基于电力系统常见无功补偿方式分析与讨论

占美玉 杨能

摘  要：要保证电力系统安全稳定运行，必须要保证系统充足的无功功率，它是保证线路末端电路、系统传输功能的必要条件，在长距离的高压输电线路中，电压的末端竟可达到10%的电压损失，使受负荷端电压质量严重不符合规定要求;另一方面在配网系统中，长距离的输电便配网低压端电压无法满足正10%、负7%范围内，造成用户的家电器失灵，所以无功补偿非常有必要的，为满足电力系统安全稳定、控制灵活、经济运行的要求，FACTS装置越来越多地应用于电网中。静止无功补偿器（SVC）是目前电网及工业应用最多的一种FACTS装置，其各种控制策略对电力系统无功电压控制有着明显的快速性、灵敏性和有效性。

关键词：控制方式  控制策略  无功补偿

中图分类号：TM715                                文献标识码：A                        文章编号：1672-3791（2019）02（c）-0020-02

随着社会生产力的发展，电力系统中大功率非线性不对称的负荷不断增加从而造成电压不稳定、功率因数低、三相不平衡等电能质量问题。除此之外，我国电力系统在长距离输电过程中，由于无功功率的不足，使得系统的输送总电流增加、变压器输出减少、线路有功功率损耗增加、受端电压下降。采用动态无功补偿技术是解决上述问题的有效措施之一。动态无功补偿技术是一项提高电能质量的有效并且经济的措施，也是保证电网安全稳定性以及战略防御的客观需求。静止无功补偿器（SVC）是现代电力系统中应用最多、最为成熟的动态无功补偿设备，也是第一代的FACTS装置。

1  无功优化模型建立

通过查阅相关资料，可以查看到无功优化控制系统模型，通过取其模型的目标值为系统网损最小

同时要满足以下等式约束条件和不等式约束条件：

节点电压约束：

发电机无功出力约束：

有载调压分接头档数调节上下限：

设备动作次数上限：

有动作次数约束的设备包括电容器、电抗器、有载调压分接头。

（5）功率方程约束：

其中，所有节点i都需要满足有功方程;所有PQ节点都需要满足无功方程。

为节点导纳阵元素;

为第i条母线的电压;

为母线i和母线j的电压相角差;

和为母线i上所带发电机的有功功率和无功功率;

和为母线i上所带负荷的有功功率和无功功率。

为了找其在以上所有方程的约束条件下最小的无功功率与最优分布方案，可以在实际电力系统运行过程调节所有的无功设备的出力，这些无功设备主要包括电容器组、电抗器、水电发电机组，另外还可以通过有载调压主变分接头来调节电压大小等。

2  静止无功补偿器的控制方式

SVC控制根据所面向控制对象的不同可以分为面向系统的控制策略和面向负荷的控制策略。SVC对于面向系统控制的目的是为了提高系统稳定性、加强对低频振荡的阻尼、降低网损等，而对于面向负荷的控制则是为了抑制冲击负荷影响、提高电能质量等。此外，根据控制目标的不同，SVC的控制方式主要有开环、闭环和复合控制3种。下面简单分析下SVC对冲击性负荷的闪变抑制控制。

SVC对冲击性负荷的闪变抑制控制采用开环控制，其特点是实现简单、响应速度快、能快速跟踪负荷的变化，其典型的响应时间为5～10ms。但是其控制精度不高，对系统参数的变化没有修正能力，所以一般情况下开环控制只是用于精度要求不高且需要快速响应的负荷调节，比如对冲击性负荷的闪变抑制。

3  常见发电机组无功功率分析

在电力系统系统中，发电厂机组，特别是水力发电同步机组的无功能力调节能力对整个系统的无功平衡有着很重要的作用。现讨论假设发电机组的母线的无功功率误差，通过牛顿迭代法来求解确定计算出来的无功功率，功是否在此水力发电组的无功功率限值范围之内，标准式如公式（8）：

如果在迭代过程中，出现以下情况：

母线变成了一个发电机的母线，则根据越限的情况和相关的雅可比项，在式（9）中加入功率误差方程，如下所示：

母线的节点电压是允许变化的，因此变成了状态变量。

在母线上，如果在后续的迭代过程中，通过更精确的节点电压估计出更好的，表明该母线上的无功功率的需求可以由被连接在其上的发电机满足，则母线可能再次变回母线，因此，在每次迭代过程中要检查无功功率是否越限。因在迭代開始阶段，计算出的节点电压可能不够精确，从而会导致无功功率越限判断错误。故，可在第一次或第二次迭代之后，再开始越限检查。此处仅仅是一个无功补偿针对水力发电机组的计算算例，具体的实际应用还有待进一步去验证其正确性。

参考文献

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2020-01-09