電網自動化調度的無功電壓管理分析
【摘 要】本文主要分析了電網自動化調度的無功電壓管理，并在此基礎上提出優化以及最優經濟運行電壓的具體措施。
【關鍵詞】電力調度;無功電壓管理;優化;措施
Abstract This paper analyzes the grid voltage and reactive power dispatch automation management, and proposed to optimize and most economic operating voltage on the basis of specific measures.
Key words power dispatch; voltage and reactive power management; optimization; Measures
在電力系統運行過程中，無功補償與無功平衡是確保電壓質量的根本保障，通過有效的無功補償以及自動控制，可提高電壓的質量水平，也可確保電力系統運行的安全性、穩定性，減少電能消耗，提高電網運行效益。對于電能質量的衡量標準來說，電壓是非常重要的指標，同時電壓的質量也與無功功率的分布狀況密不可分。隨著經濟的飛速發展及人們生活水平的日益提高，用戶對電能質量提出了更高要求，因此必須加強電網監督與管理，實現有效的無功電壓管理。
1.無功補償的基本原理
所謂的無功補償技術便是指無功補償電源，主要目的是為了提供必要無功功率，降低電網能耗、提升電力系統功率因數，最終實現對整個電網電壓質量的提升。而且，無功功率決不是無用功率，它的用處其實很大。如果沒有無功功率，則變壓器的一次線圈便無法產生磁場，進而導致二次線圈無法感應出電壓。所以，如果沒有無功功率，變壓器便無法進行變壓工作、電動機便無法轉動。正常情況下，用電設備不但要從電源取得有功功率，同時還需要從電源取得無功功率，如果電網中的無功功率供不應求，用電設備就沒有足夠的無功功率、正常的電磁場，這些用電設備就不能維持在額定情況下工作，用電設備的端電壓就要下降，從而影響用電設備的正常運行。但是從發電機和高壓輸電線供給的無功功率遠遠滿足不了負荷的需要，所以我們需要在電網中要設置一些無功補償裝置來補充無功功率，以保證用戶對無功功率的需要，這樣用電設備才能在額定電壓下工作。
2.無功補償配置要求
無功補償配置要求核心思想為“電力系統配置的無功補償裝置應能保證在系統有功負荷高峰和負荷低谷運行方式下，分(電壓)層和分(供電)區的無功平衡，并具有靈活的無功電力調節能力和檢修備用容量。無功補償配置應根據電網情況，實施分散就地補償與變電站集中補償相結合，電網補償與用戶補償相結合，高壓補償與低壓補償相結合，滿足降損和調壓的需要。”
3.電網自動化調度無功管理的主要措施
做好無功電壓的管理，首先就需要配備足夠數量的無功補償設備，每個電力供應企業都要根據自身情況并按照《導則》中的要求進行無功補償設備的配備工作。在配備過程中，經常會發生由于一時電壓的高低而少配甚至不配無功補償設備。特別是在超過110kV的變電所中，其電纜線路復雜繁多，經常發生向系統倒送無功的情況，這時就需要切除并聯的電容器以解決無功倒送的問題，若還不能解決，就需要在低壓母線上安裝并聯電抗器，從而改變變電所的無功負載，達到無功平衡的目的。
其次，合理配置無功補償設備的容量。無功補償設備的容量大小一定要適量，特別是單組容量不能過大。若單組容量過大，當輸電電壓負載較低時，不會進入電容器，這樣次級的輸電線路上的負載電壓降低，導致線損增加，從而造成向電網上倒送無功。目前，我國輸電線路上的負載呈現逐年遞增的趨勢，因此，在電容器配備的時候應考慮到負載的增加，以便于適應后期的操作。
在完成無功補償設備的合理配置后，無功電壓管理的重點就是保證分層和分區內的平衡。這樣就可以達到無功補償的理想狀態，即各級的輸電線路沒有無功電流，各級的電壓母線上的輸電功率都接近1，并且減少由于長距離線路輸送電能導致過多的線損以及負載電壓的下降。
電網無功管理的主要措施包括：
(1)應本著自下而上，由末端向電源端的順序逐級平衡補償;需補償容量：Qc=P(tga1-tga2)，其中P為最大負荷月平均有功功率。
(2)電網調度工作人員應加強對變電站電壓及無功功率的調整，借此來使母線的電壓質量保持在最佳狀態。當補償裝置全部投入使用后，若母線的無功補償仍舊無法滿足相關要求時，必須及時向上級有關負責人匯報，以便采取相應的解決措施。
(3)電壓在線監測和分析系統應用實用化;繪制電壓監測點分布圖，電壓監測點設置數量、安裝位置滿足規定要求。
(4)以35kV變電站為單位，分供電區進行無功平衡及電壓分布分析，通過指標細化分析和措施跟蹤檢查，及時掌握變化趨勢，采取針對性措施逐步提高電網和各級用戶電壓合格率。
(5)根據電網的不斷發展和變化，持續滾動開展低谷、高峰以及典型負荷時期無功電壓計算分析，為電網無功補償設備投切、主變抽頭位置調整提供計算依據，并督促調度所合理投切35kV變電站無功補償設備，使無功分層就地平衡，減少不同電壓等級間的無功穿越，降低損耗。
(6)調度中心應按照運行電網實際的負荷變化，編制并下達無功負荷曲線，同時具備無功調整能力的變電站也都必須嚴格按照這一無功負荷曲線對無功出力進行調整。調度中心的值班人員有權按照當前電網的實際運行情況進行相應的修改，并對各級變電站的執行情況進行監督。
(7)在無功負荷的峰谷階段，電廠內的發電機無功應增至無負荷為止;在低谷時，發電機無功則需降至功率因數中所提到的最佳值0.95以上。
4.電網自動化調度無功優化系統的建立
由于城市用電需求在不斷增加，不同城區的用電需求也是在不斷變化，再加上設備老化等問題，這樣設定好的無功電壓補償措施也許很難適應目前或將來的變化。因此，除了應做好無功管理工作之外，還應充分發揮無功優化系統的作用。通過無功優化系統的自動控制，可以極大的減輕調度和運行人員的工作量，并且和人為控制相比更科學、更合理、計算更精確。
根據電網調度自動化運行的實際情況，對于無功電壓系統的優化應從以下幾個方面著手：
4.1優化原則
保證電力供應全網內的最大范圍內的負載電壓達到額定值;保證電力供應全網內盡量降低電能在線路上的損失;所有的參與電網調度的工作人員，其行為準則要遵循安全、運行和調度規范。 4.2控制目標
在保證電網和電網中人員、設備安全運行的前提下，通過全網內的無功電壓補償措施，對于無功電壓管理進行優化。不但能夠保證電網整體經濟地運行，還要通過合理計算，有效控制無償設備的成本投入。最終實現主變壓器的調節次數最少、負載電壓在額定電壓規定的誤差范圍內波動，全網的線損最小。在進一步提高電網調度自動化水平的基礎上，保證電網能夠具有更高的運行安全性和穩定性。
4.3約束條件
母線的負載電壓處于規定范圍內;調壓開關動作次數處于規定范圍內;電容器投切次數處于規定范圍內;供電效率合格。
4.4功能實現
通過無功電壓綜合優化計算后，形成有載調壓變壓器分接開關調節指令、無功補償設備投切指令及相關控制信息，然后將控制信息發送至各工作站，各工作站再將控制指令交系統執行。當地區電網內各級電壓在合格范圍內，控制本級電網內無功功率流向合理，實現無功分層就地平衡，提高功率合格率。同電壓等級不同變電所電容器組根據計算決策誰優先投入。同變電所不同容量電容器組根據計算決策誰優先投入。
5.電網最優經濟運行電壓的控制措施
通過調度自動化系統時實在線計算和離線計算，然后利用負荷電壓的對應關系曲線，在保證電壓質量的基礎上，適度、合理地調整發電機端電壓和變壓器分接頭、投切電容器及調相機調壓等手段，使電網運行電壓可以達到最優經濟運行電壓，從而達到降損節點效果。電網最優經濟運行電壓控制的主要措施包括以下方面：
(1)在做到無功功率平衡的前提下，然后利用負荷電壓的對應關系曲線，按負荷分時段進行調整變壓器的分接頭。當母線電壓低時，先投電容器組后調整主變分頭，有載調壓變壓器必須逐個分接頭調整;當母線電壓超出偏移上限時，應首先調整主變分接開關檔位，以降低電壓，無法調整時，才將電容器退出運行。
(2)在電壓允許偏差范圍內，供電電壓的調整使電網高峰負荷時的電壓值高于電網低谷負荷時的電壓值。
(3)在有調壓能力的情況下，嚴禁使各級電壓超限值運行。
(4)調度員要加強對變電站無功、電壓的調整，保持變電站母線電壓質量和補償裝置的即時投停;全部調壓手段用完后，變電站母線電壓質量仍不能滿足要求時，應及時匯報上級值班調度員協助調整。
(5)一般35千伏以上的電網中，負載損耗約占總損耗的80%左右，負荷電壓的對應關系優化曲線一般偏中上限運行，因此白天負荷重時應提高母線運行電壓。
(6)保證二次電壓在正常范圍的前提下，盡量提高分接頭檔位，以降低鐵心磁通密度。該工作不能頻繁做，但不能長期不管，每年應按照季節分1-2次進行適當調整。
(7)因為電網的負荷是變動的，我們不必要對任意負荷點進行經濟電壓的調整，從調度的實用性和可操作性，我們可以根據變壓器的調壓檔位和規程規定的電壓偏移值，利用負荷電壓的對應關系分時段按負荷進行經濟調壓。
(8)如果不能通過調度自動化系統時實在線計算，可以通過負荷曲線進行離線計算，同樣可以解決電網最優經濟運行電壓問題和無功優化問題。
6.結束語
電力調度的主要目的便是要科學合理地對功率進行調度，隨著現階段我國電網自動化調度水平的不斷發展和進步，電力系統中的無功電壓得到了進一步的管理和優化，這對于提高系統的電壓質量、改善電能質量、平衡無功分布、降低有功損耗有著十分重要的意義。只有不斷降低電網中的無功功率損耗，才能有效地確保系統安全、穩定、經濟運行，從而推動電力企業健康發展。
【參考文獻】
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[2]張愛國，牛迎水，廖亨利.地區電網無功電壓控制應用現狀及[J].發展高 科技與產業化，2010(08).
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