電網(wǎng)自動(dòng)化調度的無(wú)功電壓管理分析
【摘 要】本文主要分析了電網(wǎng)自動(dòng)化調度的無(wú)功電壓管理，并在此基礎上提出優(yōu)化以及最優(yōu)經(jīng)濟運行電壓的具體措施。
【關(guān)鍵詞】電力調度;無(wú)功電壓管理;優(yōu)化;措施
Abstract This paper analyzes the grid voltage and reactive power dispatch automation management, and proposed to optimize and most economic operating voltage on the basis of specific measures.
Key words power dispatch; voltage and reactive power management; optimization; Measures
在電力系統運行過(guò)程中，無(wú)功補償與無(wú)功平衡是確保電壓質(zhì)量的根本保障，通過(guò)有效的無(wú)功補償以及自動(dòng)控制，可提高電壓的質(zhì)量水平，也可確保電力系統運行的安全性、穩定性，減少電能消耗，提高電網(wǎng)運行效益。對于電能質(zhì)量的衡量標準來(lái)說(shuō)，電壓是非常重要的指標，同時(shí)電壓的質(zhì)量也與無(wú)功功率的分布狀況密不可分。隨著(zhù)經(jīng)濟的飛速發(fā)展及人們生活水平的日益提高，用戶(hù)對電能質(zhì)量提出了更高要求，因此必須加強電網(wǎng)監督與管理，實(shí)現有效的無(wú)功電壓管理。
1.無(wú)功補償的基本原理
所謂的無(wú)功補償技術(shù)便是指無(wú)功補償電源，主要目的是為了提供必要無(wú)功功率，降低電網(wǎng)能耗、提升電力系統功率因數，最終實(shí)現對整個(gè)電網(wǎng)電壓質(zhì)量的提升。而且，無(wú)功功率決不是無(wú)用功率，它的用處其實(shí)很大。如果沒(méi)有無(wú)功功率，則變壓器的一次線(xiàn)圈便無(wú)法產(chǎn)生磁場(chǎng)，進(jìn)而導致二次線(xiàn)圈無(wú)法感應出電壓。所以，如果沒(méi)有無(wú)功功率，變壓器便無(wú)法進(jìn)行變壓工作、電動(dòng)機便無(wú)法轉動(dòng)。正常情況下，用電設備不但要從電源取得有功功率，同時(shí)還需要從電源取得無(wú)功功率，如果電網(wǎng)中的無(wú)功功率供不應求，用電設備就沒(méi)有足夠的無(wú)功功率、正常的電磁場(chǎng)，這些用電設備就不能維持在額定情況下工作，用電設備的端電壓就要下降，從而影響用電設備的正常運行。但是從發(fā)電機和高壓輸電線(xiàn)供給的無(wú)功功率遠遠滿(mǎn)足不了負荷的需要，所以我們需要在電網(wǎng)中要設置一些無(wú)功補償裝置來(lái)補充無(wú)功功率，以保證用戶(hù)對無(wú)功功率的需要，這樣用電設備才能在額定電壓下工作。
2.無(wú)功補償配置要求
無(wú)功補償配置要求核心思想為“電力系統配置的無(wú)功補償裝置應能保證在系統有功負荷高峰和負荷低谷運行方式下，分(電壓)層和分(供電)區的無(wú)功平衡，并具有靈活的無(wú)功電力調節能力和檢修備用容量。無(wú)功補償配置應根據電網(wǎng)情況，實(shí)施分散就地補償與變電站集中補償相結合，電網(wǎng)補償與用戶(hù)補償相結合，高壓補償與低壓補償相結合，滿(mǎn)足降損和調壓的需要。”
3.電網(wǎng)自動(dòng)化調度無(wú)功管理的主要措施
做好無(wú)功電壓的管理，首先就需要配備足夠數量的無(wú)功補償設備，每個(gè)電力供應企業(yè)都要根據自身情況并按照《導則》中的要求進(jìn)行無(wú)功補償設備的配備工作。在配備過(guò)程中，經(jīng)常會(huì )發(fā)生由于一時(shí)電壓的高低而少配甚至不配無(wú)功補償設備。特別是在超過(guò)110kV的變電所中，其電纜線(xiàn)路復雜繁多，經(jīng)常發(fā)生向系統倒送無(wú)功的情況，這時(shí)就需要切除并聯(lián)的電容器以解決無(wú)功倒送的問(wèn)題，若還不能解決，就需要在低壓母線(xiàn)上安裝并聯(lián)電抗器，從而改變變電所的無(wú)功負載，達到無(wú)功平衡的目的。
其次，合理配置無(wú)功補償設備的容量。無(wú)功補償設備的容量大小一定要適量，特別是單組容量不能過(guò)大。若單組容量過(guò)大，當輸電電壓負載較低時(shí)，不會(huì )進(jìn)入電容器，這樣次級的輸電線(xiàn)路上的負載電壓降低，導致線(xiàn)損增加，從而造成向電網(wǎng)上倒送無(wú)功。目前，我國輸電線(xiàn)路上的負載呈現逐年遞增的趨勢，因此，在電容器配備的時(shí)候應考慮到負載的增加，以便于適應后期的操作。
在完成無(wú)功補償設備的合理配置后，無(wú)功電壓管理的重點(diǎn)就是保證分層和分區內的平衡。這樣就可以達到無(wú)功補償的理想狀態(tài)，即各級的輸電線(xiàn)路沒(méi)有無(wú)功電流，各級的電壓母線(xiàn)上的輸電功率都接近1，并且減少由于長(cháng)距離線(xiàn)路輸送電能導致過(guò)多的線(xiàn)損以及負載電壓的下降。
電網(wǎng)無(wú)功管理的主要措施包括：
(1)應本著(zhù)自下而上，由末端向電源端的順序逐級平衡補償;需補償容量：Qc=P(tga1-tga2)，其中P為最大負荷月平均有功功率。
(2)電網(wǎng)調度工作人員應加強對變電站電壓及無(wú)功功率的調整，借此來(lái)使母線(xiàn)的電壓質(zhì)量保持在最佳狀態(tài)。當補償裝置全部投入使用后，若母線(xiàn)的無(wú)功補償仍舊無(wú)法滿(mǎn)足相關(guān)要求時(shí)，必須及時(shí)向上級有關(guān)負責人匯報，以便采取相應的解決措施。
(3)電壓在線(xiàn)監測和分析系統應用實(shí)用化;繪制電壓監測點(diǎn)分布圖，電壓監測點(diǎn)設置數量、安裝位置滿(mǎn)足規定要求。
(4)以35kV變電站為單位，分供電區進(jìn)行無(wú)功平衡及電壓分布分析，通過(guò)指標細化分析和措施跟蹤檢查，及時(shí)掌握變化趨勢，采取針對性措施逐步提高電網(wǎng)和各級用戶(hù)電壓合格率。
(5)根據電網(wǎng)的不斷發(fā)展和變化，持續滾動(dòng)開(kāi)展低谷、高峰以及典型負荷時(shí)期無(wú)功電壓計算分析，為電網(wǎng)無(wú)功補償設備投切、主變抽頭位置調整提供計算依據，并督促調度所合理投切35kV變電站無(wú)功補償設備，使無(wú)功分層就地平衡，減少不同電壓等級間的無(wú)功穿越，降低損耗。
(6)調度中心應按照運行電網(wǎng)實(shí)際的負荷變化，編制并下達無(wú)功負荷曲線(xiàn)，同時(shí)具備無(wú)功調整能力的變電站也都必須嚴格按照這一無(wú)功負荷曲線(xiàn)對無(wú)功出力進(jìn)行調整。調度中心的值班人員有權按照當前電網(wǎng)的實(shí)際運行情況進(jìn)行相應的修改，并對各級變電站的執行情況進(jìn)行監督。
(7)在無(wú)功負荷的峰谷階段，電廠(chǎng)內的發(fā)電機無(wú)功應增至無(wú)負荷為止;在低谷時(shí)，發(fā)電機無(wú)功則需降至功率因數中所提到的最佳值0.95以上。
4.電網(wǎng)自動(dòng)化調度無(wú)功優(yōu)化系統的建立
由于城市用電需求在不斷增加，不同城區的用電需求也是在不斷變化，再加上設備老化等問(wèn)題，這樣設定好的無(wú)功電壓補償措施也許很難適應目前或將來(lái)的變化。因此，除了應做好無(wú)功管理工作之外，還應充分發(fā)揮無(wú)功優(yōu)化系統的作用。通過(guò)無(wú)功優(yōu)化系統的自動(dòng)控制，可以極大的減輕調度和運行人員的工作量，并且和人為控制相比更科學(xué)、更合理、計算更精確。
根據電網(wǎng)調度自動(dòng)化運行的實(shí)際情況，對于無(wú)功電壓系統的優(yōu)化應從以下幾個(gè)方面著(zhù)手：
4.1優(yōu)化原則
保證電力供應全網(wǎng)內的最大范圍內的負載電壓達到額定值;保證電力供應全網(wǎng)內盡量降低電能在線(xiàn)路上的損失;所有的參與電網(wǎng)調度的工作人員，其行為準則要遵循安全、運行和調度規范。 4.2控制目標
在保證電網(wǎng)和電網(wǎng)中人員、設備安全運行的前提下，通過(guò)全網(wǎng)內的無(wú)功電壓補償措施，對于無(wú)功電壓管理進(jìn)行優(yōu)化。不但能夠保證電網(wǎng)整體經(jīng)濟地運行，還要通過(guò)合理計算，有效控制無(wú)償設備的成本投入。最終實(shí)現主變壓器的調節次數最少、負載電壓在額定電壓規定的誤差范圍內波動(dòng)，全網(wǎng)的線(xiàn)損最小。在進(jìn)一步提高電網(wǎng)調度自動(dòng)化水平的基礎上，保證電網(wǎng)能夠具有更高的運行安全性和穩定性。
4.3約束條件
母線(xiàn)的負載電壓處于規定范圍內;調壓開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數處于規定范圍內;電容器投切次數處于規定范圍內;供電效率合格。
4.4功能實(shí)現
通過(guò)無(wú)功電壓綜合優(yōu)化計算后，形成有載調壓變壓器分接開(kāi)關(guān)調節指令、無(wú)功補償設備投切指令及相關(guān)控制信息，然后將控制信息發(fā)送至各工作站，各工作站再將控制指令交系統執行。當地區電網(wǎng)內各級電壓在合格范圍內，控制本級電網(wǎng)內無(wú)功功率流向合理，實(shí)現無(wú)功分層就地平衡，提高功率合格率。同電壓等級不同變電所電容器組根據計算決策誰(shuí)優(yōu)先投入。同變電所不同容量電容器組根據計算決策誰(shuí)優(yōu)先投入。
5.電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行電壓的控制措施
通過(guò)調度自動(dòng)化系統時(shí)實(shí)在線(xiàn)計算和離線(xiàn)計算，然后利用負荷電壓的對應關(guān)系曲線(xiàn)，在保證電壓質(zhì)量的基礎上，適度、合理地調整發(fā)電機端電壓和變壓器分接頭、投切電容器及調相機調壓等手段，使電網(wǎng)運行電壓可以達到最優(yōu)經(jīng)濟運行電壓，從而達到降損節點(diǎn)效果。電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行電壓控制的主要措施包括以下方面：
(1)在做到無(wú)功功率平衡的前提下，然后利用負荷電壓的對應關(guān)系曲線(xiàn)，按負荷分時(shí)段進(jìn)行調整變壓器的分接頭。當母線(xiàn)電壓低時(shí)，先投電容器組后調整主變分頭，有載調壓變壓器必須逐個(gè)分接頭調整;當母線(xiàn)電壓超出偏移上限時(shí)，應首先調整主變分接開(kāi)關(guān)檔位，以降低電壓，無(wú)法調整時(shí)，才將電容器退出運行。
(2)在電壓允許偏差范圍內，供電電壓的調整使電網(wǎng)高峰負荷時(shí)的電壓值高于電網(wǎng)低谷負荷時(shí)的電壓值。
(3)在有調壓能力的情況下，嚴禁使各級電壓超限值運行。
(4)調度員要加強對變電站無(wú)功、電壓的調整，保持變電站母線(xiàn)電壓質(zhì)量和補償裝置的即時(shí)投停;全部調壓手段用完后，變電站母線(xiàn)電壓質(zhì)量仍不能滿(mǎn)足要求時(shí)，應及時(shí)匯報上級值班調度員協(xié)助調整。
(5)一般35千伏以上的電網(wǎng)中，負載損耗約占總損耗的80%左右，負荷電壓的對應關(guān)系優(yōu)化曲線(xiàn)一般偏中上限運行，因此白天負荷重時(shí)應提高母線(xiàn)運行電壓。
(6)保證二次電壓在正常范圍的前提下，盡量提高分接頭檔位，以降低鐵心磁通密度。該工作不能頻繁做，但不能長(cháng)期不管，每年應按照季節分1-2次進(jìn)行適當調整。
(7)因為電網(wǎng)的負荷是變動(dòng)的，我們不必要對任意負荷點(diǎn)進(jìn)行經(jīng)濟電壓的調整，從調度的實(shí)用性和可操作性，我們可以根據變壓器的調壓檔位和規程規定的電壓偏移值，利用負荷電壓的對應關(guān)系分時(shí)段按負荷進(jìn)行經(jīng)濟調壓。
(8)如果不能通過(guò)調度自動(dòng)化系統時(shí)實(shí)在線(xiàn)計算，可以通過(guò)負荷曲線(xiàn)進(jìn)行離線(xiàn)計算，同樣可以解決電網(wǎng)最優(yōu)經(jīng)濟運行電壓?jiǎn)?wèn)題和無(wú)功優(yōu)化問(wèn)題。
6.結束語(yǔ)
電力調度的主要目的便是要科學(xué)合理地對功率進(jìn)行調度，隨著(zhù)現階段我國電網(wǎng)自動(dòng)化調度水平的不斷發(fā)展和進(jìn)步，電力系統中的無(wú)功電壓得到了進(jìn)一步的管理和優(yōu)化，這對于提高系統的電壓質(zhì)量、改善電能質(zhì)量、平衡無(wú)功分布、降低有功損耗有著(zhù)十分重要的意義。只有不斷降低電網(wǎng)中的無(wú)功功率損耗，才能有效地確保系統安全、穩定、經(jīng)濟運行，從而推動(dòng)電力企業(yè)健康發(fā)展。
【參考文獻】
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