变电站电压无功的控制研究

　　1 引言

　　电力系统中，电压时衡量电能质量的一项重要 指标，电压波动过大，不仅影响电气设备的利用效 率和使用寿命，而且会危及系统的安全稳定运行， 甚至会引起电压崩溃，并造成大面积的停电事故。 同时，无功功率也是影响电压质量的一个重要因素， 实现无功的分层、分区就地平衡，是降低网损的重 要手段，因此各级变电站承担着电压无功调节的重 要任务。

　　在变电站中，电压无功控制（voltage reactive power control，VQC）主要采取的是利用有载变压 器和并联补偿电容器组进行局部的电压及无功补 偿的自动调节，以保证负荷侧母线电压在规定的范 围内及进线功率因素尽可能接近 1。 VQC 保证了电压合格、无功基本平衡，同时也减少了变压器和电 容器的调节次数。频繁操作有载调压变压器分接头 开关和投切并联补偿电容器会引起变压器和开关 设备故障，因此各变电站对其每天的调节次数均有 严格的限制。采取合理的控制策略和控制手段，能 够降低电容器组的平均运行温度、减少投切开关的 动作次数及变压器分接开关的调节次数，可延长开 关、电容器、变压器的使用寿命。

　　变电站电压无功的调节性能与VQC的控制策 略是密切相关的。 VQC装置的研究是从上世纪70年 代开始的，如今内外已形成了一整套比较成熟的控 制策略［1~3］。近年来，随着电力系统信号采集和处 理技术、高速通信技术和卫星同步授时技术的迅速 发展［4］，为区域电网电压与无功的多级分层与分 区协调控制提供了技术支撑［5］。

　　本文首先论述了变电站无功综合控制的几种控制方式，随后对各种变电站电压无功控制策略做了详细的介绍和分析，最后对现在变电站常用的 “九区图”法的改进策略作了详细说明和分析。

　　2 变电站电压无功综合控制的主要方式

　　当系统无功电源不足时，不宜采用调整变压器变比的方法来提高电压，而必须增设无功补偿装置。 目前，国内外主要采用有载调压变压器和补偿并联电容器组，通过自动调节有载变压器的分接头位置和投切并联电容器来实现调节电压合格和无功平衡的目的。其控制方式分三种［6］：

　　2.1 集中控制方式

　　集中控制是指在调度中心对各个配电中心的调压 设备和无功补偿设备进行统一控制。这种控制方式 从理论上讲是保持系统电压正常和实现无功平衡 以及提高系统运行可靠性和经济性的最佳方案。但 它要求调度中心必须具有因地制宜的电压和无功 优化实时控制软件，而且它需要对各配电中心具有

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　　遥测、遥信和遥控的功能， 对通道的可靠性要求高。 另外，最好各配电中心具备智能执行单元。但在我 国目前各变电站的基础自动话层次不一的情况下， 实现全系统的集中优化控制难度还比较大。

　　2.2 分散控制

　　分散控制是我国当前进行电压无功综合控制 的组要方式。它是在各个变电站或发电厂中，自动 调节有载调压变压器的分接头位置和其它电压调 节器，控制无功功率补偿设备的工作状态，使得当 前负荷变化时，该地区的电压和无功功率保持在规 定的范围内。分散控制对提高受控站供电范围内的 电压质量和降低局部网络变压器的电能损耗，减轻 值班员的操作很有价值，但它只能实现局部优化， 无法实现全局优化。

　　2.3 关联分散控制方式

　　关联分散控制是指在正常运行情况下，由安装 在各站的关联分散控制装置根据设计好的控制规 律对电压进行控制，调控范围和整定值是从整个系 统的安全、稳定和经济运行出发，可先由电压无功 优化程序计算好，做出责任分散、控制分散、危险 分散;而在紧急情况下或系统运行方式发生大的变 动时，则可由调度中心直接控制或由调度中心修改 下属变电站所维持的母线电压和无功功率的整定 值，以满足系统安全、稳定、经济运行的新要求， 从而从根本上提高全系统的可靠性和经济性。该控 制方式要求执行关联分散控制任务的装置一方面 要有较高的智能水平，能够进行逻辑分析、判断、 自动修改调整控制规律;另一方面要有强大的通讯 能力和手段，既能方便地向上级调度中心递交正常 运行报告，又能接受调度中心的各种控制命令。但 是这种方式需要采用专门的关联分散控制装置，这 就会带来投资成本的增加。

　　3 电压无功控制的调节判据

变电站的电压无功控制其实是一个多目标（电 压合格、无功平衡）及多约束（无功功率上下限、 电压上下限、并联电容器投切次数和调压变压器分 接头动作次数）的最优控制问题。但是，对于这个 多输入多输出的闭环控制系统（MIMO），实际上很 难建立精确的数学模型。目前所采用的实用有效的 控制策略是根据工程实用算法得到