【正文】 以適用于主變高壓側(cè)的無功功率的計(jì)算，也適用于中壓側(cè)母線電壓的計(jì)算。 其中 RnX 、 InX 可表示為： ? ?? TttRn dttntxTX 00 )s in ()(2 1? ? ?? TttIn dttntxTX 00 )c o s ()(2 1? （ 18） 將公式（ 18）離散化可得： ???? 10 )2s in ()(2 NkRn NnkkxNX ? ???? 10 )2s in ()(2 NkIn NnkkxNX ? (19) 由公式（ 18）（ 19）得，第 n次諧波的有 效值表達(dá)式為： 222 InRnn XXX ?? （ 20） 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 所以根據(jù)公式（ 19）（ 20），將 )(tu 、 )(ti 帶入可得到電壓、電流的第 n次諧波分量的模值和有效值的計(jì)算公式。 根據(jù)定義計(jì)算系統(tǒng)的 三相功率，三表計(jì)法既適用于對(duì)稱運(yùn)行狀態(tài)，也適用于不對(duì)稱的運(yùn)行狀態(tài)以及三相負(fù)荷不平衡、含有諧波的運(yùn)行狀態(tài)。 由以上分析可知，交流采樣的實(shí)現(xiàn)比較方便，且交流算法多種多樣，所以在以后的生活中應(yīng)用范圍較廣。 UiR 1C 1R 2C 2 U 0 圖 低通濾波電路 模擬量采集分為交流采樣與 直流采樣，相對(duì)于直流采樣，交流采樣有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1） 實(shí)時(shí)性好。 如圖 所示 R 2 R 1＋－U 0U 1UCS 圖 開關(guān)量輸入原理 圖 模擬量的采集 為了實(shí)現(xiàn)變電站的電壓無功綜合控制，需要采集高壓側(cè)交流電壓和電流作為無功調(diào)節(jié)的依據(jù)，采集低壓側(cè)交流電壓作為電壓調(diào)節(jié)的依據(jù)。為了提高抗干擾能力，一般的輸入輸出接口均有光電隔離裝置，應(yīng)用最廣泛的室友發(fā)光二極管和光電二極管組成的光電隔離器。另外這些工作模塊也可 直接通過 系統(tǒng) 總線里連接一起 ?？?編程控制器及外圍設(shè)備，都易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充原理設(shè)計(jì)。其模塊化結(jié)構(gòu)易于實(shí)現(xiàn)分布式的配置且有較高的性價(jià)比、電磁兼容性比較強(qiáng)、抗震動(dòng)沖擊性能也不錯(cuò)，所以它被廣泛的應(yīng)用于各種工 業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中。 另外，當(dāng)運(yùn)行點(diǎn)落在 30（或 70）小區(qū)中接近電壓 HBU （或 LBU ）和無功邊界處 的時(shí)，由于投入（或切除） 1 組電容產(chǎn)生的實(shí)際電壓變化量不超過 maxqU? ，因此投切電容后運(yùn)行點(diǎn)很可能直接進(jìn)入 9 區(qū)，因此 30（或 70）小區(qū)的劃分相對(duì)較為保守。 因此我們需要 把兩種策略綜合考慮 ，即： 對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行在 30 防振小區(qū) ，若 ?PF ， 可視變電站功率因數(shù)合格，此運(yùn)行狀態(tài)可以保持 ； 若是功率因數(shù)不合格 ，可投入電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償以及調(diào)節(jié)變壓器分頭升壓，若是沒有允許電容進(jìn)行投切 ， 那么就保持此運(yùn)行狀態(tài) 。 在變電站負(fù)荷 為 恒定的阻抗模型時(shí)，運(yùn)行 點(diǎn) 在 30 防振 小區(qū) 進(jìn)行 升檔降壓 ， 升高主變高壓側(cè)分接頭的檔位使電力系統(tǒng)感性無功功率降低，這對(duì)于 對(duì)于 變電站 電壓無功 控制策略，提高了電網(wǎng) 無功 的質(zhì)量 ， 系統(tǒng) 運(yùn)行點(diǎn) 才 有可能進(jìn)入 目標(biāo)區(qū)域 ， 相比之下運(yùn)行點(diǎn)比較容易進(jìn)入 3 區(qū) ， 由此可以對(duì) 3 區(qū)的 運(yùn)行點(diǎn)在低壓側(cè) 投 入 電容 器 進(jìn)入 目標(biāo)區(qū)域；當(dāng)變電站的負(fù)荷位 恒定功率模型 時(shí) ， 提 升 主變高壓側(cè)分接頭的 檔 位時(shí)，電力系統(tǒng)的 感性無功值總會(huì) 增大， 系統(tǒng) 無功 嚴(yán)重不平衡 ， 此時(shí) 運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)入 3 區(qū) 的可能性比較大 。 由此可以推出 ， 這兩個(gè)新增的 防振 區(qū)域的電壓值的大小應(yīng)該與由投切低壓側(cè)一 組電容 器產(chǎn)生變化 的 最大的電壓 量 maxqU? 即 ， m a xqHHB UUU ??? ， m a xqLLB UUU ??? 分析電力系統(tǒng)運(yùn)行在新增加的兩個(gè)方針小區(qū)時(shí)，其電壓無功控制裝置的控制方法為： 若是運(yùn)行點(diǎn)在 30 小區(qū)，可以 維持 原運(yùn)行狀態(tài)即控制裝置發(fā)出閉鎖信號(hào)設(shè)備不動(dòng)作或 著調(diào)節(jié)升高主變高壓側(cè)分接頭位置進(jìn)行 降壓； 若是運(yùn)行點(diǎn)在 70 小區(qū)內(nèi)，也可以 維持不動(dòng)作或者調(diào)節(jié)降低主變高壓側(cè)分接頭 檔位 提升電壓值 。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 改進(jìn)九區(qū)圖控制策略 從 圖 （ c）中 對(duì)兩個(gè)運(yùn)行點(diǎn)的情況分析可以看出，由電壓無功控制裝置調(diào)節(jié)的結(jié)果可知，控制不合理將會(huì)引起系統(tǒng)頻繁振蕩。 ③ 在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)生活中，九區(qū)圖對(duì)于快速變化的電壓不能做出迅速的調(diào)節(jié)方案。 ② 通過測(cè)量變電站的實(shí)際電壓值和無功功率 值 且 基于 使用九區(qū)圖的控制方法， 如果電力系統(tǒng)的電壓和無功功率不超出設(shè)定的最大值與最下值，我們只需調(diào)節(jié)主變高壓側(cè)分接頭即可 。 通過多次試驗(yàn)研究表明，再使用九區(qū)圖控制方法時(shí)，我們可以觀察到 主變高壓側(cè)的分接頭與低壓側(cè)投切電容的開關(guān)會(huì)頻繁的動(dòng)作 ， 由于用戶需要穩(wěn)定的電壓，所以不允許北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 對(duì)變電站電壓來回調(diào)節(jié) ， 嚴(yán)重影響工業(yè)生產(chǎn)和人們的正常生 活用電，所以我們需要設(shè)定主變高壓側(cè)分接頭的動(dòng)作次數(shù)，一旦超過動(dòng)作次數(shù)，控制裝置將會(huì)發(fā)起閉鎖信號(hào)，使分接頭停止調(diào)節(jié)動(dòng)作，此時(shí)電力系統(tǒng)很有可能發(fā)生振蕩的現(xiàn)象。 ② 投電容后運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)入 二 區(qū) 假如主變分接頭有充裕的檔位可以上調(diào) ，則 電壓無功控制就可以 執(zhí)行升檔動(dòng)作， 因此電壓值就會(huì)降低 ， 但是 功率因數(shù)不 會(huì)發(fā)生 變 化 ， 但是電力系統(tǒng)的 無功功率 的數(shù)值減小但是它的 性質(zhì)不 會(huì)發(fā)生 變 化 。圖 （ c）中， 當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行于 三 區(qū)中 由 HU 與 qU? 所 包圍 的 區(qū) 域內(nèi) 時(shí)， 分析三區(qū)的電壓無功控制 策略， 根據(jù)分析可得，為了對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行無功補(bǔ)償可 投入 低壓側(cè)的一 組電容器 達(dá)到無功功率就地平衡 ， 此時(shí)也將會(huì) 引起電壓 值 升高， 于此同時(shí)系統(tǒng) 無功功率 值 減小，功率因數(shù) 也隨著 增大， 當(dāng)我們向系統(tǒng)投入所需的電容器時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行 可能進(jìn)入 上面兩個(gè)區(qū)域，而不是目標(biāo)區(qū)域 ；此后 電壓無功控制裝置 應(yīng)該按 以上兩個(gè)區(qū)域的控制 策略動(dòng)作， 可以分為 下兩種 不 同的狀態(tài) 。所謂“振蕩動(dòng)作” 它 是指在 對(duì)變壓器的分接頭進(jìn)行 調(diào)檔 的時(shí)候 和投切電容 組的 時(shí) 候 ， 此時(shí) 運(yùn)行點(diǎn) 不能直接進(jìn)入 合格的 理想的目標(biāo) 區(qū)域 內(nèi) ， 而是進(jìn)入 到被控對(duì)象運(yùn)行 的臨近范圍區(qū)域，又 或者是 保持在原運(yùn)行位置 所在 的 區(qū)域 。 比較圖 （ a）、（ b），可知對(duì)于 恒定阻抗值 負(fù)荷模型， 若要對(duì)運(yùn)行在 六 區(qū) 的點(diǎn)采用改變變比 降檔升壓策略 那么 運(yùn)行點(diǎn) 最終總會(huì) 進(jìn)入 到 七 區(qū)。 同理可分析當(dāng)運(yùn)行點(diǎn)在四 區(qū) 時(shí)可以 采用的輔助 控制 策略 即 降檔升壓，在 電壓被 提高的同時(shí) 也 會(huì)使 電力系統(tǒng) 感性無功功率數(shù)值增大，因此 該 運(yùn)行點(diǎn)將進(jìn)入 三 區(qū) 工作 。電力系統(tǒng)運(yùn)行在目標(biāo)區(qū)域邊緣，但不能直接進(jìn)入其中，所以在控制裝置的監(jiān)控下系統(tǒng)會(huì)發(fā)生連續(xù)調(diào)檔，或者頻繁投切電容器組，增加系統(tǒng)振蕩次數(shù)，損壞設(shè)備。 投 電 容 降 檔 降 壓 降 檔 降 壓 升 檔 降 壓 切 電 容 在社會(huì)生產(chǎn)生活中當(dāng)?shù)接秒?高峰時(shí) 傳輸 線路上 也將會(huì)產(chǎn)生 的 較大 電壓損耗， 我們可以通過 升高中樞點(diǎn)電壓 來補(bǔ) 償 傳輸線路上的 電壓降落 。 7 區(qū)： 在此區(qū)域 電壓 質(zhì)量 合格， 但是電網(wǎng) 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。 3 區(qū)： 電力系統(tǒng) 電壓 已經(jīng)在合格范圍之內(nèi) ， 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(wǎng)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。 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。其中電壓取主變壓器低壓側(cè)母線電壓，無功取主變壓器高壓側(cè)母線無功功率， 有四個(gè)上下限值構(gòu)成了九區(qū)圖 ，同理無功功率也可用高壓側(cè)的功率因數(shù)代替 。 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。 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(yīng)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(duì)象， 保證主變壓器的低壓側(cè)電壓質(zhì)量合格且盡可能的使進(jìn)線功率提高是其主要的控制的目 ，故 實(shí)際中 一般選擇 變壓器低壓側(cè) 電壓和 高壓側(cè) 進(jìn)線 處 無功功率作 為狀態(tài)變量。 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(diào)節(jié)，但是在調(diào)節(jié)無功的同時(shí)也會(huì)影響到電壓的質(zhì)量 。 為了改 善電網(wǎng)的無功功率時(shí)，需要 投入 或者切除變電站低壓側(cè)母線上的電容器組 ， 電網(wǎng) 負(fù)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(huì)得到改善。于此同時(shí)，還需要編制相應(yīng)軟件的控制流程圖。 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(duì)變電站的電壓和無功進(jìn)行綜合控制設(shè)計(jì)，經(jīng)過 各控制 手段的分析比較 ， 采用調(diào)節(jié)有載變壓器分接頭和投切電容器相互結(jié)合對(duì)變電站進(jìn)行綜合控制 是比較常用的合理的方法 。 走出國門縱觀 國外 各國發(fā)展 情況來看， 它們?cè)?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 。 由于我國人多地廣，各個(gè)地區(qū) 自身發(fā) 展情況參差不齊，所以 各 地 變電站的 技術(shù)不盡相同 ， 要想 實(shí)現(xiàn) 對(duì) 全 國各地電力系統(tǒng)進(jìn)行 集中優(yōu)化 一起 控制 相當(dāng)困難。 在 經(jīng)過多次 實(shí)際 研究 結(jié)果得出如下重要的結(jié)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(wǎng)電壓質(zhì)量下降的主要原因 ，所以 合理地調(diào)節(jié)無功功率的補(bǔ)償與分布的問題是改善 電壓 質(zhì)量重要手段之一 。 這幾年來 ，隨著我國 科技發(fā)展不斷進(jìn)步， 國民經(jīng)濟(jì) 的國民生產(chǎn)總值 的不斷 得到 增長(zhǎng)， 所以說咱們國家 電力工業(yè) 水平 也有了 突飛猛進(jìn)地 的發(fā)展 與進(jìn)步 。 變電站電壓無功綜合控制器以有很強(qiáng)的抗干擾能力，易于與工業(yè)系統(tǒng)連成一個(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的 S7300PLC作為主控單元，根據(jù)開關(guān)量采集電路和模擬量采集電路獲取所需參數(shù)進(jìn)行電壓無功控制。北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 摘 要 隨著科技的不斷進(jìn)步與發(fā)展，用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求越來越高，而電壓偏移的大小直接影響電能的質(zhì)量。 首先簡(jiǎn)單的 介紹了 基于 九區(qū)圖控制策略 的變電站電壓無功綜合控制設(shè)計(jì) 以及 有關(guān)于九區(qū)圖控制策略 的不足之處， 為了改善其不足之處本文提出通過增加兩個(gè)防振小區(qū)的改進(jìn)九區(qū)圖控制策略 ， 與 傳統(tǒng)九區(qū)圖控制策略相比而言，前者等待運(yùn)行點(diǎn)出防振小區(qū)，雖然犧牲了無功指標(biāo)卻保證了電壓質(zhì)量的合格，而且避免產(chǎn)生震蕩的動(dòng)作現(xiàn)象。 如果 電壓偏移過大不僅 嚴(yán)重影響了 用戶的正常 生活與工業(yè)生產(chǎn) ，還 有 可能使 電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò) 損耗增大， 嚴(yán)重的情況下將會(huì) 危害 到電力 系統(tǒng) 穩(wěn)定 運(yùn)行。 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(wǎng)所輸送的電 能 中 將會(huì) 占有很大的 一部分的 比例。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 目前傳統(tǒng)的九區(qū)圖控制理論被廣泛應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)和 實(shí)際 生活當(dāng) 中， 在電壓 無功坐標(biāo)平面內(nèi)分別設(shè)置倆這的最大值與最小值可將 運(yùn)行區(qū)域劃分為九個(gè) 不同運(yùn)行情況的 區(qū)域 ， 且 各個(gè) 運(yùn)行 區(qū)域 需要各自對(duì)應(yīng)的 控制策略， 我們可以 根據(jù) 實(shí)際檢測(cè)到 電壓 值與 無功功率值判斷出運(yùn)行點(diǎn) 所在的運(yùn)行區(qū)域， 然后選取正確 的控制方法 來調(diào)試運(yùn)行點(diǎn) 。因此， 當(dāng)前我國面臨的重大問題是 如何 將 全 面電力 系統(tǒng) 進(jìn)行 集中優(yōu)化控制 ，而且這也 是我國未來 在 變電站自動(dòng)化建設(shè)上所需要解決的 中大 問題。 將整個(gè)電力系統(tǒng)按不同的電壓等級(jí)進(jìn)行分解就是 所謂 的 分層，由上 級(jí)與 下級(jí)調(diào)度 來負(fù)責(zé) 控制 “界面”電壓、無功 綜合 協(xié)調(diào)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(wǎng) 無功電源 的大小 和 自身 調(diào)節(jié)能力 的強(qiáng)弱可進(jìn)行每個(gè)調(diào)度的 優(yōu)化協(xié)調(diào)控制； 所謂 的 綜合控制是指針對(duì) 不同的無功補(bǔ)償設(shè)備還有各種 調(diào)壓設(shè)備，根據(jù) 它們各自的功效 以及控制特征 進(jìn)行合理 的協(xié)調(diào)的控制使用 。硬件裝置選用可編程控制器 S7300 PLC 為主控單元，設(shè)計(jì)交流電壓、電流模擬信號(hào)采集電路和一些開關(guān)量采集電路以便于獲取適合的參數(shù)，對(duì)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(zhǔn)確的電壓、電流值。 在 社會(huì) 生產(chǎn)實(shí)際 當(dāng)中， 我們 可通過調(diào)節(jié)有載變壓器的分接頭改變變壓器的變比實(shí)現(xiàn)對(duì) 變電站 低壓側(cè)的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)， 通過此次變壓器調(diào)檔不僅改變了 電壓的高低，而且 也對(duì) 電力系統(tǒng)的 無功功率 起到一定的 調(diào)節(jié)作用。 由于有 電壓損耗 的產(chǎn)生 ， 所以我們可同構(gòu)調(diào)節(jié) 有載調(diào)壓變壓器的分接頭 來 改變 低壓側(cè)電壓值 。 變電站 通過調(diào)節(jié) 有載 變壓器的分接頭 調(diào)壓和投切電容器組是相互影響，相互調(diào)節(jié)的綜合控制手段。 由于 電壓無功綜合控制系統(tǒng)是一個(gè)具有相互影響雙參數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因此合理地分配兩者的工作 關(guān)系 是電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行首要北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 條件 。 154326798超前無 功 功 率 下