引入负荷预测的变电站电压无功优化控制

张 倩 冯德品 张明军

1.山东大学威海分校机电与信息学院 山东 威海 220582；

2.临沂电业局 山东 临沂 276000；

3.山东大学电气工程学院 山东 济南 250061

0 引言

保证电压合格，是电力系统安全供电的基本条件。无功对电压是有影响的，实现无功的就地平衡是保持电压合格的重要手段。变电站利用电压无功综合控制装置对变压器和电容器这两种设备进行综合控制，以保证母线侧电压在合格范围内，进而确保用户端的电压合格，而控制装置中的控制策略尤其重要。本文介绍了一种新的综合优化控制策略即在传统“九区图”控制策略的基础上再引入短期负荷预测作为辅助控制策略。算例仿真结果表明，该综合优化控制策略在保证电压合格，无功基本平衡的基础上，能减少变压器有载开关的调节次数，且避免了投切振荡现象，延长了开关的使用寿命。

1 “九区图”控制策略

1.1 “九区图”控制策略原理图及电压无功上下限值的确定

“九区图”控制策略将母线电压控制在规定的上、下限值之间，即要确保电压合格；同时又要尽量使无功功率基本控制在上、下限值范围之之内，即要使无功基本平衡。如果电压、无功不能同时达到要求，则保证电压合格优先。图1为变电站电压、无功的控制策略原理图，其控制目标是使电压、无功值在图中9区区域范围内[1]。

电压上、下限值一般有两种设置方法：（1）是由供电部门根据日常负荷下达到各变电站的负荷值来确定上、下限值；（2）是按照逆调压原理即根据负荷的大小，自动调整电压上、下限值：负荷大时，电压限值自动变大，负荷小时，电压限值自动变小。电压上、下限值主要由方法（2）来确定。无功上、下限值的设置方法同电压上、下限值设置方法相似[2-3]。

1.2 传统九区图控制策略存在的问题及解决方法

传统“九区图”控制策略是基于固定的电压、无功上、下限，而没考虑无功调节对电压的影响，以及电力系统负荷变化的随机性、不确定性等因素的影响，它势必造成在传统九区图的某些边界区域，发生电容器组频繁投切，即投切震荡现象。其原因在于传统“九区图”控制策略未考虑负荷短时变化情况。因此，将变电站低压侧母线电压、高压侧无功功率进行短期预测，其预测结果作为“九区图”控制策略的一种补充判据，通过预测电压、无功变化趋势以及波动负荷持续的时间作为电压无功控制的参考量，可以在保证“电压合格，无功基本平衡，尽量减少调整次数”的前提下，避免了投切振荡现象的发生[4]。

图1 “九区图 ”控制策略原理图

2 引入负荷预测的综合控制策略

2.1 引入负荷预测的电压无功综合优化控制流程图

在典型电压无功控制装置的工作原理中，负荷波动使工作点短时偏离正常工作区 （图1中的第9S区），有可能引起补偿电容器投切和变压器分接头调节振荡。其处理措施是采取延时动作：一般延时整定为15分钟，如果波动负荷仍然存在，则控制输出动作，否则不动作。另外的措施是事先给定分时段投切次数的限制值，避免短时频繁调节。

上述方法虽然能躲过多数很短时间的负荷波动，但效果并不理想：定延时的方法在过滤掉大部分短期负荷波动的同时，对较长时间（超过15分钟）的负荷变化不能及时控制，影响了功率因数和电压合格率。而采用投切次数的限制值，考虑到设备寿命和系统安全可靠性，该值不可能很大，这会影响电压合格率，降低功率因数，增加网损。

本文采用短期和超短期负荷预测的方法，即将负荷预测的结果提供给电压无功综合控制装置，判断是否为波动负荷，波动负荷持续时间的长短，综合判断后给出最优的控制方案。

引入负荷预测的电压无功综合优化控制流程图如图2所示：

图2 引入负荷预测的电压无功综合优化控制流程图

2.2 负荷预测控制判据[4]

由负荷预测，可以得到未来24小时或未来30分钟的负荷预测数据：设时刻为T1时，对应的无功功率为Q1。当系统检测到无功功率变化为ΔQ时，可以从负荷预测曲线上得到其持续时间：

设延时定值分别为Tys1和Tys2，Tys1为负荷波动的最小时间，Tys2为必须调整的最小负荷波动时间。当控制装置预测到负荷开始越限时，可以从负荷预测曲线得到其越限后可能持续的时间ΔT，则其判据如下表1：

表1 负省波动时判据

3 算例仿真[4]

某变电站有6组600kVAR的补偿电容器，通过短期负荷预测得到该地某日无功负荷曲线及实际负荷曲线如图3所示：

如果综合控制装置预测到无功负荷有波动，但是没有越限，则不做任何操作；若超限了，且持续时间较长时则认为是正常负荷变化，则根据“九区图”控制策略进行控制。

图3 实际负荷曲线与预测负荷曲线

从图3可以看出，该地区在上午8～10点之间出现三次负荷波动，设电压无功综合控制装置延时定值为Tys1=15分钟，Tys2=25分钟，则控制策略如下表2：

表2 控制策略

由上表2可见，引入负荷预测后，能够先根据负荷预测的结果来判断该负荷是短时的还是持续的（持续时间大于25分钟），当预测到负荷波动持续时间会大于25分钟时，同时又满足了动作条件时，可以立即投入一组电容器。此时，电容器发挥作用的时间为30分钟而不时15分钟了。由此可见，引入负荷预测作为辅助控制策略后可以提高电压合格率、提高功率因数，并能减少电网损耗，达到节能的目的。

4 结语

论文将负荷预测作为辅助控制策略引入到电压无功综合控制中，建立了一种闭环控制，负荷预测的结果作为电压无功综合控制装置的辅助控制策略，当预测到负荷波动时间较长时，则不必要进行延时，当预测到负荷波动时间较短时，则不动作；假如不是波动负荷而是正常的负荷变化，则由“九区图”控制策略进行判断而后发出控制命令。该综合控制策略在保证电压合格、无功基本平衡的前提下，能有效地减少开关动作次数，避免了投切振荡现象的发生，还能延长设备寿命，降低网损，达到节能的目的。

[1] 罗毅，涂光瑜，金燕云等.基于多区图控制策略的地区电网电压无功优化控制[J].继电器，2004，（3）：44-48.

[2] 杜红卫，赓志伟，杨庆早等.智能型变电站电压、无功综合自动控制装置[J].电力自动化设备，2001，21（2）：39-42.

[3] 吴志宏，袁宏.变电站电压无功综合控制系统的设计[J].沈阳工程学院学报，2007，3（2）.

[4] 冯德品.负荷预测在变电站电压无功控制中的应用[D].济南：山东大学，2009.