基于变电站通讯管理机的电压无功控制装置

基于变电站通讯管理机的电压无功控制装置

王莲

（国网山东省电力公司垦利县供电公司山东东营257500）

摘要：变电站电压无功控制责任重大,只有设计出能够满足各项基本要求的控制系统,才能在实际环境中降低电网运行的安全隐患,使其稳定可靠地运行。本文主要探讨了变电站电压无功综合控制(VQC)系统的应用状况。

关键词：变电站,通讯管理及,电压无功装置

一、前言

电能是现代社会的主要能源,它在国民经济和人民生活中起着极其重要的作用。现代社会中,电能是从电力系统得到的。电压是衡量电能质量的一个重要指标,电压偏移过大时,会影响工农业生产产品的质量和产量,影响用电设备的寿命和效率,甚至危及电力系统运行的稳定性,引起“电压崩溃”，造成大面积停电。系统的无功与电压是密切相关的,不合理的无功分配还会造成系统电压不合格，从而影响电能质量。所以,电力系统采用了各种可能的手段,进行系统无功和电压的调整。对提高供电质量,保证系统安全、可靠和经济运行有着重要的意义。

二、电压无功控制策略

1.按功率因数大小控制

按功率因数大小控制是电网无功控制的传统方法之一,它以电网中反映电压与电流相位差的功率因数作为控制信号,控制并联电容器的投切,实现无功补偿。该控制策略虽有许多优点,但功率因数只是无功分量3个因素之一(Q=UIsinφ),功率因数的高低并不能直接反映无功缺额的大小。此外,这种控制策略还容易造成控制系统的投切振荡,影响控制系统的可靠性和使用寿命,也不利于电网和用户设备的安全运行。

2.按母线电压高低控制

电网电压波动主要由无功功率波动引起。对电压要求严格的枢纽变电站,仅以母线电压高低作为变电站无功自动调节的判据,未考虑保持无功基本平衡这个条件。根据此判据构成的并联电容自动投切装置在部分变电站的运行结果表明,该方法的补偿效果较差。

3.基于九区图的综合控制

九区图是电压无功综合控制的基本方法,它是根据变电站当前的运行方式,利用实时监测的电压和无功2个判别量构成变电站综合自动控制策略。综合逻辑判据是基于给出的固定电压和固定无功的上下限特性,把电压和无功平面分割成9个控制区,各个区域对应不同的控制策略,对有载调压变压器和电容器组进行控制。九区图控制策略原理清晰,易于实现,多在现场采用。但该控制策略是基于固定的电压无功上下限,而未考虑无功调节对电压的影响及其相互的协调关系,用于运算分析的实时数据具有随机性、分散性,这就造成了控制决策的不确定性,实际应用中表现为投切振荡,即设备的频繁投切。

4.基于模糊逻辑的电压无功控制

模糊理论适用于解决不确定、有不同量纲、相互冲突的多目标优化问题,所以利用模糊理论求解变电站电压无功优化问题是较有效的方法。采用模糊控制算法一般遵循:确定控制的输入输出信号;确定输入输出信号的模糊集;确定有载调压分接头和电容器组的控制规则;选择和确定模糊逻辑算法。模糊理论适合处理由不确定性、不精确性和噪声带来的问题,其对被控对象参数变化不敏感。

三、VQC的原理

目前，变电站电压无功控制及其装置研制已成为高等学校、科研院所和高新技术企业的热门研究与开发课题，并有不少电压无功自动控制系统投入了实际运行，在提高供电电压质量和负荷功率因数方面发挥了重要作用。研究与开发的重点集中在控制策略研究、电容器投切方式、电压无功控制功能与其它控制功能的综合、软件功能设计与人机界面等几个方面。目前地区电网的变电站一般采用的无功补偿控制方法一般是人工调节和VQC控制调节。人工调节即变电站值班人员根据本站母线电压运行情况，进行人工投切本站的并联补偿电容器或者调节变压器分接头进行补偿，这种方式存在及时性差、难以优化的缺点。实现了变电站综合自动化的变电站，一般采用电压无功综合控制装置(VQC)进行无功综合控制。由于电压、无功功率、功率因数是紧密联系的，根据系统的运行情况，在保证电压合格的情况下，从系统角度计算出每个变电站应该补偿的容量和合适的主变分接头位置，这样可以实现全网的无功损耗最小。但是,一方面电网调度自动化系统不具备这样的计算能力和防调控制能力。另一方面,变电站的并联补偿电容还不能根据系统要求实现无级平滑的调节无功，只能是分组投切。所以实际运行的变电站电压无功自动控制系统都是采用分区控制的原则。其中比较著名的是“九区域图”控制原则。

四、VQC的实现方式

作为一种新技术,VQC有多种不同的实现方式,但概括起来不外乎以下3种类型:自动化系统后台机软件VQC;自动化系统网络VQC;自带输入/输出系统的独立VQC。

1.自动化系统后台机软件VQC

(1)结构特点

这种VQC依附于变电站后台计算机,是后台监控系统的一个子模块。VQC借助于自动化系统进行数据采集与控制,其本身并没有专用的I/O系统。

(2)优点

省去了专用硬件设备,不需要单独敷设电缆,降低了成本,减少了工作量。人机界面友好,参数设置简单,调试方便。

(3)缺点

一般说来这种VQC的调节速度能达到运行要求,但由于数据采集与控制经过多个环节,VQC的闭锁速度往往达不到运行要求。另外后台监控系统经常有人操作或干预,也容易发生死机等异常现象。整个VQC的可靠性取决于网络通信、I/O和后台主机的运行状况。

2.自动化系统网络VQC

(1)结构特点

这种VQC的核心采用单独的CPU装置,但其I/O设备仍由网络借助于自动化系统实现,其本身不带I/O系统。

(2)优点

毋需单独敷设电缆,减少了工作量。由于其核心采用单独的CPU装置,因而调节与闭锁速度较快。相对于后台机软件VQC来说,更易获取闭锁信号。

(3)缺点

整个VQC的可靠性取决于网络通信、I/O和VQC主机的运行状况。VQC主机较少采用商用工控机,由于受存储器容量限制,一般来说参数设置和调试都不会简单。

3.自带I/O系统的独立VQC

(1)结构特点

这种VQC不依赖于其他装置,数据采集和控制输出都是自身功能的一部份,VQC集I/O系统和计算判断于一身。特别是有关闭锁信号由相应装置的硬接点输入,大大增强了VQC闭锁的快速性和可靠性。

(2)优点

由于VQC的数据采集和控制输出都由其自身完成,不需要借助于网络或其他装置工作,因而可靠并联侧取自电网的串联变压器、逆变器、PWM整流桥的容量比取自负载侧的要小,但是并联变压器的容量要大。当并联部分同时起到保持电容电压恒定和滤波作用时,如果电网电压基波脉动较大,谐波较少且负载为恒阻抗负载时,可以选择A2型电路为主电路,同时并联部分只需保持电容电压恒定即可,这样可以降低装置容量;当电网电压基波脉动较小,谐波较多且负载为非线性阻抗时,可以选择B2型电路为主电路,并联部分不但能保持电容电压恒定,而且还能滤波,这样可以提高电网的功率因数,同时能减小串联部分的容量。综上所述,在设计装置时,不但要考虑并联部分接入电网位置,还要考虑并联部分所起的作用、电网电压变化及负载特性。只有对以上因素进行综合考虑后,才能设计出性能价格比高的电路。

五、电压无功自动控制装置的发展趋势

1.发展人机交互

随着科技的进步,实现电压无功自动控制装置的软件功能与人机界面设计是未来的主要发展趋势之一。未来,电压无功自动控制装置主要向友好的人机交互界面、优良的适应性、安全的防护系统等方面发展。另外就是实现自动预警和控制系统功能的完善、实施无功功率的动态补偿等。

2.进一步达到维持电力系统中功率平衡目的

此举是为了能够保证电力系统的正常运行。在能够保证电源输出的无功功率大于符合消耗的无功功率和线路的网损的基础上,采用分级处理的方式。

3.减少电压无功自动控制装置的调节次数

这点需要加强控制装置对电压与无功的实时调控能力，而想要达到这个目标需要充分利用现有的调节电压与无功设备，在优化调控措施的同时降低无效的调节动作。需要对调节次数的上限进行设定。

4.实现对九区图的改进

采用的五区图控制策略实现了对电压无功自动控制装置整个控制过程汇总以及对各个控制对象的不同动作性质进行综合分类，分析五个动作适量关系确定区域边界的五区图控制策略。

结束语

采用变电站综合自动化系统的先进技术,能达到减少或避免误操作、误判断、缩短事故处理时间、提高供电质量和供电可靠性,并提高了整个电力系统的自动化水平。本文仅对变电站综合自动化系统作了粗浅的分析和研究，随着计算机技术、电力技术、自动控制等技术的迅猛发展，变电站综合自动化系统的技术水平将会得到进一步提高,功能将会更趋合理和完善,以不断满足电力的发展需求。

参考文献

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