電網(wǎng)監(jiān)控與調(diào)度自動(dòng)化第十次課-課件

第七節(jié)變電站的無功—電壓綜合控制電壓無功綜合控制的目標(biāo)電壓無功控制的原理電壓無功綜合控制的實(shí)現(xiàn)方法電壓無功綜合控制的策略1一、電壓無功綜合控制的目標(biāo)

電力系統(tǒng)中電壓和無功功率的調(diào)整對(duì)電網(wǎng)的輸電能力、安全穩(wěn)定運(yùn)行水平和降低電能損耗有極大影響。因此，要對(duì)電壓和無功功率進(jìn)行綜合調(diào)控，保證實(shí)現(xiàn)包括電力部門和用戶在內(nèi)的總體運(yùn)行技術(shù)指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最佳，具體的調(diào)控目標(biāo)如下：

(1)維持供電電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)，根據(jù)前能源部頒發(fā)的《電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》(以下簡(jiǎn)稱《導(dǎo)則》)規(guī)定，各級(jí)供電母線電壓的允許波動(dòng)范圍(以額定電壓為基準(zhǔn))規(guī)定如下；

550(330)kV變電站的220kv母線，正常時(shí)：0—+10％；事故時(shí)：-5%—+10%。

220kV變電站的35~110kv母線，正常時(shí)；-3％—+7％；事故時(shí)±10%。配電網(wǎng)的10kv母線，電壓合格范圍：10—10.7kv。

(2)保持電力系統(tǒng)穩(wěn)定和合適的無功平衡。主輸電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)實(shí)現(xiàn)無功分層平衡；地區(qū)供電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)實(shí)現(xiàn)無功分區(qū)就地平衡的原則，才能保護(hù)各級(jí)供電母線電壓(包括用戶入口電壓)在《導(dǎo)則》規(guī)定的范圍內(nèi)。2(3)保證在電壓合格的前提下使電能損耗為最小。為了達(dá)到以上目標(biāo)，必須增強(qiáng)對(duì)無功功率和電壓的調(diào)控能力，充分利用現(xiàn)有的無功補(bǔ)償設(shè)備和調(diào)壓設(shè)備(調(diào)相機(jī)、靜止補(bǔ)償器、補(bǔ)償電容器、電抗器、有載調(diào)壓變壓器等)的作用，對(duì)它們進(jìn)行合理的優(yōu)化調(diào)控。電力系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)和研究、計(jì)算的結(jié)果表明，造成系統(tǒng)電壓下降的主要原因是系統(tǒng)的無功功率不足或無功功率分布不合理。所以．對(duì)發(fā)電廠來說，主要的調(diào)壓手段是調(diào)整發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁；在變電站主要的調(diào)壓手段是調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭位置和控制無功補(bǔ)償電容器。少數(shù)220kv以上的高壓或超高壓變電站裝有調(diào)相機(jī)或靜止無功補(bǔ)償器，有的變電站既裝有并聯(lián)電容器也裝有并聯(lián)補(bǔ)償電抗器。3

上述兩種調(diào)節(jié)和控制的措施，都有調(diào)整電壓和改變無功分布的作用，但它們的作用原理和后果有所不同。有載調(diào)壓變壓器可以在帶負(fù)荷的倩況下切換分接頭位置，從而改變變壓器的變比，起到調(diào)整電壓和降低損耗的作用。調(diào)壓措施本身不產(chǎn)生無功功率，但系統(tǒng)消耗的無功功率與電壓水平有關(guān)，因此在系統(tǒng)無功功率不足的情況下，不能用改變變比的辦法來提高系統(tǒng)的電壓水平。否則電壓水平調(diào)得越高，該地區(qū)的無功功率越不足，反而導(dǎo)致惡性循環(huán)。所以在系統(tǒng)缺乏無功的倩況下，必須利用補(bǔ)償電容器進(jìn)行調(diào)壓。控制無功補(bǔ)償電容器的投切，既能補(bǔ)充系統(tǒng)的無功功率，又可改變網(wǎng)絡(luò)中無功功率的分布．改善功率因數(shù)，減少網(wǎng)損和電壓損耗，從而又有利于系統(tǒng)電壓水平的提高及改善用戶的電壓質(zhì)量。因此必須把調(diào)分頭與控制電容器組的投、切兩者結(jié)合起來，進(jìn)行合理的調(diào)控．才能起到既改善電樂水平，又降低網(wǎng)損的效果。4二、電壓無功控制的原理

典型的終端變電站一般有兩臺(tái)帶負(fù)荷調(diào)節(jié)的主變壓器，低壓10Kv母線分段，兩段母線上各接有一組電容器組。控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須能識(shí)別并適應(yīng)變電站多種運(yùn)行方式，保證調(diào)節(jié)正確。另外，當(dāng)進(jìn)線、變電站發(fā)生不正常狀態(tài)或故障時(shí)，應(yīng)閉鎖控制裝置。調(diào)控原理介紹單一的輻射形網(wǎng)絡(luò)的等值電路如圖所示。52．電壓調(diào)節(jié)對(duì)無功功率的影響當(dāng)利用有載調(diào)壓變壓器分接頭對(duì)低壓側(cè)電壓調(diào)節(jié)時(shí)，不但改變了電壓的高低，而對(duì)無功功率也有調(diào)節(jié)作用。由上圖可知，當(dāng)忽略變壓器等值電阻的影響，電容器組退出，不考慮電容器的影響，式（4-3）可表示為可推得：6

對(duì)于變壓器變比n和XT均為常數(shù)，變壓器向系統(tǒng)吸取的無功功率與電壓的平方UD2成正比。變壓器負(fù)荷為綜合性負(fù)荷，變壓器向系統(tǒng)吸取的無功功率在低壓側(cè)額定電壓UDN叫附近斜率會(huì)更大。

3.投退電容器組對(duì)電壓的影響在變壓器低壓側(cè)母線上投入并聯(lián)電容器組，負(fù)荷向系統(tǒng)吸取的無功功率變小，無功功率引起的電壓損耗也變小，即變壓器負(fù)荷側(cè)的電壓就升高。

ΔUQ=[(Qc—Qc)／UDN]XT

值得注意的是：當(dāng)系統(tǒng)己處于最小負(fù)荷或無負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，如果不切除已投入的電容器組，將會(huì)產(chǎn)生多余的有功功率損耗，電壓也將會(huì)嚴(yán)重升高，超過限制電壓。三、電壓無功綜合控制的實(shí)現(xiàn)方法電力系統(tǒng)依靠線路和變壓器傳輸電能時(shí)會(huì)產(chǎn)牛電壓損耗和有功、無功損耗，為了補(bǔ)償電壓損耗，采用有載調(diào)壓調(diào)節(jié)變壓器低壓側(cè)電壓。

1．電壓和無功功率綜合自動(dòng)調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)方法

(1)采用硬件裝置。

(2)使用軟件VQC。72．對(duì)VQC綜合調(diào)節(jié)的要求

(1)維持供電電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)。供電電壓的電壓偏差在規(guī)定范圍內(nèi)，并盡量使其達(dá)到最小值。

(2)保持電網(wǎng)穩(wěn)定和無功功率的平衡。調(diào)節(jié)無功電源和無功負(fù)荷，使無功功率平衡，從而保持電網(wǎng)穩(wěn)定。調(diào)節(jié)的原則是無功電源容量必須服從于對(duì)電壓質(zhì)量的要求和無功功率平衡的要求。

3．電壓無功綜合控別的方式

(1)就地綜合調(diào)節(jié)。(2)集中VQC綜合調(diào)節(jié)。它是系統(tǒng)調(diào)度實(shí)現(xiàn)以各節(jié)點(diǎn)狀態(tài)滿足一定的約束條件為前提的，全電網(wǎng)損耗最小為目標(biāo)的一種最優(yōu)化控制模式。具體做法是通過電力網(wǎng)的能量管理系統(tǒng)(EMS)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）實(shí)時(shí)地采集各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，求解網(wǎng)絡(luò)電壓和無功最優(yōu)模型，計(jì)算出各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓和無功上、下限值。各變電站的就地VQC通過通信接口接收這些限值，并對(duì)變電站內(nèi)調(diào)壓和無功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)綜合控制。81．九區(qū)域控制策略只有9區(qū)域?yàn)闈M足運(yùn)行條件，具體調(diào)節(jié)控制如下：第1區(qū)域：電壓與功率因數(shù)都低于下限，優(yōu)先投入補(bǔ)償電容器。如電壓仍低于下限，則再調(diào)節(jié)變壓器分接頭升壓，使電壓水平滿足要求。第2區(qū)域：電壓低于下限和功率因數(shù)正常(在設(shè)定范圍內(nèi))，先調(diào)節(jié)變壓器，如分接頭已無法調(diào)節(jié)時(shí)，則強(qiáng)投補(bǔ)償電容器。第3區(qū)域：電壓低于下限和功率因數(shù)高于上限，應(yīng)調(diào)節(jié)變壓器分接頭升壓，直到電壓正常。如功率因數(shù)仍高于上限，才能切補(bǔ)償電容器。四、電壓無功綜合控制的策略9

第4區(qū)域：電壓正常而功率因數(shù)低于下限，投入補(bǔ)償電容器，直到正常。第5區(qū)域：電壓正常而功率因數(shù)高于上限，切除補(bǔ)償電容器，直到正常。第6區(qū)域：電壓高于上限和功率因數(shù)低于下限，應(yīng)調(diào)節(jié)變壓器分接頭降壓，直至電壓正常。如功率因數(shù)仍低于下限，才能投入補(bǔ)償電容器。第7區(qū)域：電壓高于上限，但功率因數(shù)正常，調(diào)節(jié)變壓器分接頭降壓，如分接頭已調(diào)到限值，而電壓仍高于上限，則強(qiáng)切補(bǔ)償電容器。第8區(qū)域；電壓與功率因數(shù)都高于上限，先切補(bǔ)償電容器。如電壓仍高于亡限，則再調(diào)節(jié)變壓器分接頭降壓，使電壓水平滿足要求。2．改進(jìn)九區(qū)域控制策略101．軟件VQC對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的要求

(1)全面的數(shù)據(jù)采集。(2)適應(yīng)無人值班。

(3)監(jiān)控系統(tǒng)的采樣精度與信號(hào)響應(yīng)速度。

(4)遙控的自動(dòng)返校功能。(5)數(shù)據(jù)再處理能力。

2．軟件VQC功能

(1)多功能模塊處理。(2)電壓與無功的上下限值動(dòng)態(tài)變化。

(3)調(diào)節(jié)方式的多樣性。(4)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方控制VQC。

(5)閉鎖條件有如下幾條：

1)保護(hù)閉鎖2)遙測(cè)閉鎖3)遙信閉鎖4)其它閉鎖：

(6)相關(guān)信號(hào)上送調(diào)度。

(7)并列運(yùn)行、拒動(dòng)、滑擋等。

(8)登錄操作。五、電壓無功控制軟件功能12第八節(jié)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)其他控制功能一、電力系統(tǒng)的低頻減負(fù)荷控制主要用于反事故控制措施。當(dāng)系統(tǒng)頻率下降到一定值時(shí)，為了保持系統(tǒng)的穩(wěn)定要切除一定的負(fù)荷維持系統(tǒng)有功功率在額定頻率附近平衡。二、備用電源自投控制當(dāng)電力系統(tǒng)故障或其他原因使工作電源被斷開后，備用電源自投裝置能迅速將備用電源或備用設(shè)備或其它正常工作的電源自動(dòng)投入工作，使原來工作電源、被斷開的用戶能迅速恢復(fù)供電的一種自動(dòng)控制裝置。13三、中性點(diǎn)不直接接地系統(tǒng)的單相接地選線方法（一）、不接地系統(tǒng)單相接地故障時(shí)的選線單相接地特點(diǎn)：

(1)中性點(diǎn)位移電壓為相電壓，母線電壓互感器開口二角形出現(xiàn)3U0電壓；

(2)非故障線路電容電流就是該線路的零序電流；

(3)故障線路首端的零序電流數(shù)值上等于系統(tǒng)非故障線路全部電容電流的總和，其方向?yàn)榫€路指向母線，與非故障線路中零序電流的方向相反。該電流由線路首端的電流互感器反應(yīng)到二次側(cè)。這就是中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)基波零序電流方向自動(dòng)接地選線裝置所用的工作原理。14（二）、經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障時(shí)的選線中性點(diǎn)接入消弧線圈的目的主要是消除單相接地時(shí)故障點(diǎn)的瞬時(shí)性電弧。它的作用是盡量地減小故障接地電流，減緩電弧熄滅瞬間故障點(diǎn)恢復(fù)電壓的上升速度。在過補(bǔ)償?shù)臈l件下經(jīng)消弧線圈電感電流補(bǔ)償后，接地電流與未經(jīng)補(bǔ)償時(shí)的接地電流比較明顯小了許多，故障線路的零序電流和非故障線路的零序電流方向完全相同，而數(shù)值大小也無明顯差異。所以在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的電網(wǎng)中，就不能利用基波零序電流的數(shù)值大小和方向來作自動(dòng)接地選線的依據(jù)。比較有效的判接地方案是五次諧波判別法和有功分量判別法。15（三）、五次諧波判別法實(shí)現(xiàn)接地選線

在電力系統(tǒng)中含有許多諧波，其中五次諧波量比較大，由于消弧線圈的電抗（5ωL）增大5倍，通過消弧線圈的電感電流減小5倍，而線路容抗（1/5ωC）減小5倍，而電容電流增大5倍。因此有以下特點(diǎn)：（1）中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，在發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障線路首端的五次諧波零序電流在數(shù)值上等于系統(tǒng)非故障線路五次諧波電容電流的總和。（2）故障線路首端的五次諧波零序電流的方向與非故障線路中五次諧波零序電流方向相反。所以可采用五次諧波來實(shí)現(xiàn)接地選線。16（四）、有功分量判別法接地選線的原理

基波有功分量判別法的原理是：?jiǎn)蜗嘟拥貢r(shí)，故障線路通過接地點(diǎn)與消弧線圈和阻尼電阻構(gòu)成串聯(lián)回路。該回路在中性點(diǎn)零序電壓U0作用下，產(chǎn)生的基波零序電流必然流經(jīng)阻尼電阻，因而基波零序電流含有有功分量。而有功分量在消弧線圈的電感電流對(duì)接地電容電流補(bǔ)償中是不會(huì)被補(bǔ)償消失的，因此該有功分量電流將全部流回故障線路的首端，被零序電流互感器測(cè)量出來。而非故障線路沒有與消弧線圈阻尼電阻構(gòu)成回路，必然沒有流過消弧線圈的有功電流分量，只有本線路的零序電容電流，其中包含的有功電流為線路對(duì)地泄漏電流，數(shù)值很小。因此可以測(cè)量各線路基波零序電流中的有功電流分量值，比較它們的大小，最大者即為接地線路。有功分量判別法是接地選線的一種新技術(shù)，該方法必須與帶阻尼電阻的自動(dòng)跟蹤消弧線圈裝置配套使用。其理論與實(shí)際驗(yàn)證，都證明了其選線準(zhǔn)確率很高。（五）、自動(dòng)跟蹤消弧線圈裝置17四、故障錄波與測(cè)距

電力系統(tǒng)故障錄波裝置主要在500、220kv變電站及一些樞紐變電站中用作記錄和分析電網(wǎng)故降的設(shè)備。其記錄的電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)有電流、電壓、開關(guān)量及有關(guān)元件的有功、無功、非周期分量的初值電流及其衰減時(shí)間常數(shù)、系統(tǒng)頻率變化及各種參數(shù)變化的準(zhǔn)確時(shí)間進(jìn)行記錄。分析電網(wǎng)故障主要是指分析系統(tǒng)動(dòng)態(tài)過程各參數(shù)量的變化規(guī)律。故障錄波裝置必須設(shè)置故障錄波專用的傳輸接口，以便遠(yuǎn)傳調(diào)度作進(jìn)一步數(shù)據(jù)分析處理。變電站故障錄波可以根據(jù)需要采用兩種方式實(shí)現(xiàn)：一是配置專用微機(jī)故障錄波裝置并能與就地監(jiān)控系統(tǒng)通信，傳輸給遠(yuǎn)方調(diào)度。另一種則由微機(jī)保護(hù)裝置兼作記錄及測(cè)距計(jì)算，再將數(shù)字化的波形及測(cè)距結(jié)果送監(jiān)控系統(tǒng)，由監(jiān)控系統(tǒng)存儲(chǔ)及打印波形。微機(jī)保護(hù)裝置的錄波，一般一次事故能記錄8個(gè)周波，故障前3個(gè)周波，故障后5個(gè)周波。專用故障錄波裝置記錄時(shí)間比較長(zhǎng)，最長(zhǎng)可達(dá)600s。故障測(cè)距是根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)對(duì)故障點(diǎn)作準(zhǔn)確的定位。常用方法有：（1）阻抗法根據(jù)故障時(shí)測(cè)量到的電壓、電流量而計(jì)算出故障回路的阻抗。（2）行波法利用高頻故障暫態(tài)電流電壓的行波或故障后用脈沖頻率調(diào)制雷達(dá)系統(tǒng)等間接判定故障點(diǎn)的位置。18五、電力系統(tǒng)同步相量測(cè)量PMU電網(wǎng)多功能功角實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）給快速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提高時(shí)標(biāo)，實(shí)