变电站电压无功控制策略

基于五区图的变电站电压无功控制策略1引言变电站电压无功控制已成为保证电压质量和无功平衡、提高电网可靠性和经济性必不可少的措施。

从控制理论的角度上讲，变电站电压无功控制是一个多限值、多目标的最优控制问题。

从控制手段上讲主要有变压器分接头调节和电力电容器投切两种方法。

变电站电压无功控制的基本规律是：升(降) 主变分接头，变压器变比变大（小），低压侧电压变小(大)，高压侧无功变小(大)；投入(切除) 电容器后，高压侧无功变小(大)，低压侧电压变大(小)。

目前工程实际中应用最广泛的传统的“九区图”法，按照电压上、下限和无功上、下限将运行区域划分为9个区，各个区域对应不同的控制策略，系统根据电压无功所在的运行区域，采取相应的控制方法。

2控制思想的引入2.1 九区图的控制原理与分析九区图控制策略是典型的电压、无功双参数控制策略, 它是根据变电站运行中电压和无功均存在合格、过高和过低3种状态, 而将二维坐标平面分为九个区域。

电压无功综合控制的基本原理是实时采集变压器系统侧输入无功功率Q和低压侧母线电压U, 然后根据调节判据得出不同区域的控制方法, 通过调节有载变压器分接头位置或投切电容器,保证电压合格和无功基本平衡。

其控制目标是使电压和无功控制在9区，首要目标是将被测母线的电压控制在规定的U上限和U 下限之间，保证电压合格。

同时要尽量使无功功率控制在Q 上限和Q 下限之间，如果电压无功不能同时达到要求，则优先保证电压合格。

控制装置根据电压、无功、时间、负载率、调压分接头和电容器所处状态（位置）等诸因素进行判别，根据实时数据判断当前的运行区域，再按照一定的控制方案，闭环地控制站内并联补偿电容器的投切及有载调压变压器分接头的调节，以最优的控制顺序和最少的动作次数使运行点进入到第9区（正常工作区）。

123495678Q HQ LU HU L图 “九区图”示意图Fig Diagram of “nine-zone theory ”具体来讲，传统九区图的控制规律为：调节主变分接头及投切电容器组, 使主变尽量运行于区域9；在另外八个区域调节控制中, 如果纯电压偏差, 无功功率正常（第2 、7 区域） 就只调电压；单纯无功功率越限，电压正常(第4 、5 区域) 就只投退电容器，如果电压和无功均越限，若先调分接头升降电压，会造成无功功率越限得更多时（第1 、8 区域）应先调无功功率为原则，后根据具体情况再调分接头；同理对于（第3 、6区域）应先调分接头再投切电容器。

第四部分AVC电压控制概述：电压控制策略目的是即时调节区域电网中低压侧电压以及控制区域整体电压水平，使得电压稳定在一定的区间内。

针对AVC系统各个功能来说，电压控制是优先级最高，保证电压稳定在合格范围内也是AVC系统最重要的目标。

AVC 系统的电压控制分为两部分即区域电压控制和单个变电站的电压校正。

通过两部分调节即可以保证所有母线电压稳定在合格范围内，又有效的减少了设备控制震荡。

区域电压控制：区域即电气分区，所谓区域控制就是整体调节每一个电气分区（以下称作区域）的电压水平，使之处在一个合理范围内。

首先以AVC建模结果为基础，分别扫描每个区域中压侧母线电压水平，通过取当前母线电压和设定的母线电压上下限作比较，分别统计每个区域中压侧母线的电压合格率(s%)。

然后用此合格率和设定的合格率限值(-d%)比较，如果s>=d,说明对应区域整体电压水平相对合理，不需要调整。

如果s<d,表明区域电压整体不合理，然后通过判断具体越限情况调节区域根节点（针对地调来说一般是对应的220Kv变电站）使得本区域整体电压水平趋于合理。

变电站电压校正：单个变电站电压校正类似于VQC设备的控制原理。

通过调节主变分头和投切电容器来调节低压侧母线电压，使得母线电压稳定在合理范围之内。

在调节分头和投切电容器两种调节手段取舍上我们的做法是有限投入电容器来调节电压。

综上所述，两种电压控制手段不是孤立的，两者之间有先后轻重之分。

通常做法是载入电网模型之后，首先进入区域电压调整程序。

分别判断每个区域的整体电压水平，对需要调节的区域启动区域电压调整程序，只有当区域电压水平达到一个合理水平时，再依次对每个变电站进行电压校正，最后达到母线电压全部合格的目的。

两种手段结合可以避免单一的调节区域低压侧母线带来的弊端，例如220Kv 变电站110Kv侧电压越限导致下级110Kv变电站10Kv侧越限无调节手段。

另外在抑制设备控制震荡方面也有很好的效果，例如220Kv变电站和下级110Kv 变电站同时越限同时调节，调节之后导致下级110Kv变电站低压侧母线相反方向越限再次调节。

变电站电压无功控制策略综述摘要:变电站电压无功控制是保证电压质量、无功平衡,提高配电网经济性和可靠性的有效手段。

本文综合阐述了变电站无功调节的基本原则和变电站的无功补偿模式,详细介绍了变电站实施无功调节的各种方法,并指出各种控制方法的优缺点。

关键词:变电站电压无功调节九区图随着输配电网结构的日趋复杂及对输配电网供电质量和可靠性要求的不断提高,变电站电压无功控制已成为保证电压质量、无功平衡,提高输配电网经济性和可靠性的不可缺少的途径之一。

对于输配电系统,由于结构、运行方式比较固定,无功电压控制主要是采用最优潮流方法,控制变量包括发电机电压、变压器抽头、电容器分接头、一次变电站电压,以达到电压越限最小,传输损耗最小的目的。

对于输配电系统,由于负荷、运行方式、网络结构经常变化,电压无功优化问题比较复杂,在全系统电压无功调节上存在一定难度。

变电站电压无功调节的基本原则是:保证无功平衡,降低减少调节次数,提高电压质量。

变电站的无功补偿分为分散(就地)控制和集中控制两种模式。

基于这些原则和规律,国内外提出了不少自动控制策略。

归纳起来,有以下几种方法:(1)按功率因数、电压复合调节;(2)基于传统的九区图法;(3)基于人工智能的九区图法;(4)人工智能调节方法。

1 按功率因数、电压复合调节［1］按电压、功率因数复合调节的判据有两种,一种是以电压为主,功率因数为辅,当电压合格时,不考虑功率因数,当电压不合格时,考虑投入电容;二是以电压和功率因数作为两个并行的判据,即使在电压合格时,若功率因数满足投切条件,则投入电容。

这两种判别方式,操作简单易行,考虑了无功补偿,但忽略了变压器分接头与电容器的配合,在有些状态下,或是无功补偿效果较差,或是会造成并联电容的频繁投切。

2 基于传统九区图的相关方法传统的九区图法［1］是电压无功综合控制的基本方法。

该方法中,变电站综合自动控制策略的判别量是实时监测的无功和电压两个量。

根据已给固定无功和固定电压的上下限特性,综合逻辑判据把电压和无功平面分割成9个控制区,每个区域和一种控制策略相对应,以实现对有载调压变压器和电容器的调节。

变电站电压无功综合控制策略的分析发表时间：2019-03-13T14:42:09.377Z 来源：《河南电力》2018年18期作者：李亚雄苏力[导读] 电压是衡量电网电能质量的重要指标之一。

电压过高或者过低，都会影响到电力系统中各类电力设备的正常运行。

（华电电力科学研究院有限公司中南区域中心湖北武汉 430000）摘要：电压是衡量电网电能质量的重要指标之一。

电压过高或者过低，都会影响到电力系统中各类电力设备的正常运行。

而电力系统的电压水平与无功功率有着十分密切的关系，故维持电网中的无功功率平衡可以有效地提高电能质量，并保证电力系统的安全、可靠、经济运行。

本文结合智能变电站中电压无功综合控制子系统的目标，介绍了一些学者提出的电压无功控制综合策略的内容，分析它们各自所具有的特点，最后结合已有成果对这一领域的发展进行了展望。

关键词：电压无功控制；无功补偿；控制策略；智能变电站引言我国国民经济不断发展，工业贡献了其中非常重要部分。

工业的发展离不开合格的电能质量。

改善电压质量可以有效地节约能源，防止电力系统电压出现崩溃以及提高电网的安全运行水平。

由于电力系统中无功功率与电压水平紧密相关，变电站往往通过补偿无功功率实现系统中无功功率的平衡。

无功补偿的作用主要有以下几点[1]： 1）提高供用电系统及负载的功率因数，降低设备容量，减少功率损耗。

2）稳定受电端及电网的电压，提高供电质量。

在长距离输电线中合适的地点设置动态无功补偿装置还可以改善输定系统的稳定性，提高输电能力。

3）在电气化铁道等三相负载不平衡的场合，通过适当的无功补偿可以平衡三相的有功及无功负载。

1 无功补偿的方法电网无功补偿方案有以下4种：变电站集中补偿、低压集中补偿、配电线路固定补偿和用户终端分散补偿。

变电站集中补偿的装置包括同步调相机、并联电容器、静止补偿器等。

这种补偿方式一般将装置集中接在变电站的10kV母线上，其优点是便于实现自动投切，利用率高，降低了事故出现的概率，有效减少电网的无功负荷。

面向全网无功优化的变电站电压无功控制策略电网的电压和无功是紧密结合的两个物理量，对电压、无功实施控制，对于提高电能质量、使电网中潮流分布更加合理、有效降低网损，都具有重要意义。

针对供电环节，调节有载调压变压器分接头和投切无功补偿设备是对电压无功进行控制的主要手段。

目前，单变电站的电压无功控制技术逐渐成熟，已经逐步应用到实际电力系统中，但这种方式从技术应用到管理模式上都有所局限。

由于其仅仅采集一个变电站的运行参数，未能实现对全网范围内各变电站的电容器和有载调压变压器分接头档位进行综合考虑协调控制，会出现局部优化而全网受影响的局面。

因此，改进现有调节方式，实现面向全网的电压无功优化和自动控制，不仅是提高电能质量满足用户需求的需要，还是电网安全、经济、稳定运行的需要。

电力系统无功优化是指在满足系统各种运行约束的条件下，通过优化计算确定发电机的端电压、有载调压变压器的分接头档位和无功补偿设备的投入容量等,以达到系统的有功网损最小，无功补偿设备的投资最小，无功补偿设备的补偿容量最小等。

国内外有关无功优化的文献报导有很多，但大多集中在对优化算法的研究上，对无功补偿设备的控制策略却少有提及。

随着电力系统的联系日趋紧密，控制动作间的相互影响已经不可避免和忽视。

能否协调控制好无功补偿装置，直接关系到是否可以防止系统电压的波动和振荡。

全网无功优化的数学模型无功优化问题是指某电力系统在一定运行方式下, 满足各种约束条件, 达到预定目标的优化问题, 它涉及无功补偿装备投入地点的选择、无功补偿装置投入容量的确定、变压器分接头的调节和发电机机端电压的配合等, 是一个多约束的非线性规划问题。

在配电网无功优化中，目标函数通常要考虑以下几个方面：(1) 网损最小； (2) 电压水平最好；(3) 无功补偿容量最小； (4) 综合经济效益最好。

不同的目标函数，确定的补偿方案也不同。

优化规划中，可以根据不同的目标选择需要的数学模型。

以配电网年综合费用最小为目标函数，在系统多负荷水平下综合考虑系统网损费用、无功补偿费用、电压水平等因素，将补偿电容器的组数设为离散的决策变量，在保证电压水平的同时保持系统有较好的经济性。