一种静止同步补偿器与电容（抗）器的无功置换方法

一种静止同步补偿器与电容（抗）器的无功置换方法

曹德发，林志杭，沈均良，邬奇林

广东电网有限责任公司梅州供电局，广东 梅州 514000

摘要：一种地区电网变电站内静止同步补偿器与电容（抗）器的无功置换方法，属于地区电网调度技术领域。明确不同无功设备之间的置换逻辑，提高地区电网变电站内静止同步补偿器的无功裕度，用于快速响应地区电网因小水电及新能源厂的大量接入造成的地区电网波动问题，减小地区电网电压波动，因而提高了地区电网电压质量。

关键词：   电网   电压  静止同步补偿器   无功置换   

0 引言

自动电压控制（以下简称AVC，Automatic Voltage Control）系统是实现输电网安全、经济、优质运行的重要手段。AVC系统架构在电网能量管理系统（EMS）之上，能够利用输电网实时运行数据，从输电网全局优化的角度科学决策出最佳的无功电压调整方案，自动下发给电厂、变电站以及下级电网调度机构执行。

AVC系统的主站部分是在电力系统控制中心基于软件实现的，其对输电网的电压控制策略主要有对电厂各发电机无功控制策略以及对变电站的无功设备控制策略2类。其中对电厂各发电机的无功控制策略，目前采用的主要方式是：调度中心的AVC主站系统通过无功优化计算得到电厂各发电机组的无功调节量后，通过数据通信通道向电厂的AVC子站系统发送，电厂的AVC子站接收到发电机无功调整量后，根据当前电厂内各台发电机的运行状态，采用步进方式调整发电机发出的无功功率，直到达到AVC主站下发的调整量。对变电站的无功设备控制策略为对无功补偿设备的投切指令，无功设备主要包括电容器和电抗器，当投入电容器或切除电抗器时，母线电压升高；当切除电容器或投入电抗器时，母线电压降低。AVC主站下发投入或切除无功设备的指令，变电站内的自动化监控系统根据接收的指令，找到无功设备所连接的断路器并合上或断开断路器，以完成无功设备的投入或切除。

1 当前地区配电网电压问题

地区配电网无功电压运行问题严重紧迫，电压偏高、偏低现象大量同时存在，产生很多用户投诉。丰水期大量小水电满发，造成线路电压偏高，威胁运行安全。负荷高峰期间，部分低压台区产生末端低电压问题，负荷低谷时部分台区又产生电压偏高问题。由于无功功率不能就地平衡，无功电流增大了线路损耗，降低了配网运行的经济性。

地区配电网网架相对薄弱，高低电压问题没有完全解决。配网缺乏电压调节手段，无法解决发电和负荷动态变化引起的局部低（高）电压问题，并且现有变电站、线路和台区无功调节装置各自独立运行，缺乏全局协调。AVC以变电站为单位进行调控，未考虑线路和台区电压分布情况；小水电、分布式光伏等自主运行、调度无法远方自动调节，导致发电时出现高电压、停发时低电压；台区电容器组只根据台区首端电压进行自动投切、无法根据线路和用户电压需求进行协同调节。

2 电压问题分析

从宏观方面进行看，地区电网的电压问题可以划分为两个维度，一是地区电网一次、二次设备的相对落后或缺失，这需要通过升级改造设备完成；二是设备相对先进，但电压控制手段和措施不当，这需要通过调整优化控制手段完成。根据低电压发生位置不同，可以将低电压问题治理分为变电站低电压治理、中压配电线路电压治理及台区电压治理。

采用静止同步补偿器(STATCOM或SVG)调压是配电网调压的一种方法，它是一种基于电压源换流器(VSC)的动态无功补偿设备，是第二代FACTS装置的典型代表。由自换相的电力半导体桥式变流器来进行发生和吸收无功功率的无功功率动态补偿装置。由交流环节和直流环节组成，交流环节与系统相连接，它先将系统的交流电能经变流器转换成直流并保存在直流侧的储能器内，同时直流侧电压电流经过变流器变成交流电压电流输送到系统。

3 具体解决方案

本文提出一种地区电网变电站内静止同步补偿器与电容（抗）器的无功置换方法，明确不同无功设备之间的无功置换逻辑，从而提高了电网电压稳定性，提高电网电压质量。

提出的一种地区电网变电站内静止同步补偿器与电容（抗）器的无功置换方法，其流程框图如图1所示：

图1 无功置换方法流程框图

该方法包括以下步骤：

(1)设定自动电压控制周期为；

(2)在每个自动电压控制周期到来时，从电网自动电压控制系统中分别读取地区电网变电站内静止同步补偿器的无功正常运行点参数、无功置换门槛值参数和无功调节步长，并读取地区电网变电站内静止同步补偿器对地区电网变电站220kV母线的无功电压灵每度,；

(3)从电网调度系统中读取地区电网变电站内220kV母线的电压量测值,从电网自动电压控制系统中读取220kV母线的运行上限参数值和运行下限参数值，对进行判断：

　(１)

　　　(２)

若满足式(１)，则进入步骤(5)，若满足式(２)，返回步骤(２)；

(4)从电网调度系统中读取地区电网变电站内静止同步补偿器的实时无功功率量测值,对进行判断，若，则进入步骤（6）,若

，则不需要进行无功置换，返回步骤（２)；

(5)计算地区电网变电站内静止同步补偿器的无功置换量，，对进行判断，若，则计算地区电网变电站内静止同步补偿器实际无功置换量,若则,若则，进入步骤(７)，若，则返回步骤（２)；

(6)根据步骤(２)中读取的地区电网变电站内静止同步补偿器对220kV母线的无功电压灵敏度参数，计算地区电网变电站内静止同步补偿器按无功置换量进行调整后, 220kV母线电压值，；

(7)对步骤(6)计算的进行判断,若满足，则进入步骤(9),若满足或者，则进入步骤(9)；

(8)选择地区电网变电站内电容（抗）器与静止同步补偿器进行无功置换 ,若则进入步骤(8-1),若进入步骤(8-2)；

(8-1)从电网调度系统中读取变电站中主变压器低压侧无功量测和可增无功值,对进行判断,若，则进入步骤(8-1-1),若，则返回步骤(2)；

(8-1-1)对进行判断,若，则切除变电站中的低压侧电抗器,若，则投入变电站中的低压侧电容器，返回步骤(2)；

(8-2)从电网调度系统中读取变电站内主变压器低压侧无功量测和可减无功值,对进行判断,若，则进入步骤(8-2-1),若，则进入步骤(2)；

(8-2-1)对进行判断,若，则切除变电站中的低压则电容器,若则投入变电站中的低压侧电抗器,返回步骤(2)；

（9）对步骤（5）的地区电网变电站内静止同步补偿器的无功调整量进行判断，若，则地区电网变电站内静止同步补偿器投入容性无功功率, 若,则地区电网变电站内静止同步补偿器保持原有无功功率不变,若，则地区电网变电站内静止同步补偿器投入感性无功功率，使得地区电网变电站内静止同步补偿器的无功值为无功正常运行点参数的范围，实现地区电网变电站内静止同步补偿器与电容（抗）器的无功置换。

4 结语

本文提出的一种地区电网变电站内静止同步补偿器与电容（抗）器的无功置换方法，主要优点是：利用变电站内常规的电容（抗）器设备与静止同步补偿器进行无功置换，提高地区电网变电站内静止同步补偿器的无功裕度，用于快速响应地区电网因小水电及新能源厂的大量接入造成的地区电网波动问题，减小地区电网电压波动，因而提高了地区电网电压质量。

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基金项目：广东电网有限责任公司科技项目资助，项目名称：考虑不同可控资源特性的主配网四级电压协调调控技术研究与应用，项目编号：031400KK52200002。