基于二十一区图的农网变电站无功优化控制策略研究

于泓等

摘要：阐述农村配电网变电站中无功优化的重要性，同时指出农村配电网变电站无功控制策略缺乏全局性观念，在此基础上利用二十一区图控制策略，并制定二十一区图参数整定方法。该控制策略加强了在极端运行的方式下变压器两侧配电网之间的协调控制，可作为常规运行方式下的有益补充。

关键词：控制策略；变电站；无功优化；二十一区图

中图分类号：TM761.1 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2014）10-0028-03

农村配电网变电站低压侧传输、分配、用电系统网络中，运输线路长，自动化水平较低，供电能力较差，功率因数较低，造成输电电流增大，电器设备、线路等有功损耗急剧增加，用户侧端电压压降增大。利用补偿策略的优化，可以减轻上述现象。

十七区图和九区图的优化控制策略在现今的农村配电网变电站中采用较普遍，其优化控制目标主要是利用有载调压变压器的档位调整和变压器低压侧无功补偿装置的投切来保证变压器高压侧的功率因数（或无功）及变压器低压侧（电动机端）的电压在合格范围内，但是对高压侧的电压水平却没有考虑。当变压器高压侧的电压在极端方式运行中出现了偏高或者偏低的现象时，如果仍然采用上述变电站优化控制策略，则不能充分利用低压侧剩余的无功资源来改善高压侧的无功电压水平。因此，如何在保证变压器高压侧的无功功率合格，且保证变压器低压侧的电压水平合格的同时，还能充分利用低压侧的无功资源、适应运行在极端方式下的两侧电网的调控需求，成为运行在极端方式下的优化控制策略调整的新目标。

1 配电网变电站电压无功控制规律

农村配电网变电站的等值电路图如图1所示。调节变压器低压侧的电压，主要利用主变压器的分接头来实现。调节通过变压器的功率因数cosφ（即总无功功率），主要利用电容器的投切来实现。

农村配电网变电站电压无功控制的规律为：1） 主变压器分接头的调节。当升高降压变压器的档位时，变压器变比k会升高，U2就增加，总无功功率Q就增加，所以cosφ会减少；当降低降压变压器的档位时，变比k会减少，U2就减少，总无功功率Q就减少，所以cosφ会增加。2） 并联电容器组的投切。当投入并联电容器组时，容性无功功率QC增加，U2就会增加，总无功功率Q就减少，所以cosφ增加；当切除并联电容器组时，容性无功功率QC减少，U2就减少，总无功功率Q就增加，所以cosφ减少。

2 基于变压器两侧的二十一区图优化控制策略

2.1 控制策略

当变电站高压侧母线电压越高，代表上级电网的无功功率越充足，相应地允许下级电网吸收的无功就越大，而且有时为了缓解高压侧电网电压过高的现象，希望低压侧电网能够吸收一定的无功；而当变电站高压侧母线电压越低，代表上级电网的无功功率越缺乏，相应地需要下级电网上送的无功就越大。根据上面提出的两种电网调控不佳的现象可以知道，现有的变电站电压无功优化控制策略缺乏全局观念，对于高压侧电网没有形成无功支援是其根本原因。所以有研究者在十七区图控制策略的基础上，提出了二十一区图的控制策略，在原来的9区中重新划分成9区、18～21区，其划分原则是：在当前的运行点处，如果变压器的高压侧电压过低或者过高时，再投入一组电容器或电抗器后，运行点变压器的低压侧电压和高压侧的无功功率均不越限。二十一区图划分如图2所示，二十一区图具体控制策略见表1。

二十一区图的改进特点在于9区、18区、19区的优化控制策略与变压器高压侧的电压相结合起来，当运行点位于18区，并且变压器高压侧的电压VH>VHH时，说明此时的高压侧电网无功功率富裕，需要低压侧电网吸收一定的无功功率，若此时再投入一组电抗器的话，移动后的运行点处变压器低压侧的电压和变压器高压侧的无功仍然是合理的。

当运行点位于19区，并且变压器高压侧的电压VHVHH时，说明此状态下的高压侧电网无功功率过剩，需要低压侧电网吸收一定的无功功率，若此时再投入一组电抗器，移动后的运行点处变压器低压侧的电压和变压器高压侧的无功功率仍然是合理的；若同时变压器高压侧的电压VH

二十一区图在保证农村配电网电机端电压和变压器高压侧的无功功率都合格的基础上，根据变压器高压侧的电压水平来确定低压侧电网是否需要投切无功补偿装置来支援高压侧电网，增强了高、低压侧电网之间的协调控制，能充分利用低压侧电网的无功资源来改善高压侧电网的电压质量，并反过来改善低压侧电网的电压质量。

2.2 参数整定

农村配电网35 kV变电站是农村配电网电压无功优化控制所关注的重要对象，在此参数整定上主要讨论农村配电网35 kV变电站中的应用。35 kV变电站，一般选择10 kV侧作为目标母线电压，以保证电动机端电压合格。考虑到电压的波动，目标母线电压上、下限的选取，一般在考核范围的基础上浮动0.5 kV左右，具体根据实际情况确定。

当采用电压—功率因数控制模式时，按照目前国家电网的参数整定方法，变压器高压侧功率因数上、下限的取值，需要由高压侧35 kV的电压变化来确定，具体的对应关系见表2。

高压侧电压上、下限值的整定同电压—无功功率控制模式下的整定方法。在应用电压—无功功率的控制模式时，二十一区图的参数整定既包括变压器高压侧无功的上、下限整定和变压器低压侧电压的上、下限整定，又包括变压器高压侧电压上、下限值的整定。为了使高压侧电压高于上限或低于下限时无功补偿装置能够投入，一般将无功上、下限的整定范围定得稍宽一些，具体整定方法见表3。

表3中：NC为变电站的电容器组数；QC为单组电容器的容量；NL为变电站的电抗器组数；QL为单组电抗器的容量；M为裕度指标，一般取1.0～2.0；VHH和VHL的取值将由变电站的实际工作情况和负荷情况来确定。

3 结论

本研究从农村配电网含有大量的电感性负荷，需要优化无功功率补偿方式入手，采取变电站无功优化二十一区图控制策略进行控制。该控制策略能够有效地适应变压器高压侧电压偏高或偏低的极端运行方式下电压无功优化控制需求，可以作为常规运行方式下的有益补充。并对二十一区图控制策略应用于农村配电网35 kV变电站的界限参数进行研究，制定出电压—无功功率和电压—功率因数两种模式下的二十一区图参数整定方法。

参考文献

[1] 戴宪滨，王刚.变电站电压无功控制策略的探讨[J].沈阳工程学院学报：自然科学版，2006，2（2）：144-146.

[2] 翟伟芳.基于上下层电网协调的变电站电压无功控制策略研究[D].广州：华南理工大学，2012.

[3] 王建学，陈晨，陈艺华，等.基于变电站九区图调节的地区电网分层无功优化[J].陕西电力，2007（11）：6-9.

[4] 邹清源，刘志彬，侯芳.基于十七区图的电压无功控制策略研究[J].江西电力职业技术学院学报，2010（2）：19-21.

[5] 李启峰.广东电网省地电压调控失配的博弈分析及其机理研究[D].广州：华南理工大学，2012.

[6] 孙亮.变电站电压无功自动控制策略与系统设计[D].天津：天津大学，2010.

Abstract： The article expounds the importance of reactive power optimization of substations in rural power distribution network. Meanwhile， it points out that the reactive power control strategy of substations in rural power distribution network is lacking of overall concept， and base on this， it makes the method of parameter tuning of twenty-one district circuit diagram. The control strategy strengthens the coordination control between power distribution network of transformers' sides under extreme running， it can be used as useful complement to the normal operation mode.

Key words： control strategy； substation； reactive power optimization； Twenty-one district circuit diagram

表3中：NC为变电站的电容器组数；QC为单组电容器的容量；NL为变电站的电抗器组数；QL为单组电抗器的容量；M为裕度指标，一般取1.0～2.0；VHH和VHL的取值将由变电站的实际工作情况和负荷情况来确定。

3 结论

本研究从农村配电网含有大量的电感性负荷，需要优化无功功率补偿方式入手，采取变电站无功优化二十一区图控制策略进行控制。该控制策略能够有效地适应变压器高压侧电压偏高或偏低的极端运行方式下电压无功优化控制需求，可以作为常规运行方式下的有益补充。并对二十一区图控制策略应用于农村配电网35 kV变电站的界限参数进行研究，制定出电压—无功功率和电压—功率因数两种模式下的二十一区图参数整定方法。

参考文献

[1] 戴宪滨，王刚.变电站电压无功控制策略的探讨[J].沈阳工程学院学报：自然科学版，2006，2（2）：144-146.

[2] 翟伟芳.基于上下层电网协调的变电站电压无功控制策略研究[D].广州：华南理工大学，2012.

[3] 王建学，陈晨，陈艺华，等.基于变电站九区图调节的地区电网分层无功优化[J].陕西电力，2007（11）：6-9.

[4] 邹清源，刘志彬，侯芳.基于十七区图的电压无功控制策略研究[J].江西电力职业技术学院学报，2010（2）：19-21.

[5] 李启峰.广东电网省地电压调控失配的博弈分析及其机理研究[D].广州：华南理工大学，2012.

[6] 孙亮.变电站电压无功自动控制策略与系统设计[D].天津：天津大学，2010.

Abstract： The article expounds the importance of reactive power optimization of substations in rural power distribution network. Meanwhile， it points out that the reactive power control strategy of substations in rural power distribution network is lacking of overall concept， and base on this， it makes the method of parameter tuning of twenty-one district circuit diagram. The control strategy strengthens the coordination control between power distribution network of transformers' sides under extreme running， it can be used as useful complement to the normal operation mode.

Key words： control strategy； substation； reactive power optimization； Twenty-one district circuit diagram

表3中：NC为变电站的电容器组数；QC为单组电容器的容量；NL为变电站的电抗器组数；QL为单组电抗器的容量；M为裕度指标，一般取1.0～2.0；VHH和VHL的取值将由变电站的实际工作情况和负荷情况来确定。

3 结论

本研究从农村配电网含有大量的电感性负荷，需要优化无功功率补偿方式入手，采取变电站无功优化二十一区图控制策略进行控制。该控制策略能够有效地适应变压器高压侧电压偏高或偏低的极端运行方式下电压无功优化控制需求，可以作为常规运行方式下的有益补充。并对二十一区图控制策略应用于农村配电网35 kV变电站的界限参数进行研究，制定出电压—无功功率和电压—功率因数两种模式下的二十一区图参数整定方法。

参考文献

[1] 戴宪滨，王刚.变电站电压无功控制策略的探讨[J].沈阳工程学院学报：自然科学版，2006，2（2）：144-146.

[2] 翟伟芳.基于上下层电网协调的变电站电压无功控制策略研究[D].广州：华南理工大学，2012.

[3] 王建学，陈晨，陈艺华，等.基于变电站九区图调节的地区电网分层无功优化[J].陕西电力，2007（11）：6-9.

[4] 邹清源，刘志彬，侯芳.基于十七区图的电压无功控制策略研究[J].江西电力职业技术学院学报，2010（2）：19-21.

[5] 李启峰.广东电网省地电压调控失配的博弈分析及其机理研究[D].广州：华南理工大学，2012.

[6] 孙亮.变电站电压无功自动控制策略与系统设计[D].天津：天津大学，2010.

Abstract： The article expounds the importance of reactive power optimization of substations in rural power distribution network. Meanwhile， it points out that the reactive power control strategy of substations in rural power distribution network is lacking of overall concept， and base on this， it makes the method of parameter tuning of twenty-one district circuit diagram. The control strategy strengthens the coordination control between power distribution network of transformers' sides under extreme running， it can be used as useful complement to the normal operation mode.

Key words： control strategy； substation； reactive power optimization； Twenty-one district circuit diagram