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關于實時無功補償問題的探討及其解決方案
更新時間:2020-08-08 發布:www.601886.tw


ADiscussiononReal-timeReactivePowerCompensation
Abstract:Accordingtotheprinciplesofreactivepowerbalanceandcompensation,theprincipleandprocedureofreactivepowercompensationandvoltageoptimizationareexplained.Theirapplicationresultsareillustratedinrealcases.
Keywords:reactivepower;voltage;analysis;real-timecompensation


0引言
隨著我國電力工業的迅猛壯年夜,電網慢慢擴張,電力負荷增加很快,電壓品級越來越高,電網、發電廠和單機容量也越來越年夜,電網籠蓋的地輿面積在不竭擴年夜?墒,由于地輿情況、燃料運輸、水資本及經濟成長規模等諸多身分的影響,致使電源(發電廠)散布不平衡,要保證系統的穩定和優良的電能質量,就必需解決遠距離輸電、電壓調理及無功抵償等問題。
電壓是電能質量的重要指標之一,電壓質量對電網穩定及電力裝備平安運行、線路損失、工農業平安生產、產物質量、用電單耗和人平易近生活用電都有直接影響。無功電力是影響電壓質量的一個重要身分,電壓質量與無功是密不成分的,可以說,電壓問題本質上就是無功問題。解決好無功抵償問題,具有十分重要的意義。
今朝,許多地方電力系統的無功抵償和電壓調理依然采用傳統的調理方式,有載調壓變壓器、靜電電容器等只能手動調理和投切,不能實現實時電壓調理或無功抵償。是以,實現實時無功抵償以保證電力系統電壓的接連穩定性,是本文研究和探討的主要標的目的。
1相關理論
1.1無功功率平衡
欲維持電力系統電壓的穩定性,應使電力系統中的無功功率連結平衡,即系統中的無功電源可發出的無功功率應年夜于或等于負荷所需的無功功率和網絡中的無功消耗。系統中無功功率的平衡關系式以下:
Qgc-Qld-Ql=Qr
式中Qgc——電源發出的無功功率之和;
Qld——無功負荷之和;
Ql——網絡中的無功消耗之和;
Qr——系統可提供的備用無功功率。
Qr>0,暗示系統中無功功率可以平衡而且有適當的備用;Qr<0,暗示系統中無功功率不足,此時,為保證系統的運行電壓水平,就應斟酌加設無功抵償裝配。
Qgc包括全數發機電發出的無功功率Qg和各類無功抵償裝配提供的無功功率Qc,即
Qgc=Qg+Qc
1.1.1抵償容量不足時的無功功率平衡
進行系統無功功率平衡的條件是連結系統的電壓水平允常,否則,系統的電壓質量就得不到保證。在圖1所示的系統無功功率負荷的靜態電壓特征曲線中,在正常情況下,系統無功功率電源所提供的無功功率Qgcn,由無功功率平衡的條件Qgcn-Qld-Ql=0決議的電壓為Un,設此電壓對應于系統正常的電壓水平。但假設系統無功功率電源提供的無功功率僅為Qgc(Qgc<Qgcn),此時雖然系統中的無功功率也能平衡,但平衡條件所決議的電壓水平為U,而U顯然低于Un。在這類情況下,雖然可以接納某些措施,如改變某臺變壓器的變比來提高局部地域的電壓水平,但整個系統的無功功率依然不足,系統的電壓質量得不到周全改善。這類平衡是系統無功功率不足時到達的平衡,是由于系統的電壓水平下降,無功功率負荷自己具有的電壓調理效應,使全系統的無功功率需求有所下降而到達的。
 
 
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1.1.2系統無功功率電源充沛時的無功功率平衡
在正常情況下(系統電壓為額定電壓),如圖2所示,系統無功電源Q同電壓U的關系為曲線1,負荷的無功電壓特征為曲線2,兩者的交點a肯定了負荷節點的電壓Ua。

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當負荷增加時,如曲線2所示,若是系統的無功電源沒有響應增加,電源的無功特征依然是曲線1,這時候曲線1和曲線2的交點a'就代表了新的無功功率平衡點,并由此決議了負荷點的電壓為Ua′,顯然Ua′<Ua,說明負荷增加后,系統的無功功率電源已不能知足在電壓Ua下的無功平衡,只能下降電壓運行,以取得較低電壓下的無功功率平衡;但若是系統無功電源比力充沛,經由過程抵償,電源的無功特征將上移到曲線1′的位置,從而使曲線1′與2′的交點c所肯定的負荷節點電壓到達或接近原來的數值Ua。因而可知,若系統的無功功率電源比力充沛,系統就能具有較高的運行電壓水平;反之,系統的無功功率電源不足,則反映為系統運行電壓水平偏低。是以,應當力圖實現在額定電壓下的系統無功功率平衡,憑據這個要求來裝設需要的無功功率抵償裝配。
1.2無功抵償原則
國家《電力系統電壓和無功電力技術導則》劃定,無功抵償與電壓調理應以下列原則進行。
a.整體平衡與局部平衡相連系;
b.電力抵償與用戶抵償相連系;
c.渙散抵償與集中抵償相連系;
d.降損與調壓相連系,以降損為主。
無功抵償應盡量分層(按電壓品級)和分區(按地域)抵償,就地平衡,避免無功電力遠程輸送與越級傳輸。
2實行實時無功抵償和電壓調理
為了實行實時無功抵償,優化無功潮水散布,提出一種全網無功抵償和電壓優化實時控制方式,以實現從離線處置轉化為實時處置,提高全網各節點電壓及格率,削減網損,取得較好的經濟性。
2.1控制無功抵償和電壓優化的劃定規矩
以全網網損盡量小、各節點電壓及格為方針,以調劑中心為控制中心,以各變電站的有載調壓變壓器分接頭調理與電容器投切為控制手段。
2.2控制流程
首先從調劑自動化系統收集數據,送進電壓分析模塊和無功分析模塊進行綜合分析,形成變電所主變分接頭調理指令、變電所電容器投切指令,由調劑中心、集控中心、配調中心控制系統執行,輪回往復。無功電壓實時控制流程見圖3。

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2.3無功抵償與電壓優化的控制原理
電力系統電壓無功限值區間的劃分(動態9區圖)見圖4。憑據該圖在各區內,以最優的控制順序和電壓無功裝備組合使運行點進進無功、電壓均知足要求的第9區。

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電壓控制依照逆調壓原則,當電壓變化超越電壓曲線的允許誤差范圍(U上—U下)或超越無功功率允許誤差范圍(Q上—Q下)時,憑據整定的偏移量發出電容器投切指令或變壓器分接頭調整指令,從而到達調整電壓和無功潮水的目的。
其中,U上、U下劃分為電壓約束上、下限,Q上、Q下劃分為無功約束上、下限,各區動作方案以下。
1區:電壓超下限,無功超上限。設定電容器投進容量,并發出電容器投進指令,當電容器全數投進后,電壓仍低于U下時,發出變壓器分接頭升壓調理指令。
2區:電壓及格,無功超上限。發出電容器投進指令,當電容器全數投進后運行點仍在該區,則維持運行點。
3區:電壓超上限,無功超上限。發出變壓器分接頭降壓調理指令;當有載調壓已處于下限時,再發出上一級變壓器分接頭調理指令。
4區:電壓超上限,無功及格。動作方案同3區。
5區:電壓超上限,無功超下限。發出電容器切除指令,當電容器全數切除后,電壓仍高于U上時,再發出變壓器分接頭降壓調理指令。
6區:電壓及格,無功超下限。發出電容器切除指令,當電容器全數切除后,運行點仍在該區,則維持該運行點。
7區:電壓超下限,無功超下限。發出變壓器分接頭升壓調理指令,當有載調壓已處于上限時,再發出電容器投進指令。
8區:電壓超下限,無功及格。動作方案同7區。
9區:電壓、無功均及格。維持該運行點,不發調整指令。
3運用分析
某區域電網接線示意圖見圖5。

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以#6變電站為例,假設其運行于1區,即10kV母線電壓低于其電壓曲線下限,同時變壓器高壓側所受無功功率潮水高于其整定上限,那末,控制系統會憑據收集到的實時數據,進步前輩進電容器調理法式,計較肯定應投進的電容器容量,條件是電容器投進后,10kV側不得向35kV側反送無功或不得超越無功受電的整定下限。若是電容器全數投進后,依然不能知足要求,系統會進進變壓器分接頭計較法式,并憑據計較成效,發出變壓器分接頭調理指令,強行提凹凸壓側母線電壓,使其到達或高于電壓曲線下限,但此時變電站無功負荷潮水紛歧定知足整定要求,可以憑據對負荷的展望,增加電容器的裝設容量。
若運行于2區,即10kV母線電壓到達或高于其電壓曲線下限,同時變壓器高壓側所受無功功率潮水高于其整定上限,則控制系統只進進電容器調理法式,發出電容器投進指令,抵償無功,減小變電站無功受電。若電容器全數投進后,仍不能使無功潮水知足要求,由于電壓在及格范圍內,控制法式不再進進變壓器分接頭調理法式,使其維持在該運行狀態下。對于電容器裝設容量不足的問題,也能夠經由過程增加電容器的裝設容量來知足需要。
在3區運行時,由于電壓跨越上限,但無功受電也較多,跨越上限,這主要由變壓器變比不合適引發,控制系統會以此條件做出判斷。首先發出變壓器分接頭調理指令進行降壓,若分接檔位調至下限時,電壓仍跨越上限,此時應調理上一級變壓器(4)分接頭下降電壓。不切除電容器是由于切除后,無功受電會進一步加年夜,不合適網損盡量小的原則。此外,可接納調整負荷結構,平衡無功負荷的措施,不使其過于集中。
在4區運行時,第一步與3區調整原則一致,第二步控制系統在保證無功及格的條件下,切除部門電容器,削減其對電壓的抬升作用。
5~8區與1~4區相對應,控制系統會發出相反的調理指令,不再敘述。
4運行效果
4.1下降線損
運用前后3個月的網損統計數據比力如表1所示。運用實時無功抵償與電壓控制系統后,1~3月的節電量劃分為300、349、420MW·h,降損節電效果較著。

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4.2提高了電壓及格率
系統運用前后的電壓及格率比力見表2?梢钥闯,各點電壓及格率均獲得了提高。

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4.3改善了裝備運行狀態
由于實施全網實時無功抵償和電壓調理,變電所電容器平均天天投切次數由之前的3次增加到9次,主變分接頭開關調理次數由之前的10次/(臺·d),下降到現在的5次/(臺·d);同時,高壓側功率因數由0.89提高到0.96。
5結論
依照上述方案實施無功抵償和電壓調理,使無功功率獲得了自動實時抵償,實現從離線處置到實時處置,從就地平衡到全網平衡,從零丁控制到集中控制,避免了人工監視、手動投切的各類弊端,如響應慢、誤操作、工作量年夜等,電壓水平的及格性和穩定性獲得了顯著提高,整個電網的網損降到了盡量低的水平。運行實例講明,該系統方案在電力系統具有優秀的運用前景。
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