电力系统无功电压管理之我见

摘 要 我国电网在不断发展的同时，电力体制也在进行着不断的改革，社会各界对无功问题与电压的关注程度越来越高。其不但是供电质量本身的问题，同时对整个电力系统的经济安全运行、电气设施的寿命与安全以及用户安全生产保障等都具有巨大的影响。随着电力网络的持续拓展，电网本身的结构越来越复杂，电网运行对电能质量与电压管理的要求也就越来越高，不仅要保障电网安全、提升电压合格率，同时还应当尽可能减少电网运行维护资金、减少电网损耗。在该种背景下，无功电压管理作为整个电力系统中的重要课题，不仅是保障电压质量、减少电力系统损耗的关键途径，同时也是保障电网系统稳定、安全以及经济运行的重要举措。鉴于此，本文首先分析了电力系统无功电压管理的意义，在此基础上，提出电力系统无功优化、无功电压管理以及无功电压就地平衡与控制的具体措施，仅供参考与借鉴。

关键词 电力系统 无功电压管理 控制 措施

稳定、安全、经济的电能供应是电力系统运行管理的基本要求。电压属于衡量电能质量的重要标准，电压质量直接关系到工农业能否顺利生产、电力系统是否能够稳定的运行以及电网线路损耗能够保持良好的经济性等各个方面。[1]所以，提升电力系统电压质量就成为电力系统运行管理的重要任务。而电力系统无功功率平衡与无功电压管理是保障电压质量的先决条件，所以加强电力系统无功电压管理不但能够有效保证电压质量，提升整个电力系统的稳定性，同时能够有效降低无功网损与有功网损，保障电力系统更为稳定、经济地运行。

一、电力系统无功电压管理的意义

电力系统无功电压管理是提升电力系统稳定性、提高电压合格率以及降低线损的重要途径。电压质量的好坏与系统无功分布的合理性，直接关系到整个电力系统的经济运行与安全稳定。如果无功不足，会使得整个电力系统的电压下降，无法充分利用各个用电设施，严重的甚至会导致整个系统电压水平下降，而电力系统受到的影响过大，则会导致电压低于临界的电压，导致电压崩溃的情况，最终会因为电力系统失去同步并瓦解，最终引发灾难性的事故。反之，无功过剩也会引发电压过高的情况，导致设施与系统的安全受到影响，使得电压情况进一步恶化，造成巨大的经济损失。[2]所以，科学合理地进行无功电压管理，进一步提升优化管理控制水平，不但可以有效保障电压质量，提升电压合格率，同时可以进一步降低线损，提升整个电力系统运行的经济性、安全性以及稳定性。

二、电力系统无功优化与无功电压管理

一方面，进一步明确无功优化与无功电压管理的关系。对电能质量的衡量指标当中，电压与频率不仅是最为基础的参数，也是最为关键的参数。无功功率平衡与电压之间的联系极为密切，频率与系统当中的有功功率平衡联系极为密切。必须要充分满足额定频率与额定电压情况的功率平衡，才可以有效保障电能的质量与稳定性。除此之外，还必须要具有符合的电源配置，充分依照现实情况针对电力设施实施调整与设置，从而有效保障电能的高效性。无功与电压之间的关系主要是由无功电压曲线来进行展现，如果系统当中的无功功率电源供应不足，电力系统当中的电压运行水平则表现为偏低的情况。[3]如果电源供应充足并且能够持续保持，电力系统当中的电压运行水平则能够表现出较高的情况。因此，必须要充分参考实际情况来进行无功功率补偿装置，使电源的供应能够始终保持在稳定的状态，达成额定电压情况下的系统无功功率平衡。

另一方面，是无功电压管理与电压调整之间的协调。针对电压进行调节，可以实现让各个用户的电压质量满足相应的要求。一般情况下，对电压进行调整主要包括调整线路参数、切去一些负荷、通过无功补偿设施进行电压调整、通过变压器分接头档位进行电压调整以及针对发动机端电压进行调整。利用无功优化针对电压实施管理也是较为常用的一种措施，分别针对有载调压变压器的投切无功补偿设施与分接头实施调节，然后进行有效的协调，达成整个电力系统的无功功率平衡。

（一）基于VQc设施的分散分层管理

基于VQc设施的分散分层管理主要包含两种层次，分别为调度中心的全网协调层与变电站内部的执行层。通过系统整合整个电网当中的参数与信息资料，利用该地区变电站实施第一级管理，利用VQc设施来根据相应的参数运作。如果信息数据超出第一级管理范畴，则需要调度中心实施第二级管理，计算该地区管理的整定值，然后再将整定值传达到变电站实施第一季管理，最终再将其反馈到电网当中。[4]该种模式下，可以实现无功优化与无功电压管理始终在线损最小目标函数下开展工作。所以，基于VQc设施的分散分层管理能够在有效降低线损的同时，有效提升电网电压的合格率与电能质量。

（二）基于EMS/SCADA主站系统的无功电压管理（AVC）

基于EMS/SCADA主站系统的无功电压管理（AVC）主要是针对电网无功电压的状况进行实时的监管，然后利用系统电脑进行在线的计算优化，通过分层分区的方式，针对电力系统当中的无功补偿、无功电源以及变压器分接头等设施进行管理，达成实时的、最佳闭环管理目标，有效满足全网安全约束标准下的优化无功潮流运行，以此来实现最低线损与优质电压的目的。[5]从本质层面来看，基于EMS/SCADA主站系统的无功电压管理方式的主要目标在于重新优化电网的无功分布情况，使得电网能够处于经济、安全、稳定的运行状态。

三、无功电压就地控制与平衡

电力系统无功电压就地控制与平衡主要包含发电厂的无功电压控制与平衡、变电站的无功电压控制与平衡。根据现实情况，科学合理地选择对应的控制与平衡措施，能够降低有载的电容器组与变压器分接头动作的实际次数，从而有效提升被控站电压的合格率，有效降低能量损耗，保障电力系统中的电压能够安全、经济、稳定地运行。[6]针对发电厂的无功电压控制与平衡，其主要是针对同步发电机的励磁进行控制来达成目标。同步发电机当中的励磁调节器属于电压控制的主要设施之一，通过优化励磁系统当中的控制器，能够有效保持其系统母线电压与发电机机端电压的给定值，从而有效提升整个系统的稳定性，使得电压合格率得到有效提升，减少各种事故的发生几率。[7]针对变电站的无功电压控制与平衡，主要是通过静止无功补偿器、有载调压变压器的分接头位置以及变化投切电容器组数量来达成目标。

（一）发电厂的无功电压控制与平衡

发电厂的无功电压控制与平衡是保障电力系统安全、稳定以及经济运行的重要条件。发电厂的无功电压控制与平衡主要是针对同步发动机励磁控制系统进行调节来达成目标的。国内外学者提出过一些发电厂的无功电压控制与平衡的自动控制措施，比较典型的主要包括以下几种：

（1）单一励磁调节设施。当前，常用的发电厂的无功电压控制与平衡基本都是采用单一励磁调节器来进行机端电压进行管理。励磁调节器属于整个励磁装置的核心部件，其可以综合处理发动机端电压UG与其他各类信息，以此来获得可以反映出发动机端电压UG具体变化规律的变化量（-UG），然后再将这个变化量反馈到励磁机，最终实现针对励磁电流进行调节的目标。[8]通过安装自动调节励磁设施，不仅可以针对发动机端电压进行调整，同时也能够有效提升整个电力系统的运行稳定性。

（2）高压母线侧电压信号引入控制系统。发电厂与电力系统的连接点属于发电厂升压变压器的高压层，无论是从商业的层面来看，抑或是从技术层面来看，都必须要高度重视发电厂高压侧母线的电压控制与整个发电厂以及系统之间的无功交换。1）高压母线电压控制器。高压母线电压控制器（HSVC）主要是针对传统发电机励磁系统实施补偿控制，以此来提升整个电力系统的电压稳定性。可以针对升压变压器高压测电压的设定值进行管理，使其能够始终保持在高电压状态。并不需要通过升压变压器高压侧来进行信号传输，只需要直接利用高压侧母线电压与机端电压的数字模型，采用函数转换的方式，使现实运行机组的机端电压能够转变成与之相对的现实母线电压，最后再把其与给定母线电压的偏差信号录入到补偿控制器当中实施调节优化，从而有效保障高压侧的母线电压为设定值。[9]2）利用高压侧电压作为反馈信号的电压调节器。利用高压侧电压作为反馈信号的电压调节器（PSVR）主要是针对高压侧母线实际电压与设定值之间的偏差进行测定，以此来计算解决这些偏差所需要的总无功功率。一般选择灵敏度法来针对每一条出线负荷的无功功率对电压灵敏度系数进行计算，然后再综合参考母线电压存在的偏差，得出全部负荷因为电压变化而生成的无功变化量。[10]与此同时，进行在线计算，得出各类约束情况下的各个发电机组的无功功率的上限值与下限值，最后再针对各个发电机的励磁调节器实施调节，实现将总无功功率分配到各个机组的最优方案。3）基于模糊控制的无功电压调节。所谓模糊控制，指的是通过模拟人类的决策进程与模糊推理的一种控制措施。其主要依照已知的控制数据与各种规则，根据相应的模糊输入量来将模糊控制输出导出，通常包含模糊化、模糊推理以及模糊决策。其主要应用于无法采用传统非线性控制理论或者本身具有不确定因素的各种问题。模糊控制在无功电压管理中同样适用。作为整个电力系统当中的主要无功电源，发电机可以保障电力系统运行电压维持在正常水平，而其无功出力水平（无功能力的发出与吸收）则是整个电力系统进行无功电压控制的重要举措，其本身具备反应迅速、连续可调的特征，并且与无功补偿设施存在明显的差异性，需要额外进行投资。所以，发电厂进行无功电压控制已经成为提升电网经济性、稳定性以及保障电压无功平衡与质量的重要举措。

（二）变电站的无功电压控制与平衡

针对变电站进行的无功电压控制，不仅能够有效保障电力系统的电压质量，同时能够促进电力系统更为经济、安全地运行。其主要是采用静止补偿器设置、改变有载变压器分接头位置以及调整投切电容器组的使用数量来进行无功电压控制。下面分别从这三个方面来说明变电站的无功电压控制方法：

（1）静止补偿器。静止补偿器（SVC）是一种新兴的无功电压控制与调节设施，是当前各种调压途径中最为实用、先进的一种技术。它进行无功功率的调节效率极高，可以实现及时跟踪，并补偿无功电压所进行的频繁、突然的各种变化，尤其是极为使用进行冲击无功负荷的补偿。除此之外，静止补偿器的调节十分平滑，可以有效抵消高次谐波对负荷产生的干扰。并且其本身的维护工作极为简单，功率消耗也非常低，针对符合变动具有良好的补偿能力，能够实现分散补偿的目标。[11]

（2）有载调压变压器。有载调压变压器尽管可以保持稳定的电压，但其本身无法改变无功需求平衡的情况。针对大容量的变压器，通常都会设置有载调压分接头，其本身的体积要明显大于容量相同的变压器，不但会导致资金投入更多，同时还会变相导致维护资金的增加，并且在检修的过程中，必须要进行长时间的停电。[12]

（3）并联电容器。并联电容器是现阶段使用最为广泛的无功补偿设施之一，然而其本身的电压调节效应不高，无法针对滞后的无功功率进行持续性的吸收与调节。因此，要想达成变电站无功电压就地控制的目标，就必须要科学合理地选择对应的无功电压管理措施，尽可能降低有载变压器电容器组与分接头的动作次数，以提升被控站电压的合格率，减少能量的消耗，保障电力系统电压更为经济、稳定、安全地运行。电压与无功的调整已经不是单从电压或者无功功率方面进行管理，而应当朝着电压与无功综合管理调整的趋势发展，采用无功电压综合控制管理的方案。

四、结语

现阶段，电力系统已经形成了远距离、大容量以及高电压的输电格局，无功电压管理在整个电力系统功率输送与安全运行当中的作用也就越来越重要。通过针对发电厂与变电站的无功电压就地控制与平衡，能够达成局部优化的目标，使受控站的无功功率与无功电压都始终保持在需要的范畴内，在某种程度上保障广大用户获得稳定、安全、经济的电压质量。这就需要我们深入研究就地控制与平衡的方案，积极发展无功电压综合控制管理，促使无功电压管理朝着更高层次的领域发展，保障电力系统更为经济、稳定、安全地运行。

（作者单位为国网四川省电力公司广元供电公司）

[作者简介：冷静（1978―），女，四川泸州人，硕士，工程师，国网广元供电公司营销管理专责，主要从事电价管理工作。赖斌通（1977―），男，四川成都人，本科，国网广元供电公司剑阁供电公司副总经理，主要从事生产管理工作。]

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