【正文】 位調(diào)壓 ， 但是這種調(diào)控方式下很多時候會增加主變高壓側(cè) 分接頭 與低壓側(cè) 電容器組 動作次數(shù)。 在變電站負(fù)荷 為 恒定的阻抗模型時，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，這對于 對于 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 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 ， 提 升 主變高壓側(cè)分接頭的 檔 位時，電力系統(tǒng)的 感性無功值總會 增大， 系統(tǒng) 無功 嚴(yán)重不平衡 ， 此時 運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)入 3 區(qū) 的可能性比較大 。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 相比其他運(yùn)行情況，考慮到 運(yùn)行點(diǎn) 在 30 這個防振 小區(qū) 運(yùn)行時 ，電壓 大小比 正常 情況下稍大一些 ； 而當(dāng) 運(yùn)行點(diǎn)在 70 防振 小區(qū) 運(yùn)行 時，電壓 值堪比 正常 值稍小一些 。 由此可以推出 ， 這兩個新增的 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)行在新增加的兩個方針小區(qū)時，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)出閉鎖信號設(shè)備不動作或 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 。 876 5 43219LQHQ)(HPF )(LPF7030LBUm axqU?m axqU? HUHBU 圖 增加 2 個防振小區(qū)的改進(jìn)九區(qū)圖 如 上圖 所示， 相對于傳統(tǒng)的九區(qū)圖可以看出被改進(jìn)之后的九區(qū)圖多 了 30 與 70 兩個防振得區(qū)域。 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 對兩個運(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，控制不合理將會引起系統(tǒng)頻繁振蕩。 ⑤ 運(yùn)用九區(qū)圖控制變電站時，有 時候可能會出現(xiàn)電壓 不平穩(wěn)運(yùn)行的情況。 ③ 在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)生活中，九區(qū)圖對于快速變化的電壓不能做出迅速的調(diào)節(jié)方案。 由此可得出 九區(qū)圖的控 制 走向是首先 調(diào)節(jié) 主變高壓側(cè)的 分接頭 運(yùn)行點(diǎn)將會由第五區(qū)域 進(jìn)去 第九 區(qū) 域 ， 隨后進(jìn)入第三區(qū) ， 當(dāng)?shù)蛪簜?cè)的電容器被投入時，又會回到第九區(qū)。 ② 通過測量變電站的實(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 。 九區(qū)圖控制策略其他缺陷 由上文分析可知在利用 九區(qū)圖控制策略 控制變電站時，由于電壓和無功的值 是 基于理想的情況 考慮的 ， 而在實(shí)際生活當(dāng)中電力系統(tǒng)的電壓和無功是隨著電力負(fù)荷的變化而變化的，因此還存在如下現(xiàn)象 ： ① 電壓和無功隨著春夏秋冬四季的變換 ， 用戶負(fù)荷的高 峰期與低谷期的不同而變化的，而這九區(qū)圖中是很難控制的。 通過多次試驗(yàn)研究表明，再使用九區(qū)圖控制方法時，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)會頻繁的動作 ， 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)分接頭的動作次數(shù)，一旦超過動作次數(shù)，控制裝置將會發(fā)起閉鎖信號，使分接頭停止調(diào)節(jié)動作，此時電力系統(tǒng)很有可能發(fā)生振蕩的現(xiàn)象。在電壓 功率因數(shù)控制模式下，由于 調(diào)檔對功率因數(shù)無影響，運(yùn)行點(diǎn)又回到 qU? 小區(qū)，產(chǎn)生振蕩動作現(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)行升檔動作， 因此電壓值就會降低 ， 但是 功率因數(shù)不 會發(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 會發(fā)生 變 化 。 若 主變高壓側(cè) 分接頭已 被 調(diào)至最高檔 位，或者是另外一種情況即主變高壓側(cè) 分接頭檔位因已經(jīng)達(dá)到 最大調(diào)節(jié)次數(shù)而 使系統(tǒng)發(fā)出 閉鎖 信號 ， 此時電壓無功控制裝置就會 執(zhí)行強(qiáng)切電容 器組的 動作，這又使系統(tǒng) 運(yùn)行點(diǎn) 回到原位置 ； 電壓無功控制 再按 三 區(qū)的策略投電容， 由于如此頻繁的投切電容，系統(tǒng)將會產(chǎn)生震蕩現(xiàn)象。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， 分析三區(qū)的電壓無功控制 策略， 根據(jù)分析可得，為了對電力系統(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 ， 此時也將會 引起電壓 值 升高， 于此同時系統(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，系統(tǒng)運(yùn)行 可能進(jìn)入 上面兩個區(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 以上兩個區(qū)域的控制 策略動作， 可以分為 下兩種 不 同的狀態(tài) 。 多次北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 研究發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)設(shè)備頻繁的 振蕩 也就是 增加 了 主變高壓側(cè) 分接頭 升降 和 低壓側(cè)投切電容器組的動作次數(shù)， 這對開關(guān)等各種 裝置 的使用 年限嚴(yán)重的縮短 ， 并且電力系統(tǒng)倍受沖擊 ， 為了 減少 上述情況 的發(fā)生 ，我們應(yīng)當(dāng)選取更加合理地控制方法 。所謂“振蕩動作” 它 是指在 對變壓器的分接頭進(jìn)行 調(diào)檔 的時候 和投切電容 組的 時 候 ， 此時 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 。 相比較情況下若是沒 有 找到 其他 更好的控制方法 ， 運(yùn)行點(diǎn)在 這些區(qū)域 運(yùn)行時害的 只能采用調(diào)檔措施。 比較圖 （ a）、（ b），可知對于 恒定阻抗值 負(fù)荷模型， 若要對運(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 進(jìn)入 到 七 區(qū)。 由圖可知 運(yùn)用改變變比的方法來改善 二 區(qū)和 六 區(qū)電壓的同時 也將會嚴(yán)重影響無功功率的平衡，因此 運(yùn)行點(diǎn)只 可 能進(jìn)入 三 區(qū)和 七 區(qū)。 同理可分析當(dāng)運(yùn)行點(diǎn)在四 區(qū) 時可以 采用的輔助 控制 策略 即 降檔升壓，在 電壓被 提高的同時 也 會使 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 。 若系統(tǒng)運(yùn)行在六區(qū)可選用降低變壓器檔位位置而達(dá)到生涯的目的，當(dāng)系統(tǒng)電壓被提高的同時電力系統(tǒng)的無功功率的大小也將會受到嚴(yán)重的影響 ，因此 系統(tǒng)運(yùn)行 可能 進(jìn) 入七 區(qū) ， 而不可能直接 目標(biāo)區(qū)域 。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。 在變電站安裝 電壓無功控制 裝置進(jìn)行監(jiān)控 不僅 有效的 提高了 主變低壓側(cè)母線電壓質(zhì)量，而且實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)無功功率的就地平衡，降低了電網(wǎng)的功率損耗，提高了變電站的功率因數(shù)，且能夠滿足變電站的穩(wěn)定運(yùn)行的基本要 求。 投 電 容 投 電 容 降 檔 降 壓 不 動 作 降 檔 降 壓 切 電 容 升 檔 降 壓 升 檔 降 壓 切 電 容圖 給出了九 區(qū)圖各區(qū)域 控制策略示意 。 在社會生產(chǎn)生活中當(dāng)?shù)接秒?高峰時 傳輸 線路上 也將會產(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 。 9 區(qū)：變電站電壓無功控制的目標(biāo)區(qū)域，電壓無功控制裝置不動作。 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。 5 區(qū)：電網(wǎng) 無功功率 已經(jīng)滿足系統(tǒng)要求 ， 但是電網(wǎng) 電壓 已經(jīng) 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(nèi) ；特殊情況當(dāng) 變壓器分接頭已被調(diào)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。 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。 以下是九區(qū)圖每個運(yùn)行 區(qū)域具體的 調(diào)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(yīng) 先升 變壓器 檔 位 降壓 直 至系統(tǒng) 電壓 在 合格 的范圍之內(nèi) ；當(dāng)把變壓器 分接頭調(diào)至最高檔位時，而此時系統(tǒng)電壓沒有被調(diào)至合格范圍內(nèi)，那么需要較少無功功率也就是適當(dāng)?shù)厍谐c母線并聯(lián)電容器組。 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。 為 了避免在投切電容時開關(guān)頻繁操作， 那么在設(shè)定無功功率限定值時， 當(dāng)投入切除一組電容器所引起的無功功率變化量應(yīng)滿足最大值與最小值限定值之差。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 。 為了達(dá)到電壓無功控制的要求，先前的電壓無功控制設(shè)備大都使用基于九區(qū)圖的控制方案，控制設(shè)備按照電網(wǎng)電壓、無功功率、時間、有載調(diào)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(jìn)行全面判定，按照實(shí)時數(shù)據(jù)判定目前的運(yùn)行區(qū)域，再按照一定的控制規(guī)則，運(yùn)用閉環(huán)控制變電站內(nèi)電容器組的投切和有載調(diào)壓變壓器分接頭的調(diào)動，為了使運(yùn)行點(diǎn)進(jìn)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(zhì)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。 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。 控制策略是變電站電壓無功調(diào)節(jié)的基本準(zhǔn)則 。 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。 當(dāng) 在負(fù)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(yīng)的改變。 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)無功的同時也會影響到電壓的質(zhì)量 。 變電站 電壓無功綜合控制 的 實(shí)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(chǎn)生 。 為了改 善電網(wǎng)的無功功率時，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得到改善。在變電站的低壓側(cè)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(jìn)行電壓無功調(diào)節(jié)。于此同時，還需要編制相應(yīng)軟件的控制流程圖。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(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。 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(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)合對變電站進(jìn)行綜合控制 是比較常用的合理的方法 。為了 使 電 力系統(tǒng) 網(wǎng) 絡(luò) 中 電壓和無功調(diào)節(jié)控制方法相互協(xié)調(diào) ， 當(dāng)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(yùn)行安全性和 經(jīng)濟(jì)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(jìn) 發(fā)展。 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 。 由于關(guān)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(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（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。 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(shù)不盡相同 ， 要想 實(shí)現(xiàn) 對 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。 在日常的生產(chǎn)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(zhì)量并且能有效提高社會勞動生產(chǎn)率進(jìn)行 電壓無功自動控制已經(jīng)成為不可缺少的手段。 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 。 這是由于隨著 日益飛速發(fā)展的 電力電子技術(shù) ，各式各樣 電力電子 控制 裝置在電力系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò) 、工業(yè) 生產(chǎn) 、交通 運(yùn)行以 及 普通 家庭中 被 日益廣泛 的應(yīng)用 。 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， 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 。 關(guān)鍵詞： 變電站 ； 電壓 ； 無功 功率； 九區(qū)圖控制 策略 ； 可編程 控制器 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 Abstract With the contin