關(guān)于無功補(bǔ)償問題的探討及其解決方案

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)越來越高，電網(wǎng)、發(fā)電廠以及單機(jī)容量也越來越大，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)及無功補(bǔ)償等問題。

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)量與無功是密不可分的，可以說，電壓?jiǎn)栴}本質(zhì)上就是無功問題。解決好無功補(bǔ)償問題，具有十分重要的意義摘自:工變電器。

目前，許多地方電力系統(tǒng)的無功補(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)或無功補(bǔ)償。因此，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)無功補(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)中的無功功率保持平衡，即系統(tǒng)中的無功電源可發(fā)出的無功功率應(yīng)大于或等于負(fù)荷所需的無功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗。系統(tǒng)中無功功率的平衡關(guān)系式如下：

Qgc-Qld-Ql =Qr

式中 Qgc——電源發(fā)出的無功功率之和;

Qld ——無功負(fù)荷之和;

Ql——網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗之和;

Qr——系統(tǒng)可提供的備用無功功率。

Qr > 0，表示系統(tǒng)中無功功率可以平衡而且有適當(dāng)?shù)膫溆?Qr

Qgc包括全部發(fā)電機(jī)發(fā)出的無功功率Qg和各種無功補(bǔ)償裝置提供的無功功率Qc，即

Qgc=Qg+Qc

1.1.1 補(bǔ)償容量不足時(shí)的無功功率平衡

進(jìn)行系統(tǒng)無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)無功功率電源所提供的無功功率Qgcn，由無功功率平衡的條件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)無功功率電源提供的無功功率僅為Qgc(Qgc

1.1.2 系統(tǒng)無功功率電源充足時(shí)的無功功率平衡

在正常情況下(系統(tǒng)電壓為額定電壓)，如圖2所示，系統(tǒng)無功電源Q同電壓U的關(guān)系為曲線1，負(fù)荷的無功電壓特性為曲線2，兩者的交點(diǎn)a確定了負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓Ua。

當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，如曲線2所示，如果系統(tǒng)的無功電源沒有相應(yīng)增加，電源的無功特性仍然是曲線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′

1.2 無功補(bǔ)償原則

國(guó)家《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定，無功補(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。

無功補(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，避免無功電力長(zhǎng)途輸送與越級(jí)傳輸。

2 實(shí)行實(shí)時(shí)無功補(bǔ)償和電壓調(diào)節(jié)

為了實(shí)行實(shí)時(shí)無功補(bǔ)償，優(yōu)化無功潮流分布，提出一種全網(wǎng)無功補(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)。無功電壓實(shí)時(shí)控制流程見圖3。

2.3 無功補(bǔ)償與電壓優(yōu)化的控制原理

電力系統(tǒng)電壓無功限值區(qū)間的劃分(動(dòng)態(tài)9區(qū)圖)見圖4。根據(jù)該圖在各區(qū)內(nèi)，以最優(yōu)的控制順序和電壓無功設(shè)備組合使運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)入無功、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)整電壓和無功潮流的目的。

其中，U上、U下分別為電壓約束上、下限，Q上、Q下分別為無功約束上、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，無功合格。動(dòng)作方案同3區(qū)。

5區(qū)：電壓超上限，無功超下限。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，無功合格。動(dòng)作方案同7區(qū)。

9區(qū)：電壓、無功均合格。維持該運(yùn)行點(diǎn)，不發(fā)調(diào)整指令。