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　　摘要：隨著變電站綜合自動化系統的不斷完善，功能不斷強大，在監控后臺利用綜合自動化測控系統進行變電站的局部電壓無功功率控制（VQC），已經取代原來利用專門的硬件進行電壓無功功率控制的專用型VQC裝置。本文介紹了監控后臺機進行VQC的基本原理，以及對運行中的一些實際存在問題進行討論，并且探討了VQC定值整定的問題。
　　關鍵詞：綜合自動化；VQC;定值整定

 

　　隨著無人值班變電站的不斷增加，變電站綜合自動化系統也在不斷完善，功能亦不斷強大。在監控后臺機上利用變電站綜合自動化的監控系統，應用軟件實現變電站的電壓無功功率控制(VQC), 已經成為監控后臺的強大功能之一。在監控后臺利用軟件進行VQC, 比起傳統利用專門硬件進行電壓無功控制，具有節省投資，編程靈活，升級方便等優點。下面簡單介紹一下在監控后臺進行VQC的原理及VQC的邏輯原理。

1.     VQC在監控后臺的實現。

　　在監控后臺實現VQC, 如圖1所示：

 

 

                       圖1  監控后臺實現VQC原理圖

　　綜合自動化測控系統將在變電站所采集到的一次設備的數據通過各種網絡（如can網，以太網等）發到SCADA后臺機上，然后后臺監控機上的VQC軟件從SCADA取得電壓電流功率因數等數據，經過計算和邏輯分析，對測控系統作出調節指令，綜自測控系統將接到的指令執行，控制相應的一次設備，如有載調壓變壓器分接頭和電容器，將變電站的電壓及無功功率控制在一個合格的范圍內，從而達到電壓無功控制的目的。

2.     VQC邏輯原理。

　　變電站中一般有幾臺變壓器，VQC根據主變的運行方式的不同選擇不同調節方式。對于兩繞組的變壓器，取高壓側的無功功率作為無功調節的依據，取低壓側電壓作為電壓調節的依據。電壓的調節主要靠調節主變的檔位來實現，無功功率的調節主要靠無功設備的投切來實現。

2.1  9區圖的定義

　　以U為縱坐標，無功功率Q為橫坐標，組成U-Q坐標系，如圖2所示，

 

　　在第一象限中，將區域分為9個，分別從1~9編上號。只有系統運行點, 即系統實時的電壓和無功功率值，落在Umin<U<Umax，Qmax<Q<Qmin時 , 即在9區時，才視為系統電壓無功功率滿足運行要求，其它區域為電壓無功功率不滿足要求。

2.2  9區圖的控制策略。

   2.2.1  VQC的調節方式

　　在主變高壓側電壓不變及輸入功率不變的程況下，主變分接頭上調，高壓側繞組匝數減少，主變低壓側電壓增大; 反之，主變分接頭下調, 高壓側繞組匝數增加，主變低壓側電壓減小。

對于并聯電容器組，當投入時，系統無功功率得到補償，無功功率減少，電壓升高；反之，退出后，系統無功功率增大，電壓降低。

   2.2.2  9區圖的策略制定

　　9區圖定義的目的為方便制定出各個區域的U-Q控制策略。根據變電站的系統運行點在9區圖上的位置，從而制定相應的控制策略。 現在簡單分析一下各個區域的情況并歸納一下控制策略。如表1所示：

 

 

 

                     表1  VQC  9區圖調節策略

                                      

 

　　在實際的運行方式中，可能會遇到這樣的一種情況，運行點落在6區的某個地方，VQC策略為切電容，但切電容后，系統電壓下降，無功功率增大，運行點落在7區，7區策略為升分接頭，升抽頭后運行點又回到6區。此時造成電容器和分接頭頻繁調節且運行點在6區與7區之間徘徊。同樣的道理，在2區的某個地方，也會造成運行點在2、3區之間徘徊，電容器和分接頭頻繁調節。如圖3所示：

 

                                                   

　　造成上述電容器和分接頭頻繁調節的原因，是由于投切電容器后電壓的升高或降低使得運行點向另一個不滿足的區移動。為此，可將9區區作進一步的細分，從而制定更詳細的控制策略。將9區圖進行改進，得出如圖4的11區圖：

  注：ΔUq為投退一組電容引起的母線最大電壓變化量。

　　61、62區為原來的6區細分而來，21、22區為原來2區細分而來。在61區，Umin<U<Umax,U合格，Q<Qmin,可采取的策略為切電容，因為此時切一組電容后，運行點仍落在6區內（61區或62區），Umin<U<Umax,U合格,Q<Qmin。在62區，因為切一組器后造成運行點在6、7間徘徊，為避免電容器的頻繁投切及主變分接頭的頻繁動作，在電壓優先的情況下可采取的策略為不動作。同理，在21區，Umin<U<Umax,U合格，Q>Qmax,可采取的策略為投電容。在22區，Umin<U<Umax,U合格, Q>Qmax,為避免電容器的頻繁投切及主變分接頭的頻繁動作，在電壓優先的情況下可采取的策略為不動作。

同樣的道理，可將9區圖作進一步的細分，制定更加詳細的控制策略，從而使電壓或無功功率達到運行時的合格條件而減少電容器和主變分接頭的頻繁動作。如從9區改進得出的17區圖，就是在各個區之間的分界處再劃分新區，在各個區制定更詳細的動作策略而得來，在此不作詳細的討論。

從上述分析可知，每個區的動作策略并不一定能滿足使運行點落在9區，在調節策略不能使電壓無功功率都合格的情況下，為避免電容器和主變分接頭的頻繁動作，必須在兩者之間作取舍。要么VQC運行在電壓優先的方式下，在電壓和無功功率不能同時得到滿足的情況下，優先滿足電壓要求；要么運行在無功優先方式下，優先滿足功率因數要求。具體是電壓還是無功優先，要充分考慮當地的負荷情況及當地的系統運行規程。

 

3.     VQC的定值整定

　　各VQC軟件因廠家的實現方法不同而使得定值不盡相同。但是在VQC中若干定值是共通的，在此探討一下這些共通的定值的整定問題，對于因不同的廠家各自獨有的定值要求，在此不作詳細的討論。

　　在9區圖中，有四個值決定9區圖的分布，它們分別是：Umax、Uimn、Qmax、Qmin。對于Umax、Umin的整定，可參照當地的電網運行規程，設定合格電壓的上下限，例如對于廣州地區，根據廣東電網公司廣州供電局《生產技術規章制度匯編》，10kV的合格電壓的范圍為9.8~10.7kV,因此Umax設定為10.7,Umin 設定為10.0,對于10kV因饋線長網損較大的特殊情況，可將Umin適當增大。

　　Qmax與Qmin的整定比較復雜，因為Q與負荷大小密切相關。對于Qmax、Qmin的整定，應先根據當地電網對于功率因數的運行規定，確定COSΦmax及COSΦmin。例如對于廣州地區，根據廣東電網公司廣州供電局《生產技術規章制度匯編》，COSΦmax為0.98,    COSΦmin為0.9。現假設對于一臺兩卷變壓器，容量為50000kVA。現考慮該臺變壓器運行在額定負荷的80%,情況下，則可得出Qmax及Qmin在80%的額定負荷條件下的值：

Qmax=80%*S*√(1-COSΦmin* COSΦmin  =17436kVar

Qmin=80%*S*√(1-COSΦmax* COSΦmax  =7960kVar

因為負荷是變化的，因此Qmax與Qmin隨著不同的負荷變化而變化。因此VQC軟件一般都要求分時段執行定值。所以可根據當地的負荷變化規律，在不同的時段整定不同的Qmax與Qmin大小。

　　確定投一組并聯電容器對母線電壓的影響，通常比較困難。因為為負荷受時間、季節的變化而不同，因此要精確整定是比較困難的。可以利用綜合自動化系統的遙測數據來確定此定值。例如在一天中負荷的高峰期，通過觀察一組電容器投入后母線的變化來確定ΔU1，在負荷的低谷期，觀察一組電容器退出后母線的變化來確定ΔU2,將電壓的變化率 ΔU整定在ΔU1~ΔU2之間。在實際的整定中，還應該按時段觀察負荷的曲線，確定每個時段的ΔU1及ΔU2，取它們的平均值，從而確定各個時段的ΔU。

　　對于一組并聯電容器，其出廠銘牌都會注明其容量，例如對于某電容器組，其參數為5010kVar, 則其容量可直接作為投一組并聯電容器對無功的變化大小，例如對于上述電容，則其對無功的變化率為5010kVar。

 

　　以上討論的是分散式的電壓無功控制方式，即在各個變電站中，自動調節有載調壓變壓器分接頭和自動投切無功補償設備，以控制當地的電壓無功功率在合格的范圍內。從整個電網的宏觀角度來看，此種方式缺乏潮流的大局觀，因此存在不可避免的局限性。為了實現全電網的無功優化控制，提高系統運行的可靠性和經濟性，最好的無功控制方式為集中式控制，即調度中心對各個變電站的變壓器的分接頭和無功補償設備進行統一的控制。集中式控制是電力調度控制發展的最高階段。對于集中式電壓無功控制的理論及算法，目前有不少的成果，如基于災變遺傳算法的無功規劃優化等。對于集中式控制的算法等問題，仍有待進一步的研究探討。