浅谈电网调度自动化无功电压管理
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【摘 要】本文主要分析了电网自动化调度的无功电压管理，并在此基础上提出优化以及最优经济运行电压的具体措施。
【关键词】电力调度；无功电压管理；优化；措施
在电力系统运行过程中，无功补偿与无功平衡是确保电压质量的根本保障，通过有效的无功补偿以及自动控制，可提高电压的质量水平，也可确保电力系统运行的安全性、稳定性，减少电能消耗，提高电网运行效益。对于电能质量的衡量标准来说，电压是非常重要的指标，同时电压的质量也与无功功率的分布状况密不可分。随着经济的飞速发展及人们生活水平的日益提高，用户对电能质量提出了更高要求，因此必须加强电网监督与管理，实现有效的无功电压管理。
1.无功补偿的基本原理
所谓的无功补偿技术便是指无功补偿电源，主要目的是为了提供必要无功功率，降低电网能耗、提升电力系统功率因数，最终实现对整个电网电压质量的提升。而且，无功功率决不是无用功率，它的用处其实很大。如果没有无功功率，则变压器的一次线圈便无法产生磁场，进而导致二次线圈无法感应出电压。所以，如果没有无功功率，变压器便无法进行变压工作、电动机便无法转动。正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率，如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率、正常的电磁场，这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。但是从发电机和高压输电线供给的无功功率远远满足不了负荷的需要，所以我们需要在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。
2.无功补偿配置要求
无功补偿配置要求核心思想为“电力系统配置的无功补偿装置应能保证在系统有功负荷高峰和负荷低谷运行方式下，分（电压）层和分（供电）区的无功平衡，并具有灵活的无功电力调节能力和检修备用容量。无功补偿配置应根据电网情况，实施分散就地补偿与变电站集中补偿相结合，电网补偿与用户补偿相结合，高压补偿与低压补偿相结合，满足降损和调压的需要。”
做好无功电压的管理，首先就需要配备足够数量的无功补偿设备，每个电力供应企业都要根据自身情况并按照《导则》中的要求进行无功补偿设备的配备工作。在配备过程中，经常会发生由于一时电压的高低而少配甚至不配无功补偿设备。特别是在超过110kV的变电所中，其电缆线路复杂繁多，经常发生向系统倒送无功的情况，这时就需要切除并联的电容器以解决无功倒送的问题，若还不能解决，就需要在低压母线上安装并联电抗器，从而改变变电所的无功负载，达到无功平衡的目的。
其次，合理配置无功补偿设备的容量。无功补偿设备的容量大小一定要适量，特别是单组容量不能过大。若单组容量过大，当输电电压负载较低时，不会进入电容器，这样次级的输电线路上的负载电压降低，导致线损增加，从而造成向电网上倒送无功。目前，我国输电线路上的负载呈现逐年递增的趋势，因此，在电容器配备的时候应考虑到负载的增加，以便于适应后期的操作。
在完成无功补偿设备的合理配置后，无功电压管理的重点就是保证分层和分区内的平衡。这样就可以达到无功补偿的理想状态，即各级的输电线路没有无功电流，各级的电压母线上的输电功率都接近1，并且减少由于长距离线路输送电能导致过多的线损以及负载电压的下降。
电网无功管理的主要措施包括：
（1）应本着自下而上，由末端向电源端的顺序逐级平衡补偿；需补偿容量：Qc=P（tga1-tga2），其中P为最大负荷月平均有功功率。
（2）电网调度工作人员应加强对变电站电压及无功功率的调整，借此来使母线的电压质量保持在最佳状态。当补偿装置全部投入使用后，若母线的无功补偿仍旧无法满足相关要求时，必须及时向上级有关负责人汇报，以便采取相应的解决措施。
（3）电压在线监测和分析系统应用实用化；绘制电压监测点分布图，电压监测点设置数量、安装位置满足规定要求。
（4）以35kV变电站为单位，分供电区进行无功平衡及电压分布分析，通过指标细化分析和措施跟踪检查，及时掌握变化趋势，采取针对性措施逐步提高电网和各级用户电压合格率。
（5）根据电网的不断发展和变化，持续滚动开展低谷、高峰以及典型负荷时期无功电压计算分析，为电网无功补偿设备投切、主变抽头位置调整提供计算依据，并督促调度所合理投切35kV变电站无功补偿设备，使无功分层就地平衡，减少不同电压等级间的无功穿越，降低损耗。
（6）调度中心应按照运行电网实际的负荷变化，编制并下达无功负荷曲线，同时具备无功调整能力的变电站也都必须严格按照这一无功负荷曲线对无功出力进行调整。调度中心的值班人员有权按照当前电网的实际运行情况进行相应的修改，并对各级变电站的执行情况进行监督。
（7）在无功负荷的峰谷阶段，电厂内的发电机无功应增至无负荷为止；在低谷时，发电机无功则需降至功率因数中所提到的最佳值0.95以上。
4.电网自动化调度无功优化系统的建立
由于城市用电需求在不断增加，不同城区的用电需求也是在不断变化，再加上设备老化等问题，这样设定好的无功电压补偿措施也许很难适应目前或将来的变化。因此，除了应做好无功管理工作之外，还应充分发挥无功优化系统的作用。通过无功优化系统的自动控制，可以极大的减轻调度和运行人员的工作量，并且和人为控制相比更科学、更合理、计算更精确。
根据电网调度自动化运行的实际情况，对于无功电压系统的优化应从以下几个方面着手：
4.1优化原则
保证电力供应全网内的最大范围内的负载电压达到额定值；保证电力供应全网内尽量降低电能在线路上的损失；所有的参与电网调度的工作人员，其行为准则要遵循安全、运行和调度规范。
4.2控制目标
在保证电网和电网中人员、设备安全运行的前提下，通过全网内的无功电压补偿措施，对于无功电压管理进行优化。不但能够保证电网整体经济地运行，还要通过合理计算，有效控制无偿设备的成本投入。最终实现主变压器的调节次数最少、负载电压在额定电压规定的误差范围内波动，全网的线损最小。在进一步提高电网调度自动化水平的基础上，保证电网能够具有更高的运行安全性和稳定性。
4.3约束条件
母线的负载电压处于规定范围内；调压开关动作次数处于规定范围内；电容器投切次数处于规定范围内；供电效率合格。
4.4功能实现
通过无功电压综合优化计算后，形成有载调压变压器分接开关调节指令、无功补偿设备投切指令及相关控制信息，然后将控制信息发送至各工作站，各工作站再将控制指令交系统执行。当地区电网内各级电压在合格范围内，控制本级电网内无功功率流向合理，实现无功分层就地平衡，提高功率合格率。同电压等级不同变电所电容器组根据计算决策谁优先投入。同变电所不同容量电容器组根据计算决策谁优先投入。
5.电网最优经济运行电压的控制措施
通过调度自动化系统时实在线计算和离线计算，然后利用负荷电压的对应关系曲线，在保证电压质量的基础上，适度、合理地调整发电机端电压和变压器分接头、投切电容器及调相机调压等手段，使电网运行电压可以达到最优经济运行电压，从而达到降损节点效果。电网最优经济运行电压控制的主要措施包括以下方面：
（1）在做到无功功率平衡的前提下，然后利用负荷电压的对应关系曲线，按负荷分时段进行调整变压器的分接头。当母线电压低时，先投电容器组后调整主变分头，有载调压变压器必须逐个分接头调整；当母线电压超出偏移上限时，应首先调整主变分接开关档位，以降低电压，无法调整时，才将电容器退出运行。
（2）在电压允许偏差范围内，供电电压的调整使电网高峰负荷时的电压值高于电网低谷负荷时的电压值。
（3）在有调压能力的情况下，严禁使各级电压超限值运行。
（4）调度员要加强对变电站无功、电压的调整，保持变电站母线电压质量和补偿装置的即时投停；全部调压手段用完后，变电站母线电压质量仍不能满足要求时，应及时汇报上级值班调度员协助调整。
（5）一般35千伏以上的电网中，负载损耗约占总损耗的80%左右，负荷电压的对应关系优化曲线一般偏中上限运行，因此白天负荷重时应提高母线运行电压。
（6）保证二次电压在正常范围的前提下，尽量提高分接头档位，以降低铁心磁通密度。该工作不能频繁做，但不能长期不管，每年应按照季节分1-2次进行适当调整。
（7）因为电网的负荷是变动的，我们不必要对任意负荷点进行经济电压的调整，从调度的实用性和可操作性，我们可以根据变压器的调压档位和规程规定的电压偏移值，利用负荷电压的对应关系分时段按负荷进行经济调压。
（8）如果不能通过调度自动化系统时实在线计算，可以通过负荷曲线进行离线计算，同样可以解决电网最优经济运行电压问题和无功优化问题。
6.结束语
电力调度的主要目的便是要科学合理地对功率进行调度，随着现阶段我国电网自动化调度水平的不断发展和进步，电力系统中的无功电压得到了进一步的管理和优化，这对于提高系统的电压质量、改善电能质量、平衡无功分布、降低有功损耗有着十分重要的意义。只有不断降低电网中的无功功率损耗，才能有效地确保系统安全、稳定、经济运行，从而推动电力企业健康发展。■
【参考文献】
[1]张健.无功电压管理与实践[J].中国电力企业管理，2007（02）.
[2]张爱国，牛迎水，廖亨利.地区电网无功电压控制应用现状及[J].发展高 科技与产业化，2010（08）.