配电网电压控制方案的探讨

文章摘要： 确定规模的配电网终端系统，无功过剩时一方面会提高系统运行电压，导致运行中的用电设备的运行电压超出额定工况，缩短设备的使用寿命；另一方面，无功过剩也会影响线路传输的安全稳定性，导致系统的输送容量下降，给电网运行调度带来不利的影响。而系统无功不足时，一方面会降低电网电压，另一方面，电网中传送的无功功率还增加了电能传输时的网络损耗，加大了电网的运行成本。所以，无功是影响电压质量的一个重要因素。 实现无功的分层、分区就地平衡是降低网损的主要原则和重要手段。电压和无功调节是各级变电所需要承担的重要任务。其中，电容器投切是变电站无功调节的最有效而简便的方法，变压器分接头的调节是母线电压控制的最直接手段

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确定规模的配电网终端系统，无功过剩时一方面会提高系统运行电压，导致运行中的用电设备的运行电压超出额定工况，缩短设备的使用寿命；另一方面，无功过剩也会影响线路传输的安全稳定性，导致系统的输送容量下降，给电网运行调度带来不利的影响。而系统无功不足时，一方面会降低电网电压，另一方面，电网中传送的无功功率还增加了电能传输时的网络损耗，加大了电网的运行成本。所以，无功是影响电压质量的一个重要因素。 
　　实现无功的分层、分区就地平衡是降低网损的主要原则和重要手段。电压和无功调节是各级变电所需要承担的重要任务。其中，电容器投切是变电站无功调节的最有效而简便的方法，变压器分接头的调节是母线电压控制的最直接手段。近几年以来，我国的电力工作者在此基础上，对电压与无功控制方式进行了大量的研究与开发工作，并相继推出了一系列的基于微机控制技术的电压与无功综合控制装置（VQC系统）。

1　现有电压无功控制的问题

　　　目前VQC系统的实现方式多种多样，包括专用的VQC装置、利用变电站综合自动化后台或利用RTU可编程逻辑控制等方式。其控制策略为九区图控制，即根据电压和无功功率两个参数的综合分析后，判断是投切电容还是调节变压器分接头。采用VQC装置后，变电站的电压无功调节实现了自动控制，改变了过去依靠人工实现电压－无功调节的传统方式，可以满足变电站中母线电压与无功潮流的综合控制，大大地减轻了运行人员的工作负担，降低了误操作的发生，并取得了一定的运行经验，受到了运行部门的认同，成为一种发展趋势，在变电站得到了大力的推广。但从运行的效果看来，该种方式还有很多地方值得讨论：

　　a）容性无功是通过电容器的投切实现的，因容性功率调节不平滑而呈现阶梯性调节，故在系统运行中无法实现最佳补偿状态。电容器分组投切，使变电站无功补偿效果受电容器组分组数和每组电容器容量的制约，分组过少则电容调整梯度过大和冲击大；分组多则需增加开关、保护等附属设备及其占地面积。

　　b）电容器组仅提供容性无功补偿，当系统出现无功过剩时，无法实现无功就地平衡。

　　c）由于系统无功的变化而导致电容器的频繁投切，使得电容器充放电过程频繁，减少其使用寿命，对设备运行也带来了不可靠因素。

　　d）电容器的投切主要采用真空断路器实现（VSC）。其开关投切响应慢，不能进行无功负荷的快速跟踪；操作复杂，尤其不宜频繁操作。近来出现了使用晶闸管投切电容器组（TSC）来代替用真空开关投切电容器组的方法。该法解决了开关投切响应慢和合闸时冲击电流大的问题，但不能解决无功调节不平滑以及电容器组分组的矛盾，同时由于采用了大功率的电力电子器件，也提高了系统的造价。
　　
e）该方法需要在变压器上配置有载开关。变压器带负荷时调节有载开关分接头，会出现短时的匝间短路产生电弧，影响变压器油的性能，也会损坏分接头的机械与电气性能，因此，运行部门往往采取尽量不调或少调有载分接开关的原则，使得VQC的综合调节效果难以实现。

　　f）变压器分接头只能调节母线电压而无法改变系统中的无功大小，其结果是：当无功缺乏较严重的情况下调整分接头，大量的无功将从上一级系统中被强行拉过来；系统无功过剩时调整分接头，把大量的无功送入系统中。这些结果会导致产生大量损耗，做法是不合理的。

2　新型配电网电压无功控制方案的探讨

　　静态无功补偿系统（SVC）的主要部分包括晶闸管控制并联电抗器（TCR）、晶闸管投切电容器（TSC）和固定电容器组（FC）。由于采用电力电子器件实现控制，该系统无机械触点，控制过程执行的速度快，并可将无功补偿的范围扩大到超前和滞后两个可连续调节的范围，因其具有的双向无功调节能力，是无功调节的一种最优方案。
根据电力系统的计算分析可知，无功与电压调整的关系可以表述为：

式中：U0———无功功率为零时的系统电压；
SSC———系统短路容量。

　　由此可见，无功功率的变化将引起系统电压成比例的变化。双向无功调节对保持母线电压的稳定有十分重要的作用。

　　SVC系统的主要技术难点在于TCR的实现。

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