【正文】 展 與進步 。 于此 同時 人們也開始廣泛關注 電力 系統(tǒng) 網 絡 中的 電壓無功綜合控制問題。 這是由于隨著 日益飛速發(fā)展的 電力電子技術 ，各式各樣 電力電子 控制 裝置在電力系統(tǒng) 網絡 、工業(yè) 生產 、交通 運行以 及 普通 家庭中 被 日益廣泛 的應用 。 又由于 大多數(shù)電力電子裝置 具有較低 的功率因數(shù)， 所以 它們 在工作的過程中 所消耗的無功功率在電 網所輸送的電 能 中 將會 占有很大的 一部分的 比例。 在 經過多次 實際 研究 結果得出如下重要的結論 ， 電力系統(tǒng)無功功率不足或無功功率分布不合理是影響電網電壓質量下降的主要原因 ，所以 合理地調節(jié)無功功率的補償與分布的問題是改善 電壓 質量重要手段之一 。 因此在變電站中 合理的位置安裝 電壓、無功綜合控制器， 可以 根據(jù) 電力系統(tǒng) 運行情況 對 本 變電 站的電壓和無功 進行自動控制 ，以保證 用戶生產生活 的 電壓 在規(guī)定 的合理 范圍 區(qū)域，同時使變電站高壓側母線 進 線功率因數(shù) 有效提高 。 在日常的生產生活中， 無人操作監(jiān)控的 變電站的 越來越多 ， 所以要想改善電能質量并且能有效提高社會勞動生產率進行 電壓無功自動控制已經成為不可缺少的手段。 國內外研究現(xiàn)狀 目前傳統(tǒng)的九區(qū)圖控制理論被廣泛應用于社會生產和 實際 生活當 中， 在電壓 無功坐標平面內分別設置倆這的最大值與最小值可將 運行區(qū)域劃分為九個 不同運行情況的 區(qū)域 ， 且 各個 運行 區(qū)域 需要各自對應的 控制策略， 我們可以 根據(jù) 實際檢測到 電壓 值與 無功功率值判斷出運行點 所在的運行區(qū)域， 然后選取正確 的控制方法 來調試運行點 。 由于我國人多地廣，各個地區(qū) 自身發(fā) 展情況參差不齊，所以 各 地 變電站的 技術不盡相同 ， 要想 實現(xiàn) 對 全 國各地電力系統(tǒng)進行 集中優(yōu)化 一起 控制 相當困難。綜合以上實際情況可考慮對全國的變電站 采用并聯(lián)分散控制 的方法，由此來 滿足 各地自身電力 系統(tǒng) 網絡安全、穩(wěn)定、經濟 的 運行 。 由于關聯(lián)分散控制裝置相對于分散控制其所需的 投資成本 大北華大學畢業(yè)設計（論文） 2 大的多于后者 ， 所以說是我國變電站的 分散控制仍然 是 主要 的 控制方式。因此， 當前我國面臨的重大問題是 如何 將 全 面電力 系統(tǒng) 進行 集中優(yōu)化控制 ，而且這也 是我國未來 在 變電站自動化建設上所需要解決的 中大 問題。 走出國門縱觀 國外 各國發(fā)展 情況來看， 它們在 各 自的電力系統(tǒng) 也都采用 電壓無功控制 的方法 ， 但 它們各自有各自的控制方法 。 綜合分析可知它們的控制方法有： 個 自分 別調節(jié) 控制方式 ，綜合 起來 調節(jié) 控制的方式， 區(qū)域集中 起來控制模式， 分層 相互 協(xié)調控制模式 等 。為了 使 電 力系統(tǒng) 網 絡 中 電壓和無功調節(jié)控制方法相互協(xié)調 ， 當前 電力系統(tǒng) 變電站 電壓無功 綜合 控制總的發(fā)展 形 勢是： 首要考慮電力運行安全性和 經濟性， 再次我們要 向分層集中綜合優(yōu)化控制模式方式 的 方向 前進 發(fā)展。 將整個電力系統(tǒng)按不同的電壓等級進行分解就是 所謂 的 分層，由上 級與 下級調度 來負責 控制 “界面”電壓、無功 綜合 協(xié)調控制： 將電力系統(tǒng)按不同的區(qū)域劃分就是 所 謂 的集中，根據(jù) 本區(qū)自身電網 無功電源 的大小 和 自身 調節(jié)能力 的強弱可進行每個調度的 優(yōu)化協(xié)調控制； 所謂 的 綜合控制是指針對 不同的無功補償設備還有各種 調壓設備，根據(jù) 它們各自的功效 以及控制特征 進行合理 的協(xié)調的控制使用 。 本文主要工作 本文主要工作是根據(jù)九區(qū)圖控制策略對變電站的電壓和無功進行綜合控制設計，經過 各控制 手段的分析比較 ， 采用調節(jié)有載變壓器分接頭和投切電容器相互結合對變電站進行綜合控制 是比較常用的合理的方法 。因為采用 傳統(tǒng)的九區(qū)圖 對變電站電壓無功進行綜合 控制 時，由于基本的九區(qū)圖中電壓無功被設為定值，但是又由于實際電壓 無功的波動性，運用傳統(tǒng)的九區(qū)圖控制不能達到很好控制效果 ， 所以我們需要提出一些改進的方法以便于提高控制效果，即 提出 在傳統(tǒng)九區(qū)圖的基礎上通過 增加兩個防振小區(qū)的改進 方法 。對于變電站電壓、無功綜合自動控制裝置包括硬件裝置 的 設計和軟件設計。硬件裝置選用可編程控制器 S7300 PLC 為主控單元，設計交流電壓、電流模擬信號采集電路和一些開關量采集電路以便于獲取適合的參數(shù)，對于交流參數(shù)的采集需要選取合適交流采樣算法以獲得比較準確的電壓、電流值。于此同時，還需要編制相應軟件的控制流程圖。 北華大學畢業(yè)設計（論文） 3 2 變電站電壓無功綜合 控制原理 電壓無功控制 的基本 原理 變電站電壓 的大小受多種因素的影響，電壓大小的 調節(jié) 可通過調節(jié)主變高壓側的 分接頭進行 控制，由于無功功率的大小也會影響電壓的偏移，所以 在對電力系統(tǒng)的無功功率進行 無功補償時 ， 將會 影響到電壓的 質量 。在變電站的低壓側的每段母線上都連接有電容器組，所以可以通過投入或者切除每個電容器組來進行電壓無功調節(jié)。 在 社會 生產實際 當中， 我們 可通過調節(jié)有載變壓器的分接頭改變變壓器的變比實現(xiàn)對 變電站 低壓側的電壓進行調節(jié)， 通過此次變壓器調檔不僅改變了 電壓的高低，而且 也對 電力系統(tǒng)的 無功功率 起到一定的 調節(jié)作用。 為了改 善電網的無功功率時，需要 投入 或者切除變電站低壓側母線上的電容器組 ， 電網 負荷的無功功率 也將得到有效的改變 ， 所以由于無功功率引起的電壓降將會得到改善。以上敘述可知 ， 只要把兩中調節(jié)手段相互結合起來，才能使變電站電壓符合用戶生產所需求，且無功也達到平衡的要求。 變電站 電壓無功綜合控制 的 實現(xiàn)方法 電力系統(tǒng)利用輸電線路和變壓器傳送電能時，將會有電壓 損耗和 功率 損耗 產生 。 由于有 電壓損耗 的產生 ， 所以我們可同構調節(jié) 有載調壓變壓器的分接頭 來 改變 低壓側電壓值 。 雖然電力系統(tǒng)的無功功率的大小可通過投切電容器組來調節(jié)，但是在調節(jié)無功的同時也會影響到電壓的質量 。在 對電壓進行調節(jié)的同 時，無功功率 也會隨著 發(fā)生改變；在無功功率調節(jié)時，電壓 也 可發(fā)生 變化。 當 在負荷發(fā)生變化時， 電力 系 統(tǒng)的電壓和 無功功率也都 將 會發(fā)生 相應的改變。 變電站 通過調節(jié) 有載 變壓器的分接頭 調壓和投切電容器組是相互影響，相互調節(jié)的綜合控制手段。 九區(qū)圖 控制策略 在電力系統(tǒng)中，電壓 無功綜合控制裝置 被廣泛 應用于變電站中 ，由于 有載變壓器分接頭和并聯(lián)電容器組是 其 主要的 控制對象， 保證主變壓器的低壓側電壓質量合格且盡可能的使進線功率提高是其主要的控制的目 ，故 實際中 一般選擇 變壓器低壓側 電壓和 高壓側 進線 處 無功功率作 為狀態(tài)變量。根據(jù) 運行點處 狀態(tài)變量的 實際值 ，變電站的運行狀態(tài)被 劃分 為 九個 不同的運行 區(qū)域，定義為 “九區(qū)圖”，如圖 所示。 控制策略是變電站電壓無功調節(jié)的基本準則 。 由于 電壓無功綜合控制系統(tǒng)是一個具有相互影響雙參數(shù)調節(jié)系統(tǒng)，因此合理地分配兩者的工作 關系 是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行首要北華大學畢業(yè)設計（論文） 4 條件 。 在電力系統(tǒng)中，變電站扮演者重要角色，其電壓的大小受電力系統(tǒng)無功分布的影響，反之系統(tǒng)無功也受電壓偏移的影響。 因此電壓無功控制策略除了要滿足合格的電壓質量和無功平衡，并且還需盡量減少控制裝置的調節(jié)次數(shù)，同時還得保證系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運 行。 為了達到電壓無功控制的要求，先前的電壓無功控制設備大都使用基于九區(qū)圖的控制方案，控制設備按照電網電壓、無功功率、時間、有載調壓變壓器的分接頭檔位與并聯(lián)電容器組投入切除狀態(tài)等多種因素進行全面判定，按照實時數(shù)據(jù)判定目前的運行區(qū)域，再按照一定的控制規(guī)則，運用閉環(huán)控制變電站內電容器組的投切和有載調壓變壓器分接頭的調動，為了使運行點進入到正常的工作區(qū)間，需使用最佳的控制順序與較少的動作次數(shù)，使電壓質量合格且無功功率大約為 0（ ?cos 盡量接近于 1） 圖 是九區(qū)圖示意。 154326798超前無 功 功 率 下 限 （ 功 率 因 數(shù) 上 限 ）無 功 功 率 上 限 滯 后電 壓 上 限 電 壓 下 限LQ HPF HQ（ 功 率 因 數(shù) 下 限 ） LPFHU LU圖 九區(qū)圖 北華大學畢業(yè)設計（論文） 5 九區(qū)圖基本原理 由圖 可知在一個平面內 縱 軸為電壓軸， 橫 軸為無功功率軸，根據(jù)生產社會生要求，電壓無功需要設定上下限值，防止兩者過大偏移影響正常生活。其中電壓取主變壓器低壓側母線電壓，無功取主變壓器高壓側母線無功功率， 有四個上下限值構成了九區(qū)圖 ，同理無功功率也可用高壓側的功率因數(shù)代替 。若是電力系統(tǒng)的 無功功率越過橫軸無功功率下限值表示無功過剩， 那么 變電站只能向電網傳送無功； 而當 無功功率超過設定最大限定值 時 表示系統(tǒng)無功不滿足需求。 為 了避免在投切電容時開關頻繁操作， 那么在設定無功功率限定值時， 當投入切除一組電容器所引起的無功功率變化量應滿足最大值與最小值限定值之差。一般情況下要求無功功率值應小于等于零。 說明： 圖 九區(qū)圖中， HU 、 LU 、 HQ 、 LQ 分別表示電壓最大值、電壓最小值、無功最大值、無功最小值。 根據(jù) 電壓無功 控制 的 要求，應將主變 壓器 低壓側母線電壓控制在規(guī)定的電壓 限 定值范圍之內 ，確保電壓 質量符合要求 ； 與此 同時 我們還需盡量把電力系統(tǒng) 無功功率或 電網功率因數(shù)控制在 合格的限定值之內 ；若 電壓和 無功功率 沒有運行在目標區(qū)域范圍內即兩者 同時滿足要求 時 ， 我們需要 優(yōu)先保證 電網 電壓 質量 合格。 以下是九區(qū)圖每個運行 區(qū)域具體的 調控 策略 ： 1 區(qū)：無功功率 滿足要求 ， 但是 電壓 過大 越 過 上限 值 ， 應 先升 變壓器 檔 位 降壓 直 至系統(tǒng) 電壓 在 合格 的范圍之內 ；當把變壓器 分接頭調至最高檔位時，而此時系統(tǒng)電壓沒有被調至合格范圍內，那么需要較少無功功率也就是適當?shù)厍谐c母線并聯(lián)電容器組。 2 區(qū)： 電網 電壓 值已 越上限 整定值 ， 且系 統(tǒng) 無功功率 也不在合格的范圍之內 ， 我們需要先調 檔降 低電 壓 值直 至電壓 在合格的區(qū)域范圍之內 ；若分接頭檔位已上調至最高檔，而電壓仍高于上限，則強切電容。 3 區(qū)： 電力系統(tǒng) 電壓 已經在合格范圍之內 ， 但是系統(tǒng)的 無功功率 不滿足要求越上限值 ， 我們需要向電網投入并聯(lián) 電容器組 直至滿足系統(tǒng)所需；若無電容器組可投，那么 維持。 4 區(qū)：電壓越下限，無功功率越上限，先投入并聯(lián)電容器組使無功功率合格；若無電容可投或電容器組投完后而電壓仍低于下限，則再降檔升壓至電壓合格。 5 區(qū)：電網 無功功率 已經滿足系統(tǒng)要求 ， 但是電網 電壓 已經 越下限， 我們需要 降 變壓器 檔 位 升壓至電壓 在 合格 的范圍之內 ；特殊情況當 變壓器分接頭已被調到最低位置時，而系統(tǒng)電壓值還是在下限區(qū)域，那么需要增加系統(tǒng)無功即投入與母線并聯(lián)電容器組。 北華大學畢業(yè)設計（論文） 6 6 區(qū)： 運行點 電壓越下限 不在目標區(qū)域內 ， 且系統(tǒng) 無功功率越下限 也不再目標區(qū)域 ， 需要先 降 變壓器 檔 位 升壓 直 至電壓合格；若分接頭檔位已調至最低檔，而電壓仍低于下限，則強投電容。 7 區(qū)： 在此區(qū)域 電壓 質量 合格， 但是電網 無功功率 不合格 越下限， 需要 切除并聯(lián)電容器組；若無電容器組可切，則維持。 8 區(qū)： 在此區(qū)域 電壓越上限 不在 合格范圍之內 ， 系統(tǒng) 無功功率越下限，先切除并聯(lián)電容器組； 另外當經過上述調節(jié)后，電壓仍然不合格，那么需要調節(jié)變壓器分接頭來操作完成目標電壓要求。 9 區(qū)：變電站電壓無功控制的目標區(qū)域，電壓無功控制裝置不動作。 由于系統(tǒng)負荷大小的不穩(wěn)定性，在電力系統(tǒng)并常利用逆調壓原則進行調壓。 在社會生產生活中當?shù)接秒?高峰時 傳輸 線路上 也將會產生 的 較大 電壓損耗， 我們可以通過 升高中樞點電壓 來補 償 傳輸線路上的 電壓降落 。同理，在低谷負荷時候適當降低運行電壓，將電壓下限值降低。圖 給出了九 區(qū)圖各區(qū)域 控制策略示意 。 無 功 功 率 下 限 無 功 功 率 上 限 切 電 容 無 電 容 可 切 ， 升 檔 降 壓 升 檔 降 壓 在 最 高 檔 ， 強 切 電 容 升 檔 降 壓 在 最 高 檔 ， 強 切 電 容 切 電 容 無 電 容 可 切 ， 維 持 降 檔 降 壓 在 最 低 檔 ， 強 投 電 容 不 動 作 逆 調 壓 原 則 調 整 電 壓 下 限 降 檔 降 壓 在 最 低 檔 ， 強 投 電 容 投 電 容 無 電 容 可 投 ， 維 持 投 電 容 無 電 容 可 投 ， 降 檔 升 壓功 率 因 數(shù) 上 限 功 率 因 數(shù) 下 限圖 九區(qū)圖各 區(qū)域控制策略 由于變電站負荷的電壓靜態(tài)特性不能被九區(qū)圖控制策略 區(qū)分，對 恒定阻抗負荷和 恒定功率負荷 是 通用的。 在變電站安裝 電壓無功控制 裝置進行監(jiān)控 不僅 有效的 提高了 主變低壓側母線電壓質量，而且實現(xiàn)了系統(tǒng)無功功率的就地平衡，降低了電網的功率損耗，提高了變電站的功率因數(shù)，