地区电网无功补偿与电压无功控制_李铭.pdf

光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 照明电气207地区电网无功补偿与电压无功控制李 铭1，陆文升1，梁建斌1，莫志伟21.广东电网公司肇庆供电局，广东 肇庆 5260002.肇庆电力设计院有限公司，广东 肇庆 526000摘要：为了提高地区电网无功补偿效率与电压无功控制质量，文章总结了无功补偿的意义和电压无功控制的重要性，分析了无功补偿对电压的影响，提出了地区电网无功补偿与电压无功控制措施。实践表明，做好地区电网无功补偿与电压无功控制，对于提升电网运行的稳定性、促进当地经济的发展具有重要的作用。关键词：地区电网；无功补偿；电压无功控制分类号：TM714.30引言在供电系统中，来自火电厂、风电站、太阳能电站的电力，经超高压、高压线路传输到负载侧，再由额定电压较低的网络分派给不同电压等级的用户1，这种以电网为核心的配网叫配电网。在电力负载较密集的地域，集气站、配电设备的网络纵横交错，额定电压从 6.3 kV 到 220 kV 不等，覆盖各种额定电压，电网由地区内的电力调度人员负责指挥与配合，这类电网被称为地区电网2。优化地区电网电压，提高电压运行的合格率，降低电网的耗损，可以保证系统的安全稳定运行。1无功补偿的意义现阶段，我国电力系统耗损可以划定为 220 kV 及以上网损、110 kV 与 35 kV 网损、10 kV 网损 3 个级别，在 10 kV 供电网络中降损空间较大。10 kV 供电网络网损大的主要原因是网络架构和运作方法不科学、无功补偿装置配备不科学、管理方案不完善、配网内存在很多高耗能变电器等。电力负载包括用户有功功率负载、电网有功功率耗损、无功功率耗损等。其中，有功功率开关电源只集中于火电厂，而无功功率开关电源存在于火电厂，也可以依照电网的就地均衡标准安装在电网的每个负载点3。无功负荷不可能都由发电机组提供，依靠长距离传送，这既不科学，也不太可能。因此，无功补偿对地区电网的经济发展具备核心意义。电压是电力系统的一个关键指标，电压合格直接关系到电网的安全、平稳、高品质发展，在负载端，电压质量是确保负载安全运行的关键。系统无功功率对电压有较大影响，无功负荷不足或过大可能导致电压降低或上升，特别严重时可能发生电压瘫痪。需要降低供配电变压器耗损，提升发电效率4。在供电系统中进行无功补偿可以避免由长线或多段变电站运输无功负荷，可以分层次、分块进行就地均衡，并可依据负载或流程开展负荷调整。2电压无功控制的重要性电力系统中电压的不合理分配会妨碍电力系统的正常运行，调节无功电压不仅可以提高电能质量，还可以降低运行成本。随着社会的快速发展，传统的电力和电压调节方法已难以满足电力公司的正常运行要求。因此，建立以电压无功控制为基础的电力系统、及时追踪系统运作状态、专注于资料管理，成为目前的重要工作。深入研究电网的暂态电能和电压，可以促进理论与实践的完美结合，促进电网暂态电能和电压资源的共享5。3无功补偿对电压的影响电力系统中的电压与功率的关系如下：（1）（2）式中：P 为有功功率；V 为系统的运行电压；I 为电流；为电压与电流的夹角；为感应电势与端电压间作者简介：李铭，男，硕士，工程师，研究方向为电网规划及新能源并网。文章编号：2096-9317（2023）01-0207-03 照明电气 2023 年 第 1 期 总第 176 期 光源与照明208的相位夹角（或称功角）；E 为电源电压；X 为线路电抗；Q 为无功功率。由式（1）和式（2）推导可得：（3）由式（3）可画出无功功率与电压的关系图，如图1 所示。图中，曲线 1 和 1为电源的无功特性曲线，曲线 2 和 2为电压的无功特性曲线，Va和 Va为负荷点的电压，交点 a、a和 c 为无功平衡点。QOVaVaVaca2211图 1无功功率与电压的关系由式（3）和图 2 可知，当电源电压 E、有功功率P 和线路电抗 X 一定时，若系统的无功功率 Q 充足，则运行电压 V 高；反之，若无功功率 Q 欠缺，则运行电压 V 低。因此，应力求实现在额定电压下的无功平衡，并据此装设必要的无功补偿装置，才能保证电压在允许范围内偏移，保证电压质量6。4地区电网无功补偿与电压无功控制措施现阶段，我国地区电网治理仍存在一定不足，未能解决无功电压问题，电能质量得不到保障，谐波治理水平较低，不利于综合治理。因此，电力企业在进行地区电网无功补偿与电压无功控制时，应掌握相应的原则，推动地区电网稳定运行目标的实现。4.1 保证装置安装的合理性无功补偿与电压无功控制涉及的装置较多，如配电网线路调压装置、无功补偿装置、三相不平衡治理装置等，不同装置的参数不同，可发挥的效用也有所差异。相关单位在安装此类装置时，应深入现场调查，收集监测数据，保证数据的全面性与真实性，并利用大数据技术和计算机技术，对数据进行深入分析，了解智能配电网的运行情况，选取适宜的装置安装位置，保证装置的稳定运行，为电力系统的高效运转提供支持。此外，相关单位应结合实测数据，提升装置参数与系统运行需求的匹配性，满足系统的运行需求。4.2 做好分区电压控制当今，法国、意大利等欧洲国家普遍使用系统分区电压控制方法，该方法使用效果优良。我国主要采用两层分区电压控制方法，对于安装了电压无功控制装置（Voltage Quality Control,VQC）的变电站采用分散化控制方法，即对主配合层和子站 VQC 进行分散化控制；对于没有安装 VQC 设备的变电站，逻辑层与远动控制层连接，实现集中式控制。4.3 合理设计 SCADA 控制系统在电网的自动电压无功控制（Automatic Voltage Control,AVC）系统中，数据采集与监视控制（Supervisory Control and Data Acquisition,SCADA）采用带有标准通信协议的 SCADA 系统，使用基于.net 的客户端/服务器（B/S）分布式架构。在系统硬件上具有 RS232、RS485及 USB 通信接口，可以组成一个完整的网络信息交互平台。VQC 具有与地区电网无功主站的通信功能，能够接收主站设定的定值，并可对所接收的主站定值进行校验。VQC 在系统通信异常时，可以自动切换至本地设定值状态，同时具有上传状态信息、控制信息、关闭信息等功能。电控系统先从生产调度 SCADA 中收集全网实时运作数据信息，开展电压和无功功率研究，然后以全部电网的电量耗损为目标函数，多次在最少标值范围内求出最优解，再测算电力电容器与主变分接电源开关的频次，获得最优解。AVC 系统成型的前提是各自组成配电站电力电容器的投切命令、配电站主变分连接头调整命令和多主变运行指令，以上指令交给电网调度系统及 SCADA 控制系统运行。4.4 提高系统运行数据监测水平进行无功补偿与电压无功控制时，需要监测智能电网的电压与电流等运行参数，并构建长效监测机制，提升对设备运行状态的了解程度，及时发现其中存在的风险。需要选取有价值的数据，判定系统的运行情况，使得电压质量满足要求，以满足人们的用电需求，为人们带来品质更佳的电力服务。同时，应引进先进的电子监控技术，提升数据收集水平，并制定相应的预防对策，确保相关设备运行稳定，推动供电目标的实现，让电压阈值维持在适宜的范围内。在地区电网运行过程中，需要收集配电网与设备光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 照明电气209的运行数据，并以此为依据，制定适宜的运行方案，然后以遥控手段控制不同设备，提升设备运行的自动化水平，充分发挥设备运行成效，提升设备利用率，改善配电网电压质量，降低配电网运行过程中的电能耗损，为节能降耗目标的实现打下坚实基础。4.5 输出无功优化程序的运算结果一般而言，在“最佳化效能”程序中执行的程式必须能够完全提取可用的资料，而“最佳化电源”必须能够产生最终的运算结果。根据最终的启动计算结果，可以完全集成动态数字仿真系统脚本的功能，实现对电感器组和电压互感器的调整和控制，同时实现对所有参数的调整和控制。必须充分利用动态数字仿真系统的动态语言，实现对电网的动态数字访问接口的数据传输，包括功率负载区域的公共线路电压、电压互感器变幅值、电感组开关状态等，并继续全面优化电网运行电压。4.6 合理应用电压无功控制系统4.6.1 掌握系统应用要求当前，电压无功控制系统在实际运行过程中仍存在一定不足，实践经验较少，供电质量呈现一定不稳定性特征。为提升电压质量，应注重对电压无功控制系统的应用，提升配电系统运行的可靠性，并构建相应的单独子系统，以实现配电网电压无功控制系统智能化发展目标。首先，应注重对无功装置的安装，并佐以电容器组与线路压器等，为电压无功控制系统的运行提供支持。其次，应安装相应的控制补偿装置，提升对相关控制器的重视程度，引进新型的无功补偿控制装置，推动系统的自动化发展，保障电力系统运行的稳定性，助推电压质量的提升，为电力企业的发展提供助力。最后，应明确系统应用要点，并按照相应规范进行安装，最大限度发挥电压无功控制系统的效用，降低电力输送过程中的能源耗损，实现相应的节能目标，扩大电力企业的经济效益。4.6.2 明确系统应用思路电力企业在应用电压无功控制系统时，应对系统应用思路有清晰认知，并以此为依据，制定适宜的系统应用规划，促进通信通道的正常运转。首先，应确认典型线路，实施相应的技术路线，并控制变电站控制子站，利用配网 AVQC 主站系统，构建相应的动态监控机制，提升对子站运行情况的掌握程度，实现相应的信息交互目标，使得系统运行愈加稳定。其次，应建立新的通信通道，连接配电自动化控制系统的通信通道，保证通信通道的稳定运行。最后，在建设通信系统时，应结合相应的通信成本，根据通信通道内的数据量和相应的施工要求，选取适宜的通信方式，如加密的无线公网等，保障对系统运行状态的实时掌握，充分发挥电压无功控制系统的作用，提升电压的质量。4.6.3 保证系统部署的合理性为实现电力系统安全运行的目标，应使电压无功控制系统的安装位置处于网络安全区，以降低安全事故的发生风险。首先，为提升系统监视效果，应将电压无功控制系统安装于调度端，以优化无功电压，提升电压质量。其次，应以分布式模式安装电压无功控制系统，并辅以相应的 Web 服务器，统计分析系统的运行数据，提升系统的管理水平，维护电力系统的运行。最后，应构建相应的分析管理系统，以远程控制的方式管控电压无功控制系统，为系统的推广应用作好铺垫。5结束语电网无功补偿与电压无功控制技术是地区电网运行中的一项关键技术，它不但能提升电网的稳定性，而且能提升能源利用效率，达到电网智能化系统发展的要求。电力企业应持续引进电网无功补偿与电压无功控制新技术，以符合现代电网的需求。在地区电网建设过程中，需要把电网无功补偿与电压无功控制当作主要项目建设，促进无功补偿技术向着高效率的方向发展。参考文献1 原帅.考虑光伏逆变器无功补偿能力的地区电网电压越上限问题分析J.内蒙古电力技术,2021,39(3):1-6.2 万曦,陆文钦,薛波,等.混合配电变压器无功和电压补偿控制策略研究J.电力电子技术,2022,56(9):41-45.3 刘世超,王银照,郑施,等.抑制直流连续换相失败的光伏无功补偿策略J.计算机仿真,2022,39(9):101-107.4 杨秀,焦楷丹,孙改平,等.考虑负荷多无功用电场景的城市配电网无功优化配置J.电力建设,2022,43(8):42-52.5 刘海涛,陈彪,朱林,等.考虑多种无功补偿装置协同优化的电压控制方法J.中国电力,2022,55(11):97-102.6 陈斌,王俊江,王敬华,等.基于电压补偿的定直流电压及无功控制的光伏系统J.电网与清洁能源,2022,38(9):134-142.