【毕业学位论文】（Word原稿）数字化变电站电压无功控制系统设计-电气工程及其自动化

数字化变电站电压无功控制系统设计 学 生 姓 名 ： 唐志坚 专 业 ： 电气工程及其自动化 指 导 教 师 ： 谢荣军 2012 年 1 月 I 摘 要 在变电站自动化系统的发展过程中，智能化开关、光电式互感器等机电一体化设备的出现，使变电站自动化技术逐步迈向数字化。同时，为实现不同厂家产品的互换性及互操作性，国际电工委员会制定了应用于变电站通信网络和系统的国际标准协议 1850。随着国民经济的 快速增长和人们生活质量的不断提高，用户对电能质量要求也不断提高。电压是衡量电能质量的一项重要指标，而无功补偿是保证电压质量合格的基本手段，因此变电站电压无功控制（ 保证电力系统优质、经济运行具有重要的意义。 本设计首先运用 力系统仿真模块集 立了 110电站的型进行潮流计算，得到电压、有功和无功等数据；同时按照 1850标准运用 建立了数字化变电站的逻辑节点模型。过程层通过 调用擎，以获得变量值和开关状态信息，同时基于 1850射到结合以太网技术，实现了变电站层和间隔层间的双机通信，以此建立了110字化变电站计算机监控系统，实现了遥信、遥测、遥控、遥调、 录、历史数据库等功能。 关键词 数字化变电站 ， 1850 协议 ，监控系统 ，电压无功控制 n of of in to of 1850 to to on of of of s is a of is to of is of to of of PS 10kV to to t in 1850 C + to a C + to to 1850to by to 10kV to 1850 录 摘 要 . I . 绪论 . - 1 - 言 . - 1 - 题的目的和意义 . - 1 - 课题目前的研究现状 . - 2 - 课题的主要工作 . - 2 - 2 数字化变电站概述 . - 4 - 言 . - 4 - 字化变电站自动化系统的特点 . - 4 - 字化变电站自动化系统的结构 . - 5 - 1850 标准简介 . - 6 - 章小结 . - 13 - 3 变电站电压无功综合控制 . - 14 - 言 . - 14 - 压无功综合控制目标 . - 14 - 区图控制策略 . - 15 - 七区图控制策略 . - 18 - 例分析 . - 21 - 章小结 . - 31 - 4 数字化变电站计算机监控系统设计 . - 33 - 言 . - 33 - 控系统设计 . - 33 - 章小结 . - 47 - 5 结论 . - 48 - 谢 辞 . - 50 - 参考文献 . - 25 - - 1 - 1 绪论 言 随着微处理器的发明与大规模的应用以及高速数字通信技术的发展，作为电力网络节点的变电站也迎来了新的“ 变革 ”。 众所周知，变电站是电力系统中不可缺少的重要环 节，它担负着电能转换和电能重新分配的繁重任务，对电网的安全和经济运行起着举足轻重的作用。尤其是现在大容量发电机组的不断投运和超高压远距离输电和大电网的出现，使电力系统的安全控制更加复杂，如果不进行技术改造的话，必然 无 法满足安全、稳定运行的需要，更谈不上适应现代电力系统管理模式的需求。 题的目的和意义 变电站自动化技术经过十多年的发展已经达到一定的水平 ， 在我国城乡电网改造与建设中不仅中低压变电站采用了自动化技术实现无人值班 ， 而且 在 220 从而大 大提高了电网建设的现代化水平 ， 增强了输配电和电网调度的可能性 ， 降低了变电站建设的总造价 1。 虽然全面微机化的综合自动化变电站实现了 系统内各设备间相互交换信息，数据共享 ， 完成 了 变电站运行监视和控制任务 ， 变电站综合自动化替代了变电站常规二次设备 ， 简化了变电站二次接线 ， 但是在变电站中仍然采用大量的常规式的断路器 ， 电磁式互感器等，这些设备运行时易受环境影响、维护工作量大、占用空间大、容易老化，在精度上也存在着一些缺陷 2；同时 ， 由于各个厂家遵循着各自的标准，使得不同厂家的 能电子设备 3）间的互操作性 以及互换性方面出现了严重的问题，导致一座变电站中只能使用同一个厂家的产品，而且一旦设备出现故障，只能由相应的厂家来进行维修或更换，如采用其他厂家的产品 ，又会带来其他一系列的问题。正当变电站自动化技术的发展遭遇“瓶颈”时 ， 光电式互感器的出现，用于变电站内互操作性的 1850 标准的颁布，光纤通信技术在电力系统中的普及，智能开关设备以及检测技术的发展，变电站综合自动化技术迈进了数字化的新阶段，使得变电站内用网络进行数据交换成为可能。“数字化变电站”和“数字化电网”的概念已被逐步提出，全数字化俨然成为未来变 电 - 2 - 站乃至整个电网发展的目标 4。 同时， 电压 作为 衡量电能质量的主要指标之一，保证用户处的电压接近额定值，是电力系统运行控制的一项基本任务。电压偏移过大不仅对用户的正常工作产生不利影响，还可能使网损增大，甚至危及系统运行的稳定性。充分利用各种调压手段和无功补偿装置实现电压无功的综合控制对提高电能质量和降低网损具有重要的意义。目前我国配电变电站调压的主要手段是采用有载调压变压器和并联补偿电容器组，在目前广泛采用计算机实施自动控制的情况下，出现了多种控制策略。显然基于一种控制目的而出现了多种控制策略的原因在 于各种控制策略均存在着一些不足之处，甚至涉及一些原则性的不妥之处，因此对这些控制策略进行深 入 的分析很有必要，在此基础上方能寻找出理论上合理、工程上实用的控制方法 5。 课题目前的研究现状 随着光电式互感器的出现，用于变电站内互操作性的 1850 标准的颁布，光纤通信技术在电力系统中的普及，智能开关设备以及检测技术的发展，变电站综合自动化技术迈进了数字化的新阶段，使得变电站内用网络进行数据交换成为可能。“数字化变电站”和“ 智能 电网”的概念已被逐步提出，全数字化俨然成为未来变电站乃至整个电 网发展的目标 6。同时，新的电压无功控制策略引入了 主变高压侧电压和补偿电容电流的实际值作为参考变量，从而有效地减少了主变的调节次数以及投切振荡。 课题 的主要工作 针对数字化变电站电压无功控制这一课题，本次设计主要任务包括： 1 了解数字化变电站 的基本概念 和 数字化变电站的优点。 2 深入研究基于 1850 的 变电站和线路设备的基本通信结构以及特殊通信服务映射（ 采用抽象通信服务接口（ 1850立数字化变电站的设备模型，采用公共数据类（ 1850定义各个设备模型中的数据，最后将各个设备模型节点以及各节点中的模型数据映射到制造报文规范（ 1850 3 研究 变电站电压无功综合控制 （ 基本原理 ， 学习变电站无功控制策 - 3 - 略，理解传统九区图控制方法存在的缺陷，使用改进的区域图控制策略 十七区图控制策略，实现数字化变电站的电压无功控制。 根据电压无功综合控制原理，编写软件 序。 4 使用 基于 境的电力系统仿真模块集 建立 110字化变电站模型， 进行潮流计算等，以 得到 监控系统 中所有遥测 、遥信 值。 5 使用 +计 110字化变电站 计算机 监控系统，实现 监控系统 的基本功能（遥测，遥控，遥调，遥信 ， 史数据库 等） 。 6 使用 +用 擎，以获得数字化变电站间隔层的各测控装置的测量值。 - 4 - 2 数字化变电站概述 言 变电站自动化技术经过十多年的发展已经达到一定的水平，随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在线状态检测、变电站运行操作培训 仿真等技术日趋成熟，以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用，全数字化的变电站自动化系统即将出现 8。 字化变电站自动化系统的特点 目前，“数字化变电站”技术是我国电力系统研究的热点，也是变电站技术发展的方向，但对“数字化变电站”很难进行明确地定义。我们现阶段讨论的“数字化变电站”应该是数字化变电站自动化系统发展的一个阶段，在这个阶段，数字化变电站有着如下的优点 9： 能化的一次设备 一次设备的信息采集到逻辑控制的过程中均采用微处理器和光电技术设计。从而简化了常规机电式继 电器及控制回路的结构。可编程序代替了变电站二次回路中常规的继电器及其逻辑回路；同时，光电数字和光纤代替了常规的强电模拟信号和控制电缆。 络化的二次设备 在数字化变电站中，常规的二次设备全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造，设备之间的连接全部采用高速的网络通信，二次设备不再出现常规功能装置重复的 I/O 现场接口。此外，各种 送的数据由其所连接的交换机传输到整个网络上实现共享，从而取代了传统模式下点对点的传输方式。 动化的运行管理系统 变电站运行管理自动化系统的功能更加 全面，利用智能的分析软件，在变电 站运 - 5 - 行发生故障时能即时提供故障分析报告，指出故障原因，提出故障处理意见。 同时根据当前站内设备的运行状态进行状态分析，使设备的“定期检修”向“状态检修”的转变成为可能。 字化变电站 自动化 系统 的 结构 10 数字化变电站自动化系统的结构在物理上可分为两类，即智能化的一次设备和网络化的二次设备 11；在逻辑结构上可分为三个层次，根据 信协议草案定义，这三个层次分别称为“过程层”“、间隔层”“、 变电站层 ”，如图 通 信 控 制主 站 控 制 单 元主 站 运 行 支 持单 元L A N 1局 域 网 接 口 设 备保 护 测 控保 护测 控 各 类 通 信 装 置L A N 2智 能 执 行 装 置 智 能 执 行 装 置一 次 设 备图 字化变电站 系统结构 示意图 电站层 变电站层 包括监控主机、远动通信机等，其主要任务是：（ 1）通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息，不断刷新实时数据库，按时登录历史数据库；（ 2）按既定规约将有关数据信息送向调度或控制中心；（ 3）接收调度或控制中心有关控制命令并转间隔层、过程层执行；（ 4）具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能；（ 5）具有 (或备有 )站内当地监控，人机联系功能，如显示、操作、打印、报警， 变电站层层层 间隔层 过程层 - 6 - 甚至图像，声音等多媒体功能；（ 6） 具有对间隔层、过程层诸设备的在线维护、 在线组态，在线修改参数的功能；（ 7）具有（或备有）变电站故障自动分析和操作培训功能 12。 隔层 间隔层一般按断路器间隔分，具有测量、控制元件或继电保护元件。设备的主要功能是：（ 1）汇总本间隔过程层实时数据信息；（ 2）实施对一次设备保护控制功能；（ 3）实施本间隔操作闭锁功能；（ 4）实施操作同期及其他控制功能；（ 5）对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制；（ 6）承上启下的通信功能，即同时高速完成与过程层及 变电站层 的网络通信功能。必要时 ，上下网络接口具备双口全双工方式，以提高信息通道的冗余度，保证网络通信的可靠性。 程层 过程层通常有称为设备层，主要指变电站内的变压器和断路器、隔离开关及其辅助触点，电流、电压互感器等一次设备。过程层是一次设备与二次设备的结合面，或者说过程层是指智能化电气设备的智能化部分。过程层的主要功能分三类：（ 1）电力运行实时的电气量检测：主要是电流、电压、相位以及谐波分量的检测，其他电气量如有功、无功、电能量可通过间隔层的设备运算得出。（ 2）运行设备的状态参数检测：主要有变压器、断路器、刀闸、母线、 电容器、电抗器以及直流电源系统。（ 3）操作控制执行与驱动：主要包括变压器分接头调节控制，电容、电抗器投切控制 ， 断路器、刀闸合分控制 ， 直流电源充放电控制 13。 1850 标准简介 随着变电站自动化技术的快速发展，国内外厂商相继推出了多种变电站自动化系统的产品。而目前一个普通的变电站使用的产品可能是出自不同的厂家，在国际化的、统一的变电站自动化系统通信协议体系标准 1850还未制定的时候，由于没有统一标准，各个厂商的网络和通信协议各式各样、互不兼容。当需要对某个变电站进行自动 化监控设计时，就必须对该变电站所使用厂家的产品 - 7 - 的通讯规约非常熟悉，才可以完成整个系统的构建。 1850 的介绍 1850 制定的思路是 :（ 1） 提高互操作 ， 工程实现方便 ；（ 2） 应对通信技术和网络技术发展的挑战 ；（ 3） 满足应用技术迅猛发展的要求 ；（ 4） 面向对象 ，而非局限于具体设备。 1850 标准包括以下十部分内容 13： 一、 1850绍和概述 从整体上介绍了 1850 标准的框架和结构，还介绍了该标准制定的方法以及该标准如何适应通信技术的 不断发展。 二、 1850语 给出了 1850 标准中变电站自动化系统专门的术语词汇表。 三、 1850体要求 本标准适用于变电站自动化系统（ 它定义了站内智能电子设备之间的通信及相关的系统要求，属于通信网络的总体要求。它也述及环境条件和供电要求的指导方针，根据其它标准和规范，对相应的特定要求提出了建议。 四、 1850统和工程管理 本标准适用于变电站自动化系统，它定义了变电站中的智能电子设备（ 间的通讯及相关要求。它包括以下几个方 面： （ 1）工程过程及其支持工具； （ 2）整个系统及其 寿命周期； （ 3）始于研发阶段，直至 其 产和退出运行的质量保证。 五、 1850能和设备模型的通信要求 本标准使用于变电站自动化系统（ 对智能电子设备之间的通信和相关 系统要求进行了标准化。 本部分规范变电站自动化系统所完成功能的通信要求和装置模型。所有功能和通信要求均加以辨别区分。 功能的描述并不是用于功能标准化，而是用于辨别区分技术服务和变电站之间、变电站内智能装置（ 间的通信要求。基本 目标是所有相互作用中互操作性。 对功能和实现标准化，完全超出本标准的范围，因而，不能假设将功能分配到 - 8 - 装置仅有一个方法。为支撑功能自由分配的要求，定义了功能适当分解，将功能分解为相关通信部分，给出其交换数据和性能要求。对典型变电站配置，由数据 流计算补充这些定义。 变电站的电子装置，譬如保护装置也可能安装在像电厂这样的场所，对于在这些场所安装的装置，使用本标准将使得他们更容易集成，但这已超出本标准讨论的范围。 六、 1850电站自动化系统结构语言 规定了描述通信有关的智能电子装置 置和参数、通信系统配置、开关间隔（功能）结构及它们之间关系的文件格式。规定文件格式的主要目的是：可以使用某种兼容的方式，在不同厂家提供的智能电子装置 理工具间，交换智能电子装置能力描述和变电站自动化系统描述。 所定义的语言称为变电站配置描述语言 变电站配置描述语言 ，智能电子装置 通信系统模型根据本系列标准第 5 和第 7 部分建立。在某些适当部分，可能要求特殊通信服务映射 门扩展或使用规则。 变电站配置描述语言基于扩展增强语言（ 。 本标准既不规定使用该语言的各别实现措施或产品，也不约束计算机系统内整体实现的方法和接口。尽管配置数据下载格式可作为配置数据的一部分，但本标准不规定配置数据下载到智能电子装置 的格式。 七、 1850电站和线路（馈线）设备的基本通信结构 1、 1850原理和模型 ： 介绍在 1850用到建模方法 、 通信原理以及信息模型，此外，还提供与 1850185018501850间相关的解释和要求以及解释 1850抽象服务和模型是如何映射到 1850义的具体通信栈上。 2、 1850抽象通信服务接口 该节定义的抽象通信服务接口 于 智能电子设备 间实现实时协作的变电站领域，并 且 独立于底层的通信系统，主要包括以下几个方面 ： （ 1）全部信息的分层类模型； （ 2）对类模型进行操作的服务； （ 3）与每个服务相关的参数。 供两种类型的抽象接口： （ 1）描述客户与远方服务器之间通信的抽象 接口； - 9 - （ 2） 用于一台设备的一种应用与不同设备的许多远方应用之间快速、可靠的系统范围内的时间分布以及采样测量值的抽象接口。 3、 1850共数据类 ： 定义了与变电站应用相关的公共属性类型和公共数据类，这些公共数据在 1850被使用，公共数据属性通过 1850定义的服务被访问。 4、 1850兼容逻辑节点类与数据类 :定义与变电站相关的设备及功能的信息模型，特别是在 用于通信的可兼容逻辑节点名称和数据名称，包括逻辑节点与数据之间的关系 。 八、 1850殊通信服务映射（ 一部分详细说明了在局域网上交换实时数据的方法，将抽象通信服务接口（ 射到制造报文规范的服务和协议，这些服务和协议运行在开放系统互联（ 传输控制协议（ 信框架之上。这部分包含了用于支持集中式和分布式体系的一些规定。这个标准包含实时数据指示、控制操作和报告通知等的数据交换 14。 抽象通信服务接口（ 制造报文规范（ 映射定义了抽象通信服务接口（ 概念、对象和服务是如何使用制造报文规范（ 概念、对象和服务实现的。这种映射允许不同制造商通过执行功能进行互操作。 这个标准既没有定义具体的实现方法或产品，也没有限制在计算机系统内某个实体的实现方法和接口。该标准鼓励制造商在定义新的设备和对象模型时进行创新，以提供附加的功能。注释 制造报文规范映射到底层通信栈包括广域网、局域网、现场总线或点对点通信等多种选择。 九、 1850殊通信服务映射 1、 1850通过单向多路点对点串行通信连接的模拟采样值：这一部分规定了间隔层和过程层之间通信的特殊通信服务映射 ，特别地，它规定了建立在与 0044一致的单向多路点对点连接之上的映射。标准这一部分的适用 范围于变电站内电子式电流或电压互感器（ 组合单元和诸如继电器保护这样的间隔层设备之间的通信。如果需要更高的采用率，或者除了通用数据集以外还需要其他采样值数据集，或者是采用了间隔层之间的通信和同步，这些都将是 1850涵盖的内容 14。 2、 1850上的模拟量采样值：该部分详细说明了依照该标准的第 7分中的抽象规范而定义 的传输模拟量采样值的特殊通信服务映射，它是一个使用直接利用 结合变电站层特殊服务映射（ 的采样值传输连结的混合协议栈上的抽象模型的影射。 - 10 - 每一个特殊服务映射（ 由三个部分组成： （ 1）老协议栈的规范； （ 2）第 7 部分的抽象规范在老协议栈的实际应用上的映射（即传输模拟量采样值的模型）； （ 3）老协议栈中所未包含的功能性实施规范。 十、 1850致性测试 这部分规定变电站自动化系统和设备的一致性测试方法。另外，给出设置测试环境的准则和规定互操作 的等级。 本部分主要论述通信一致性测试，所以本部分不涉及安全和 要求，这些在 1850分，而这些检验必须按照本部分的规定去做。 1850 标准的主要内容 能建模 由变电站自动化系统执行的任务称之为功能。一般来讲，一个功能是由若干一些相互交换数据的部分组成，这些部分称之为逻辑节点（ 逻辑节点通过逻辑连接（ 连，从而实现不同功能之间数据的交换 15。 信信息片（ 述两个逻辑节点间具有给定通信属性的信息交换。 包含待传输的信息和要求的属性，如性能。它并不是在通信网络上传输的数据的实际结构和格式。这部分信息可在1850 1850查询。假设的逻辑点对点连接描述的是交换信息的源和目的地，而不是规定通信过程，因而多点和广播通信过程未排除在外。 1、变电站层功能 变电站层功能将变电站看作一个整体，分为相关变电站层功能处理和接口两类。 2、间隔层功能 16 间隔层功能是那些主要使用间隔数据，作用于间隔内一次设备 的功能。 1850 标准中，间隔值变电站中任一部分，如线路、串或线路变压器组等。间隔的定义正在考虑变电站一次结构中某种广义的子结构和二次系统中（变电站自动化）某些本地功能，即自治功能。这样一些功能如线路保护、间隔控制。它们在间隔层内，经逻辑接口 3 通信，经逻辑接口 4 和 5 与过程层，即远方 I/O，智能传感器 和控制器通信。接口 4 和接口 5 也可能是使用电缆连接，但这种电缆接线接口不属于 1850 范围。 - 11 - 图 电站自动化系统功能层和逻辑接口 3、过程层功能 过程层功能之指与过程接口的全部功能， 基本状态量和模拟量输入输出功能，像采样、发出控制命令。过程层功能经逻辑接口 4和 5与间隔层通信。 据建模 17 在 1850 中 ， 逻辑节点 穿于整个 1850 体系结构。一个 示一个物理设备内的某个功能 （ 如节点 示距离保护功能 ， 节点 示断路器功能等 ）， 它执行一些特定的操作。逻辑节点之间的相互作用指每个逻辑节点的服务和数据之间的相互作用。装置之间的相互作用也是通过逻辑节点的数据和服务实现的。逻辑节点和包含在逻辑节点内的数据是描述实际系统和功能的基础。 具有特定意义的数据通过服务和外部环境进行相互作用。 1850定义了 30 种公共数据用于表示状态、测量、可控状态、可控 模拟量、状态设置、以及模拟量设置等信息。 信息模型的创建过程是利用逻辑节点搭建设备模型，首先使用已经定义好的公 共数据类（ 这些数据类属于专门的公共数据类，并且每个数据（ 继承了相应公共数据的数据属性。 1850定义了这些数据代表的含义。 然后将所需的数据组合在一起就构成了变电站自动化系统的某个特定功能，并且 逻辑节点可以 被重复用于描述不同结构和型号的同种设备所具有的公共信息。 - 12 - 信协议 18 1、变电站层与间隔层之间的通信 1850 18501850 1850定义的信息模型 映射到 造报文规范）的特殊通信服务映射，这一映射和服务运行在系统互连（ 传输控制协议（ 信框架之上，实现了数据的交换。 2、间隔层与过程层之间的通信 1850括用于 采样值传输的抽象服务的映射，适用于电子式电流或电压互感器的接口 合并单元与间隔设备（例如继电保护）之间的通信； 18501850的在于实现采样值模型及其服务到通信栈的完全映射。 电站自动化系统工程和一致性测试 开 始静 态 性 能 检 查选 择 和 参 数动 态 测 试基 本 联 接 测 试能 力 测 试行 为 测 试结 果 分 析一 致 性 测 试 组动 态 一 致 性 要 求静 态 一 致 性 要 求M I C X I 流数 据 流P I C 一 致 性 检查 综 合 和 结 论出 测 试 报 告结 束图 致性评价过程 一致性 测试的要求分为两类：静态一致性要求和动态一致性要求。静态一致性要求规定，完成要求的实现方法。而动态一致性要求 规定由用于特定实现方法 - 13 - 的协议引出的要求。静态和动态一致性要求定义为协议实现一致性说明（ 于：（ 1）适当的测试集的选择；（ 2）保证执行适合一致性要求的测试；（ 3）提供静态一致性观察的基础。 图 3给出评价一致性的过程， 其中用到标准的 型实现的一致性说明 用于测试的协议实现附加信息 章 小结 本章介绍了数字化变电站自动化系统的结构和特点 ， 简单介绍了 1850各部分 的内容，并对该标准进行了详细的阐述， 说明了利用 1850 标准提供的信息模型对 备进行建模的方法 。 从数字化变电站的特征来看， 数字化变电站技术是变电站自动化技术发展中具有里程碑意义的一次变革，其主要特征是 “ 一次设备智能化，二次设备网络化，符合 1850 标准 ” ，即数字化变电站内的信息全部做到数字化，信息传递实现网络化，通信模型达到标准化，使各种设备和功能共享统一的 信息平台。与常规变电站相比，数字化变电站间隔层和 变电站层 的设备及网络接口只是接口和通信模型发生了变化，而过程层却发生了较大的改变，由传统的电流、电压互感器、一 次设备以及一次设备与二次设备之间的电缆连接，逐步改变为电子式互感器、智 能化一次设备、合并单元、光纤连接等内容。 与此同时， 为了使系统集成和扩充变得简单方便 ， 定了变电站通信网络和系统标准 1850。 1850 提供了直接访问现场设备 ， 对各个制造商的设备用同一种方法 进 行访问。它利用面向对象技术 ， 定义了 分层对象模型和作用于每 层对象的抽象服务 ， 使数据对象自描述成为可能 ， 为不同制造商的 可以看出， 采用 1850 国际标准可以大大提高变电站自动化技术水平、提高变电站自动化安全稳定运行水平，节约开发验收维护的人力物力，实现完全的互操作。 - 14 - 3 变电站电压无功 综合 控制 言 电压幅值是衡量电能质量的主要指标之一，保证用户处的电压接近额定值，是电力系统运行控制的一项基本任务。电压偏移过大不仅对用户的正常工作产生不利影响，还可能使网损增大，甚至危及系统运行的稳定性。充分利用各 种调压手段和无功补偿装置实现电压无功的综合控制对提高电能质量和降低网损具有重要的意义。 目前我国配电变电站调压的主要手段是采用有载调压变压器和并联补偿电容器组，在目前广泛采用计算机实施自动控制的情况下，出现了多种控制策略。显然基于一种控制目的而出现了多种控制策略的原因在于各种控制策略均存在着一些不足之处，甚至涉及一些原则性的不妥之处，因此对这些控制策略进行深 入 的分析很有必要，在此基础上方能寻找出理论上合理、工程上实用的控制方法。 压无功综合控制目标 电力系统中，电压和无功功率的调整对电网的输电 能力、安全稳定运行水平 和降低电能损耗有极大的影响。因此要对电压和无功功率进行综合调控，保证实 现包括电力部门和用户在内的总体运行技术指标和经济指标最佳，具体的调控目 标如下： 1、保证供电电压在规定范围内 根据 电能质量供电电压允许偏差 中规定， 10以下三相供电电压允许偏差为额定电压的 7%； 35以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的 10%； 220相供电电压允许偏差为额定电压的 7%、 10%。 2、维持电力系统稳定和无功的基本平衡 为了保证电压的合格，主输电网络应 实现无功分层平衡，地区供电网络应实现无功分区就地平衡的原则，保证各级变电所母线电压在规定范围内。保证无功平衡，对保证电网稳定性，减少网损是十分有益的。在保证电压合格的前提下，应使网损尽量小。 3、 尽量减少控制对象的动作次数，尤其是减少有载分接头的调节次数 - 15 - 由于变压器在电网中的重要地位，应对其进行重点保护，在有载调节分接头时，会出现短时的匝间短路产生电弧，会对分接头的机械和电气性能产生影响，也会影响变压器油的性能。因此，变电站严格限制了有载分接头的日最大调节次数（一般 110压器为 10 次， 35 压器为 20 次），并对总的动作次数作出限制，一般要求分接头动作 3000 次后必须停电检修。变电站对电容器组的日最大投切次数作出了限制（一般为 30 次）。 区图控制策略 九区图控制策略是目前国内变电站的电压无功控制装置普遍采用的控制策略，它 是按照固定的电压和无功（或变电站进线端功率因数）上、下限将电压 无功划分为九个区域，每个区域有各自的控制策略。 其控制目标是要使系统流出变压器的无功功率和变压器低压侧母线电压均在给定的范围内。除区域 9（中间区域）同时满足电压和无功条件外，其余 8 个区域均不能同时满足电 压、无功两个条件，从而提出相应的调节方式。 根据国内的档位规定： +8 接头为 1 档、 +7 2 档、 7 16 档、 8 17 档。按此规定，上调档位，变比减小，电压升高；下调档位，变比增大，电压降低。本文所涉及到的分接头调节均根据此规定执行。 在恒定阻抗负荷模型下， 有载调压变压器和并联补偿电容器的基本调节规律为 ： 变压器分接头上调（或下调）后， 变比 k 增大（或减小）， 2U 降低（ 或 升高 ）， 1或 增大 ）， 质不变 ， 一般调节分接头对无功的影响不大 ； 投入（或切除）电容器后， 小（或 增 大）， 2U 升高 （或 降低 ）， 变小）。 （注：此处的变压器分接头调节规律是根据实际的调节状况来定的。） 区图基本原 理 如图 示九区图（也叫“井”字图）中， 变压器低压侧母线电压，变压器高压侧母线无功功率，从而构成电压 无功功率控制模式。无功越上限，表示电网中无功不足；无功越下限，表示电网中无功过 剩，变电站向电网 送无功（ 110以下变电站原则上不允许向电网倒送无功，但实际也允许略微倒送）。为防止电容投切振荡，无功上下限之差至少为投切 1 组电容器所引起的 无功最大变化量。九区图的电压、无功上下限一般在某个负荷时段取固定，并按 - 16 - 照逆调