电网监控与调度自动化第十次课-课件

第七节变电站的无功—电压综合控制电压无功综合控制的目标电压无功控制的原理电压无功综合控制的实现方法电压无功综合控制的策略1一、电压无功综合控制的目标

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及经济指标最佳，具体的调控目标如下：

(1)维持供电电压在规定的范围内，根据前能源部颁发的《电力系统电压和无功电力技术导则》(以下简称《导则》)规定，各级供电母线电压的允许波动范围(以额定电压为基准)规定如下；

550(330)kV变电站的220kv母线，正常时：0—+10％；事故时：-5%—+10%。

220kV变电站的35~110kv母线，正常时；-3％—+7％；事故时±10%。配电网的10kv母线，电压合格范围：10—10.7kv。

(2)保持电力系统稳定和合适的无功平衡。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，才能保护各级供电母线电压(包括用户入口电压)在《导则》规定的范围内。2(3)保证在电压合格的前提下使电能损耗为最小。为了达到以上目标，必须增强对无功功率和电压的调控能力，充分利用现有的无功补偿设备和调压设备(调相机、静止补偿器、补偿电容器、电抗器、有载调压变压器等)的作用，对它们进行合理的优化调控。电力系统长期运行的经验和研究、计算的结果表明，造成系统电压下降的主要原因是系统的无功功率不足或无功功率分布不合理。所以．对发电厂来说，主要的调压手段是调整发电机的励磁；在变电站主要的调压手段是调节有载调压变压器分接头位置和控制无功补偿电容器。少数220kv以上的高压或超高压变电站装有调相机或静止无功补偿器，有的变电站既装有并联电容器也装有并联补偿电抗器。3

上述两种调节和控制的措施，都有调整电压和改变无功分布的作用，但它们的作用原理和后果有所不同。有载调压变压器可以在带负荷的倩况下切换分接头位置，从而改变变压器的变比，起到调整电压和降低损耗的作用。调压措施本身不产生无功功率，但系统消耗的无功功率与电压水平有关，因此在系统无功功率不足的情况下，不能用改变变比的办法来提高系统的电压水平。否则电压水平调得越高，该地区的无功功率越不足，反而导致恶性循环。所以在系统缺乏无功的倩况下，必须利用补偿电容器进行调压。控制无功补偿电容器的投切，既能补充系统的无功功率，又可改变网络中无功功率的分布．改善功率因数，减少网损和电压损耗，从而又有利于系统电压水平的提高及改善用户的电压质量。因此必须把调分头与控制电容器组的投、切两者结合起来，进行合理的调控．才能起到既改善电乐水平，又降低网损的效果。4二、电压无功控制的原理

典型的终端变电站一般有两台带负荷调节的主变压器，低压10Kv母线分段，两段母线上各接有一组电容器组。控制系统的设计必须能识别并适应变电站多种运行方式，保证调节正确。另外，当进线、变电站发生不正常状态或故障时，应闭锁控制装置。调控原理介绍单一的辐射形网络的等值电路如图所示。52．电压调节对无功功率的影响当利用有载调压变压器分接头对低压侧电压调节时，不但改变了电压的高低，而对无功功率也有调节作用。由上图可知，当忽略变压器等值电阻的影响，电容器组退出，不考虑电容器的影响，式（4-3）可表示为可推得：6

对于变压器变比n和XT均为常数，变压器向系统吸取的无功功率与电压的平方UD2成正比。变压器负荷为综合性负荷，变压器向系统吸取的无功功率在低压侧额定电压UDN叫附近斜率会更大。

3.投退电容器组对电压的影响在变压器低压侧母线上投入并联电容器组，负荷向系统吸取的无功功率变小，无功功率引起的电压损耗也变小，即变压器负荷侧的电压就升高。

ΔUQ=[(Qc—Qc)／UDN]XT

值得注意的是：当系统己处于最小负荷或无负荷状态时，如果不切除已投入的电容器组，将会产生多余的有功功率损耗，电压也将会严重升高，超过限制电压。三、电压无功综合控制的实现方法电力系统依靠线路和变压器传输电能时会产牛电压损耗和有功、无功损耗，为了补偿电压损耗，采用有载调压调节变压器低压侧电压。

1．电压和无功功率综合自动调节的实现方法

(1)采用硬件装置。

(2)使用软件VQC。72．对VQC综合调节的要求

(1)维持供电电压在规定的范围内。供电电压的电压偏差在规定范围内，并尽量使其达到最小值。

(2)保持电网稳定和无功功率的平衡。调节无功电源和无功负荷，使无功功率平衡，从而保持电网稳定。调节的原则是无功电源容量必须服从于对电压质量的要求和无功功率平衡的要求。

3．电压无功综合控别的方式

(1)就地综合调节。(2)集中VQC综合调节。它是系统调度实现以各节点状态满足一定的约束条件为前提的，全电网损耗最小为目标的一种最优化控制模式。具体做法是通过电力网的能量管理系统(EMS)的实时数据采集系统（SCADA）实时地采集各节点数据，求解网络电压和无功最优模型，计算出各个节点的电压和无功上、下限值。各变电站的就地VQC通过通信接口接收这些限值，并对变电站内调压和无功补偿设备进行实时综合控制。81．九区域控制策略只有9区域为满足运行条件，具体调节控制如下：第1区域：电压与功率因数都低于下限，优先投入补偿电容器。如电压仍低于下限，则再调节变压器分接头升压，使电压水平满足要求。第2区域：电压低于下限和功率因数正常(在设定范围内)，先调节变压器，如分接头已无法调节时，则强投补偿电容器。第3区域：电压低于下限和功率因数高于上限，应调节变压器分接头升压，直到电压正常。如功率因数仍高于上限，才能切补偿电容器。四、电压无功综合控制的策略9

第4区域：电压正常而功率因数低于下限，投入补偿电容器，直到正常。第5区域：电压正常而功率因数高于上限，切除补偿电容器，直到正常。第6区域：电压高于上限和功率因数低于下限，应调节变压器分接头降压，直至电压正常。如功率因数仍低于下限，才能投入补偿电容器。第7区域：电压高于上限，但功率因数正常，调节变压器分接头降压，如分接头已调到限值，而电压仍高于上限，则强切补偿电容器。第8区域；电压与功率因数都高于上限，先切补偿电容器。如电压仍高于亡限，则再调节变压器分接头降压，使电压水平满足要求。2．改进九区域控制策略101．软件VQC对监控系统的要求

(1)全面的数据采集。(2)适应无人值班。

(3)监控系统的采样精度与信号响应速度。

(4)遥控的自动返校功能。(5)数据再处理能力。

2．软件VQC功能

(1)多功能模块处理。(2)电压与无功的上下限值动态变化。

(3)调节方式的多样性。(4)实现远方控制VQC。

(5)闭锁条件有如下几条：

1)保护闭锁2)遥测闭锁3)遥信闭锁4)其它闭锁：

(6)相关信号上送调度。

(7)并列运行、拒动、滑挡等。

(8)登录操作。五、电压无功控制软件功能12第八节变电站自动化系统其他控制功能一、电力系统的低频减负荷控制主要用于反事故控制措施。当系统频率下降到一定值时，为了保持系统的稳定要切除一定的负荷维持系统有功功率在额定频率附近平衡。二、备用电源自投控制当电力系统故障或其他原因使工作电源被断开后，备用电源自投装置能迅速将备用电源或备用设备或其它正常工作的电源自动投入工作，使原来工作电源、被断开的用户能迅速恢复供电的一种自动控制装置。13三、中性点不直接接地系统的单相接地选线方法（一）、不接地系统单相接地故障时的选线单相接地特点：

(1)中性点位移电压为相电压，母线电压互感器开口二角形出现3U0电压；

(2)非故障线路电容电流就是该线路的零序电流；

(3)故障线路首端的零序电流数值上等于系统非故障线路全部电容电流的总和，其方向为线路指向母线，与非故障线路中零序电流的方向相反。该电流由线路首端的电流互感器反应到二次侧。这就是中性点不接地系统基波零序电流方向自动接地选线装置所用的工作原理。14（二）、经消弧线圈接地系统单相接地故障时的选线中性点接入消弧线圈的目的主要是消除单相接地时故障点的瞬时性电弧。它的作用是尽量地减小故障接地电流，减缓电弧熄灭瞬间故障点恢复电压的上升速度。在过补偿的条件下经消弧线圈电感电流补偿后，接地电流与未经补偿时的接地电流比较明显小了许多，故障线路的零序电流和非故障线路的零序电流方向完全相同，而数值大小也无明显差异。所以在中性点经消弧线圈接地的电网中，就不能利用基波零序电流的数值大小和方向来作自动接地选线的依据。比较有效的判接地方案是五次谐波判别法和有功分量判别法。15（三）、五次谐波判别法实现接地选线

在电力系统中含有许多谐波，其中五次谐波量比较大，由于消弧线圈的电抗（5ωL）增大5倍，通过消弧线圈的电感电流减小5倍，而线路容抗（1/5ωC）减小5倍，而电容电流增大5倍。因此有以下特点：（1）中性点经消弧线圈接地系统，在发生单相接地故障时，故障线路首端的五次谐波零序电流在数值上等于系统非故障线路五次谐波电容电流的总和。（2）故障线路首端的五次谐波零序电流的方向与非故障线路中五次谐波零序电流方向相反。所以可采用五次谐波来实现接地选线。16（四）、有功分量判别法接地选线的原理

基波有功分量判别法的原理是：单相接地时，故障线路通过接地点与消弧线圈和阻尼电阻构成串联回路。该回路在中性点零序电压U0作用下，产生的基波零序电流必然流经阻尼电阻，因而基波零序电流含有有功分量。而有功分量在消弧线圈的电感电流对接地电容电流补偿中是不会被补偿消失的，因此该有功分量电流将全部流回故障线路的首端，被零序电流互感器测量出来。而非故障线路没有与消弧线圈阻尼电阻构成回路，必然没有流过消弧线圈的有功电流分量，只有本线路的零序电容电流，其中包含的有功电流为线路对地泄漏电流，数值很小。因此可以测量各线路基波零序电流中的有功电流分量值，比较它们的大小，最大者即为接地线路。有功分量判别法是接地选线的一种新技术，该方法必须与带阻尼电阻的自动跟踪消弧线圈装置配套使用。其理论与实际验证，都证明了其选线准确率很高。（五）、自动跟踪消弧线圈装置17四、故障录波与测距

电力系统故障录波装置主要在500、220kv变电站及一些枢纽变电站中用作记录和分析电网故降的设备。其记录的电网运行数据有电流、电压、开关量及有关元件的有功、无功、非周期分量的初值电流及其衰减时间常数、系统频率变化及各种参数变化的准确时间进行记录。分析电网故障主要是指分析系统动态过程各参数量的变化规律。故障录波装置必须设置故障录波专用的传输接口，以便远传调度作进一步数据分析处理。变电站故障录波可以根据需要采用两种方式实现：一是配置专用微机故障录波装置并能与就地监控系统通信，传输给远方调度。另一种则由微机保护装置兼作记录及测距计算，再将数字化的波形及测距结果送监控系统，由监控系统存储及打印波形。微机保护装置的录波，一般一次事故能记录8个周波，故障前3个周波，故障后5个周波。专用故障录波装置记录时间比较长，最长可达600s。故障测距是根据记录的数据对故障点作准确的定位。常用方法有：（1）阻抗法根据故障时测量到的电压、电流量而计算出故障回路的阻抗。（2）行波法利用高频故障暂态电流电压的行波或故障后用脉冲频率调制雷达系统等间接判定故障点的位置。18五、电力系统同步相量测量PMU电网多功能功角实时监视系统利用全球卫星定位系统（GPS）给快速数据采集系统提高时标，实