對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定及電力設(shè)備安全運(yùn)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(wú)功電力是影響電壓質(zhì)量的一個(gè)重要因素，電壓質(zhì)量與無(wú)功是密不可分的，可以說(shuō)，電壓?jiǎn)栴}本質(zhì)上就是無(wú)功問(wèn)題。解決好無(wú)功補(bǔ)償問(wèn)題，具有十分重要的意義�！ ∧壳埃S多地方電力系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)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(dòng)調(diào)節(jié)和投切,不能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)電壓調(diào)節(jié)或無(wú)功補(bǔ)償。因此，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)無(wú)功補(bǔ)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 無(wú)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(wú)功功率保持平衡，即系統(tǒng)中的無(wú)功電源可發(fā)出的無(wú)功功率應(yīng)大于或等于負(fù)荷所需的無(wú)功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)功損耗。系統(tǒng)中無(wú)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(wú)功功率之和? Qld?——無(wú)功負(fù)荷之和 Ql——網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)功損耗之和? Qr——系統(tǒng)可提供的備用無(wú)功功率。 Qr 0，表示系統(tǒng)中無(wú)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(wú)功功率不足，此時(shí)，為保證系統(tǒng)的運(yùn)行電壓水平，就應(yīng)考慮加設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置。? Qgc包括全部發(fā)電機(jī)發(fā)出的無(wú)功功率Qg和各種無(wú)功補(bǔ)償裝置提供的無(wú)功功率Qc，即 Qgc=Qg＋Qc1.1.1 補(bǔ)償容量不足時(shí)的無(wú)功功率平衡 進(jìn)行系統(tǒng)無(wú)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(wú)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(wú)功功率電源所提供的無(wú)功功率Qgcn，由無(wú)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(duì)應(yīng)于系統(tǒng)正常的電壓水平。但假如系統(tǒng)無(wú)功功率電源提供的無(wú)功功率僅為QgcQgcQgcn，此時(shí)雖然系統(tǒng)中的無(wú)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(tái)變壓器的變比來(lái)提高局部地區(qū)的電壓水平，但整個(gè)系統(tǒng)的無(wú)功功率仍然不足，系統(tǒng)的電壓質(zhì)量得不到全面改善。這種平衡是系統(tǒng)無(wú)功功率不足時(shí)達(dá)到的平衡，是由于系統(tǒng)的電壓水平下降，無(wú)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(wú)功功率需求有所下降而達(dá)到的。1.1.2 系統(tǒng)無(wú)功功率電源充足時(shí)的無(wú)功功率平衡? 在正常情況下系統(tǒng)電壓為額定電壓，系統(tǒng)無(wú)功電源Q同電壓U的關(guān)系為曲線1，負(fù)荷的無(wú)功電壓特性為曲線2，兩者的交點(diǎn)a確定了負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓Ua�！ ‘�(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，如曲線2所示，如果系統(tǒng)的無(wú)功電源沒(méi)有相應(yīng)增加，電源的無(wú)功特性仍然是曲線1，這時(shí)曲線1和曲線2的交點(diǎn)a＇就代表了新的無(wú)功功率平衡點(diǎn)，并由此決定了負(fù)荷點(diǎn)的電壓為Ua′，顯然Ua′Ua,說(shuō)明負(fù)荷增加后，系統(tǒng)的無(wú)功功率電源已不能滿足在電壓Ua下的無(wú)功平衡，只能降低電壓運(yùn)行，以取得較低電壓下的無(wú)功功率平衡；但如果系統(tǒng)無(wú)功電源比較充足，通過(guò)補(bǔ)償，電源的無(wú)功特性將上移到曲線1′的位置，從而使曲線1′與2′的交點(diǎn)c所確定的負(fù)荷節(jié)點(diǎn)電壓達(dá)到或接近原來(lái)的數(shù)值Ua。由此可見(jiàn)，若系統(tǒng)的無(wú)功功率電源比較充足，系統(tǒng)就能具有較高的運(yùn)行電壓水平反之，系統(tǒng)的無(wú)功功率電源不足，則反映為系統(tǒng)運(yùn)行電壓水平偏低。因此，應(yīng)該力求實(shí)現(xiàn)在額定電壓下的系統(tǒng)無(wú)功功率平衡，根據(jù)這個(gè)要求來(lái)裝設(shè)必要的無(wú)功功率補(bǔ)償裝置。1.2 無(wú)功補(bǔ)償原則? 國(guó)家《電力系統(tǒng)電壓和無(wú)功電力技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定，無(wú)功補(bǔ)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； b.電力補(bǔ)償與用戶補(bǔ)償相結(jié)合；? c.分散補(bǔ)償與集中補(bǔ)償相結(jié)合； d.降損與調(diào)壓相結(jié)合，以降損為主�！ o(wú)功補(bǔ)償應(yīng)盡量分層按電壓等級(jí)和分區(qū)按地區(qū)補(bǔ)償，就地平衡，避免無(wú)功電力長(zhǎng)途輸送與越級(jí)傳輸。2 實(shí)行實(shí)時(shí)無(wú)功補(bǔ)償和電壓調(diào)節(jié)? 為了實(shí)行實(shí)時(shí)無(wú)功補(bǔ)償，優(yōu)化無(wú)功潮流分布，提出一種全網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償和電壓優(yōu)化實(shí)時(shí)控制方法，以實(shí)現(xiàn)從離線處理轉(zhuǎn)化為實(shí)時(shí)處理，提高全網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)電壓合格率，減少網(wǎng)損，取得較好的經(jīng)濟(jì)性。?2.1 控制無(wú)功補(bǔ)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(diǎn)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(dòng)化系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，送入電壓分析模塊和無(wú)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(wú)功電壓實(shí)時(shí)控制流程.2.3 無(wú)功補(bǔ)償與電壓優(yōu)化的控制原理? 電力系統(tǒng)電壓無(wú)功限值區(qū)間的劃分動(dòng)態(tài)9區(qū)圖。根據(jù)該圖在各區(qū)內(nèi)，以最優(yōu)的控制順序和電壓無(wú)功設(shè)備組合使運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)入無(wú)功、電壓均滿足要求的第9區(qū)。 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(wú)功功率允許偏差范圍Q上—Q下時(shí)，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(wú)功潮流的目的�！ ∑渲�，U上、U下分別為電壓約束上、下限，Q上、Q下分別為無(wú)功約束上、下限，各區(qū)動(dòng)作方案如下。 1區(qū)：電壓超下限，無(wú)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(shí)，發(fā)出變壓器分接頭升壓調(diào)節(jié)指令。 2區(qū)：電壓合格，無(wú)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(yùn)行點(diǎn)仍在該區(qū)，則維持運(yùn)行點(diǎn)。 3區(qū)：電壓超上限，無(wú)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(shí)，再發(fā)出上一級(jí)變壓器分接頭調(diào)節(jié)指令。 4區(qū)：電壓超上限，無(wú)功合格。動(dòng)作方案同3區(qū)。 5區(qū)：電壓超上限，無(wú)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(shí)，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(wú)功超下限。發(fā)出電容器切除指令，當(dāng)電容器全部切除后，運(yùn)行點(diǎn)仍在該區(qū)，則維持該運(yùn)行點(diǎn)。 7區(qū)：電壓超下限，無(wú)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(shí)，再發(fā)出電容器投入指令。 8區(qū)：電壓超下限，無(wú)功合格。動(dòng)作方案同7區(qū)。 9區(qū)：電壓、無(wú)功均合格。維持該運(yùn)行點(diǎn)，不發(fā)調(diào)整指令。3 應(yīng)用分析 以#6變電站為例，假設(shè)其運(yùn)行于1區(qū)，即10kV母線電壓低于其電壓曲線下限，同時(shí)變壓器高壓側(cè)所受無(wú)功功率潮流高于其整定上限，那么，控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，先進(jìn)入電容器調(diào)節(jié)程序，計(jì)算確定應(yīng)投入
