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配電網無功電壓的優化控制

發布日期：2022-10-21 點擊率：71

DQZHAN技術訊：配電網無功電壓的優化控制
電壓是衡量電能質量指標之一，電網運行電壓質量的優劣，是配網結構、無功電源配置、無功實時控制以及運行管理技術水平的綜合反映，也是發、供、用三方對無功控制協調能力的體現。在配電網運行中，無功對電壓質量影響極大，無功與電壓存在著較強的耦合關系，無功功率在潛移默化地影響電壓質量。無功功率的不足或過剩都將引起配電網運行電壓的下降或升高，在極端情況下還可能導致運行電壓大幅度下降而出現“電壓崩潰”現象。

在確保配電網**運行的前提下，從全網角度實施無功電壓的優化可能控制，可實現無功補償電容器的合理投切，以及減少主變分接開關調節次數，來實現無功分層就地平衡，確保配網運行電壓的合格。為此，探索無功電壓的優化控制方式并使之日臻完善，逐步規范形成一整套行之有效的管理體系，才能按配網無功負荷的需求，實時發出補償無功電容器的投切指令，確保無功分層就地平衡，維持配網運行電壓的合格，實現配網**經濟運行。

一、傳統無功管理存在的弊端

無功是一種資源，是建立磁場和維持電磁能轉換的必備條件。無功和有功一樣是交流電能重要組成部分，形影相隨缺一不可，時刻陪伴和呵護著電氣設備的正常運行。為電力系統正常運行提供支撐，為電網有功功率的輸送保駕護航。

在配電網運行中，無功與電壓存在著較強的耦合關系，無功電流變化比有功電流變化對負載電壓影響大得多，而運行電壓又隨線路輸送的有功與無功的比例而變化。為確保配電網運行電壓的合格，則需對無功電壓進行監控與管理。然而傳統的無功電壓管理，僅依據運行電壓變化情況而通過采用人工投切補償電容器(或與變壓器分接開關配合調節)來改善電壓質量。

傳統的人工調節管理無功電壓，存在著諸多弊端：一是電力調度僅依據電網運行采集參數，經統計分析后下達補償電容器投切指令，這容易出現補償調節的之后，而使電壓波動時有發生;二是補償電容器僅憑電壓波動進行投切，不僅無功補償量不準確，而且還會產生頻繁交錯的投切操作;三是補償電容器的人工投切，不僅繁瑣費時，而且還增加調度與操作人員工作量。

隨著科技進步，不少變電站實行無人或少人值守，若無功電壓仍采用人工調節管理，操作人員要在接到調度指令后才去操作調節，然后調節操作后電網無功負荷又發生變化，則需要再次進行調節操作。這不僅會產生交錯頻繁操作，而且繁瑣費時調壓效果欠佳，另外，無功電壓管理采用人工操作，不能及時跟蹤電網無功負荷變化，無法達到實時的無功分層就地平衡，難以有效地改善運行電壓質量。
二、電壓質量與電能損耗

電能從電源(發電廠)輸送到用戶，需經輸電、變電、配電等環節，而配電處于電力系統的末端。在配電網運行中，由于供電網絡存在阻抗，電流通過線路、電器設備時，必然要產生熱量而造成電能損耗。配電網運行中產生電能損耗，是與電壓等級、網絡結構、導線截面、負荷性質、設備性能等有關，特別是運行電壓偏移對電能損耗影響*大。若是運行電壓降低15%，則電能損耗要增加30%。

配網運行電壓偏移對各類用電設備的影響是不同的。對異步電動機而言，其對運行電壓偏移十分敏感。當電動和輸出功率一定時，它的定子電流、功率因數、效率等均隨供電電壓的偏移而變化的。異步電動機的*大轉矩與輸入電壓的平方成正比，當供電電壓降低時，電動機的轉矩將明顯變小，并造成轉差率、定子電流增大，溫升升高，運行效率較低，電能損耗增加。反之，若供電電壓升高，對有鐵心之類的感性設備，其鐵心磁通密度增大，只是鐵心磁飽和，造成激磁電流增大，鐵心損耗增加，電設備發熱，運行效率下降。總之，配網運行電壓質量優劣，對電氣設備運行中產生的電能損耗影響極大，則需通過采取有效措施來改善運行電壓質量。

三、無功平衡與電壓質量

配電網內運行著各類的感性設備，其所需無功功率的多少與運行電壓質量有關。表征不同運行電壓與感性設備所需無功功率之間關系，稱之為用電設備的無功——電壓靜特性。

配電網通過多回10KV饋線向用戶供電，每回饋線上均接有眾多用電設備，而它們的無功——電壓靜特性各異。配電網內無功電源與感性負載往往不會裝置在同一地點，饋線上感性負載所需無功，則需通過線路將無功從無功電源送往無功需要處。當饋線在某電壓下運行，無功電源送往感性負載的無功功率必須等于，在該電壓下饋線上所有感性負載所需無功功率的總和。即任何時刻饋線運行電壓的合格，完全取決于無功功率的就地平衡。

為實現無功功率的實時就地平衡，必須發揮電力調度功能，實時掌握饋線運行中的電壓波動情況以及無功負荷需求量。在加大對饋線無功負荷檢測的同時，按饋線需求的無功量，下達補償電容器投切指令，確保無功滿足饋線上感性負載所需，維持無功就地平衡，以減少無功潮流。只有準確地運用調度手段，實時維持饋線上無功功率的就地平衡，才能實現饋線運行電壓的合格，從而提高供電質量。
四、無功補償與無功潮流

電力系統中輸配電線路上輸送的無功功率，稱之為無功潮流。配電網運行中若無功潮流越大，則網損也隨之增大。配網饋線上無功電源與感性負載往往不裝設在同一地點，感性負載所需的無功功率，則需通過線路從無功電源送往感性負載處。在無功功率輸送過程中，必然會產生線路送端與受端的電壓差，若線路輸送無功功率愈多，則電壓差也愈大。為實現無功就地平衡，則需運行電力調度功能，實時根據配網運行電壓變化以及無功潮流情況，科學合理地調配無功負荷，使配網在給定運行方式下，確保饋線的無功就地平衡。為此，電力調度應根據配電網運行現狀及饋線上感性負載所需的無功量，實時下達補償電容器投切和主變分接開關調節指令，使之達到無功就地平衡，減少無功潮流，改善運行電壓質量。

另外，為更好實現無功就地平衡，也可在無功不足處實施無功補償，這也是實現無功就地平衡改善電壓質量的有效措施。優化無功補償，必須堅持“**規劃、合理布局、分級補償、就地平衡”的原則，科學合理配置無功補償設備，這不僅可減少上**電網無功補償的壓力，而且也可避免無功功率輸送而增加網損。

優化無功補償，還要堅持分散就地補償和變電站集中補償相結合，以分散補償為主;電網補償與用戶補償相結合，以用戶補償為主;高壓補償與低壓補償相結合，以降損補償為主。對用戶低壓電動機或感性設備，以實施隨機隨器補償為主，促其自覺裝設無功補償電容器，通過對無功負荷監管，促其實時投運以提高功率因數，改善電壓質量。與此同時，在配電網運行中還要對網內所有無功補償設備進行監控、檢測，以避免產生無功過償，若用戶無功補償過量，則將適得其反。無功補償過量會造成功率因數過高，無功倒送電網，也會造成電網運行電壓升高而增加電能損耗。

隨著配網內非線性設備投運的不斷增加，其產生諧波對運行電壓質量，也會造成不利影響。尤其對容量315KVA及以上變壓器的用戶，除了強化無功補償制度化管理外，還要對諧波源進行實時監控與治理，以提高電壓質量。

五、分接開關與電壓調節

變壓器運行中，通過改變分接開關的檔位，即改變變壓器一次和二次電壓變化，可起到調節輸出電壓的作用。運行變壓器分接開關進行調壓，不會改變系統中無功功率的大小，僅改變無功功率的分布。若采用分接開關進行電壓調節，只能在系統無功比較充裕或與基本平衡的前提下，方可取得良好的調壓效果。若是系統無功不足而采用切換分接開關進行調壓，會使所需無功隨之增加，造成無功更大缺額，反而導致運行電壓下降，這表明在系統無功不足時，采取切換分接開關是難以改善電壓質量的效果。
從全網考慮，線路運行電壓的合格，完全取決于線路上無功的就地平衡。若是在系統無功欠缺情況下，運用分接開關進行調壓，當電壓偏低時，首先投入補償電容器，使線路達到無功基本平衡。若線路電壓仍然低于允許偏移值下限，此時再運用主變分接開關進行調節，使運行電壓達到合格。為此，只有在線路無功基本平衡工況下，運用分接開關進行調壓，方能取得良好的調壓效果，維持線路運行電壓的合格。

六、無功電壓的優化控制

配電網供電結構復雜，用電負荷變化大而且分散，若要對每個用戶負載電壓偏移進行檢測與控制，是不大容易實現的。但以全網運行視角考慮，只有實時無功電壓的優化控制，即能將受電端電壓控制在允許偏移范圍內，實現配網電能損耗的*小。

無功電壓的優化控制方式有：分散控制和集中控制。

分散控制即在變電站10千伏母線裝設無功補償電容器，僅依據母線運行電壓的高低，來決定補償點容器投切數量，以維持線路運行電壓的合格。對裝設有有載調壓變壓器和集中無功補償電容器的聯合配合調節，方可取得良好的調壓效果。這種分散的控制方式，僅靠檢測母線電壓的高低進行補償電容器的投切和改變分接開關檔位，來維持線路運行電壓的合格。但這種控制方式是無法自動跟蹤電網無功負荷的變化，更無法實現全網無功電壓的*優。

隨著電力電子技術發展與應用，運用無功電壓優化控制軟件，即可自動跟蹤電網無功負荷變化，而對無功電壓進行優化控制，實現無功電壓閉環控制和對全網無功潮流的實時動態管理。這種集中控制方式，不僅可減輕電力調度和運行人員的工作強度，而且還能實時對無功補償電容量與主變分接開關進行合理調節，避免無功補償的之后，維持饋線運行電壓的實時合格，實現配電網**穩定運行。

配電網采用無功電壓集中控制方式，是運用優化的集中控制軟件，可自動跟蹤電網無功負荷變化，實時對無功補償裝置和調壓設備進行動態管理。運用計算機多項編程功能，自動進行各種參數，經計算分析后發出補償電容器投切和分接開關*佳檔位的指令，由終端裝置自動執行，使之維持饋線運行電壓的合格。這種集中控制方式，不僅避免人工調節無功的之后而引起電壓的波動，而且還能實現補償電容器投切和分接開關調節次數*少，及時達到無功就地平衡，減少無功潮流，改善電壓質量，實現全網無功電壓的*優，為配網**運行提供動態無功支撐。

七、結語

配電網運行中，無功功率在潛移默化地影響著電壓質量，無功補償是改善電壓質量的基礎，而無功就地平衡則是實現運行電壓合格的條件。在配網運行管理中，必須強化無功管理，**無功電壓的控制方式。依靠科技進步，運用無功電壓自動控制軟件，可*大限度減少補償電容器投切和分接開關調節次數，使之達到無功就地平衡，為配網運行提供動態無功支撐，實現電網經濟運行。

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