关于实时无功补偿问题的探讨及其解决方案

关于实时无功补偿问题的探讨及其解决方案摘要：根据无功功率的平衡原理,依据无功补偿的原则,介绍无功补偿和电压优化控制原理及流程,并以实例说明其应用效果。关键字：无功功率电压分析实时补偿随着我国电电力工业的迅迅猛壮大，电电网逐步扩张张，电力负荷荷增长很快，电电压等级越来来越高，电网网、发电厂以以及单机容量量也越来越大大，电网覆盖盖的地理面积积在不断扩大大。但是，由由于地理环境境、燃料运输输、水资源及及经济发展规规模等诸多因因素的影响，致致使电源(发电厂)分布不均衡衡，要保证系系统的稳定和和优良的电能能质量，就必必须解决远距距离输电、电电压调节及无无功补偿等问问题。电压是电能能质量的重要要指标之一，电电压质量对电电网稳定及电电力设备安全全运行、线路路损失、工农农业安全生产产、产品质量量、用电单耗耗和人民生活活用电都有直直接影响。无无功电力是影影响电压质量量的一个重要要因素，电压压质量与无功功是密不可分分的，可以说说，电压问题题本质上就是是无功问题。解解决好无功补补偿问题，具具有十分重要要的意义。目前，许多多地方电力系系统的无功补补偿和电压调调节依然采用用传统的调节节方式，有载载调压变压器器、静电电容容器等只能手手动调节和投投切,不能实现实实时电压调节节或无功补偿偿。因此，实实现实时无功功补偿以保证证电力系统电电压的连续稳稳定性，是本本文研究和探探讨的主要方方向。1相关理论论1.1无功功功率平衡欲维持电力力系统电压的的稳定性，应应使电力系统统中的无功功功率保持平衡衡，即系统中中的无功电源源可发出的无无功功率应大大于或等于负负荷所需的无无功功率和网网络中的无功功损耗。系统统中无功功率率的平衡关系系式如下：Qgc-QQld-Qll=Qr式中Qgcc——电源发出的的无功功率之之和;Qld———无功负荷之之和;Ql——网网络中的无功功损耗之和;Qr——系系统可提供的的备用无功功功率。Qr>0，表表示系统中无无功功率可以以平衡而且有有适当的备用用；Qr<0，表示系统统中无功功率率不足，此时时，为保证系系统的运行电电压水平，就就应考虑加设设无功补偿装装置。Qgc包括括全部发电机机发出的无功功功率Qg和各种无功功补偿装置提提供的无功功功率Qc，即Qgc=QQg＋Qc1.1.11补偿容量不不足时的无功功功率平衡进行系统无无功功率平衡衡的前提是保保持系统的电电压水平正常常，否则，系系统的电压质质量就得不到到保证。在图图1所示的系统统无功功率负负荷的静态电电压特性曲线线中，在正常常情况下，系系统无功功率率电源所提供供的无功功率率Qgcn，由无功功功率平衡的条条件Qgcn--Qld-QQl=0决定的电压压为Un，设此电压压对应于系统统正常的电压压水平。但假假如系统无功功功率电源提提供的无功功功率仅为Qgc(QQgc<QGGCN)，此时虽然然系统中的无无功功率也能能平衡，但平平衡条件所决决定的电压水水平为U，而U显然低于UN。在这种情情况下，虽然然可以采取某某些措施，如如改变某台变变压器的变比比来提高局部部地区的电压压水平，但整整个系统的无无功功率仍然然不足，系统统的电压质量量得不到全面面改善。这种种平衡是系统统无功功率不不足时达到的的平衡，是由由于系统的电电压水平下降降，无功功率率负荷本身具具有的电压调调节效应，使使全系统的无无功功率需求求有所下降而而达到的。1.1.22系统无功功功率电源充足足时的无功功功率平衡在正常情况况下(系统电压为为额定电压)，如图2所示，系统统无功电源Q同电压U的关系为曲曲线1，负荷的无无功电压特性性为曲线2，两者的交交点a确定了负荷荷节点的电压压Ua。当负荷增加加时，如曲线线2所示，如果果系统的无功功电源没有相相应增加，电电源的无功特特性仍然是曲曲线1，这时曲线1和曲线2的交点a＇就代表了了新的无功功功率平衡点，并并由此决定了了负荷点的电电压为Ua′，显然Ua′<UA,说明负荷增增加后，系统统的无功功率率电源已不能能满足在电压压UA下的无功平平衡，只能降降低电压运行行，以取得较较低电压下的的无功功率平平衡；但如果果系统无功电电源比较充足足，通过补偿偿，电源的无无功特性将上上移到曲线1′的位置，从从而使曲线1′与2′的交点C所确定的负负荷节点电压压达到或接近近原来的数值值UA。由此可见见，若系统的的无功功率电电源比较充足足，系统就能能具有较高的的运行电压水水平;反之，系统统的无功功率率电源不足，则则反映为系统统运行电压水水平偏低。因因此，应该力力求实现在额额定电压下的的系统无功功功率平衡，根根据这个要求求来装设必要要的无功功率率补偿装置。1.2无功功补偿原则国家《电力力系统电压和和无功电力技技术导则》规规定，无功补补偿与电压调调节应以下列列原则进行。a.总体平平衡与局部平平衡相结合；；b.电力补补偿与用户补补偿相结合；；c.分散补补偿与集中补补偿相结合；；d.降损与与调压相结合合，以降损为为主。无功补偿应应尽量分层(按电压等级)和分区(按地区)补偿，就地地平衡，避免免无功电力长长途输送与越越级传输。2实行实时时无功补偿和和电压调节为了实行实实时无功补偿偿，优化无功功潮流分布，提提出一种全网网无功补偿和和电压优化实实时控制方法法，以实现从从离线处理转转化为实时处处理，提高全全网各节点电电压合格率，减减少网损，取取得较好的经经济性。2.1控制制无功补偿和和电压优化的的规则以全网网损损尽量小、各各节点电压合合格为目标，以以调度中心为为控制中心，以以各变电站的的有载调压变变压器分接头头调节与电容容器投切为控控制手段。2.2控制制流程首先从调度度自动化系统统采集数据，送送入电压分析析模块和无功功分析模块进进行综合分析析，形成变电电所主变分接接头调节指令令、变电所电电容器投切指指令，由调度度中心、集控控中心、配调调中心控制系系统执行，循循环往复。无无功电压实时时控制流程见见图3。2.3无功功补偿与电压压优化的控制制原理电力系统电电压无功限值值区间的划分分(动态9区图)见图4。根据该图图在各区内，以以最优的控制制顺序和电压压无功设备组组合使运行点点进入无功、电电压均满足要要求的第9区。电压控制按按照逆调压原原则，当电压压变化超出电电压曲线的允允许偏差范围围(U上—U下)或超出无功功功率允许偏偏差范围(Q上—Q下)时，根据整整定的偏移量量发出电容器器投切指令或或变压器分接接头调整指令令，从而达到到调整电压和和无功潮流的的目的。其中，U上上、U下分别为电电压约束上、下下限，Q上、Q下分别为无无功约束上、下下限，各区动动作方案如下下。1区：电压压超下限，无无功超上限。设设定电容器投投入容量，并并发出电容器器投入指令，当当电容器全部部投入后，电电压仍低于U下时，发出出变压器分接接头升压调节节指令。2区：电压压合格，无功功超上限。发发出电容器投投入指令，当当电容器全部部投入后运行行点仍在该区区，则维持运运行点。3区：电压压超上限，无无功超上限。发发出变压器分分接头降压调调节指令；当当有载调压已已处于下限时时，再发出上上一级变压器器分接头调节节指令。4区：电压压超上限，无无功合格。动动作方案同3区。5区：电压压超上限，无无功超下限。发发出电容器切切除指令，当当电容器全部部切除后，电电压仍高于U上时，再发发出变压器分分接头降压调调节指令。6区：电压压合格，无功功超下限。发发出电容器切切除指令，当当电容器全部部切除后，运运行点仍在该该区，则维持持该运行点。7区：电压压超下限，无无功超下限。发发出变压器分分接头升压调调节指令，当当有载调压已已处于上限时时，再发出电电容器投入指指令。8区：电压压超下限，无无功合格。动动作方案同7区。9区：电压压、无功均合合格。维持该该运行点，不不发调整指令令。3应用分析析某区域电网网接线示意图图见图5。以#6变电电站为例，假假设其运行于于1区，即10kV母线电压低低于其电压曲曲线下限，同同时变压器高高压侧所受无无功功率潮流流高于其整定定上限，那么么，控制系统统会根据采集集到的实时数数据，先进入入电容器调节节程序，计算算确定应投入入的电容器容容量，条件是是电容器投入入后，10kV侧不得向35kV侧反送无功功或不得超出出无功受电的的整定下限。如如果电容器全全部投入后，仍仍然不能满足足要求，系统统会进入变压压器分接头计计算程序，并并根据计算结结果，发出变变压器分接头头调节指令，强强行提高低压压侧母线电压压，使其达到到或高于电压压曲线下限，但但此时变电站站无功负荷潮潮流不一定满满足整定要求求，可以根据据对负荷的预预测，增加电电容器的装设设容量。若运行于22区，即10kV母线电压达达到或高于其其电压曲线下下限，同时变变压器高压侧侧所受无功功功率潮流高于于其整定上限限，则控制系系统只进入电电容器调节程程序，发出电电容器投入指指令，补偿无无功，减小变变电站无功受受电。若电容容器全部投入入后，仍不能能使无功潮流流满足要求，由由于电压在合合格范围内，控控制程序不再再进入变压器器分接头调节节程序，使其其维持在该运运行状态下。对对于电容器装装设容量不足足的问题，也也可以通过增增加电容器的的装设容量来来满足需要。在3区运行行时，由于电电压超过上限限，但无功受受电也较多，超超过上限，这这主要由变压压器变比不合合适引起，控控制系统会以以此条件做出出判断。首先先发出变压器器分接头调节节指令进行降降压，若分接接档位调至下下限时，电压压仍超过上限限，此时应调调节上一级变变压器(4)分接头降低低电压。不切切除电容器是是因为切除后后，无功受电电会进一步加加大，不符合合网损尽量小小的原则。此此外，可采取取调整负荷结结构，平衡无无功负荷的措措施，不使其其过于集中。在4区运行行时，第一步步与3区调整原则则一致，第二二步控制系统统在保证无功功合格的条件件下，切除部部分电容器，减减少其对电压压的抬升作用用。5～8区与与1～4区相对应，控控制系统会发发出相反的调调节指令，不不再叙述。4运行效果果4.1降低低线损应用前后33个月的网损损统计数据比比较如表1所示。应用用实时无功补补偿与电压控控制系统后，1～3月的节电量量分别为300、349、420MWW·h，降损节电电效果明显。4.2提高高了电压合格格率系统应用前前后的电压合合格率比较见见表2。可以看出出，各点电压压合格率均得得到了提高。4.3改善善了设备运行行状态由于实施全全网实时无功功补偿和电压压调节，变电电所电容器平平均每天投切切次数由以前前的3次增加到9次，主变分分接头开关调调节次数由以以前的10次/(台·d)，降低到现现在的5次/