变电站电压无功功率控制原理
浅谈无功电压自动控制系统的基本原理
浅谈无功电压自动控制系统的基本原理摘要：随着电力系统快速发展，我国电网规模不断扩大，电网各级结构和运行方式变得日益复杂，传统的无功电压手动调节方式已经越来越不适用于电力系统的需要，无功电压自动控制( AVC) 系统成为降低电网损耗、减轻运行人员劳动强度、改善电能质量必不可少的手段。
因此，本文针对无功电压自动控制系统的基本原理进行了分析。
关键词：无功电压；自动控制系统；基本原理一、无功电压自动控制系统概述AVC系统是用地区电网实时的运行数据，以全电网的角度做出科学分析得出最佳的无功电压调节方面的策略。
它有着诸如电网无功电压安全稳定性和电网运行的经济性以及电能质量等多方面因素，达成全电网上下级协调一体，进而提升全省电网电压质量及供电局精益化运行水平。
目前，琼海供电局采用国电南瑞科技股份有限公司开发的OPEN3000系统作为主网调度自动化系统（简称“EMS系统”），AVC系统方面采用南瑞继保电气有限公司开发的PCS-9000系统，琼海地区电网无功电压自动控制系统主要是通过利用EMS系统所采集的琼海地区主网各节点的电压、有功功率、无功功率等实时数据开展在线分析和计算，在保证电力系统安全稳定运行的前提下，采用综合优化判断方式，以满足电网网损最小，电压质量最高，主变调档次数最少以及变电站所有容抗器投退最合理的目标。
最后，对于琼海电网来说，其无功电压自动优化控制这样一个目的，就是利用调度自动化系统的遥控遥调手段来达成的。
二、无功电压自动控制控制流程AVC系统要从EMS系统获取电网模型，同时要通过EMS系统转发遥控命令，AVC系统与EMS系统之间通过点对点方式进行数据交互。
EMS平台提供电网模型导出，并将电网实时数据发送给AVC系统，AVC系统利用结合电网实时数据及电网模型进行无功优化计算并把优化方案提供给EMS系统用来指导EMS系统对电网无功补偿设备及主变进行调控。
AVC系统控制原理如下图3-2所示：图3-2：AVC系统控制原理三、与调度自动化系统通讯及数据交互AVC系统通过FTP从主站EMS系统获取电网模型和实时采集数据，主站EMS系统为AVC系统提供电网模型XML文件和实时采集数据E格式文件，导出的XML和E格式文件应符合IEC61970-503标准。
变电站无功功率和电压调整管理讲解
变电站无功功率和电压调整管理讲解1.变电站无功功率调整无功功率是变电站的重要组成部分，它在电力系统中起到了重要的平衡作用。
无功功率主要包括容性无功功率和感性无功功率，容性无功功率可以通过并联电容器来实现，感性无功功率可以通过串联电抗器来实现。
1.1电容器和电抗器的选型和配置根据电力系统的需求和变电站的运行情况，选择合适的电容器和电抗器进行配置。
一般来说，电容器主要用于补偿感性无功功率，电抗器主要用于补偿容性无功功率。
合理配置电容器和电抗器，可以提高电力系统的功率因数，减少无功功率的损耗，提高电网的稳定性。
1.2电容器和电抗器的运行管理定期对电容器和电抗器进行检查和维护，确保其正常运行。
包括检查电容器和电抗器的电气性能，如电容器的电压和电流波形，电抗器的电流和功率因数等。
同时也要检查电容器和电抗器的机械性能，如温度、湿度、绝缘状况等。
对于有故障的电容器和电抗器，及时进行修理或更换。
1.3无功功率的平衡管理无功功率的平衡是电力系统稳定运行的关键。
变电站要根据系统的需求和自身的运行情况，合理地控制无功功率的平衡。
通常采用自动化调节系统来实现无功功率的平衡管理，通过监测和控制变电站的负荷和电压，根据系统的需求，调节电容器和电抗器的投入和退出，从而实现无功功率的平衡。
2.变电站电压调整管理电压调整是变电站的重要任务之一，它对保障电力系统的稳定运行和提高电力质量有着重要意义。
变电站电压调整管理主要有以下几个方面的内容：2.1电压的监测和控制变电站要对电压进行定期的监测和控制，包括监测变电站的输入和输出电压，以及负荷电压的变化情况。
通过对电压的监测，可以及时发现电压异常的情况，并采取相应的措施，保证电力系统的稳定运行。
2.2负荷调节负荷调节是变电站电压调整的重要手段之一、根据电力系统的负荷情况和电压需求，通过控制负荷的投入和退出，来调整电压的大小。
对于负载较大的情况，可以适当调高电压，对于负载较小的情况，可以适当调低电压，以保证电力系统运行的稳定性和电压质量。
电力系统电压控制的基本原理
电力系统电压控制的基本原理
电力系统电压控制的基本原理主要包括以下几点：
自动调节励磁：通过改变发电机或其他电源的励磁电流，可以调整其端电压。
这是电力系统中最基本和最常用的电压调节手段之一。
调节变压器分接头：变压器的分接头切换可以改变变压器的变比，从而实现电压的调整。
这种方式在电力系统中也得到了广泛应用。
改变无功功率分布：在电力系统中，无功功率的分布对电压水平有着重要影响。
通过调整无功补偿设备的投入或切除，以及改变发电机的功率因数，可以改变无功功率的分布，从而达到调节电压的目的。
自动调节有载调压变压器的分接头：有载调压变压器可以在带负载的条件下切换分接头，从而实现电压的自动调节。
这种方式在电力系统中也得到了广泛应用。
自动调节并联补偿电容器和并联电抗器的投入量：并联补偿电容器和并联电抗器可以用来调节系统的无功功率，从而改变系统的电压水平。
通过自动调节这些设备的投入量，可以实现电压的自动调节。
综上所述，电力系统电压控制的基本原理主要是通过自动调节励磁、调节变压器分接头、改变无功功率分布、自动调节有载
调压变压器的分接头以及自动调节并联补偿电容器和并联电抗器的投入量等手段来实现的。
这些手段可以单独使用，也可以组合使用，以实现对电力系统电压的有效控制。
VQC的动作原理
VQC动作原理1.1.控制原则作以下约定：计算综合功率因数的有功P、无功Q，分别是以流入主变为正方向，当P>0时的P、Q的和，可以包括主变的高、中压侧。
一般情况下，投切电容器组能够同时影响电压和无功的大小。
投入电容器，相当于增大无功电源，系统提供的无功减小，功率因数升高，电压升高；切电容器后，无功增大，功率因数降低，电压降低。
调整分接头时，一般只考虑电压的变化而忽略电压变化对功率因数的影响。
中低压侧电压在高压侧绕组数增大时，电压降低，高压侧绕组减小时电压升高。
（以下约定：升分接头时，中低压侧电压升高）所以，在遵循不向系统倒送无功的原则下，VQC将根据系统的实时参数预测出最优的调节方案，根据最优的调节方式进行控制，并对动作结果进行一定的分析。
主要有以下控制原则：1) 控制目标电压无功控制主要以主变低压侧的母线电压和高压侧功率因数（或无功）作为控制目标，同时可以将主变中压侧的母线电压作为参考侧控制目标，在保证控制电压和参考电压的电压质量后，再优化无功功率。
2) 电容器投切的次序同一母线或并列母线上，则按照动作次序循环投切。
对于并列主变的不同母线段上投切电容器时，应尽量减少分列运行母线之间的电压差别，投电容器先投电压较低侧，切电容器则先切电压较高侧。
3) 无功设备优先如果投切电容器能达到更好的调节目的，则优先考虑电容器投切。
尽可能减少分接头的动作。
4) 预测机制VQC在投切电容器之前对动作结果进行一定程度的预测，既可以达到最优的调节效果，同时也可以防止来回动作而造成震荡投切。
如果预测到投入电容器而引起电压越上限或功率因数越上限，则电容器不动作；如果预测到切掉电容器而引起电压越下限或功率因数越下限，则电容器不动作。
调整分接头时，如果通过计算预测到升压会造成任意的电压监视点越上限，则不会为提高某一电压而升档；相反，降分接头时如果通过计算预测到降压会造成任意的电压监视点越下限，则不会为降低某一电压而降档。
VQC简介
VQC－II型电压无功综合控制装置一、概述VQC－II型电压无功综合控制装置是对有载调压变压器分接头切换和并联电容器投切进行综合优化自动控制的通用设备。
它适用于电力系统中各种类型、各种运行方式的变电站。
该装置由控制器。
打印机和自动控制屏组成，采用微机及数字信号处理技术。
具有智能化程度高，功能强，性能稳定，抗干扰性强，运行可靠、操作简便和维护方便等特点。
（－）该产品的特点该产品具有现场任意修改限值及失电后不丢失编程数据和限值数据等功能。
在主变压器和电容器故障继电保护动作时通过硬件电路进行闭锁，并解决了变压器有载调压开关经常发生连调的问题。
采用此装置的变电站电压合格率较手动方式提高10～20％，节能效果明显，技术经济效益显著，其技术在国内处于先进水平。
（二）产品的性能指标经能源部电力设备及仪表质量检验中心检验，试验结果达到研制技术条件及有关行业标准所规定的指标，产品合格。
（三）实际运行情况实际挂网运行五台，其中最长的已运行一年零5个月，性能稳定，工作可靠，动作正确，已投入批量生产。
二、主要动能1．同时对1－2台有载调压变压器分接头及2X（l～6）组并联电容器组投切进行自动控制。
2．电压限值方式可选为曲线方式或计算方式（根据实时负荷逆调压）。
3．电压、无功限值方式可选为：（1）电压限值条件①按给定电压曲线「U L=f（t）」。
②按给定有功负荷实时计算［U L=f（P）」（2）无功限值条件：①按给定无功曲线［Q L=f（t）］②按当地优化计算「－0． 65 Q C～＋0．65 Q C］Q C为每组电容器容量4．限值存储按每日48段由键盘以十进制写入内存。
5．对三卷变压器，具有中、低压母线电压、实行综合控制功能。
6．当电容器为两组及以上时，具有循环投切或按给定顺序投切功能。
7．打印功能：（1）开机复位和自恢复动作时间打印时间，主要芯片检查结果。
（2）请求打印带时段的Q F、U a、U L限值预整定表。
（3）有载调压开关和电容器组开关动作总次数。
变电站的原理
变电站的原理
变电站是电力系统中的重要组成部分，其主要功能是进行高压电能的变换、传输和配电。
变电站由变压器、刀闸、断路器、互感器、绝缘子等设备组成。
其工作原理如下：
1. 变压器：变电站中的变压器负责将输送到变电站的高压电能进行变压，提高或降低电压水平。
变压器采用工作原理为电磁感应，通过线圈的磁场变化来实现电能的变换。
2. 刀闸和断路器：刀闸和断路器用于控制电流的通断和分配。
刀闸主要用于切断、连接电路以及通过不同性能的隔离开关使电气设备带电检修。
断路器主要用于电路的断开和闭合，以保护电力设备免受过电流、短路等故障的影响。
3. 互感器：互感器是用来测量电压、电流和功率等参数的设备。
它通过电磁感应原理将高压电网的电压和电流进行降压和降流，以便用来供测量仪表进行读取、计算和保护控制等功能。
4. 绝缘子：绝缘子用于将导线与支柱或设备之间隔离，以防止电流泄漏或发生短路。
绝缘子通常由绝缘材料，如陶瓷或聚合物制成，具有良好的绝缘性能。
变电站的工作原理是将输送到变电站的高压电能经过变压器的变换和互感器的测量后，由刀闸和断路器进行控制和分配，最后通过绝缘子对电流进行隔离，将不同电压等级的电能送往不同的电力用户。
变电站在电力系统中起到了传输、变换和配电的重要作用。
变电站工作原理
变电站工作原理
变电站是电力系统中的重要设施，其工作原理如下：
1. 输电：变电站接收来自发电厂的高电压交流电（通常为110
千伏或220千伏），通过变压器将电压升高，以减小电流损耗，然后将电能输送到远距离的用户。
2. 变压：变电站使用变压器将高压电能转换成低压电能，以满足用户的需求。
变压器通过磁耦合原理实现电能的传输和转换，使电能经过变电站后适应不同用户的需要。
3. 隔离：变电站中的隔离开关用于切断电路、隔离故障、维修和更换设备。
隔离开关可在变电站内部或与其他设备连接时进行操作，确保安全可靠的电能输送。
4. 自动保护：变电站内设有各种保护装置来检测和保护电力系统免受电流过载、短路、接地故障等问题的影响。
当发生故障时，保护装置将迅速切断电流，并发送信号给操作员，以便进行故障排除和修复。
5. 监控与控制：变电站配备了监测设备和控制系统，以实时监测电流、电压、频率等参数，并控制变压器、开关等设备的操作。
监控与控制系统可以远程操作，实现对电力系统的远程监控和控制。
通过上述工作原理，变电站在电力系统中起到关键的作用，确保电能的安全传输和用户的正常使用。
电力系统的无功功率控制技术
电力系统的无功功率控制技术随着电力需求的增加和能源的稀缺，电力系统的稳定运行和有效利用成为了一个亟需解决的问题。
无功功率控制技术在电力系统中的作用愈发重要，它能够提供无功功率的调节和平衡，确保系统的稳定性和可靠性。
本文将介绍电力系统的无功功率控制技术，并探讨其在能源管理中的应用。
一、无功功率的定义和作用无功功率在电力系统中起到了重要的作用。
与有功功率不同，无功功率并不直接用于执行功耗任务，而是用于电力传输和维持设备运行。
无功功率可以分为容性无功功率和感性无功功率，它们的作用各不相同。
容性无功功率可以提供电流的感性分量，主要用于维持电力系统的电压稳定。
它通过电容器来提供电力系统在感性负载工作时所需的无功功率，以减少系统压降，提高电压质量和稳定性。
感性无功功率则是通过电感器来提供的，它主要用于电力系统的感性负载。
二、无功功率控制技术的分类在电力系统中，无功功率控制技术主要可以分为静态方式和动态方式。
1. 静态无功功率控制技术静态无功功率控制技术是一种通过调整电力系统中的无功电流或电压来实现无功功率控制的方法。
它主要包括电容器无功功率调节、电抗器无功功率调节以及静止无功补偿器（SVC）等。
电容器无功功率调节是通过调整并联连接的电容器容量来实现的，可以在电力系统中提供无功功率的需求。
电抗器无功功率调节则是通过调整串联连接的电抗器容量来实现的。
这些方法都能有效地调整电力系统的无功功率，提高电力系统的稳定性和可靠性。
静止无功补偿器（SVC）是一种更加灵活和精确的无功功率控制技术。
它通过调整并联连接的电抗和电容器来实现无功功率的调节。
SVC能够快速响应系统的无功功率需求，有效地维持电力系统的稳定性和可靠性。
2. 动态无功功率控制技术动态无功功率控制技术是一种更加灵活和智能化的无功功率控制方法。
它主要通过控制功率电子器件，如可控电抗器（TCR）和静止功率滤波器（SAPF）来实现无功功率的调节。
可控电抗器（TCR）通过控制串联电感器的电阻来调整电力系统的无功功率。
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随着无人值班变电站的不断增加，变电站综合自动化系统也在不断完善，功能亦不断强大。
在监控后台机上利用变电站综合自动化的监控系统，应用软件实现变电站的电压无功功率控制(VQC), 已经成为监控后台的强大功能之一。
在监控后台利用软件进行VQC, 比起传统利用专门硬件进行电压无功控制，具有节省投资，编程灵活，升级方便等优点。
下面简单介绍一下在监控后台进行VQC的原理及VQC的逻辑原理。
1.VQC在监控后台的实现。
在监控后台实现VQC, 如图1所示：
图1监控后台实现VQC原理图
综合自动化测控系统将在变电站所采集到的一次设备的数据通过各种网络（如can网，以太网等）发到SCADA 后台机上，然后后台监控机上的VQC软件从SCADA取得电压电流功率因数等数据，经过计算和逻辑分析，对测控系统作出调节指令，综自测控系统将接到的指令执行，控制相应的一次设备，如有载调压变压器分接头和电容器，将变电站的电压及无功功率控制在一个合格的X围内，从而达到电压无功控制的目的。
2.VQC逻辑原理。
变电站中一般有几台变压器，VQC根据主变的运行方式的不同选择不同调节方式。
对于两绕组的变压器，取高压侧的无功功率作为无功调节的依据，取低压侧电压作为电压调节的依据。
电压的调节主要靠调节主变的档位来实现，无功功率的调节主要靠无功设备的投切来实现。
2.19区图的定义
以U为纵坐标，无功功率Q为横坐标，组成U-Q坐标系，如图2所示，
图2VQC 9区图
在第一象限中，将区域分为9个，分别从1~9编上号。
只有系统运行点, 即系统实时的电压和无功功率值，落在Umin<U<Umax，Qmax<Q<Qmin时, 即在9区时，才视为系统电压无功功率满足运行要求，其它区域为电压无功功率不满足要求。
2.29区图的控制策略。
2.2.1VQC的调节方式
在主变高压侧电压不变及输入功率不变的程况下，主变分接头上调，高压侧绕组匝数减少，主变低压侧电压增大; 反之，主变分接头下调, 高压侧绕组匝数增加，主变低压侧电压减小。
对于并联电容器组，当投入时，系统无功功率得到补偿，无功功率减少，电压升高；反之，退出后，系统无功功率增大，电压降低。
2.2.29区图的策略制定
9区图定义的目的为方便制定出各个区域的U-Q控制策略。
根据变电站的系统运行点在9区图上的位置，从而制定相应的控制策略。
现在简单分析一下各个区域的情况并归纳一下控制策略。
如表1所示：
表1VQC9区图调节策略
2.39区图的改进
在实际的运行方式中，可能会遇到这样的一种情况，运行点落在6区的某个地方，VQC策略为切电容，但切电容后，系统电压下降，无功功率增大，运行点落在7区，7区策略为升分接头，升抽头后运行点又回到6区。
此时造成电容器和分接头频繁调节且运行点在6区与7区之间徘徊。
同样的道理，在2区的某个地方，也会造成运行点在2、3区之间徘徊，电容器和分接头频繁调节。
如图3所示：
图3系统运行点在两区之间徘徊
造成上述电容器和分接头频繁调节的原因，是由于投切电容器后电压的升高或降低使得运行点向另一个不满足的区移动。
为此，可将9区区作进一步的细分，从而制定更详细的控制策略。
将9区图进行改进，得出如图4的11区图：
图4改进后的VQC11区图
注：ΔUq为投退一组电容引起的母线最大电压变化量。
61、62区为原来的6区细分而来，21、22区为原来2区细分而来。
在61区，Umin<U<Umax,U合格，Q<Qmin,可采取的策略为切电容，因为此时切一组电容后，运行点仍落在6区内（61区或62区），Umin<U<Umax,U 合格,Q<Qmin。
在62区，因为切一组器后造成运行点在6、7间徘徊，为避免电容器的频繁投切及主变分接头的频繁动作，在电压优先的情况下可采取的策略为不动作。
同理，在21区，Umin<U<Umax,U合格，Q>Qmax,可采取的策略为投电容。
在22区，Umin<U<Umax,U合格, Q>Qmax,为避免电容器的频繁投切及主变分接头的频繁动作，在电压优先的情况下可采取的策略为不动作。
同样的道理，可将9区图作进一步的细分，制定更加详细的控制策略，从而使电压或无功功率达到运行时的合格条件而减少电容器和主变分接头的频繁动作。
如从9区改进得出的17区图，就是在各个区之间的分界处再划分新区，在各个区制定更详细的动作策略而得来，在此不作详细的讨论。
从上述分析可知，每个区的动作策略并不一定能满足使运行点落在9区，在调节策略不能使电压无功功率都合格的情况下，为避免电容器和主变分接头的频繁动作，必须在两者之间作取舍。
要么VQC运行在电压优先的方式下，在电压和无功功率不能同时得到满足的情况下，优先满足电压要求；要么运行在无功优先方式下，优先满足功率因数要求。
具体是电压还是无功优先，要充分考虑当地的负荷情况及当地的系统运
行规程。
3.VQC的定值整定
各VQC软件因厂家的实现方法不同而使得定值不尽相同。
但是在VQC中若干定值是共通的，在此探讨一下这些共通的定值的整定问题，对于因不同的厂家各自独有的定值要求，在此不作详细的讨论。
3.1VQC的基本定值
3.1.1Umax、Umin的整定
在9区图中，有四个值决定9区图的分布，它们分别是：Umax、Uimn、Qmax、Qmin。
对于Umax、Umin 的整定，可参照当地的电网运行规程，设定合格电压的上下限，例如对于XX地区，根据XX电网公司XX 供电局《生产技术规章制度汇编》，10kV的合格电压的X围为9.8~10.7kV,因此Umax设定为10.7,Umin 设定为10.0,对于10kV因馈线长网损较大的特殊情况，可将Umin适当增大。
3.1.2无功Qmax、Qmin的整定
Qmax与Qmin的整定比较复杂，因为Q与负荷大小密切相关。
对于Qmax、Qmin的整定，应先根据当地电网对于功率因数的运行规定，确定COSΦmax及COSΦmin。
例如对于XX地区，根据XX电网公司XX供电局《生产技术规章制度汇编》，COSΦmax为0.98,COSΦmin为0.9。
现假设对于一台两卷变压器，容量为50000kVA。
现考虑该台变压器运行在额定负荷的80%,情况下，则可得出Qmax及Qmin在80%的额定负荷条件下的值：
Qmax=80%*S*√(1-COSΦmin* COSΦmin=17436kVar
Qmin=80%*S*√(1-COSΦmax* COSΦmax=7960kVar
因为负荷是变化的，因此Qmax与Qmin随着不同的负荷变化而变化。
因此VQC软件一般都要求分时段执行定值。
所以可根据当地的负荷变化规律，在不同的时段整定不同的Qmax与Qmin大小。
3.1.3 投退一组并联电容器对电压的变化率ΔU
确定投一组并联电容器对母线电压的影响，通常比较困难。
因为为负荷受时间、季节的变化而不同，因此要精确整定是比较困难的。
可以利用综合自动化系统的遥测数据来确定此定值。
例如在一天中负荷的高峰期，通过观察一组电容器投入后母线的变化来确定ΔU1，在负荷的低谷期，观察一组电容器退出后母线的变化来确定ΔU2,将电压的变化率ΔU整定在ΔU1~ΔU2之间。
在实际的整定中，还应该按时段观察负荷的曲线，确定每个时段的ΔU1及ΔU2，取它们的平均值，从而确定各个时段的ΔU。
3.1.4 投一组并联电容器对无功的变化率
对于一组并联电容器，其出厂铭牌都会注明其容量，例如对于某电容器组，其参数为5010kVar, 则其容量可直接作为投一组并联电容器对无功的变化大小，例如对于上述电容，则其对无功的变化率为5010kVar。
4. 结束语
以上讨论的是分散式的电压无功控制方式，即在各个变电站中，自动调节有载调压变压器分接头和自动投切无功补偿设备，以控制当地的电压无功功率在合格的X围内。
从整个电网的宏观角度来看，此种方式缺乏潮流的大局观，因此存在不可避免的局限性。
为了实现全电网的无功优化控制，提高系统运行的可靠性和经济性，最好的无功控制方式为集中式控制，即调度中心对各个变电站的变压器的分接头和无功补偿设备进行统一的控制。
集中式控制是电力调度控制发展的最高阶段。
对于集中式电压无功控制的理论及算法，目前有不少的成果，如基于灾变遗传算法的无功规划优化等。
对于集中式控制的算法等问题，仍有待进一步的研究探讨。