1、基于 VQC 的电力系统无功优化补偿方案研究摘 要近年来，随着中国电力工业的不断发展，逐步形成了广泛的高压输电网络，重要的企业，商家，政府机构形成电能质量要求高，对电网的无功功率的要求越来越严格。有功功率，无功功率，以确保供电质量，降低网络损耗，并确保其安全运行不可缺少的一部分。电网无功功率不平衡会导致系统电压波动巨大，会造成严重的损坏电气设备，系统电压崩溃事故。无功功率为建立交变磁场所需要的功率。在有功功率恒定的无功功率的存在的情况下，会导致功率因数，以减少视在功率增加，从而需要增加头发，较大的传输设备投资的能力和电力消耗的增加，增加了运行成本，传输线的电压降是不有利于电源的交付和合理应用。
2、电力系统的无功功率是有害的，它很早就有更深入的了解各种无功功率补偿，以及各种类型的无功补偿装置，无功功率控制。城市电网负荷峰谷差是比较大的，各种瞬时变化的情况下更加频繁，无功补偿的要求比较高，要实现快速，准确，可靠的。本文通过研究目前各种电力系统无功补偿策略，针对城市电网的特点设计出 VQC 无功优化策略，在理论分析的基础上，研究和设计了变电站的无功补偿优化方案。通过进化计算对 VQC 在无功优化策略改进方案上进行了探索和验证，进一步证明了改进无功优化策略对城市电网无功补偿的有效性。本文所做的主要工作有：（1）针对对城市电网无功优化策略进行了设计；（2）选取某一变电站对 VQC 优化策略进行了
3、实践；（3）对城市无功优化策略算法进行了改进研究，设计了基于变量计算和区域图法的VQC 策略，并通过计算的结论，进一步验证了改进无功优化策略的有效性。关键词：无功补偿，VQC，优化AbstractIn recent years, with the continuous development of Chinas power industry, a wide range of high voltage transmission network gradually formed, each important enterprises, business circle, the formation
4、of the government authority to power quality put forward higher requirements, at the same time also to power grid reactive power requirement is becoming more and more strict. As active power, reactive power, is to guarantee power system power quality, reduce the loss of power grid and ensure the saf
5、e operation of the indispensable part. Power grid reactive power imbalance will lead to huge fluctuation in the system voltage, will cause serious damage to the electrical equipment and systems voltage collapse accident. Reactive power is to set up an alternating current, magnetic field and the need
6、ed power. Under the condition of the active power unchanged the existence of the reactive power will reduce power factor increases apparent power to need to increase hair, increase the capacity of power transmission equipment investment and power loss increase operating cost conveying pressure drop
7、larger against power of transmission lines and the reasonable application. Because of the power system of reactive power in hazardous, people have long been aware of various reactive compensation technology, and adopt all kinds of reactive power compensation device to control the reactive power. In
8、city power grid, the peak valley load difference is bigger, the instantaneous changes more frequently, the demand for reactive power compensation is higher, to achieve fast, accurate and reliable. In this paper, by studying the various power system reactive power compensation strategy, aiming at the
9、 characteristics of urban power grid reactive power optimization strategy, design the VQC on the basis of theoretical analysis, research and design the transformer substation of reactive power compensation optimization scheme. Of VQC through evolutionary computation on the reactive power optimizatio
10、n strategy improvement program has explored and validated, reactive power optimization strategy is further evidence that the improvement of the effectiveness of urban power grid reactive power compensation. This papers main work includes: (1) of urban power grid reactive power optimization strategy
11、for design; (2) select a substation VQC optimization strategy for the practice; (3) to reactive power optimization strategy algorithm is improved and designed based on variable calculation method and regional figure of VQC strategy, and through the calculation conclusion, further improve the effecti
12、veness of the reactive power optimization strategy is verified.Keyword：Reactive compensation,VQC, optimize目录基于 VQC 的电力系统无功优化补偿方案研究 .1摘 要 .1Abstract.21 绪论 .61.1 选题背景和意义 .61.2 国内外研究现状 .71.3 本文主要工作 .92 无功补偿控制策略分析 .102.1 无功补偿容量计算标准 .102.2 传统补偿控制判据介绍 .132.3 几种不同无功补偿策略的分析 .152.4 智能控制技术在变电站 VQC 中的应用 .162.4
13、.1 基于专家系统的变电站 VQC.172.4.2 基于神经网络的变电站 VQC.172.4.3 基于模糊逻辑控制的变电站 VQC.182.4.4 基于模糊神经网络的变电站 VQC.192.4.5 基于遗传算法的变电站 VQC.193 基于变量计算的 VQC 策略 .213.1VQC 策略原理 .213.2 基于变量计算的 VQC 策略 .264 基于区域图法的 VQC 策略 .304.1 九区图电压无功控制策略 .304.1.1 九区图基本原理 .304.1.2 九区图不合理动作分析 .324.1.3 九区图控制策略其他缺陷 .354.2 改进的区域图法 VQC 控制策略 .354.2.1
14、增加 2 个防振小区的九区图法 .364.2.2 13 区域图法 .364.2.3 17 区域图法 .374.2.4 考虑电压越限原因的改进九区图控制策略 .384.2.5 引入参考变量的九区图法 .395 基于 VQC 的电力系统无功优化补偿方案设计与实现 .415.1 变电站变电站 VQC 装置硬件方案 .415.1.1 控制系统硬件结构 .415.1.2 电源电路 .425.1.3 模拟数据采集电路 .435.1.4 开关量输入输出电路 .455.2 软件方案 .465.2.1 系统的主程序流程 .475.2.2 数据模块采集程序设计 .485.2.3 基于变量计算 VQC 策略判断控制
15、 .505.2.4 运行控制模块 .515.3 VQC 策略控制效果 .536 总结 .57参考文献 .58致 谢 .651 绪论1.1 选题背景和意义大约 30的世界的主要能源，如煤、油、水和风等用来产生电力。规约的国内传输电能的基本上都是 50HZ 交流输电 1。电力无功质量是要考虑电力系统的设计和运行的一个重要因素。最主要的原因，在以下几个方面：（1）由于各种不可再生能源资源的减少，燃料价格上涨，提高电力系统的效率有待提高；（2）由于社会的进步，各种高端电子设备的制造和使用，电能质量的要求越来越高。（3）已被限制的传输网络的扩展；（4）水电和风力发电，核能发电是在遥远的条件，这种远距离传
16、输稳定性和电压控制问题，需要加以解决；（5）直流输电系统的逆变器 2中的 AC 侧的无功功率控制的应用程序的要求。生产中一个给定的分布，使最小的无功潮流，可以降低该系统的损失，这是需要的无功功率流动和转移的控件 3。在电力系统中的电压是最根本的和最重要的指标之一，测量的功率质量。为了确保在一定范围内的正常运行的电源系统的电源电压必须是稳定的 4。电压控制是电力系统的无功功率控制的重要途径之一。各种研究已表明，威胁到电网安全存在的主要问题之一是缺乏的无功功率补偿容量 5-6。在电力系统中，影响系统电压稳定性的因素有很多，如负载的增加，发电机或线路发生故障时，无功功率不足，缺乏协调 ULTC 动作
17、之间，控制和保护 7，严重电压崩溃的进一步发展，但缺乏足够的无功功率（尤其是动态无功）支持负载导致电压不稳的主要因素 8。因此，规划必须反应交替系统电压的稳定性的前提下 9。电力市场正式形成之前的早期，大部分的无功规划的角度来看，从经济上考虑，缺乏安全感。在短期内，不能再这样下去，对电网的影响很大。但随着社会的发展，电力市场不断提出更高的要求，电网也在不断扩大，许多电气设备和运行，不能满足日益增长的电网发展需要一点点挥发，一旦电网任何情况下，蔓延会越滚越大，到整个电网，造成电网电压不稳定的彻底崩溃。加大停电事件，就是最好的例子几年前在美国。因此，在网格的发展考虑到系统的安全性的情况下，电压必须
18、稳定到评价系统的无功功率补偿。电压稳定约束的无功规划与发展的电力市场的逐步成熟已逐步开展 10-11。所谓的无功功率来创建的交流电力系统，磁场所需要的功率的 12。根据无功功率公式 Q=IUsin，SIN= Q / S 显示减少或增加时，无功功率，有功功率不变。减少无功功率，电流，降低线路损耗降低，反之亦然，线路损耗要增加，导致功率因数低，资源密集，增加磨损和撕裂。的情况下，即在恒定的有功功率，无功功率的增加将导致较低的功率因数和视在功率增加，从而输送相同的能量，但需要升级为多毛，传输设备的能力，从而增加了功率损耗增加在电力投资，但不利于电力和合理应用的交付。在电力系统中的无功功率有一定的危害
19、，人们很早就开始通过各种无功补偿的做法无功补偿研究，稳定性和控制的无功功率的发挥，加强对电网的稳定性和可靠性 13。无功功率补偿的基本功能，从大的网格，操作或传输连续可调的无功功率，用于一个特定的点，以保持恒定的电压，从而保证了电网的无功功率的平衡 14。无功补偿，不仅可以提高电力系统的功率因数，减少磨损的传输设备，以进一步提高系统的负载能力，提高供电质量有相当大的作用。尤其是今天的远距离传输，是一个值得研究的课题 15。由于无功补偿装置在电力系统中占有重要的地位，它是提高电网，提高电力系统暂态稳定的质量具有积极的作用。但遇到了一些问题，不断提高城市电网电力系统输电线路的设计能力和系统运行稳定
20、性增强的矛盾日益尖锐。也就是说，确保电网运行的安全和可靠的，但也使投资更加合理，使电网电压质量的提高，这样才能保证国民经济的正常生产，一些重要的，延长设备使用寿命 16。指标，考虑线路的无功功率流实现经济力量的作用，以减少网络损耗和电力部门追求的一项长期的重点。流出在电力系统中的无功功率补偿的经济，快速和有效的方法来解决这些问题。无功功率补偿是否合理，直接关系到客户的电力供应的质量在运行电网无功电能分配的重要性，但在评估电网安全性和经济性也是一个重要的因素。在与用户直接相关的分销网络是同样重要的。如果没有电力供应能力不足，电压将难以保证系统运行。由于电网容量的增加，天天无功功率的要求，此外，减
21、少电网功率因数和电压的电气设备不能充分利用，减少网络传输能力，并导致损失增加 17。因此，要解决的问题，配电网无功补偿电网的安全性和节能具有重要意义。1.2 国内外研究现状多年来，在国内和国外学者的电压和无功功率控制的问题做了大量的研究，并积累了丰富的操作经验，导致在各种分析算法，经历了由手工控制电压和无功功率基础上，单高压变电站的无功功率的集成控制，集中控制的变电站，现在已经发展到一个分布式体系结构的基础上分层协调控制阶段，许多电压和无功功率控制装置已投入使用，在不同的国家和地区，并有得到了提高。无功补偿装置在电网中有以下几方面 18：（1）同步发电机，同步发电机在电力系统中是唯一的有功功率
22、，同时也对电网的无功功率源。（2）同步相机：同步相机的同步转速同步电动机的操作，无机械负载的励磁磁场，以提供一个控制电压控制电路控制的。当系统电压下降时，冷凝器的激励运行感性无功功率的系统，以提高系统的电压，当系统电压升高，调整相机欠励磁运行，感性无功功率吸收系统，以降低系统电压。自动励磁同步相机调节装置根据电压平滑的无功功率输出的变化的安装位置中的值，并因此在电压调节。这意味着网格为高压侧集中补偿，但是，因为它是电动机旋转的，操作的损耗和噪声是大于的操作和维护的复杂，响应速度是缓慢的，它是难以满足。（3）并联电容器组并联电容器自动开关装置作为电容器的开关，开关的无功功率电网的大小；当没有电源
23、时是大于上限值时，电容器开关是关闭的，当无功功率为小于下限，电容开关分闸。电容开关的友谊总线电压作为开关的辅助条件：当总线电压异常时，电容器开关锁定，当总线电压大于上限设定值时，电容器切除时，总线电压小于下限设定值，电容输入。电容仍是无功补偿设备，具有结构简单，经济，方便的优势，调节作用类似的情况，其成本远低于同步冷凝器，其中有一个大面积更换同步冷凝器。（4）并联电抗器：平行对置的工作原理电容的并联电抗器的工作原理，它属于以补偿的补偿电网中常用的负电容效应。并联电抗器是高压长线路补偿，新建变电站电容器装置，而不是任意组合的电容串联电抗器的选择应慎重，我们必须考虑访问，谐波因数。当电容器组的容量
24、比较大的变化，与电容器同步可以用来调节抽头电抗器，或选择串联电抗器的混合装置，以防止过电压的电容器的开关。（5）静止无功补偿器：随着电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，进入了静止无功补偿的无功功率补偿阶段。静止无功补偿电容器或电抗器在受控制的无功功率与高功率的半导体器件的组合。这样的设备在控制电路中采用了大量的半导体产品，它能够连续快速地控制无功功率，即响应速度快，通过的发出或吸收无功功率，以控制节点，它连接到电网电压。在同一时间在输入装置可以是降低电压和浪涌。然而，由于国内有限的高压功率元件，高压无功补偿等设备不能全面推广。1.3 本文主要工作然而，在城市电网的无功功率补偿，并继续蔓延
25、，无功补偿技术趋于多样化，在实际应用中，遇到一些问题，我们需要思考的逐步解决。 （1）优化无功补偿往往只专注于用户侧的电源配置，怎么不考虑电网的角度来看，有时系统的损失会比较大，所以要研究最优补偿方案。 （2）测量城市的分销网络参数测量设备的配置不是很齐全，加上工作人员的技术，由于功率大流量和无功的配置精确计算带来了一定的影响。 （3）并联电容器谐波无功补偿设备都是依靠完成电容器是一个关键因素，产生谐波，谐波的产生将缩短设备的使用寿命，但系统的稳定性是非常大的影响。 （4）无功倒送电容器进行无功补偿，容易造成无功倒送面临着一个轻负载时，这将导致亏损加剧的电力系统，增加输配电线上的负担道路 19
26、。所以，人们期待着拿出有效的补偿，以改善缺陷。降低网络损耗，提高变电站自动化水平开始探索区域电网电压和无功功率控制应用方面，本文着重对一些传统的补偿控制策略的分析和设计等问题的问题，根据变量计算控制策略可以解决的问题，传统的控制策略。首先，介绍一些基于这种补偿，常用的补偿装置，补偿容量计算方法，补偿方案的需要的无功功率补偿。本文介绍了传统的控制策略九的不足之处，区域控制的原则，投切振荡，计算变量的政策，控制系统的硬件和软件设计。为了提高电压质量，降低线损，变电站配置无功补偿并联电容器银行和有载分接开关，集成了自动调整根据负载变化有载分接开关和补偿并联电容器设备。如何自动调整变压器设备和开关并联
27、电容器组，目前还没有统一的国家标准的。传统的固定边界的监管标准，也有一些问题，可能导致频繁切换，并降低了设备的使用寿命，容易造成过度填充和填充不足，和许多其他问题，但由于其成熟度和稳定性控制准则，因此广泛应用于国内众多补偿装置。首先，介绍和分析了传统的补偿控制标准，分析了传统的九区电压和无功综合控制策略，其存在的问题，形成问题的原因，提出了基于变量计算 VQC 策略控制系统，对此进行了设计和实现。2 无功补偿控制策略分析为了提高电压质量，降低线损，变电站配置无功补偿并联电容器银行和有载分接开关，集成了自动调整根据负载变化有载分接开关和补偿并联电容器设备。如何自动调整变压器设备和开关并联电容器组
28、，目前还没有统一的国家标准的。传统的固定边界的监管标准，也有一些问题，可能导致频繁切换，并降低了设备的使用寿命，容易造成过度填充和填充不足，和许多其他问题，但由于其成熟度和稳定性控制准则，因此广泛应用于国内众多补偿装置。2.1 无功补偿容量计算标准在交流电力系统中，充足的电力供应，以维持电力系统的电压电平，以确保电力系统的稳定运行和用户的供电质量和减少电网的功率的损失。因此，电能质量条件得到满足，如何配置系统的无功功率补偿的能力是非常重要的。确定补偿容量的方法是多种多样的，但我们的目标是完善的销售网络有一定的操作指标，下面就来介绍几种方法来确定补偿容量2 。（1）从提高功率因数需要确定补偿容量
29、如果电力网最大负荷月的平均有功功率为 ，补偿前的功率因数 ，补偿后的YP1cos功率因数为 ，则补偿容量用下面公式计算：2cos式（2.1）)/1()( 221 tgQtgPQYYC或者写成 式（2.2）1coscos21有时需要将 提高到大于 ，小于 ，则补偿容量应满足下述不等式：cos21式（2.3）)1coscos()1cos1( 212 YCY PQP式中 ：所需无功补偿容量，kvar；CQ：最大负荷日平均无功功率，kvar；Y：最大负荷日平均有功功率，kvar；P：最大负荷日平均功率因数， 确定必须适合。通常，将功率因数以cos cos0.9 提到 1 所需的补偿容量，与将功率因数从 0.72 提高到 0.9 所需的补偿容量相当。因此
