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北极星电力网技术频道 作者:佚名 2007/12/26 21:46:13
35kV变电站电压无功综合控制张俊芳，康明才，都洪基，孔春娟(南京理工大学，江苏南京210094)摘要：根据变电站功率因数和母线电压的要求范围，阐述了变电站电压无功分区控制原理，针对各个控制区域给出相应的调节策略，并将其用于南京理工大学35kV变电站，实现电压无功功率的综合控制。
关键词：电压无功控制；变压器分接头；补偿电容器1引言
电压是电能主要质量指标之一，电压质量对电网稳定及电力设备安全运行有着重要的意义，而无功是影响电压质量的一个重要因素。为了电力系统的高效可靠运行，必须对电压和无功进行控制。变电站是集中安装无功功率补偿和调压设备的主要场所，各级变电站担当着电压和无功调节的重要任务。
本文介绍一种变电站电压无功分区控制理论，即根据变电站二次侧母线电压及进线端功率因数的要求，将运行情况分为九个区间，针对各个运行区间给出相应的控制策略。根据南京理工大学35kV变电站的运行情况，进行分析控制。
2电压无功调节
2.1电压调节
电压调节主要有发电机调压、变压器调压、改变无功分布调压和改变元件电阻电抗调压。在变电站中主要采用变压器的有载调压，通过切换变压器分接头来进行调压的。有载调压适用于长线路供电、负荷变动较大的情况。它的调压范围比较大，而且可以随时调整，不影响供电，容易满足电力用户对电压偏差的要求。
2.2无功补偿方式
无功补偿设备有并联电容器、并联电抗器、同步调相机、静止补偿器和静止无功发生器等。在变电站中主要装设并联电容器组来进行无功补偿。
并联电容器是电网中应用最多的一种专用无功功率补偿设备，它的特点是价格便宜、易于安装维护。
3无功补偿的确定
3.1确定最大无功补偿容量的方法
最大无功补偿容量要根据配电网的运行指标要求来确定。如图1所示。在确定最大电容器的补偿容量Qc时，按两步进行：
考虑应留有一定的事故备用补偿容量，则实际装设的补偿电容器容量应略大于QC。
3.2电容器组的分组及投切
3.2.1电容器的分组
电容器按每组的容量相同进行分组，根据变电站的实际无功负荷的大小、落差，来确定大约分组数，将最大补偿量除以分组数，即为每组容量。
3.2.2电容器组的投切
传统的电容器组多数采取“顺序投切”方式，这种投切方式会减少电容器组的使用寿命。
合理的投切方式应为“循环投切”，这种投切方式使先投入运行的电容器组先退出，后投的后切除，从而使各组电容器及投切开关使用机率均等，降低了电容器组的平均运行温度，减少了投切开关的动作次数，延长了使用期限。
4变电站无功电压综合控制原理
4.1分区调节原理
在变电站中，功率因数和母线电压有一个允许的范围，根据这个范围可以对电压和无功进行分区控制。以变电站进线端功率因数COSø为横坐标，二次侧母线电压U2为纵坐标，划分为9个区域，如图2所示，其中“0”区间是满足要求的理想区间，不需要任何调节，其它各个区域的运行参数都不满足条件，必须根据各个区间的实际情况进行调节，使运行状态尽可能地处于“0”区间。4.2各区调节情况
1区间：电压偏低、无功不足，则先投入补偿电容器，再往下调节变压器分接头。
2区间：电压偏低、功率因数满足要求，则只要往下调节变压器分接头即可。若变压器已无法调节时电压仍低于下限，则强行投入补偿电容器。
3区间：电压偏低、而功率因数超前，即无功倒送入电网，则首先应切除部分补偿电容器，再往下调节变压器分接头。
4区间：电压满足要求、而功率因数偏低，则只要投入补偿电容器组即可。
5区间：电压满足要求、而功率因数超前，则只要切除部分电容器组即可。
6区间：电压偏高、无功不足，则首先应往上调节变压器分接头，使电压下降(以免电能质量变坏)，再投入补偿电容器组。
7区间：电压偏高、功率因数满足要求，则只要往上调节变压器分接头即可。若变压器已无法调节时电压仍高于上限，则强行切除部分补偿电容器组。
8区间：电压偏高，而功率因数超前，则首先切除部分补偿电容器组，再往下调节变压器分接头。
5南京理工大学35kV变电站的电压无功控制
南京理工大学35kV变电站的进线导线型号LGJ185/30，变压器型号SZ7-2500/35，将35kV降至10kV供校区用电。变压器有7个分接头，即35±3×2.5/10.5，其分接头对应的变比如表1所示：5.1变电站无功补偿总容量的确定
已知变电站最大负荷为夏季运行SM=4.2 j2.1MVA，最小负荷为深夜运行Sm=0.49 j0.28MVA，根据3.1中的方法求出
考虑到事故备用无功功率补偿，则变电站最大无功补偿量定为1Mvar。并且令每组容量为100kvar，共分10组。
5.2分区原则
根据规定，35～110kV变电站最大负荷时，功率因数COSø不小于0.9，所以将功率因数的下限定为0.9，而上限则为COSø=1。
该变电站要求的二次侧的母线电压范围为9.7～10.5kV，所以电压下限定为9.7kV，上限定为10.5kV。
5.3各区运行情况分析
从南京理工大学35kV变电站全年的实际运行情况来看，大多数都处在图2中的“0”区间，但是在一些特殊情况下也会运行在其它八个区间。下面以1区间和8区间为例进行分析计算，给出具体的电压无功综合控制策略。
(1)在夏季用电高峰时负荷最大，二次侧母线电压较低，所以进线电压低于正常电压。所以运行在1区间，首先应该投入补偿电容器。
按功率因数达到0.9计算，则补偿容量为则在二次侧实际投入8组电容器组，补偿容量为800kVA。
这时线路损耗为ΔS＝0.15 j0.6785MVA，线路首端功率为S1＝S ΔS＝4.35 j1.9785MVA
功率因数为
归算到高压侧的低压侧电压为此时应选择合适的变压器分接头，查表1。
若选K＝3.1667则U2＝/K＝9.783正好满足条件。
若选K＝3.0833则U2＝/K＝10.00也满足条件。
因为实际电容器组为1MVA，所以无法达到COSø＝1。
如果投入全部电容器组，即QC＝1MVA,则线路功率损耗为ΔS＝0.146 j0.662MVA，线路首端功率为S1＝S ΔS＝4.346 j1.762MVA,功率因数为cosø＝costg-1Q/P＝0.9267＞0.9。归算到高压侧的低压侧电压为选择合适的变压器分接头，查表1。
当K＝3.1667时，U2＝/K＝9.82
K＝3.0833时，U2＝/K＝10.09都满足条件。
可见，投入8～10组电容器组都能满足条件。调节方式如下表2。(2)当深夜3、4点时，用电负荷非常小，而进线端电压却偏高。所以运行在8区间。分析计算过程同上，计算结果如表3所示。6结论
本文根据变电站中进线端功率因数和二次侧母线电压的要求，阐述了电压无功分区控制理论。考虑变压器分接头的变化和电容器组的投切对无功和电压的综合影响，针对电压和无功的各种运行区间，给出了相应的调节策略，并应用于南京理工35kV变电站。针对该变电站的典型运行情况，进行了分析计算，给出了相应的电压无功控制方法，从而达到供电质量要求。参考文献［1］何利铨，邱国跃.电力系统无功功率与有功功率控制［Ｍ］.重庆：重庆大学出版社，1995.
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