一种电压无功调节方法与流程

本发明涉及一种通过投切电容器和调节变压器的分接头来调节供电系统的电压和无功的方法，属于输配电技术领域。

背景技术

各级变电站的调压设备一般是有载调压变压器，无功补偿设备一般是电容器组。通常情况下，通过调节变压器的分接头改变电压来达到提高电能质量的目的；通过投切电容器无功电源实现无功就地平衡来达到降低网损的目的。

在图1所示的电气系统中，变压器高压侧无功功率的计算公式为：q=u1*u1/x，u1为变压器高压侧电压，x为高压侧感抗。无功功率不足的意思是指功率因数低，功率因数cosφ=p/s，s²=p²+q²，其中，s为视在功率，p为有功功率。当无功功率不足时，如果负载侧有无功补偿电容的话，那么负载中的感性负载所需要的无功功率就由无功补偿柜提供，如果没有无功补偿电容，那么负载中的感性负载所需的无功功率就由电网通过变压器提供，这样就会造成线路电流增大，而线路有电阻，电流的增大会使线路上的压降增大，进而导致整个电网的电压下降。

传统的控制策略是按照固定的电压和无功上下限将电压-无功平面直角坐标系划分为九个区域（如图2所示），每个区域对应不同的控制规则，u是变压器低压侧母线电压，q是变压器高压侧无功功率。有载调压变压器和并联补偿电容器的基本调节规律为：变压器分接头下调（上调）后，u变大（变小），q变小（变大），进线功率因数变小（或变大），一般调节分接头对无功的影响不大；投入（切除）电容器后q变小（变大），u变大（变小），功率因数变大（或变小）。其最终目的是以最优的控制顺序和最少的动作次数来控制站内并联补偿电容器的投切及有载调压变压器分接头的切换，使运行点进入到正常工作区（9区）。

该方法存在的主要问题是：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协调关系，实际调节过程中会出现振荡、设备频繁动作的现象。例如在图3中，当系统运行于2b区（传统方法中该区属于2区），即电压接近上限而功率因数低于下限值cosl时，根据传统方法中2区的控制方案，将投入电容器进行无功补偿，引起电压升高，则投电容后运行点将可能进入3而非9；装置再根据3的控制方案（升档降压）使运行点可能又回到2b，如此反复，产生振荡动作。

又如在图3中，当系统运行于6b区（传统方法中该区属于6区），即电压接近下限而功率因数高于上限值cosh时，根据传统方法中6区的控制方案，将切电容器，引起电压下降，则切电容后运行点将进入7而非9，装置再根据7的控制方案（降档升压）使运行点又回到6b，如此反复，产生振荡动作。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种电压无功调节方法，以减少设备的动作次数，避免出现振荡现象，提高系统的供电质量。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种电压无功调节方法，所述方法首先以变压器低压侧母线电压上下限和高压侧无功上下限为分界线，将电压-无功平面直角坐标系划分为九个区域，然后根据投切单组电容器引起的电压最大变化量，将每个在调节过程中可能产生振荡的区域细分为两个子区域，对各个子区域和未经细分的区域采用不同的控制规则，以最优的控制顺序和最少的动作次数来控制站内补偿电容器的投切及有载调压变压器分接头的切换，使电气系统的运行点维持在或进入到正常工作区。

上述电压无功调节方法，所述方法包括以下步骤：

a.以变压器低压侧母线电压上限uh、变压器低压侧母线电压下限ul、变压器高压侧无功上限qh和变压器高压侧无功下限ql为分界线，将电压-无功平面直角坐标系划分为以下九个区域：

1区：变压器高压侧无功高于qh，变压器低压侧母线电压低于ul；

2区：变压器高压侧无功高于qh，变压器低压侧母线电压在ul与uh之间；

3区：变压器高压侧无功高于qh，变压器低压侧母线电压高于uh；

4区：变压器高压侧无功在qh与ql之间，变压器低压侧母线电压高于uh；

5区：变压器高压侧无功低于ql，变压器低压侧母线电压高于uh；

6区：变压器高压侧无功低于ql，变压器低压侧母线电压在ul与uh之间；

7区：变压器高压侧无功低于ql，变压器低压侧母线电压低于ul；

8区：变压器高压侧无功在qh与ql之间，变压器低压侧母线电压低于ul；

9区：变压器高压侧无功在qh与ql之间，变压器低压侧母线电压在ul与uh之间；

b.将2区细分为2a子区域和2b子区域，其中2a子区域覆盖的范围为：变压器高压侧无功高于qh，变压器低压侧母线电压在ul与uh-δuq之间，其中，δuq为投切单组电容器引起的电压最大变化量；2区的其余部分为2b子区域；

将6区细分为6a子区域和6b子区域，其中6a子区域覆盖的范围为：变压器高压侧无功低于ql，变压器低压侧母线电压在uh与ul+δuq之间；6区的其余部分为6b子区域；

c.对各个子区域和未经细分的区域采用如下的控制规则：

1区：逐组投入电容器，直至电气系统的运行点进入9区为止，若所有电容器投完后变压器低压侧母线电压仍然低于ul，则调变压器分接头升压，使电气系统的运行点进入9区；

2a子区域：逐组投入电容器，直至电气系统的运行点进入9区为止，若所有电容器投完后变压器高压侧无功高于qh，则不再采取调节措施；

2b子区域：首先调变压器分接头降压，使变压器低压侧母线电压位于uh与ul之间，然后检测变压器高压侧无功的大小，若低于qh，则停止调节；若仍然高于qh，则逐组投入电容器，直至电气系统的运行点进入9区或电容器已投完为止；

3区：调变压器分接头降压，直至电气系统的运行点进入9区或变压器已调至最低档；

4区：调变压器分接头降压，直至电气系统的运行点进入9区或变压器已调至最低档；

5区：逐组切除电容器，直至电气系统的运行点进入9区为止，若所有电容器切完后变压器低压侧母线电压仍然高于uh，则调变压器分接头降压，使电气系统的运行点进入9区；

6a子区域：逐组切除电容器，直至电气系统的运行点进入9区为止，若所有电容器切完后变压器高压侧无功低于ql，则不再采取调节措施；

6b子区域：首先调变压器分接头升压，使变压器低压侧母线电压位于uh与ul之间，然后检测变压器高压侧无功的大小，若高于ql，则停止调节；若仍然低于ql，则逐组切除电容器，直至电气系统的运行点进入9区或电容器已切完为止；

7区：调变压器分接头升压，直至电气系统的运行点进入9区；

8区：逐组投入电容器，直至变压器低压侧母线电压低于ul为止，每次投入一组电容器后检测变压器高压侧无功是否低于ql，若低于ql则调变压器分接头升压，直至电气系统的运行点进入9区；

9区：无动作。

本发明对可能产生振荡的区域进行了二次分割，并针对所得子区域的具体情况制定了合理的控制规则，从而有效减少了受控设备的动作次数，避免了振荡现象的发生，使系统的运行点能够维持或快速进入到正常工作区，大大提高了系统的供电质量。

附图说明

图1是电气系统图；

图2是传统电压无功平面图；

图3是本发明的电压无功平面图划分方法。

图中各符号如下：q、变压器高压侧无功功率，u、变压器低压侧母线电压，cosh、功率因数上限，cosl、功率因数下限，ql、变压器高压侧无功下限，qh、变压器高压侧无功上限，uh、变压器低压侧母线电压上限，ul、变压器低压侧母线电压下限，δuq、投切单组电容器引起的电压最大变化量。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本方法主要以变压器低压侧母线电压u和变压器高压侧无功功率q作为控制目标改进优化动作策略，按照无功设备优先原则，优先考虑电容器投切，尽可能减少变压器分接头的动作。电压无功平面图的划分方法如图3所示。

当电压越上限、下限时，调变压器分接头降、升压可以使电压正常，由于投电容器即可以改变母线电压，同时又可以起到无功优化的作用，因此优先考虑投切电容器，减少变压器分接头的动作。

传统方法中，2区和6区为在调节过程中容易产生振荡的区域，但也不是整个区域都产生震荡，实践证明，2区容易产生振荡的是靠近3区的部分，而6区容易产生振荡的是靠近7区的部分，因此，本方法将2区细分为2a子区域和2b子区域，将6区细分为6a子区域和6b子区域，对靠近3区的2b子区域和靠近7区的6b子区域采用新的控制规则，以避免振荡现象的发生。

各区（子区域）的控制规则如下：

1区：投电容器不会使功率因数超过上限值（功率因数上限值与变压器高压侧无功下限相对应，而功率因数下限值与变压器高压侧无功上限相对应），则优先投电容器，投电容器后电压仍然不满足，则调变压器分接头升压。

2a子区域：投电容器不会使电压越上限和功率因数越上限，则只投电容器。

2b子区域：检测到投电容器使电压越上限值，此时有电容器可投，则先调变压器分接头降压，然后再检查电容器是否需要投入，需要则投；在该区中检测到没有电容器可以投，则暂时维持现状而不操作变压器分接头。

3区：电压高但功率因数又偏低，则只调变压器分接头降压。

4区：电压高，但切一组电容器会导致功率因数超过了下限值，则调变压器分接头降压。

5区：切电容器不会使功率因数超过下限值，则优先切电容器，切电容器后电压仍然不满足，则调变压器分接头降压。

6a子区域：切电容器不会使电压越下限和功率因数越下限，则只切电容器。

6b子区域：若有电容器可切，先调变压器分接头升压（若先切一组电容器会使电压越下限值），然后再检测电容器是否需要切掉，需要则切；若检测到没有电容器可以切，则暂时维持现状而不操作变压器分接头。

7区：电压低但功率因数又偏高，则调变压器分接头升压。

8区：电压低，投一组电容器会导致功率因数超过了上限值，则调变压器分接头升压。

9区：无动作，正常工作区。

系统按照一次接线正确整定所有的运行方式，分析出正确的调压逻辑。通过变电站内监控网络获得系统信息，包括相关节点的电压、电流、有功和无功以及相关电容器和分接头开关的位置信息，开关量与压板信号的采集方式直接通过开入卡就地采集，然后按照预定的控制原则做出调整决策。在需要调节变压器分接头时，由主站发令通过监控网下达给相应变压器间隔地控制装置执行；需要投切电容器时，由主站发令通过相应的电容器保护装置执行。