电力系统无功补偿及电压稳定性研究初探

摘要：本文阐述了国内外电力系统无功电压控制的运行现状和发展方向，通过对国内省网无功平衡和电压控制的研究，及对AVC 研究现状及电网动态电压稳定的策略分析，对无功补偿设备采取的配置原则、调节手段的分析研究，提出了关于无功电压调控与管理的相关措施。

关键词：电力系统;无功补偿;电压控制;对策分析;

1 电力系统无功电压优化的问题

电力系统的无功优化问题是一个多目标、多变量、多约束的混合非线性规划问题，其优化变量既有连续变量，又有离散变量，整个优化过程十分复杂，特别是优化过程中离散变量的处理更增加了优化的难度。从工程应用角度看，现实中的电力系统无功只能实现次优分布。一般认为，比较接近无功次优分布的做法是，无功功率尽量做到分层分区平衡，减少因大量传送无功功率而产生的电压降和电网线损，在留足事故紧急备用的前提下，尽可能使系统中的各点电压运行在允许的高水平，这样不但有利于系统运行的稳定性，也可获得接近优化即无功次优分布的经济效益。

2 研究现状及发展方向

目前，国内许多电力系统的无功补偿和电压控制依然采用传统的方式，有载调压变压器、静电电容器等只能手动调节和投切，不能实现实时电压控制或无功补偿。因此，实现实时无功补偿以保证电力系统电压的连续稳定性，是研究的主要方向。

国内外绝大多数电网中电压控制技术仍停留于人工方式，效果并不令人满意，原因有：

（1）电压曲线和无功设备运行计划是离线确定的，不能反映电网的实际情况，存在安全隐患;

（2）电网运行人员需要时刻监视系统电压无功情况，并进行人工调整，工作强度大，而且会因容易出现过调量往往造成电网电压波动大;

（3）各厂、站无功电压控制未予以协调，造成电网运行不经济。

2.1 国外二三级电压控制的运行现状

目前，电力系统电压稳定方面的研究主要集中在电压崩溃的机理、电压稳定安全性能指标的计算和防止电压崩溃事故的措施三个方面。一至三级电压控制的要点如下：

三级电压控制处于最高层，是对全系统的控制，由系统控制中心执行，其响应时间为几十分钟。主要控制作用为电压稳定的监视与控制，这类控制主要是协调各二级控制系统。

二级电压控制处于中间层，是对某个区域的控制，由各地区的控制中心执行，时间常数约为几十秒钟到几分钟。

一级电压控制处于最底层，设置在发电厂、用户和各供电点，通常是快速反应的闭环控制以控制本地电压，响应时间一般在1 秒至几秒内。

2.2 国内部分省网无功电压工作现状

浙江电网以提高电网电压稳定水平为主要目的，采用灵敏度分析法、奇异值分解法、连续潮流法和非线性规划法，对浙江电网的多种运行方式进行全面的静态电压稳定和暂态电压稳定的大规模离线分析研究，分析近年浙江电网电压稳定的薄弱区域和薄弱点。河南电力系统进行了全局无功最优控制的仿真研究，针对发电机、并联电容器、变压器有载分接头等无功可控设备的特点及调节性能进行分析，确定了将发电机作为唯一控制手段的仿真研究方法。

3 AVC 研究现状

基于最优潮流（OPF）的实时电压自动控制（AVC）集安全性和经济性于一体，可实现安全约束下的经济性闭环控制。正常运行情况下，AVC 通过实时监视电网无功电压情况，进行在线优化计算，分层调节控制电网无功电源及变压器分接头，调度自动化主站对接入同一电压等级、电网各节点的无功补偿可控设备实行实时最优闭环控制，满足全网安全电压约束条件下的优化无功潮流运行，达到电压优质和网损最小。省级电网研究的AVC 是集中控制型的，也即在电网调度自动化系统SCADA、EMS与现场调度装置之间通过闭环控制实现AVC。

3.1 国外研究现状

德国的RWE、美国的PG&E、法国的EDF 和意大利的ENEL等正在进行或准备实施在线全局无功最优控制。在控制过程中，根据电力系统的实际情况，所采用的实现方式也各不相同，欧洲的电力系统一般将电力控制分为三个等级，这个模式符合无功电压优化的区域性和电力系统分层分区调度体制的要求，已在法国等国外电力系统得以实施。

3.2 国内研究现状

湖南电网提出了采用经济压差进行全局无功优化的思想，以每条线路电压降落的纵分量最小为目标求解最优潮流，计算各发电厂和变电站注入系统的无功功率，而各发电厂和变电站通过安装电力系统无功电压调整装置，自动调节无功出力和变压器的分接头，使其实际输出无功功率为计算出的无功优化值。

4 结论

无功补偿及电压调节的优化首先要搞好无功就地平衡，无功补偿的理想状态是各级电压线路上没有无功电流流动，各级电压母线的功率因数均为1。

为此，应本着自下而上，由末端向电源端的顺序逐级平衡补偿。在补偿方式上宜采用集中补偿和分散补偿相结合，以分散为主;高压补偿和低压补偿相结合，以低压为主的原则。并安装自动补偿投切装置。在电网中采用有载调压变压器，安装无功——电压优化自动控制装置，可以实现经济调压。

电网的无功、电压调节和管理的必要措施如下：

（1）采取电网分层分区运行;

（2）加强电网无功及电压的调节和管理;

（3）电力系统分区并确定各个区的电压中枢点以便对电压进行分级分布式控制;

（4）合理配置无功补偿设备，做到无功就地补偿、分层分区平衡;

（5）加强送、受端电网建设，能提高运行可靠性、调度灵活性和通道的输送能力，并能提供足够短路容量和足够大惯性的系统;

（6）在长距离、大容量送电线路中大量采用串联补偿，以提高电网输送能力、改善运行电压水平;

（7）在落点集中的负荷中心、受端电源少、受端大规模接受西电东送的落点采用动态无功设备;

（8）研究广东电网受端系统电压稳定和动态无功补偿问题，根据研究成果合理配置无功电源，使之满足电网动态无功备用;

（9）对省网进行无功优化调节控制，实施分级分布式的控制策略，实现整个省网的闭环实时控制，实现全网无功优化配置;

参考文献：

[1]许文超，郭伟，李海峰，胡伟. AVC 应用于江苏电网的初步研究[J].继电器，2003，31（5）：23-26.

[2]王兆安，楊君，刘进军，王跃编 谐波抑制和无功功率补偿. —机械工业出版社，2006

作者简介：邹雪莲（1974—），女，电气高级讲师，重庆工贸职业技术学院。