第一篇：橋灣風(fēng)電場智能無功電壓控制策略

第38卷 增刊1 2013年6月 電

網(wǎng)

技

術(shù) Power System Technology Vol.37 Supplement 1

Jun.2013 文章編號：1000-3673（2013）S1-0000-00

中圖分類號：TM 76

文獻標志碼：A

學(xué)科代碼：470·40

橋灣風(fēng)電場智能無功電壓控制策略

張麗坤，郭寧明，董志猛，欒福明

（國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，北京市 昌平區(qū) 102200）

A Reactive Power Control Strategy of Qiaowan Wind Farm ZHANG Likun, GUO Ningming, DONG Zhimeng, LUAN Fuming(State Grid Electric Power Research Institute, Changping District, Beijing 102200, China)摘要：風(fēng)電場智能無功電壓自動控制(auto voltage control，AVC)對風(fēng)電場的無功電壓調(diào)節(jié)，降低電網(wǎng)損耗、保持電壓穩(wěn)定性有著重要的作用。文章介紹了橋灣風(fēng)電場自動電壓控制的原理、算法、控制方法、系統(tǒng)規(guī)模及及安全控制策略。結(jié)合系統(tǒng)整體的電壓調(diào)節(jié)能力、風(fēng)機無功出力、靜止無功補償系統(tǒng)(static var compensator，SVC)無功出力調(diào)節(jié)、風(fēng)場間的無功調(diào)節(jié)試驗，總結(jié)了AVC系統(tǒng)在橋灣風(fēng)電場的調(diào)節(jié)效果。結(jié)果表明AVC系統(tǒng)可以合理地分配無功目標給風(fēng)機及SVC等無功補償設(shè)備，將風(fēng)電場高低壓側(cè)母線電壓控制在調(diào)度要求的范圍之內(nèi)，使各無功源運行在較優(yōu)電氣點。關(guān)鍵詞：無功電壓控制；無功目標分配；無功優(yōu)化

機。場站規(guī)模大，場內(nèi)設(shè)備種類復(fù)雜，固有的間歇性給電網(wǎng)運行帶來了極大的挑戰(zhàn)，風(fēng)電場智能無功電壓控制系統(tǒng)的建設(shè)對該廠站整體的無功電壓控制起到了積極地作用。本文總結(jié)了橋灣風(fēng)電場自動電壓控制工程實施的內(nèi)容及經(jīng)驗，希望能對實施該系統(tǒng)的電廠的運行及管理有所裨益。壓控制原理及算法

1.1 控制原理

風(fēng)電場AVC是根據(jù)調(diào)度的指令和風(fēng)電場并網(wǎng)點的信號，調(diào)節(jié)風(fēng)電場的無功補償設(shè)備及風(fēng)電機組本身的控制系統(tǒng)。其輸入信號有調(diào)度的指令、并網(wǎng)點的有功功率、無功功率、電壓等，控制目標為保持風(fēng)電場的無功/電壓在調(diào)度要求的范圍內(nèi)；控制對象包括風(fēng)電場并網(wǎng)點電容器、電抗器的投切、靜止無功補償系統(tǒng)(static var compensator，SVC)的控制、靜止式無功發(fā)生器(static var generator，SVG)的控制、風(fēng)場機組的控制，通過對離散/連續(xù)的風(fēng)電場無功設(shè)備出力的協(xié)調(diào)，提高對風(fēng)場電壓/無功的支撐。其中，風(fēng)場機組的控制通過風(fēng)場能量監(jiān)控平臺，無功電壓自動控制(auto voltage control，AVC)通過風(fēng)場能量監(jiān)控平臺，下達風(fēng)電機組無功目標，由風(fēng)場能量監(jiān)控平臺來協(xié)調(diào)風(fēng)場內(nèi)各機組的無功，從而實現(xiàn)對整個風(fēng)電場的無功優(yōu)化控制，控制原理如圖1所示。1.2 控制策略

對風(fēng)電場無功的控制可以通過對母線電壓及風(fēng)機機端電壓的控制來實現(xiàn)。

風(fēng)場無功電壓穩(wěn)定是通過風(fēng)電場建模，綜合考慮升壓變、箱變、饋線、風(fēng)機等設(shè)備的無功需求，實時計算風(fēng)場整體無功裕度，協(xié)調(diào)利用SVC、風(fēng)機以及分接頭的無功調(diào)節(jié)能力，保持風(fēng)電場無功平衡 0 引言

目前，風(fēng)電以前所未有的速度迅猛發(fā)展。由于風(fēng)電本身固有的間歇性給電網(wǎng)運行帶來了極大的挑戰(zhàn)，其引起的無功電壓問題日益受到關(guān)注[1-3]，目前風(fēng)電接入電網(wǎng)主要的無功調(diào)節(jié)問題表現(xiàn)在2個方面。首先風(fēng)電場目前缺乏統(tǒng)一的無功/電壓控制設(shè)備，風(fēng)電場高壓側(cè)母線(并網(wǎng)點)電壓波動大，難以滿足電網(wǎng)電壓考核要求；其次風(fēng)電場無功調(diào)節(jié)設(shè)備間缺乏協(xié)調(diào)控制，當(dāng)出力變化嚴重時，機端電壓波動，容易導(dǎo)致風(fēng)機機端電壓越限脫網(wǎng)事故[4-6]。

風(fēng)電場電壓/無功的水平影響到風(fēng)電場有功出力的穩(wěn)定及系統(tǒng)的安全穩(wěn)定，保持風(fēng)電場的電壓穩(wěn)定具有十分重要的意義[7]。風(fēng)電場智能無功電壓控制系統(tǒng)按照選定的智能化控制策略，協(xié)調(diào)風(fēng)電場各無功源的無功出力，將風(fēng)電場高低壓側(cè)母線電壓控制在調(diào)度要求的范圍之內(nèi)，使各無功源運行在較優(yōu)電氣點，是提高風(fēng)電場的電壓/無功支撐能力，實現(xiàn)風(fēng)電場可觀測、可調(diào)度、可控制的重要手段。

橋灣330 kV升壓站由華能酒泉風(fēng)電有限責(zé)任公司、華潤電力風(fēng)能有限公司、甘肅中電酒泉第四風(fēng)力發(fā)電有限公司3家共同出資建設(shè)，共193臺風(fēng) 2 許純信等：居民用電設(shè)備智能電源線的設(shè)計與應(yīng)用 Vol.37 Supplement 1 圖

1風(fēng)電場無功電壓控制原理

及電壓穩(wěn)定，并保留足夠裕度以應(yīng)對異常情況，實現(xiàn)風(fēng)險控制。

風(fēng)機機端電壓穩(wěn)定是通過風(fēng)電場狀態(tài)估計，實現(xiàn)風(fēng)電場全面監(jiān)測，同時避免無效采樣數(shù)據(jù)對計算的影響，保證系統(tǒng)的整體可靠性，避免由于電壓波動導(dǎo)致風(fēng)機脫網(wǎng)[8-10]。

圖

2風(fēng)電場無功電壓控制算法流程

1.3 算法流程

為系統(tǒng)調(diào)控的安全穩(wěn)定，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中設(shè)定了一些調(diào)控相關(guān)的控制參數(shù)，如調(diào)控目標值上限、下限、調(diào)節(jié)步長等，各參數(shù)即規(guī)定了調(diào)控目標值的調(diào)節(jié)死區(qū)。風(fēng)電場AVC接收主站下達的電壓/無功目標后，會將該目標值和現(xiàn)有的參數(shù)進行比對，只有調(diào)節(jié)目標值偏移死區(qū)，才會啟動調(diào)控算法，進行無功分配。啟動無功調(diào)節(jié)模塊，進行無功調(diào)節(jié)靈敏度計算，算出調(diào)節(jié)動作對象。將調(diào)度下發(fā)給風(fēng)電場高壓側(cè)母線電壓目標折算為無功目標值，選擇不同的控制模式?jīng)Q定風(fēng)機、SVC各調(diào)節(jié)裝置無功分配量。具體分配算法參考風(fēng)電場的等值圖(見圖3)。圖3中：U、P、Q分別為當(dāng)前高壓側(cè)母線電壓、有功功率、無功功率；Pm、Qm為m側(cè)主變的有功功率、無功功率；Pn、Qn為n側(cè)主變的有功功率、無功功率；W1、Wn、Wi、Wj為風(fēng)場當(dāng)前接入的風(fēng)機組；

TCR(thyristor controlled reactor)為m側(cè)主變下接入晶閘管控制電抗器。設(shè)當(dāng)前高壓側(cè)母線電壓為Ui，母線上所有機組送入系統(tǒng)的總無功為Qi。要求調(diào)節(jié)的高壓側(cè)母線電壓目標值為Uj，需向系統(tǒng)送出的總無功為Qj。系統(tǒng)電抗用X值表示，則機組送入系統(tǒng)的總無功調(diào)節(jié)目標為

jjUj?UiQiQ?U(X?Ui)

其中

Qi??nQ(i)g

g?1式中：g為母線上機組的臺數(shù)；Q(i)g為每個風(fēng)電機組送入系統(tǒng)的當(dāng)前無功值。

因此，根據(jù)Ui、Qi、Uj、Qj、X即可以確定送入系統(tǒng)的總無功調(diào)節(jié)目標值。

圖

3風(fēng)電場等值圖

在保證總調(diào)節(jié)量的基礎(chǔ)上，依據(jù)調(diào)節(jié)欲度和約束條件，本系統(tǒng)分情況采用3種控制方式，將全場的無功目標合理的分配給風(fēng)機、SVC。實際運行經(jīng)驗表明：自動控制發(fā)電廠無功時，充分考慮SVC、風(fēng)機在系統(tǒng)電壓無功支撐中的作用是十分重要的，調(diào)解中需要充分考慮SVC對暫態(tài)、動態(tài)無功的支撐作用并留出一部分作為備用；考慮每臺機組的運行工況，并保持相同的功率因素或調(diào)節(jié)裕度。1.4 控制方式

計算過程受多重約束條件限制，包括母線電壓約束、變壓器分接頭動作次數(shù)約束、風(fēng)場有功出力約束等。

1）當(dāng)目標缺額大于動作定值時，采用平衡模式的優(yōu)化控制方式。此方式在接收到電壓目標時，先啟動優(yōu)化算法，計算出風(fēng)機、SVC各自承擔(dān)的無功量，然后同時啟動風(fēng)機、SVC的調(diào)節(jié)，直至達到調(diào)節(jié)目標。調(diào)節(jié)完成后，由SVC承擔(dān)電壓目標的 第37卷 增刊1 電

網(wǎng)

技

術(shù) 3 跟蹤和保持。

2）當(dāng)目標缺額小于動作定值而高于優(yōu)化定值時，采用SVC優(yōu)先調(diào)節(jié)的優(yōu)化控制方式，此方式優(yōu)先控制SVC，當(dāng)SVC的無功調(diào)節(jié)能力用盡時，調(diào)節(jié)風(fēng)機無功，當(dāng)風(fēng)機無功調(diào)節(jié)達到最大但還是沒有達到電壓目標時，啟動分接頭調(diào)節(jié)提示。

3）當(dāng)目標缺額低于優(yōu)化定值時，采用風(fēng)機無功優(yōu)先調(diào)節(jié)的優(yōu)化控制方式，優(yōu)先控制風(fēng)機的無功，當(dāng)風(fēng)機的無功調(diào)節(jié)能力用盡時，調(diào)節(jié)SVC，當(dāng)SVC調(diào)節(jié)達到最大但還是沒有達到電壓目標時，啟動分接頭調(diào)節(jié)提示。

當(dāng)控制目標達到時，優(yōu)化控制系統(tǒng)將當(dāng)前母線目標值保持在死區(qū)范圍內(nèi)，并等待接收新的調(diào)節(jié)目標[11-13]。橋灣風(fēng)電場無功電壓控制系統(tǒng)配置

2.1 橋灣風(fēng)電場規(guī)模

橋灣330 kV升壓站電壓等級為330/35 kV，330 kV母線采用雙母線接線，兩回330 kV出線接入330 kV玉門鎮(zhèn)變至750 kV敦煌變的330 kV母線側(cè)。橋灣330 kV升壓站共安裝主變4臺，容量為2?240 MVA+2?120 MVA；35 kV采用單母線(2段)分段接線，進線共36回，每段母線均配置磁閥式可控電抗器(magnetic valve controllable reactor，MCR)型動態(tài)無功補償裝置，容量為2?35 Mvar+ 2?18 Mvar。此外，本變電站配置2臺630 kVA站用變壓器及1臺315 kVA備用站用變。橋灣風(fēng)電場共193臺風(fēng)機，每10到11臺風(fēng)機為1個回路，共18個回路。

圖

4橋灣風(fēng)電場通訊工況圖

2.2 AVC子站配置

AVC子站配置主備服務(wù)器，一臺后臺工作站，以及8臺監(jiān)控工作站，參見圖4通訊工況圖。主備服務(wù)器互為冗余，同步更新數(shù)據(jù)庫，正常情況下，備系統(tǒng)處于偵聽狀態(tài)，接收來自主系統(tǒng)的廣播數(shù)據(jù)和心跳信號。當(dāng)主系統(tǒng)故障退出時，備系統(tǒng)接替主系統(tǒng)功能，直至主系統(tǒng)恢復(fù)。后臺工作站同升壓站監(jiān)控系統(tǒng)和 4套 SVC裝置的監(jiān)控系統(tǒng)均安裝在升壓站通訊機房內(nèi)，用于調(diào)度員查看風(fēng)場的運行工況，監(jiān)控工作站分別放置在各風(fēng)場的風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)安裝在各風(fēng)場的自動化機房內(nèi)。2.3 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)軟件包含軟件平臺及數(shù)據(jù)庫模塊、人機接口模塊、通訊模塊、算法模塊、閉鎖及限制模塊5部分。系統(tǒng)軟件平臺基于Unix/Linux架構(gòu)，配置Oracle數(shù)據(jù)庫；人機接口模塊負責(zé)界面及數(shù)據(jù)的瀏覽，定值的整定及下載，數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析及打印等功能；通訊模塊負責(zé)通訊接口的配置，通訊數(shù)據(jù)的預(yù)處理，通訊數(shù)據(jù)及調(diào)控目標報文的存儲；算法模塊按照現(xiàn)場選定的算法執(zhí)行調(diào)控功能，當(dāng)算法目標達到時，執(zhí)行目標的跟蹤功能；閉鎖及限制模塊負責(zé)閉鎖工況下系統(tǒng)的功能及系統(tǒng)各種狀態(tài)切換下的平滑過渡。

從實現(xiàn)方式來分，又可以分為網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、前置機子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)、人機接口模塊。前置機采集并解析前置數(shù)據(jù)，得到遙測、遙信、電度等生數(shù)據(jù)。這些生數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)進行監(jiān)控和管理，實現(xiàn)客戶/服務(wù)器數(shù)據(jù)庫訪問的數(shù)據(jù)傳輸功能，實時刷新數(shù)據(jù)庫。人機界面只是跟實時數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換，按照調(diào)度員的需求在人機界面中展示數(shù)據(jù)、事件、曲線等統(tǒng)計結(jié)果。無功電壓控制系統(tǒng)特色

3.1 通訊接口豐富

由于無功電壓控制系統(tǒng)要與多個風(fēng)機和SVC廠家通訊，該系統(tǒng)配置了多種通訊接口，規(guī)約處理功能很強大，可以支持目前電力系統(tǒng)中基本的通信規(guī)約。如支持以太網(wǎng)RJ45或以太網(wǎng)光纖接口，CAN2.0B、RS232/485、E1/G703；支持TCP/IP、IEC 60870-5-103/104、MODBUS-TCP、部頒CDT規(guī)約、DNP3.0、SC1801數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，也可根據(jù)用戶要

求自定義數(shù)據(jù)通訊協(xié)議，方便系統(tǒng)的接入和轉(zhuǎn)出。3.2 調(diào)節(jié)模式靈活

AVC子站投入運行時，默認運行在遠方全廠電壓控制模式。當(dāng)電廠15 min沒有收到中調(diào)的電壓目4 許純信等：居民用電設(shè)備智能電源線的設(shè)計與應(yīng)用 Vol.37 Supplement 1 標，與中調(diào)的遠動通道中斷或者中調(diào)AVC 主站發(fā)生故障時，AVC子站自動切換到就地電壓曲線控制方式。AVC后臺可以設(shè)定就地控制方式，目前有電壓曲線控制和人工優(yōu)化曲線控制方式兩種。采用以上策略，可以使得在電廠AVC子站投退和控制模式切換期間，不會對電網(wǎng)運行造成波動。3.3 安全控制策略

1）系統(tǒng)自動根據(jù)上下限制，在滿足電網(wǎng)及無功設(shè)備安全運行條件下，對電壓/無功進行調(diào)節(jié)。

2）系統(tǒng)自動檢測SVC、風(fēng)機的運行狀態(tài)，當(dāng)電氣量不滿足控制條件或系統(tǒng)運行工況發(fā)生變化時，系統(tǒng)能夠及時修改或調(diào)整無功的分配方案。

3）系統(tǒng)設(shè)置了多種閉鎖條件，如風(fēng)場母線電壓擾動、波動，風(fēng)場母線高、低壓側(cè)電壓越限，風(fēng)場升壓低壓側(cè)變母線電壓越限等。當(dāng)滿足條件時，閉鎖相關(guān)元件并發(fā)出告警信號。3.4 風(fēng)電場狀態(tài)評估

由于風(fēng)電場風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)可能難以提供全部風(fēng)機信息；同時遙測數(shù)據(jù)中難免存在一些壞數(shù)據(jù)，這些因素都會影響到最終調(diào)控效果。系統(tǒng)利用最小二乘法估計及卡爾曼濾波等手段實現(xiàn)狀態(tài)信息的平滑、預(yù)計、濾波，根據(jù)35 kV饋線量測信息，計算沿饋線各風(fēng)機電量信息，保障調(diào)控的的穩(wěn)定性和可靠性。橋灣風(fēng)電場調(diào)節(jié)效果

目前，橋灣風(fēng)電場AVC系統(tǒng)具備基本調(diào)壓、無功優(yōu)化功能，AVC系統(tǒng)與遠動、SVC通訊聯(lián)調(diào)完成，處于正常運行狀態(tài)。在SVC系統(tǒng)和風(fēng)機服務(wù)器的配合下，較好地完成了風(fēng)電場整體調(diào)壓及電壓維持功能，下面從5個角度對該AVC系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力進行分析。363.0 瞬時電壓調(diào)節(jié)測試： 高壓側(cè)母線電壓 目標值360 kV 目標值359 kV 360.5 Vk/壓358.0 電355.5 瞬時電壓調(diào)節(jié)測試： 瞬時電壓調(diào)節(jié)測試： 目標值356 kV 目標值353 kV 353.0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 t/min

圖

5330 kV高壓側(cè)母線電壓曲線

1）系統(tǒng)整體電壓調(diào)節(jié)及維持能力。

分析某一日的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，330 kV高壓側(cè)母線電壓曲線見圖5。母線電壓目標值控制在359 kV，圖

5顯示330 kV高壓側(cè)母線電壓維持在額定范圍內(nèi)，上下死區(qū)1 kV；測試過程中，分別設(shè)定瞬時目標值356、360、353 kV，變化范圍2 kV以內(nèi)可在3 min內(nèi)調(diào)節(jié)到位，并穩(wěn)定維持在該水平。AVC系統(tǒng)表現(xiàn)出較好的電壓調(diào)節(jié)及維持能力。

2）風(fēng)機出力及外部系統(tǒng)電壓情況。

日常風(fēng)場有功出力維持在50 MW以下，接近于0出力。3月26日12時起，出力急劇爬升，下午16時左右達到480 MW左右，接近該風(fēng)場歷史最高水平。圖6為3月26日橋灣升壓站2號主變有功出力變化情況，其他風(fēng)場有功出力與之類似。圖7顯示在同一時間段內(nèi)風(fēng)場高出力情況下，AVC則通過調(diào)節(jié)SVC及風(fēng)機提供了較高的無功出力保證風(fēng)場內(nèi)部無功平衡及母線電壓水平。

W90 M/功60 有30 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 t/min

圖6

橋灣升壓站2號主變有功出力曲線

??? ra??? vM/功?1.0 無?5.5 ?10.0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 t/min

圖7

橋灣升壓站2號主變無功出力曲線

3）風(fēng)機機端電壓運行情況。

3月26日測試中參與調(diào)壓的海裝風(fēng)機機端電壓曲線如圖8所示，直驅(qū)風(fēng)機的機端電壓曲線與之類似，在母線電壓維持穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，機端電壓也維持了相對穩(wěn)定。

4）SVC出力控制測試。

3月26日運行測試中，AVC系統(tǒng)對SVC電容自動投切功能進行了測試，測試中較好實現(xiàn)預(yù)定目標，SVC電容投切基本接近手動控制效果，1號SVC無功出力曲線如圖9所示，其中無功突變位置(尖峰 第37卷 增刊1 電

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技

術(shù) ????? ????? Vk/壓電????? ????? ????? 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 t/min

圖8

海裝風(fēng)機機端電壓曲線

???????? r???????? av/功無???????? ?????? ???????? 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 t/min

圖9

SVC無功出力曲線

部分)即為電容投切時刻。

5）風(fēng)場間無功優(yōu)化。

長時間運行測試中AVC系統(tǒng)較好的實現(xiàn)無功優(yōu)化目標：1）風(fēng)場間無功平衡，平衡風(fēng)場間無功出力，維持35 k母線電壓穩(wěn)定；2）風(fēng)場無功平衡基礎(chǔ)上，慢速調(diào)節(jié)SVC及風(fēng)機出力，控制SVC電容不投切狀態(tài)下，SVC具備足夠上下調(diào)節(jié)余量(約單組電容實際容量一半)。總結(jié)

從橋灣風(fēng)電AVC系統(tǒng)運行測試情況看，在給出合理電壓目標值情況下，風(fēng)電場AVC系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了調(diào)壓、無功優(yōu)化、數(shù)據(jù)采集、記錄、安全控制等基本功能，橋灣風(fēng)電場的試驗案例可以充分的論證該無功電壓控制系統(tǒng)控制策略的有效性。

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收稿日期：2013-00-00。作者簡介：

張麗坤(1982)，女，中級工程師，主要從事電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制及自動裝置研究，E-mail：zhanglikun@sgepri.sgcc.com.cn；

郭寧明(1980)，男，中級工程師，主要從事電力系統(tǒng)自動化； 董志猛(1983)，男，中級工程師，主要從事電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制及自動裝置研究；

欒福明(1980)，男，中級工程師，主要從事電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制及自動裝置研究。

（責(zé)任編輯

徐梅）

第二篇：AVC系統(tǒng)電壓無功控制策略資料

第四部分 AVC電壓控制

概述：

電壓控制策略目的是即時調(diào)節(jié)區(qū)域電網(wǎng)中低壓側(cè)電壓以及控制區(qū)域整體電壓水平，使得電壓穩(wěn)定在一定的區(qū)間內(nèi)。針對AVC系統(tǒng)各個功能來說，電壓控制是優(yōu)先級最高，保證電壓穩(wěn)定在合格范圍內(nèi)也是AVC系統(tǒng)最重要的目標。AVC系統(tǒng)的電壓控制分為兩部分即區(qū)域電壓控制和單個變電站的電壓校正。通過兩部分調(diào)節(jié)即可以保證所有母線電壓穩(wěn)定在合格范圍內(nèi)，又有效的減少了設(shè)備控制震蕩。

區(qū)域電壓控制：

區(qū)域即電氣分區(qū)，所謂區(qū)域控制就是整體調(diào)節(jié)每一個電氣分區(qū)（以下稱作區(qū)域）的電壓水平，使之處在一個合理范圍內(nèi)。首先以AVC建模結(jié)果為基礎(chǔ)，分別掃描每個區(qū)域中壓側(cè)母線電壓水平，通過取當(dāng)前母線電壓和設(shè)定的母線電壓上下限作比較，分別統(tǒng)計每個區(qū)域中壓側(cè)母線的電壓合格率(s%)。然后用此合格率和設(shè)定的合格率限值(-d%)比較，如果s>=d,說明對應(yīng)區(qū)域整體電壓水平相對合理，不需要調(diào)整。如果s

單個變電站電壓校正類似于VQC設(shè)備的控制原理。通過調(diào)節(jié)主變分頭和投切電容器來調(diào)節(jié)低壓側(cè)母線電壓，使得母線電壓穩(wěn)定在合理范圍之內(nèi)。在調(diào)節(jié)分頭和投切電容器兩種調(diào)節(jié)手段取舍上我們的做法是有限投入電容器來調(diào)節(jié)電壓。

綜上所述，兩種電壓控制手段不是孤立的，兩者之間有先后輕重之分。通常做法是載入電網(wǎng)模型之后，首先進入?yún)^(qū)域電壓調(diào)整程序。分別判斷每個區(qū)域的整體電壓水平，對需要調(diào)節(jié)的區(qū)域啟動區(qū)域電壓調(diào)整程序，只有當(dāng)區(qū)域電壓水平達到一個合理水平時，再依次對每個變電站進行電壓校正，最后達到母線電壓全部合格的目的。

兩種手段結(jié)合可以避免單一的調(diào)節(jié)區(qū)域低壓側(cè)母線帶來的弊端，例如220Kv變電站110Kv側(cè)電壓越限導(dǎo)致下級110Kv變電站10Kv側(cè)越限無調(diào)節(jié)手段。另外在抑制設(shè)備控制震蕩方面也有很好的效果，例如220Kv變電站和下級110Kv變電站同時越限同時調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)之后導(dǎo)致下級110Kv變電站低壓側(cè)母線相反方向越限再次調(diào)節(jié)。

四、就地電壓控制

就地控制主要策略如下：

1、10kV電壓低，且220kV電壓偏高，則優(yōu)先上調(diào)主變檔位，然后投入電容器； 2、10kV電壓低，且220kV電壓正常，則優(yōu)先投入電容器，然后上調(diào)主變檔位； 3、10kV電壓高，且220kV電壓高，則優(yōu)先切除電容器，然后下調(diào)主變檔位； 4、10kV電壓高，且該時段處于負荷下坡段，則優(yōu)先切除電容器，然后下調(diào)主變檔位； 5、10kV電壓高，且220kV電壓正常、負荷處于平穩(wěn)階段，則優(yōu)先下調(diào)主變檔位，然后切除電容器；

6、投入電容器時進行預(yù)判，如果下列條件成立則不投入電容器，上述電容器優(yōu)先投入動作被過濾；

? 投入電容器時主變無功倒流； ? 投入電容器時關(guān)口倒送； ? 該時段電容器動作次數(shù)越限； ? 該電容器已投入；

? 該電容器被切除后時間小于5分鐘（可設(shè)）；

? 該電容器退出自動控制（在閉環(huán)模式下有效，開環(huán)模式下無效）

7、調(diào)整主變檔位時也進行預(yù)判，如果下列條件成立則不進行檔位調(diào)節(jié)，上述主變檔位優(yōu)先動作被過濾：

? 主變并列運行檔位相差大； ? 主變檔位動作次數(shù)越限；

? 主變處于極限檔位（最高檔/最低檔）； ? 主變上次調(diào)整時間小于2分鐘；

? 該主變退出自動控制在閉環(huán)模式下有效，開環(huán)模式下無效）

8、并列電容器投切考慮如下策略：

? 如果不允許并列投切，則該母線上當(dāng)某電容器投入時，其余電容器自動禁止再投入；

? 動作次數(shù)少的電容器優(yōu)先動作；

9、并列主變調(diào)節(jié)時考慮如下策略： ? 根據(jù)拓撲判斷是否并列運行；

? 檔位調(diào)整時交替調(diào)節(jié)，調(diào)整過程中減少檔位不一致時間；

? 對于7檔、17檔并列運行主變，人工設(shè)置并列運行檔位，調(diào)節(jié)時自動對齊使變比一致

控制結(jié)構(gòu)： bus_control否220kV電壓高？是10/35kV母線電壓低？10/35kV母線電壓低？220母線電壓高否否220kV電壓低或正常？10/35kV母線電壓高？regul_bsxf（上調(diào)主變檔位），成功？否regul_bscp（投電容），成功？是regul_bscp（投電容），成功？否220kv正常？regul_bscp（切電容），成功？否regul_bsxf（下調(diào)主變），成功？regul_bsxf（上調(diào)主變檔位），成功？是是退出regul_bsxf（下調(diào)主變），成功？是regul_bscp（切電容），成功？退出退出退出

第五部分 AVC無功控制

一．概述

1.控制目標

地區(qū)電網(wǎng)AVC的無功控制以盡可能滿足無功就地平衡，減少無功長距離輸送，從而降低系統(tǒng)網(wǎng)損為目標。

2.控制對象

地區(qū)電網(wǎng)AVC的無功控制對象可以有：有載調(diào)壓變壓器分接頭、容抗器、地方電廠發(fā)電機的可調(diào)無功出力以及其它柔性輸電的無功調(diào)整裝置等。其中，有載調(diào)壓主變和容抗器是最常用和最普遍的無功調(diào)節(jié)手段，前者用來改變無功分布，后者可補償或吸收無功。

3.約束條件

地區(qū)電網(wǎng)AVC以保持電網(wǎng)安全穩(wěn)定即保證電壓水平合格為首要目標，因此無功控制始終以各等級母線電壓為約束條件，無功調(diào)整時不得導(dǎo)致母線電壓越限。

另外，無功控制時還要考慮設(shè)備動作次數(shù)和動作時間間隔等約束條件。

二．實現(xiàn)方案

地區(qū)電網(wǎng)中，無功負荷分布廣泛且隨著有功負荷的持續(xù)增減而連續(xù)變化，而作為無功來源的無功補償裝置則相對集中，且補償容量具有一定的離散性，因此在實際工程中，難以做到真正的無功就地平衡和無功優(yōu)化，可行且易于實現(xiàn)的是無功的次優(yōu)化分布，即在盡可能小的范圍內(nèi)實現(xiàn)無功按分區(qū)平衡。

1.分區(qū)

在110kV及以下電壓等級電網(wǎng)解環(huán)運行后，220kV等級以下配網(wǎng)呈樹狀分布（如圖1所示）。在這種情況下，可對地區(qū)電網(wǎng)以220kV母線為根結(jié)點進行區(qū)域劃分，從而形成多個分別包含一個220kV變電站及其下屬一個或幾個110kV變電站的分區(qū)，各分區(qū)之間的聯(lián)絡(luò)點為位于分區(qū)關(guān)口的220kV母線，彼此耦合性大大降低，從而為無功分區(qū)平衡創(chuàng)造了便利條件。

圖1.典型地區(qū)電網(wǎng)接線圖

2.無功控制

如圖2所示，在分區(qū)形成后，可得到若干區(qū)域，每個區(qū)域包含一個220kV變電站及若干110kV變電站的大區(qū)域A及以單個110kV站為單位的B、C等區(qū)域。對于A區(qū)域，其控制點為關(guān)口220KV母線,控制對象為其區(qū)域內(nèi)的所有容抗器；對于B、C區(qū)域，其控制點為本站的110kV母線，控制對象為各自站內(nèi)的容抗器。

區(qū)域A線路B區(qū)域B線路C區(qū)域CA站C站B站

圖2

地區(qū)電網(wǎng)分區(qū)結(jié)構(gòu)圖

分區(qū)形成后，即可分別按區(qū)域進行無功控制。但在實際電網(wǎng)中，由于負荷變化的連續(xù)性及波動性，將各區(qū)域關(guān)口母線的注入或流出無功值始終控制為零也是不現(xiàn)實的。一種工程上成熟、可靠的方法是將該值盡量控制為一較小值，即將關(guān)口母線的功率因數(shù)控制在一較高水平上。另外，由于各區(qū)域內(nèi)無功儲備容量存在差異，而且B、C等區(qū)域內(nèi)容抗器需同時參與A區(qū)域與本區(qū)域的無功調(diào)節(jié)，實際中很難使 A、B、C等區(qū)域同時達到無功分區(qū)就地平衡，區(qū)域B、C的控制目標與位于其上級的區(qū)域A關(guān)口存在一定的矛盾。因此，A、B、C各區(qū)域存在控制順序上的先后關(guān)系，A區(qū)域優(yōu)先級高于B、C區(qū)域，B、C等區(qū)域地位等同。

第三篇：淺談變電站電壓、無功綜合控制

淺談變電站電壓、無功綜合控制

摘要：計改革開放以來，隨著我國國民經(jīng)濟的快速增長，電力系統(tǒng)也獲得了前所未有的發(fā)展。傳統(tǒng)的變電站已經(jīng)遠遠不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)管理模式的需求。因此變電站綜合自動化技術(shù)在電力行業(yè)引起了越來越多的重視，電壓、無功綜合控制也是變電站綜合自動化的一個重要研究方向。本文以電力系統(tǒng)調(diào)壓措施、調(diào)壓措施合理選用及控制方法、微機電壓、無功綜合控制裝置等方面進行分析討論。

關(guān)鍵詞：變電站；電壓；無功；綜合控制裝置

改革開放以來，隨著我國國民經(jīng)濟的快速增長，電力系統(tǒng)也獲得了前所未有的發(fā)展。傳統(tǒng)的變電站已經(jīng)遠遠不能滿足現(xiàn)代電力系統(tǒng)管理模式的需求。因此變電站綜合自動化技術(shù)在電力行業(yè)引起了越來越多的重視，并逐漸得到了廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)就以變電站綜合自動化電壓、無功控制子系統(tǒng)進行討論分析。變電站綜合自動化系統(tǒng)，必須具備保證安全、可靠供電和提高電能質(zhì)量的自動控制功能。電壓和頻率是衡量電能質(zhì)量的重要指標。因此，電壓、無功綜合控制也是變電站綜合自動化的一個重要研究方向。

一、電力系統(tǒng)調(diào)壓的措施

1.利用發(fā)電機調(diào)壓

發(fā)電機的端電壓可以通過改變發(fā)電機勵磁電流的辦法進行調(diào)整，這是一種經(jīng)濟，簡單的調(diào)壓方式。在負荷增大時，電網(wǎng)的電壓損耗增加，用戶端電壓降低，這時增加發(fā)電機勵磁電流，提高發(fā)電機的端電壓；在負荷減小時，電力網(wǎng)的電壓損耗減少，用戶端電壓升高，這時減少發(fā)電機勵磁電流，降低發(fā)電機的端電壓。按規(guī)定，發(fā)電機運行電壓的變化范圍在發(fā)電機額定電壓的-5%~+5%以內(nèi)。

2.改變變壓器變比調(diào)壓

改變變壓器的變比可以升高或降低變壓器次級繞組的電壓。為了實現(xiàn)調(diào)壓，在變壓器的高壓繞組上設(shè)有若干分接頭以供選擇。變壓器的低壓繞組不設(shè)分接頭。變壓器選擇不同的分接頭時，原、副方繞組的匝數(shù)比不同，從而使變壓器變比不同。因此，合理地選擇變壓器分接頭，可以調(diào)整電壓。

3.利用無功功率補償調(diào)壓

改變變壓器分接頭調(diào)壓雖然是一種簡單而經(jīng)濟的調(diào)壓手段，但改變分接頭位置不能增減無功功率。當(dāng)整個系統(tǒng)無功功率不足引起電壓下降時，要從根本改變系統(tǒng)電壓水平問題，就必須增設(shè)新的無功電源。無功功率補償調(diào)壓就是通過在負荷側(cè)安裝同步調(diào)相機、并聯(lián)電容器或靜止補償器，以減少通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臒o功功率，降低網(wǎng)絡(luò)的電壓損耗而達到調(diào)壓的目的。

4.改變輸電線路的參數(shù)調(diào)壓

從電壓損耗的計算公式可知改變網(wǎng)絡(luò)元件的電阻R和電抗X都可以改變電壓損耗，從而達到調(diào)壓的目的。變壓器的電阻和電抗已經(jīng)由變壓器的結(jié)構(gòu)固定，不宜改變。一般考慮改變輸電線路的電阻和電抗參數(shù)以滿足調(diào)壓要求。但減少輸電線路的電阻意味著增加導(dǎo)線截面。多消耗有色金屬。所以一般不采用此方法。

二、調(diào)壓措施合理選用及控制

實際電網(wǎng)中的調(diào)壓問題，不可能只利用單一的措施解決。而是根據(jù)實際情況將可能選用的措施進行技術(shù)經(jīng)濟比較確定合理的綜合調(diào)壓方案。一般情況對上述調(diào)壓措施合理選用可概括如下：

發(fā)電機調(diào)壓簡單、經(jīng)濟，應(yīng)優(yōu)先考慮。在電力系統(tǒng)中電源無功充裕時，有載條件下改變變壓器變比調(diào)壓其效果明顯，實為有效調(diào)壓措施，應(yīng)按《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定盡可能選用。并聯(lián)補償無功設(shè)備則需要增加設(shè)備投資費用高，但這類措施往往針對無功平衡所需，且還能降低網(wǎng)損，特別適用于電壓波動頻繁、負荷功率因數(shù)低的場合，所以也是常用的調(diào)壓措施。實際電力系統(tǒng)的調(diào)壓，是將可行的措施按技術(shù)經(jīng)濟最優(yōu)原則，進行合理組合，分散調(diào)整。

全國很多110kV及以下的供配電變電站中都裝設(shè)有載調(diào)壓變壓器和并聯(lián)電容器組，通過合理地調(diào)節(jié)變壓器的分接頭和投切電容器組，就能夠在很大程度上改善變電站的電壓質(zhì)量，實現(xiàn)無功潮流合理平衡。在變電站自動化系統(tǒng)中加入電壓無功綜合控制功能，已經(jīng)成為一個現(xiàn)實的問題。傳統(tǒng)的控制方式是，運行人員根據(jù)調(diào)度部門下達的電壓無功控制計劃和實際運行情況，由運行人員手工操作進行調(diào)整的，這不僅增加運行人員的勞動強度，而且難以達到最優(yōu)的控制效果。隨著無人值班變電站的建設(shè)和計算機技術(shù)在變電站綜合控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，為了提高電壓合格率和降低能耗，目前各種電壓等級的變電站中普遍采用了電壓無功綜合控制裝置，就是在變電站中利用有載調(diào)壓變壓器和并聯(lián)電容器組，根據(jù)運行實際情況自動進行本站的無功和電壓調(diào)整，以保證負荷側(cè)母線電壓在規(guī)定范圍內(nèi)及進線功率因數(shù)盡可能高的一種裝置。這種裝置一般以計算機核心，具有體積小功能強、靈活可靠等優(yōu)點，同時具有通信、打印等功能，便于實現(xiàn)網(wǎng)的無功優(yōu)化。

三、微機電壓、無功綜合控制裝置

1.微機電壓、無功綜合控制的選擇

隨著社會的發(fā)展和進步，市場上的電壓、無功控制裝置種類很多，用戶應(yīng)根據(jù)變電站的實際情況及要求合理地選擇，選擇裝置時應(yīng)注意它的基本性能，比如：性能穩(wěn)定、抗干擾性能好、運行可靠性；軟件、硬件是否有保護措施，能自檢、自診斷；操作簡單、使用維護方便；有閉鎖裝置；失壓后電源恢復(fù)時能自動啟動運行。

2.電壓、無功綜合控制裝置舉例

目前，國內(nèi)許多公司、廠家和科研院所已推出了電壓無功綜合控制裝置。這些裝置大多采用九區(qū)圖來進行運行狀態(tài)的劃分和控制策略的確定。本文以MVR-Ⅲ型微機電壓、無功綜合控制系統(tǒng)進行簡單介紹。

MVR-Ⅲ型微機電壓、無功綜合控制系統(tǒng)，可應(yīng)用于35kV～500kV各種電壓等級的變電站，可分別控制1～3臺兩繞組或3繞組的主變和1～3×4組無功補償電容器或電抗器組。應(yīng)用該系統(tǒng)，可使受控變電站的電壓合格率提高至100%，同時使無功補償合理，可降低網(wǎng)損，節(jié)約電能。MVR系列產(chǎn)品控制規(guī)律先進合理，并具有完善的閉鎖措施，確保受控變電站和受控設(shè)備的安全?，F(xiàn)已在國內(nèi)近百個變電站投入運行。

裝置主機采用工業(yè)控制工作站，升級、擴展方便；具有諧波監(jiān)視、諧波越限報警和控制功能，可分析1，2，3，5…19次諧波，滿足部頒對諧波監(jiān)視的要求；電壓測量精度≤±0.5%；電流測量精度≤±2%；無功測量精度≤±2%；具有80列打印機，具有6種打印功能；具有電壓合格率計算，統(tǒng)計功能；具有故障診斷和故障記憶功能。

MVR-III型微機電壓無功綜合控制系統(tǒng)（簡稱?MVR-III）可用于35kv～500kv電壓等級的樞紐變電站，可同時分別控制三臺及以下有載調(diào)壓變壓器（兩繞組或三繞組）的分接頭位置和1～12組無功補償電容器的投切。不論變電站采用何種接線方式和運行方式，MVR-III均能自動判斷，并正確執(zhí)行控制命令。

MVR-III把調(diào)壓和無功補償綜合考慮，進行控制，使調(diào)壓效果更好。其控制規(guī)律先進、合理，做到：在保證電壓質(zhì)量的前提下，使變電站高壓供電網(wǎng)絡(luò)的線路損耗盡量減少，有利于節(jié)能。

第四篇：無功電壓控制將是發(fā)展動向

風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù) 無功電壓控制將是發(fā)展動向 北極星電力網(wǎng)新聞中心2011-5-6 15:20:11我要投稿 所屬頻道: 電網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電輸配電關(guān)鍵詞: 風(fēng)力發(fā)電風(fēng)電機組風(fēng)電場

北極星風(fēng)力發(fā)電網(wǎng)訊:風(fēng)力發(fā)電作為目前世界上可再生能源開發(fā)利用中技術(shù)最成熟、最具規(guī)模開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一，由于其在減輕環(huán)境污染、調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、解決偏遠地區(qū)居民用電問題等方面的突出作用，越來越受到世界各國的重視并得到了廣泛的開發(fā)和利用。

根據(jù)我國風(fēng)電發(fā)展規(guī)劃，我國將在甘肅、內(nèi)蒙古、新疆、河北、吉林和江蘇建立七個千萬千瓦級風(fēng)電基地，預(yù)計到2015年要建成5808萬千瓦，2020年要建成9017萬千瓦，占全國風(fēng)電裝機總?cè)萘康?8%。由于我國陸上風(fēng)能資源主要集中于“三北”地區(qū)，因此對于位于電網(wǎng)末端的風(fēng)電基地，除了具有常規(guī)風(fēng)力發(fā)電的共性問題以外，還存在許多特殊的個性問題，包括系統(tǒng)穩(wěn)定、輸送能力、調(diào)頻調(diào)峰和電量消納等，其中無功電壓問題是風(fēng)電場并網(wǎng)運行關(guān)注的主要問題之一，需要采取措施對風(fēng)電場無功電壓進行有效調(diào)節(jié)。

發(fā)展現(xiàn)狀

早期的風(fēng)電機組主要采用異步發(fā)電機，它們不具備維持和調(diào)節(jié)機端電壓水平的能力，在運行時還要從系統(tǒng)吸收無功功率，相應(yīng)地，風(fēng)電場需要裝設(shè)固定進行補償，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了SVC和STATCOM等動態(tài)無功，風(fēng)電場就采取固定電容+動態(tài)無功補償裝置的方式對無功進行控制。

近年來，針對風(fēng)電場的電壓穩(wěn)定而進行的無功補償問題一直是電力企業(yè)和相關(guān)研究機構(gòu)關(guān)心的熱點。在此背景下，國內(nèi)逐漸開展了對風(fēng)電場無功控制技術(shù)的研究，包括風(fēng)電機組無功控制技術(shù)研究、風(fēng)電場無功補償裝置研究、FACTS裝置協(xié)調(diào)控制等方面。

(1)風(fēng)電機組無功控制技術(shù)研究現(xiàn)狀

隨著風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展，風(fēng)電機組從原來的不具有無功控制能力發(fā)展到能夠輸出一定的無功。目前，雙饋式異步風(fēng)力發(fā)電機組和永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組是主流的機型，雙饋式異步風(fēng)力發(fā)電機組通過控制實現(xiàn)有功/無功的解耦，具備一定的動態(tài)調(diào)節(jié)無功輸出的能力;而永磁直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機組由于通過全容量與電網(wǎng)連接，則能夠靈活地對無功進行控制。這兩種風(fēng)力發(fā)電機組都具備以恒電壓模式工作的能力，可以在一定程度上實現(xiàn)對無功和電壓的控制。

(2)風(fēng)電場無功補償裝置研究現(xiàn)狀

為適應(yīng)不同場合的需要，適用風(fēng)電場的無功補償裝置已發(fā)展出多種類型，它們的所需成本不盡相同，對電網(wǎng)電壓的暫態(tài)特性影響也不一樣。

①并聯(lián)電容器

并聯(lián)電容補償可用斷路器連接至電力系統(tǒng)的某些節(jié)點上，并聯(lián)電容器只能向系統(tǒng)供給容性的無功功率。并聯(lián)電容具有投資省，運行經(jīng)濟、結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、容量可任意選擇、實用性強;缺點是：(1)并聯(lián)電容器補償是通過電容器的投切實現(xiàn)的，因調(diào)節(jié)不平滑呈階梯性調(diào)節(jié)，在系統(tǒng)運行中無法實現(xiàn)最佳補償狀態(tài)。采用電容器分組投切方式時，無功補償效果受電容器組分組數(shù)和每組電容器容量的制約。(2)電容器的投切主要采用真空斷路器實現(xiàn)，其投切響應(yīng)慢，不宜頻繁操作，因而不能進行無功負荷的快速跟蹤補償。如果使用晶閘管投切電容器組來代替用真空開關(guān)投切電容器組，解決了開關(guān)投切響應(yīng)慢和合閘時沖擊電流大的問題，但不能解決無功調(diào)節(jié)不平滑以及電容器組分組的矛盾，同時由于采用了大功率的電力電子器件，也大大提高了系統(tǒng)的造價。(3)由于開關(guān)投切電容器是分級補償，不可避免出現(xiàn)過補償和欠補償狀態(tài)。根據(jù)無功與電壓關(guān)系，過補償時會引起電壓升高，欠補償時感性負荷引起電壓降低。(4)電壓下降時急劇下降，不利于電壓穩(wěn)定，投入時會產(chǎn)生尖峰電壓脈沖。電容器發(fā)出的無功功率與電壓的平方成正比，在低電壓時輸出的無功功率減少，而這時顯然需要更多的無功，如果不能及時供給無功，將導(dǎo)致系統(tǒng)的電壓水平下降。

②有載調(diào)壓變壓器

有載調(diào)壓變壓器(OLTC)不僅可以在有載情況下更改分接頭，而且調(diào)節(jié)范圍也較大，通常可有UN±3×2.5%或UN±4×2.0%，既有7個至9個分接頭可供選擇。因而有載調(diào)壓器OLTC是電力系統(tǒng)中重要的電壓調(diào)壓手段，在系統(tǒng)運行中可以自動改變分接頭，調(diào)節(jié)其變比，以維持負荷區(qū)域內(nèi)的電壓水平。但變壓器不能作為無功電源，相反消耗電網(wǎng)中的無功功率，屬于無功負荷之一;變壓器分接頭(抽頭)的調(diào)整不但改變了變壓器各側(cè)的電壓狀況，同時也對變壓器各側(cè)的無功功率的分布產(chǎn)生影響。有文獻指出在某些情況下，OLTC按其升降邏輯改變分接頭時，非但沒有改善電壓條件，反而會使之更加惡化，甚至認為是引起電壓崩潰的重要原因之一。因此，在風(fēng)電場并網(wǎng)運行時需慎重考慮該設(shè)備的使用。

③靜止無功補償器

靜止無功補償器(Static Var Compensator，SVC)通常是由并聯(lián)電容器組(或濾波器)和一個可調(diào)節(jié)電感量的電感元件所組成。SVC與一般的并聯(lián)電容器補償裝置的區(qū)別是能夠跟蹤電網(wǎng)或負荷的無功波動，進行無功的實時補償，從而維持電壓的穩(wěn)定。SVC是完全靜止的，但它的補償是動態(tài)的，即根據(jù)無功的需求或電壓的變化自動跟蹤補償。靜止無功補償系統(tǒng)都是無功部件(電容器和電抗器)產(chǎn)生無功功率，并且根據(jù)需要調(diào)節(jié)容性或感性電流。靜止補償器可以提高電壓穩(wěn)定極限值，而裝設(shè)在系統(tǒng)中部節(jié)點上的SVC有很好的作用，在技術(shù)經(jīng)濟比較中往往成為優(yōu)選方案。有文獻將柔性交流輸電系統(tǒng)(FACTS)設(shè)備運用到風(fēng)電場以提高其運行的電壓穩(wěn)定性，說明了SVC在風(fēng)電場無功補償方面的優(yōu)良性能。

④靜止同步補償器(STATCOM)

靜止同步補償器(STATCOM)也稱為靜止無功發(fā)生器(Static Var Generator，SVG)，其基本電路分為電壓型橋式電路和電流型橋式電路兩種類型。電壓型橋式電路，其直流側(cè)采用電容作為儲能元件，而交流側(cè)通過串聯(lián)電抗器并入電網(wǎng)：電流型橋式電路，直流側(cè)采用電感作為儲能元件，而交流側(cè)并聯(lián)電容器后接入電網(wǎng)。實際上，由于運行效率的原因，迄今投入使用的STATCOM大都采用電壓型橋式電路。STATCOM的基本工作原理是將橋式變流電路直接并聯(lián)或通過電抗器并聯(lián)在電網(wǎng)上，適當(dāng)調(diào)節(jié)橋式變流電路交流側(cè)輸出電壓的相位和幅值或直接控制其交流側(cè)電流，使該電路吸收或者發(fā)出滿足要求的無功電流，從而實現(xiàn)動態(tài)無功補償?shù)哪康?。與SVC相比，STATCOM具有5個優(yōu)點：調(diào)節(jié)速度快、運行范圍寬、調(diào)節(jié)范圍廣、元件容量小、諧波含量小。

最新進展

隨著風(fēng)電技術(shù)、電力電子技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，未來風(fēng)電場無功控制技術(shù)將以“閉環(huán)”控制為主，通過風(fēng)電機組、無功補償裝置以及電網(wǎng)的協(xié)調(diào)優(yōu)化運行，實現(xiàn)對風(fēng)電場無功的有效控制。

在產(chǎn)品應(yīng)用方面，GE風(fēng)能已經(jīng)研發(fā)出一種閉環(huán)風(fēng)電場電壓控制，稱之為“動態(tài)無功控制”(WindVAR)。動態(tài)無功控制可以向電網(wǎng)提供無功并穩(wěn)定電壓。帶有動態(tài)無功控制的風(fēng)機，電壓的控制和調(diào)節(jié)都是通過安裝于風(fēng)機上的電力電子裝置來實現(xiàn)進行的。

歐洲相關(guān)電力公司和技術(shù)機構(gòu)、美國風(fēng)能協(xié)會(AWEA)等都制定了相關(guān)風(fēng)力發(fā)電導(dǎo)則和IEEE-1547(分布式電源與電力系統(tǒng)接入標準)，包括了電壓穩(wěn)定控制/無功補償方面的內(nèi)容，要求確保風(fēng)電場母線電壓穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，并保證電能質(zhì)量合格。

目前國內(nèi)即將出臺的風(fēng)電并網(wǎng)新國標中，不僅要求風(fēng)電機組具有無功電壓調(diào)節(jié)能力，也要求具備低電壓穿越能力。新國標的頒布將促進風(fēng)電相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)向更加電網(wǎng)友好型方向發(fā)展，實現(xiàn)對風(fēng)電更大規(guī)模的平穩(wěn)消納。

第五篇：變電站內(nèi)電壓無功自動調(diào)節(jié)和控制

變電站內(nèi)電壓無功自動調(diào)節(jié)和控制

變電站內(nèi)電壓無功自動調(diào)節(jié)和控制，是通過站內(nèi)智能設(shè)備實時采集電網(wǎng)各類模擬量和狀態(tài)量參數(shù)，采用計算機自動控制技術(shù)、通信技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)，對電力系統(tǒng)電壓、潮流狀態(tài)的實時監(jiān)測和估算預(yù)測實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)主變壓器分接頭開關(guān)和投切補償電容器，使變電站的母線電壓和無功補償滿足電力系統(tǒng)安全運行和經(jīng)濟運行的需要。提高變電站電壓合格率并降低網(wǎng)損，減輕值班人員勞動強度?；驹?/p>

1.1 變電站運行方式的變化對電壓無功控制策略的影響 1.1.1 變電站運行方式的識別

(1)完全分列運行。變電站高、中、低壓側(cè)母線均分開運行。

(2)分列運行。變電站高、中、低壓側(cè)任一側(cè)母線并列運行，其他母線分開運行。

(3)并列運行。變電站高、中、低壓側(cè)任兩側(cè)母線并列運行。信息請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)

1.1.2 不同運行方式下的電壓無功控制策略

(1)完全分列運行。各臺變壓器分接頭可以在不同檔位運行。各低壓母線段電容器組分別進行循環(huán)投切。此時控制電壓及無功定值各自分別選定，有功、無功功率為各自主變壓器高壓側(cè)的有功、無功功率。

(2)分列運行。各臺變壓器分接頭可以在不同檔位運行。變電站的有功、無功功率為各主變壓器高壓側(cè)的有功、無功功率之和，所有電容器組應(yīng)統(tǒng)一考慮進行循環(huán)投切，但需考慮每段母線電容器組的均衡投切。變壓器分接頭調(diào)節(jié)可以根據(jù)各變壓器的電壓目標進行分別控制。

(3)并列運行。各臺變壓器分接頭必須在相同檔位運行。變電站的有功、無功功率為各主變壓器高壓側(cè)的有功、無功功率之和，所有電容器組應(yīng)統(tǒng)一考慮進行循環(huán)投切，但需考慮每段母線電容器組的均衡投切。并列運行時，并列母線的電壓應(yīng)選定一個電壓值作為控制電壓，并列主變壓器的調(diào)整方式為聯(lián)動調(diào)整，處于越限狀態(tài)的主變壓器作為主調(diào)，另一臺主變壓器作為從調(diào)，主調(diào)主變壓器分接頭成功動作后，再控制從調(diào)主變壓器；若主調(diào)主變壓器分接頭動作未成功，將自動閉鎖對從調(diào)主變壓器的調(diào)節(jié)，并將主調(diào)主變壓器分接頭回調(diào)。

1.1.3 電壓無功控制策略的優(yōu)化

(1)要考慮電容器組投切對變電站高壓母線電壓的影響，投入電容器組使母線電壓升高，切除電容器組使母線電壓降低。盡可能多利用電容器組投切控制，少進行變壓器分接頭調(diào)節(jié)來達到較好的控制效果。信息來自:輸配電設(shè)備網(wǎng)

(2)電壓無功控制策略的選擇應(yīng)避免進入循環(huán)振蕩調(diào)節(jié)，即在不同區(qū)域由于采取不適合的調(diào)節(jié)控制策略而導(dǎo)致在兩個不合格區(qū)域內(nèi)振蕩調(diào)節(jié)，對系統(tǒng)產(chǎn)生較大的影響同時對變電站內(nèi)有載調(diào)壓分接頭和電容器組的頻繁升降和投切造成設(shè)備損壞。

1.2 變電站電壓無功控制的閉鎖條件及要求

所謂電壓無功控制的閉鎖，是指VQC裝臵在變電站或系統(tǒng)異常情況下，能及時停止自動調(diào)節(jié)。如果沒有完善的閉鎖或閉鎖響應(yīng)時間達不到運行要求，將會對變電站的安全運行帶來嚴重威脅。

1.2.1 VQC閉鎖條件

閉鎖條件和要求要全面，VQC閉鎖需考慮以下幾個方面：①繼電保護動作（包括主變壓器保護及電容器保護動作）；②系統(tǒng)電壓異常（過高或過低）；③變壓器過載；④電壓斷線；⑤電容器開關(guān)或主變壓器分接頭開關(guān)拒動；⑥電容器開關(guān)或主變壓器分接頭開關(guān)動作次數(shù)達到最大限值；⑦主變壓器并列運行時的錯檔；⑧主變壓器分接頭開關(guān)的滑檔；⑨主變壓器、電容器檢修或冷備用時的閉鎖；⑩外部開關(guān)量閉鎖分接頭調(diào)節(jié)或電容器組投切。

1.2.2 閉鎖響應(yīng)時間的要求

對于VQC閉鎖的要求，各個不同的閉鎖量響應(yīng)時間要求不一樣，如保護動作、主變壓器開關(guān)滑檔、TV斷線、外部開關(guān)量閉鎖、系統(tǒng)電壓異常等閉鎖要求快速響應(yīng)。針對某些VQC的實現(xiàn)方式需要考慮VQC閉鎖的實時性問題，遠方調(diào)節(jié)控制必須實現(xiàn)就地閉鎖才能保證變電站電壓無功控制的安全性。信息請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)

1.3 系統(tǒng)對變電站電壓無功控制的約束條件

（1）系統(tǒng)在事故情況下或運行方式發(fā)生大的改變時應(yīng)可靠閉鎖變電站的電壓無功控制功能。

（2）變壓器高壓側(cè)電壓越限超過閉鎖定值時應(yīng)可靠閉鎖變電站的電壓無功控制功能。

（3）變壓器高壓側(cè)電壓越限但未超過閉鎖定值時，應(yīng)調(diào)整VQC控制策略以免使系統(tǒng)運行狀況進一步惡化。電壓無功控制的實現(xiàn)方法

目前電力系統(tǒng)內(nèi)變電站常用的電壓無功控制的實現(xiàn)方法有3種：獨立的VQC裝臵，基于站內(nèi)通信實現(xiàn)的軟件控制模式，基于調(diào)度系統(tǒng)和集控站的區(qū)域控制模式。

2.1 獨立的VQC裝臵

變電站內(nèi)裝設(shè)獨立的VQC裝臵目前是電力系統(tǒng)中實現(xiàn)電壓無功控制的一種主要方式，它采用自身的交流采樣和輸入輸出控制系統(tǒng)，多CPU分布式模塊化的體系結(jié)構(gòu)（見圖1），對應(yīng)于變電站內(nèi)的主變壓器和相應(yīng)的電容器組設(shè)有獨立的控制單元，另外還有一個主控單元負責(zé)管理主變壓器控制單元的運行與通信。收集其采集的信息（電氣參數(shù)和開關(guān)量狀態(tài)），根據(jù)運行方式的變化及系統(tǒng)電壓無功的要求選擇控制策略，向主變壓器控制單元發(fā)出控制命令。主控單元還負責(zé)數(shù)據(jù)統(tǒng)計、事件生成和打印、與上位計算機通信等工作，同時主變壓器控制單元應(yīng)具有瞬時反應(yīng)系統(tǒng)各類電氣參數(shù)開關(guān)量狀態(tài)變化的能力，就地判別是否閉鎖主控單元下達的控制命令，并實時監(jiān)視和記錄系統(tǒng)電壓合格率和諧波狀況。

圖1 獨立VQC裝臵多CPU分布模塊化結(jié)構(gòu)原理圖

2.2 基于站內(nèi)通信的軟件控制模式

基于站內(nèi)通信的軟件控制模式的結(jié)構(gòu)原理見圖2，其功能實現(xiàn)是在變電站的智能ＲＴＵ模塊或后臺監(jiān)控系統(tǒng)中嵌入ＶＱＣ控制軟件。通過站內(nèi)通信網(wǎng)采集各類電氣參數(shù)和開關(guān)量的狀態(tài)，由控制軟件模塊進行綜合判別，選擇合適的控制策略，由站內(nèi)通信網(wǎng)下達遙控命令至監(jiān)控系統(tǒng)中的各單元測控裝臵實現(xiàn)對主變壓器有載調(diào)壓分接開關(guān)的升降和電容器組的投切控制。

圖2 軟件控制模塊式的結(jié)構(gòu)原理圖

表1 3種電壓無功控制實現(xiàn)方式的比較 信息請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)

2.3 基于調(diào)度系統(tǒng)或集控站的區(qū)域控制模式

基于調(diào)度系統(tǒng)或集控站的區(qū)域電壓無功控制模式在一些省市電力網(wǎng)中得到了應(yīng)用，其功能實現(xiàn)是在調(diào)度系統(tǒng)或集控站的SCADA系統(tǒng)或EMS系統(tǒng)軟件中設(shè)臵一個電壓無功控制的高級應(yīng)用軟件。根據(jù)系統(tǒng)高級應(yīng)用軟件的潮流計算和狀態(tài)估計得出各個變電站節(jié)點的電壓和無功范圍，將系統(tǒng)收集的各變電站的實際電氣參數(shù)和開關(guān)量狀態(tài)與系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行要求的電壓無功范圍進行比較，給出每個變電站的控制策略，通過遠動通道下達控制分接頭升降及電容器投切命令。該模式由于考慮了全網(wǎng)的運行方式和潮流變化，并可以做到分層分級對電壓無功進行優(yōu)化控制，即先調(diào)節(jié)控制樞紐的節(jié)點變電站的電壓無功，再調(diào)節(jié)未端變電站的電壓無功，從根本上可以改變由于各個局部變電站的獨立電壓無功控制影響全網(wǎng)電壓無功的優(yōu)化。電壓無功控制的發(fā)展方向

電力系統(tǒng)是一個復(fù)雜的動態(tài)關(guān)聯(lián)系統(tǒng)，其潮流是動態(tài)變化并相互關(guān)聯(lián)的。變電站內(nèi)變壓器分接開關(guān)在某個范圍內(nèi)的調(diào)整將影響無功功率的交換，進而影響電網(wǎng)無功潮流的分布和節(jié)點電壓的變化。因此，如果某一地區(qū)因為節(jié)點電壓低依靠變壓器分接頭向同一方向調(diào)整，將引起無功功率在該地區(qū)的大轉(zhuǎn)移，造成系統(tǒng)無功波動，對系統(tǒng)電壓也會造成嚴重影響。這也是單個變電站獨立實行電壓無功控制達到局部優(yōu)化但影響全局的弊端。

要解決上述弊端，必須考慮全局的優(yōu)化，將各個變電站點采集的電壓無功數(shù)據(jù)和控制結(jié)果送至調(diào)度中心或集控站的主機，依據(jù)實時的潮流進行狀態(tài)估計，確定各個變電站節(jié)點電壓和無功要求，對全網(wǎng)的電壓無功進行分層分級綜合調(diào)整。

基于調(diào)度系統(tǒng)或集控站的區(qū)域集中控制模式是維護系統(tǒng)電壓正常，實現(xiàn)無功優(yōu)化綜合控制，提高系統(tǒng)運行可靠性和經(jīng)濟性的最佳方案，應(yīng)要求調(diào)度中心必須具有符合實際的電壓和無功實時優(yōu)化控制軟件，各變電站有可靠的通道和智能控制執(zhí)行單元。另外一個地區(qū)調(diào)度系統(tǒng)有幾百甚至上千個變電站的運行方式、運行參數(shù)、分接頭當(dāng)前位臵、電容器狀態(tài)以及各變電站低壓側(cè)母線的電壓水平、負載情況等諸多信息均輸入調(diào)度中心計算機，必然會造成電壓無功控制軟件復(fù)雜化和控制的實時性變得很差，因此實現(xiàn)分層分級和分散就地的關(guān)聯(lián)控制是全網(wǎng)電壓無功控制的發(fā)展方向。

全網(wǎng)電壓無功控制有2層意義：①為了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行必須確保系統(tǒng)內(nèi)各發(fā)電廠和樞紐變電站的電壓穩(wěn)定性。②為了電網(wǎng)的經(jīng)濟運行、降低網(wǎng)損，必須實現(xiàn)全網(wǎng)的無功優(yōu)化和就地平衡。應(yīng)該認識到電壓無功控制是正常穩(wěn)定運行狀態(tài)下的調(diào)節(jié)控制，在事故狀態(tài)下這樣的調(diào)節(jié)控制反而會惡化系統(tǒng)的穩(wěn)定，必須要閉鎖。同時電壓無功控制是一個全網(wǎng)關(guān)聯(lián)的控制問題，應(yīng)在考慮全網(wǎng)優(yōu)化的前提下實現(xiàn)區(qū)域或變電站的局部優(yōu)化。因此全網(wǎng)的電壓無功控制是一個分層分級、分散就地的網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)控制系統(tǒng)，見圖3。圖3 分層分級電壓無功控制結(jié)構(gòu)圖

所謂分層分級是指全網(wǎng)根據(jù)調(diào)度要求進行分區(qū)分片控制，省級調(diào)度應(yīng)站在全網(wǎng)安全穩(wěn)定和經(jīng)濟運行的高度，調(diào)度各發(fā)電廠和樞紐變電站的電壓和無功輸出水平，并要求各地區(qū)調(diào)度合理調(diào)度實現(xiàn)就地?zé)o功平衡，控制與系統(tǒng)電網(wǎng)的無功交換。地區(qū)調(diào)度負責(zé)對區(qū)域高壓變電站和集控站的控制，集控站和縣級調(diào)度負責(zé)對低一級電壓等級變電站的控制。系統(tǒng)在發(fā)生大的運行方式和潮流改變時應(yīng)閉鎖各級電壓無功控制功能，由調(diào)度主站先控制各發(fā)電廠和高壓樞紐變電站的電壓無功狀態(tài)，再由地區(qū)調(diào)度、縣級調(diào)度或集控站控制下一級變電站或直供變電站的電壓無功狀態(tài)。

所謂分層分級和分散就地的關(guān)聯(lián)控制是指在電力系統(tǒng)正常運行時，由分散安裝在各個變電站的電壓無功控制裝臵或控制軟件根據(jù)系統(tǒng)調(diào)度端下達的電壓無功范圍進行自動調(diào)控，調(diào)節(jié)控制范圍和定值是從電網(wǎng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟運行要求出發(fā)，事先由調(diào)度中心的電壓無功優(yōu)化程序計算好下達給各變電站。在系統(tǒng)運行方式或潮流發(fā)生較大改變以及事故情況時，調(diào)度中心給各變電站發(fā)出閉鎖自動控制的命令，由調(diào)度中心直接控制樞紐變電站的電壓無功，待高壓電網(wǎng)運行穩(wěn)定后，由調(diào)度中心修改各下層變電站的電壓無功定值范圍下達至變電站，滿足系統(tǒng)運行方式變化后的新要求。

分層分級和分散就地的關(guān)聯(lián)控制優(yōu)點在于：在系統(tǒng)正常運行時，可以由分散在各變電站的電壓無功控制裝臵或軟件自動化執(zhí)行對各受控變電站的電壓無功調(diào)控，實現(xiàn)功能分散、責(zé)任分散、危險分散；在緊急情況下調(diào)度中心執(zhí)行應(yīng)急程序，閉鎖下級調(diào)度或集控站以及各變電站的自動調(diào)控功能，由調(diào)度中心直接控制或下達電壓無功系統(tǒng)參數(shù)至樞紐變電站，可以從根本上保證全網(wǎng)系統(tǒng)運行的安全性和經(jīng)濟性。為達到分層分級和分散就地的關(guān)聯(lián)控制的目的，要求各變電站需裝設(shè)執(zhí)行分散就地控制任務(wù)的裝臵或軟件（ＶＱＣ裝臵或軟件），并且應(yīng)具有對受控變電站狀態(tài)的分析、判別和控制功能，以及較強的通信能力和手段。正常運行情況下，ＶＱＣ裝臵或軟件向調(diào)度報告控制結(jié)果和各類參數(shù)。同時接受上級調(diào)度下達的命令和參數(shù)，自動修改或調(diào)整定值或停止執(zhí)行自動調(diào)控，成為接收調(diào)度下達調(diào)控命令的智能執(zhí)行裝臵。由于此類分散就地控制裝臵或軟件（ＶＱＣ裝臵或軟件）能夠根據(jù)變電站不同的運行方式和工況選擇最優(yōu)的局部調(diào)控策略，可以自動判別運行方式和計算投切電容器及調(diào)節(jié)分接頭可能發(fā)生的變化的配合問題。因此分層分級和分散就地的關(guān)聯(lián)控制兼顧了全局優(yōu)化和局部優(yōu)化問題。結(jié)論

經(jīng)過以上分析，筆者認為在當(dāng)前變電站綜合自動化系統(tǒng)中應(yīng)用獨立的VQC裝臵或軟件已取得了一定的經(jīng)驗，在區(qū)域電壓無功優(yōu)化理論和實踐發(fā)展進一步成熟后，通過調(diào)度中心控制軟件及變電站獨立的VQC裝臵和軟件實現(xiàn)分層分級和分散就地的關(guān)聯(lián)控制是一種可行的解決方案。