关于变电站分散式电压无功控制装置的设计与实现

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摘 要：本文作者主要就根据无功功率的平衡原理、原则，通过对分散式电压无功控制装置硬件及软件的设计，以及无功补偿和电压优化控制的原理流程进行了阐述，同时以实例说明了该装置的应用效果。

关键词：变电站；分散式；无功控制装置；无功功率；实时补偿

中图分类号：TM63 文献标识码：A

前言

近年来，随着无人值班变电站在不断的增加，变电站的综合自动化系统也在逐渐完善，功能也随之不断强大。电能质量也成为当前供电企业最为重要的环节，保证电力系统电压的持续稳定性是电力公司服务的宗旨。在变电站中，分散式电压无功控制装置是自动调节有载调压变压器分接头和自动投切无功补偿设备，从而使电压无功功率控制在合格的范围之内。因此，保证电力系统电压的持续稳定性，是本装置实现实时无功补偿设计的主要目的。

1．硬件设计

该装置采用大容量的铁电RAM，能够无限制地写入及对数据进行永久性的保存；使用TI公司的TMS320LF2000系列芯片，本系列DSP专为实时信号处理而设计，融合实时处理能力以及控制能力，在较大程度上加强该系统的实时数据处理、FFT计算以及相对复杂的控制方式。128×64汉显液晶可以提供友好、丰富的操作界面，同时实时打印现场所发生的事件，此外，由于通讯方式的灵活性，能够同其它装置自由组网。其原理框图如图1所示。

图1主机原理框图

2．软件设计

2.1．VQC逻辑原理

变电站中一般有几台变压器，VQC根据主变的运行方式的不同选择不同调节方式。对于两绕组的变压器，取高压侧的无功功率作为无功调节的依据，取低压侧电压作为电压调节的依据。电压的调节主要靠调节主变的档位来实现，无功功率的调节主要靠无功设备的投切来实现。

2.2．基于传统9区图而改进的11区图的定义

如下图2所示，以无功功率Q为横坐标， U为纵坐标 ，建立U-Q坐标系。在U-Q坐标系中，Uq为投退一组电容引起的母线最大电压变化量。

图2改进后的11区图

2.3．VQC的调节方式

在主变高压侧电压不变及输入功率不变的情况下，主变分接头上调，高压侧绕组匝数减少，主变低压侧电压增大；反之，主变分接头下调， 高压侧绕组匝数增加，主变低压侧电压减小。对于并联电容器组，当投入时，系统无功功率得到补偿，无功功率减少，电压升高；反之，退出后，系统无功功率增大，电压降低。

在实际的运行方式中，可能会遇到这样的一种情况，运行点落在6区的某个地方， VQC策略为切电容，但切电容后，系统电压下降，无功功率增大，运行点落在7区， 7区策略为升分接头，升抽头后运行点又回到6区。此时造成电容器和分接头频繁调节且运行点在6区与7区之间徘徊。同样的道理，在2区的某个地方，也会造成运行点在2、3区之间徘徊，电容器和分接头频繁调节。造成上述电容器和分接头频繁调节的原因，是由于投切电容器后电压的升高或降低使得运行点向另一个不满足的区移动。为此，可将9区作进一步的细分，从而制定更详细的控制策略。将9区图进行改进，得出11区图。在61区，可采取的策略为切电容，因为此时切一组电容后，运行点仍落在6区内(61区或62区)，Umin

3．VQC的定值整定

对于VQC软件，由于厂家的实现方法不一样，因此定值也各不相同，然而，在VQC中，某些定值具有共通性，在此，我们仅对此些共通的定值的整定问题进行讨论。

3.1．VQC的基本定值

3.1.1．Umax和Umin的整定

在9区图里，Umax、Umin、Qmax以及Qmin决定了其分布。至于Umax和Umin的整定，我们可按照当地电网的运转规程，给予电压合格的上下限。可做一简单举例：若当地10kV的合格电压处在9.8-10.7kV的范围内，那么Umax和Umin分别设定成10.7、10.0。如果10kV由于馈线长网损相对大的特别情况，则可以适当地增大Umin。

3.1.2．无功Qmax、Qmin的整定

Qmax与Qmin的整定比较复杂，因为Q与负荷大小密切相关。对于Qmax、Qmin的整定，应先根据当地电网对于功率因数的运行规定，确定COSΦmax及COSΦmin。例如:COSΦmax规程允许0.98，COSΦmin规程允许0.9。现假设对于一台两卷变压器，容量为50000kVA。现考虑该台变压器运行在额定负荷的80%情况下，则可得出Qmax及Qmin在80%的额定负荷条件下的值:

Qmax=80%＊S＊√(1-COSΦmin＊COSΦmin=17436kVar

Qmin=80%＊S＊√(1-COSΦmax＊COSΦmax=7960kVar

因为负荷是变化的，因此Qmax与Qmin随着不同的负荷变化而变化。因此VQC软件一般都要求分时段执行定值。所以可根据当地的负荷变化规律，在不同的时段整定不同的Qmax与Qmin大小。本装置有可分为5个时段。

3.2．投退一组并联电容器对电压的变化率ΔU

一般在对母线电压受到投一组并联电容器的影响进行确定时不太容易，因为时间和季节的变化会使得负荷随之不同，所以，想精确整定具有一定的困难性，但我们能够通过自动化系统的遥测数据对此定值进行确定。

3.3．投一组并联电容器对无功的变化率

对于一组并联电容器，其出厂铭牌都会注明其容量，例如对于某电容器组，其参数为5010kVar，则其容量可直接作为投一组并联电容器对无功的变化大小，例如对于上述电容，则其对无功的变化率为5010kVar。

结语

该装置为分散式电压无功控制方式，易言之，在各变电站中，自动投切无功补偿设备以及自动调节有载调压变压器分接头，从而使得当地电压无功功率可控制在有效范围之内。然而，这种方式若从整个电网的宏观方面来讲，可谓存在难以避免的局限性，缺乏潮流的大局观。为了达到电网的无功优化控制，提高并加强系统运行的经济性和可靠性，采取调度中心统一控制无功补偿设备以及分接头是最好的无功控制方式，即集中式控制。而电力调度控制发展的最高阶段也就是集中式控制。在现阶段，关于集中式电压无功控制的理论已有较多的成果，而对于其的算法还需进一步的探讨和研究。

参考文献

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