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1、电力系统提高功率因数方法的研究目录2 提高电力系统功率因数的方法12.1影响电力系统功率因数的重要因素12.1.1 感应电动机、变压器、电抗器等感性负载是消耗无功功率的主要设备12.1.2 供电电压超出规定范围12.1.3电网频率的波动12.2 提高功率因数的方法12.2.1 提高自然功率因数12.2.2 提高功率因数的补偿方法23 变电站电压无功综合控制策略33.1变电站电压无功综合控制策略基本原理33.1.1并联电容器提高功率因数原理33.1.2并联电容器调节电网电压原理33.1.3改变变压器分接头调节电网电压原理43.1.4变电站电压无功综合控制策略的地位与分类43.2“九区图”控制策略
2、43.2.1九区图控制策略原理43.2.2“九区图”控制策略存在的问题54五区图控制策略64.1五区图控制策略原理64.2五区图控制策略的最优电压、无功启动值上下限74.3“五区图”控制策略存在的问题与改进方案104.3.1“五区图”控制策略存在的问题104.3.2改进方案105 变电站电压无功综合控制系统具体设计方案105.1电压无功综合自动调节的实现方法105.1.1采用硬件装置105.1.2使用软件VQC105.2控制系统主电路与电压无功综合控制装置原理图的设计105.2.1补偿电容器组投切量的计算115.2.2电容器分组125.2.3投切方式与开关选择135.2.4电压无功综合控制装置
3、原理图135.3变电站电压无功综合控制系统软件设计流程图14结 论15致 谢16参考文献17I1 提高电力系统功率因数的方法1.1影响电力系统功率因数的重要因素功率因数的含义表明，只要提供电力系统所传输的有功功率一直是稳定的，只要无功功率有上涨，那么它所承受的功率因数就一定会跟着降低。在我国现行电力系统中，有许多因素影响着功率因数的大小，其中最主要的原因在于电力系统中存在的着大量的感性负载，就会应用到许多的无功功率，这样随即会大幅度的改变功率因数；而且提供电力的系统电压只要和固定的要求不一样的话，功率因数也会产生大幅度的变化。下面就以上两个方面进行讨论。1.1.1 感应电动机、变压器、电抗器等
4、感性负载是消耗无功功率的主要设备电动机、变压器、电抗器是现代化工业企业生产和居民生活用电设施里面电气设备就是重点设施，还属于运用无功功率最多的负荷装置。以上都是归因于在异步电动机的定子和转子里面创造一个的空隙磁场，是异步电动机使用无功的最重要的一点。没有负荷时间段的无功功率以及部分负荷时间段的无功功率一起构成了异步电动机运作时需要的无功功率。同样的，变压器以及电抗器它们都需要创造一个交变的磁场，这样才可以实施能量的交换与传送，因此则需要创建交变磁场以及感应磁通，那么也一定需要磨耗电功率，就是指无功功率；变压器的无功损耗来自励磁电流损耗和漏磁损耗，消耗无功的主要部分是它的空载无功功率，它和负载的
5、大小无关。1.1.2 供电电压超出规定范围在供电的电压大于规定的数值电压的10%，因为磁路充分的状态，所以无功功率就会迅速的增加，从有效资料中得知，在供电电压是固定数值电压的1.1倍的时候，普通产业的无功就会上涨大概35%；而供电电压比固定数值的电压还要低时，无功功率亚就会跟着下降，这样就会导致功率因数随之上涨。不过供电电压下降时候机会改变电气装置的常规运作，所以就需要运用一些办法来让电力组织的供电电压稳定在固定数值的电压的1倍1.05倍中，并尽可能的稳定。1.1.3电网频率的波动频率的波动也会对电力系统的功率因数产生重要影响。电网频率的波动会使电路中的感性、容性阻抗的阻值不稳定，从而会对变压
6、器与异步电动机的无功功率产生影响。因此，在供配电过程中不仅供电电压的幅值要保持稳定，其供电电压的频率也要保持稳定，从而确保功率因数更加稳定、企业生产与居民生活用电更加安全与节能。1.2 提高功率因数的方法1.2.1 提高自然功率因数在不额外的加入补偿设备的基础上，对电力系统实施适量的调度方法来降低供电系统里面的无功功率的消耗量，这样来增加功率因数的办法就叫做增加自然功率因数。而且的话增加自然功率因数的办法是不会在另外的形成成本需要，也就是说以增加自然功率因数为基本的状况之下，这个办法是最适合也是最好的，要是最终得到的效果不尽如人意的话，那么此时就能够运用补偿装置，以此来增加电力系统之中的自然功
7、率因数。（1） 正确选用感应电动机的容量与型号。在一些工业产业里面，感应电动机则是电网终端一种非常普遍的用电装置，大型工业机械使用的数量比较多，感应电动机的效率和功率因数在负载70%100%运行时较高，其在额定负荷工作时的功率因数为0.85至0.9，而在空载时的功率因数只有0.2至0.3。故而感应电动机的合理运用也可以作为一种改变功率因数的普遍原因。因此选择自己使用合适的感应电动机型号来达到它的固定容量和它能够带动的负载相适应、规避感应电动机不合理的运行方式、合理安排和调整生产的工艺流程进而限制感应电动机的空载运行是提高自然功率因数的一个重要方面。当我们挑选感应电动机的时候，要以一个企业的产出
8、的真实状况来挑选感应电动机的尺寸和标准还有它的容量，而且当其在运作的时候，为我们要最大限度的确保感应电动机是在一个高效率运作的情况的，那么就需要增加负荷率，以此来保证感应电动机运作的经济效益最大化。除此之外，在出产情况适合的时候，应用同步电动机来接替感应异步电动机也是一个好办法。另外，必须要增加感应电动机每天维修检查以及确定工作质量高度依据感应电动机的每一个额定数值来进行操作，通过提高增加感应电动机的运作质量与效能，以此来增加它的自然功率因数。（2）合理选择和使用变压器。会导致功率因数变化的其它的关键要点就是变压器的具体运作状况，变压器每一次测功率因数是和它负荷载的功率因数息息相关的，而且与负
9、载率是完全分不开的；在变压器满负荷运作的时候，一次侧功率因数大概只会少于二次侧的4%，而且要是变压器少负荷运作，那么一次侧功率因数降低会更加的明显，比二次侧第百分之十一至百分之十八。变压器最优运作状况要求负载率要达到60%之上运作才行，这样的话，经济使用性比较好以及功率因数也会相对于高一些，平均也要达到70%和85%之间才最符合。因此就要将用电单位电网的真实运行状况作为基本，来匹配最优变压器，使变压器不做或少做轻载运行。但由于生产工厂中变压器数量较少，种类不多，不像感应电动机那样容易更换，而且新购买一台变压器会投资较多资金，所以只有当负荷率小于30%时（此时功率因数低，会造成极大的电能浪费）在
10、符合经济性与技术性的原则下合理更换合适容量的变压器，提高负荷率进而提高功率因数，降低电能损耗，提高供配电系统的运行效率。1.2.2 提高功率因数的补偿方法当用户采用提高用电设备自然功率因数的方法、充分发挥设备潜力、改良设备运行性能后还没有做到电力设计技术规范之中规定的数据，那么就需要运用特地的无功补偿装置来实施手动增加功率因数。以补偿的无功功率的特点，可以完全的区分为稳态和动态无功功率补偿设置这两种类型。（1） 稳态无功功率补偿设备。 同步调相机和并联电容器是稳态无功功率补偿设备的主要装置。同步调相机作为一个专门应用于无功补偿的无负载运作的的同步电动机，它一般以改变它的励磁电来作用于补偿系统无
11、功功率；但是由于它是一种旋转机器而且要装备、运作以及修护都是标胶困难的，所以一般它被应用在企业生产的供配电系统里面的情况是很少见的。并联电容器却是一种专门使用于无功补偿的电力电容器，因所以的话相较于同步调相机，它拥有装备容易、运作修护简单和有功功率磨损少以及安装轻便、投加容易，而且还没有旋转的地方的优点，因此并联电容器在工业当中是被大幅度运用的无功补偿设备；美中不足的是，电容器补偿只可以一级一级的改变，做不到自动伴随负载的改变而随之连续自动调节。（2） 动态无功功率补偿设备。 动态无功功率补偿设备适用于幅度变化较大的冲击负载，类似于炼钢电弧炉以及轧钢机这种的无功功率补偿。它的突出点就是把受控制
12、的电抗器和移项电容器联通使用，电容器能够传出无功功率，而可控电抗器能够接受无功功率，那么久能够依据负载的改变状况来调控无功功率的高低以及朝向，改变与确定系统的运作电压，这样就能够让功率因数维持在一个想要的状况下。这个动态补偿方法，它的优点就是反应迅速、平滑变动的效果棒以及补偿效率不低、修护简单、还有谐波、噪声和磨损小这些，它是很符合运用在冲击性负荷的无功功率补偿，因此得到越来越广泛的应用。2 变电站电压无功综合控制策略2.1变电站电压无功综合控制策略基本原理2.1.1并联电容器提高功率因数原理上一章节中提到利用并联电容器组进行无功补偿从而提高功率因数的方法，现简单介绍一下其补偿原理。在如今的电
13、力系统不同种类的负荷里面，最多的基本是电感性、电阻性的负荷，所以的话电流IRL基本会落后电压一个角度。当在如下图31所示线路里面，在并联接入了电容器C之后，I=IC+IRL 就成为了接入后的总电流，再由图32张氏的相量图就可以很清楚的得到，在并联了电容器C以后，就会导致U和I之间的夹角减小，再由功率因数的含义，就能总结得到供电回路的功率因数随之而上升了。 图31 图322.1.2并联电容器调节电网电压原理在电力系统供配电线路上，线路电压降= （式31）当不加无功补偿装置时，线路电压降1= （式32）在上述格式中，P表示有功功率，Q表示无功功率，R为线路等值电阻、X为线路等值电抗，U代表线路额定
14、电压。当增加无功补偿装置之后，线路电压降为 (式33）分析（式32）与（式33）容易得到：U2R、QXPR，故增加无功补偿置之后，线路电压升高量为： （式34）如果补偿装置添加处的母线三相短路容量为，那么,代入（式34）可得： （式35）由上式可见，越大，越小，添加补偿装置的升压效果越明显，则相应的越大，并且电压升高量的数值与负荷的有功功率、无功功率关系并不紧密。故而在靠近电力系统供配电线路的末端，系统短路容量较小的位置，添加电容器组的升压效果越明显。据研究资料统计数据显示，当系统电压每提升1%，可提高0.5%用电效率，增加1.5%的电力设备容量，减小2%的线路损耗。2.1.3改变变压器分接头
15、调节电网电压原理双绕组和三绕组变压器一般都会存在很多种分接头来挑选，就是说变压器的变化比率能够依据已经定变比来自己挑选；所以自己以需要来挑选变压器分接头也能够做到改变电压。2.1.4变电站电压无功综合控制策略的地位与分类在现阶段的变电站中，普遍存在利用有载调压变压器和并联电容器组相结合进行电压调整与无功补偿的方法，以保证的电力系统能够经济、绿色、安全、稳定运行。随着我国特色社会主义的发展，整体实力的持续上升，创立变电站电压无功综合控制系统(VQC)早就是确保变电站传送出好的电压、稳定无功布局、电网稳定运作、人民用电将康的一个好方法。确保电压高质量、无功平衡以及调动的几率最大限度的减少，这是一个
16、变电站电压无功综合控制系统运作的最基本的条件。所以的话正确的、完美的控制策略在变电站以及全部电网完善上面是极其重要的一部分，也是变电站电压无功综合控制系统之中最重要的要点。经历了一个持续的、久远的改善时间的变电站电压无功综合控制策略，如今已经能够把控制策略分类区分为单一控制效果的控制策略与整控制作用的的控制策略；单一控制功能的控制策略更可以细分出以电压控制以及以功率因数控制；综合控制功能的控制策略则能够出现以电压、功率因数综合控制、以电压、时间综合控制还有以电压、无功综合控制这几类。在里面以电压、无功综合控制的变电站电压无功综合控制系统是被工业企业大量使用的，“九区图”之中的控制策略它就是其中
17、发展最为成熟的控制策略。2.2“九区图”控制策略2.2.1九区图控制策略原理“九区图”控制策略作为使用在VQC里面最为持久、完善成都较高以及运用时间最久的一种综合控制策略，它以实时监测变压器低压侧母线电压和高压侧无功功率为基本，靠这些来作为控制策略启动开始运作以依据，以系统工作点在每个范围里面不一样的对应思维联系，进一步判断出调节指令可以做到无功的等时段补偿，减少线路的磨损和改变无功布局，增加电压的质量，以及获得更高的经济收入。如今固有的“九区图”控制策略就是按照系统在正常运行状态下的极限电压和无功作为上下限，将在直角坐标系下的电压、无功平面分为9个不同的区域。（见下图33）图33（在图里面变
18、压器低压侧母线电压是被U表示的，变压器高压侧无功功率是被Q表示的）当Q比给定数值小的时候，那么变电站就会给电网传出无功，在Q比给出的确定数值小的时候，那么就是在说电网无功是处于一个缺乏的状态，Q的最高值和最小值做差的到的数是一定要比1组电容器容量大的。变压器分接头和补偿电容器组的的调节原则就是：当变压器分接头上调(要么就是下调)之后，会得出以下的数据，U就会增加(要么就是降低)，进线功率因数随着降低（要么就是增加），但是的话这些调节变压器分接头是不会对无功的布局做出太大改变的；在投入(要么就是切除)电容器之后，Q就会降低(要么就是增加)，随之U增加(要么就是降低)，变大(或变小)。其详细控制策
19、略如下表31：序号电压情况无功情况控制策略0合格合格不调整1越上限合格降压2越上限越上限先切电容，若电压仍越上限，则降压3合格越上限切电容4越下限越上限先升电压，无功仍越上限，切电容5越下限合格升压6越下限越下限先投电容，若电压仍越下限，则升压7合格越下限投电容8越上限越下限先降压，如无功仍越下限，投电容 表312.2.2“九区图”控制策略存在的问题在当前实际变电站电压无功综合控制策略中，传统“九区图”控制策略是被普遍使用的，把电压和无功的最高值以及最低值作为基本，把运作的部分分开成为类似于“井”的9个部分，每一个部分都是拥有自己的控制策略的，然后再随着变电站具体的造作情况来同一时间对电压无功
20、实施调动。但是的话“九区图”控制策略的可变动范围的最高、最低限度是和电压的具体运作情况没有关系的，所以的话就会产生接下来的一些情况：（1） “九区图”控制策略中的电容器组与变压器分接头这两设备不同的操作先后，就会导致反复的操作以及投切出现的摇晃这些因素，来改变控制的最后情况、降低了装置的可运用寿命、电网运行不稳定的现象。（2） 如上图33所示的2、4、6、8区，投切电容器组与调整变压器分接头都会起作用，此时难以区分哪一种操作效果更好。（3） “九区图”的控制策略中，当系统运行状态进入0区时控制系统将不再调整，此时就会出现极端的状况，这就会导致电网的持续运作都是属于不符合标准的情况，“九区图”控
21、制策略对电容器组和变压器分接头应用回数是无限的，但是的话国家对于具体的电容器组投切回数以及变压器分接头的改变回数是有相应的规定的。3五区图控制策略3.1五区图控制策略原理传统“九区图”综合控制策略是把调控的对象的电压和无功迅速投入操控开始的最大以及最低限度来作为操作原则的，把UQ这个平面分为了像“井”字的形状，那么就会出现9个完全不一样的部分，把它们的数据得出的值来对比高低的方法来实施动选择。但是的话也能够以实施运作的不一样的特质来把控制装置的最基础的运作行为区分出：无操作、投入电容器组和提高变压器档位以及切除电容组、调低变压器档位这些完全不一样的调动行为。第一部就是要运用专门的数据数据收集装
22、置来收集当时的运作情况，第二就是要以实现确定的控制对象还有各种参数的限制因素为基本，从而确定出上面的集中不一样的操作行为能够实现的控制结果，来挑选出控制结果最完美的操控行为，以此继续实施接下来的具体操控行为；这就能组成了将控制装置的基础操控行为能够为作为最显露操控目标的操控想法。在UQ这个平面上所有的工作点上，把控制装置的几种基本操作子能够为给矢量化，就像图41展示出来的那样: 图41五个基本操作矢量为:0.不动作矢量：；1.升档矢量：；2.降档矢量：；3.投电容矢量：；4.切电容矢量：)；据图41得出，不计算不动作矢量这个因素，接下来的几种操作行为都会使电力系统的运作情况发生变化，这样工作点
23、M（Q，U）机会改变位置。由此的话电压无功综合控制的故障就能够成为选择最优操作动作矢的依据（i = 0，1，2，3，4)作为控制装置操作动作，使当前工作点M（Q，U）移动到控制目标工作点Mp或者不断靠近目标工作点Mp。假设电压无功控制装置在执行第i号操作动作之后，电力系统的工作点移动到点Mi，现定义此时工作点Mi到给定目标工作点Mp的距离的平方作为操作优劣距离，那么操作优劣距离。形成以最小作为判断操作效果优劣的唯一依据的控制思想。 图42在UQ平面就能够像图42彰显出来的控制区域示意图一样，这个图是模仿“九区图”的，所以才叫它为“五区图”。根据上面的所有的分析就能够得到，能够把这个控制思维归结
24、于朝着5个详细的操作动作，将每一个操作动作矢量化只有，就可以选择性的用操作的好坏间隙来为判据来判断确定出在确定的情况之下的的最好的操作行为。3.2五区图控制策略的最优电压、无功启动值上下限由上文可知：不动作矢量为f0(Q，U)=(Q，U)；降档矢量为f2(Q，U)=(Q，U-dU)；根据几何知识可知，在其分界线上这两个操作动作的优劣距离相等，故L0=L2,在U-Q五区图内的相量关系为：（U- UP）2+（Q-QP）2=（U-dU-UP）2+（Q-QP）2 （式39）； 推出降档动作与不动作界限方程为： U=UP+（1/2）dU （式310）； 图43把线段垂直平分线到线段两端点距离是一样的这个
25、数学基本定义，就能够在图43的操作矢量模型里面分析出来，在最佳的工作点MP(QP，UP)，都实就是施f0以及f1操作之后的工作点就变成了为M0与M1，而到M0 和M1 这两个点的远近一样的点就是M0 和M1的垂直平分线，那么久可以得到，在这条垂直平分线上面的随便一个点做f0和f2 的做法之后，它的工作点到最佳工作点的优劣长度就是一样的了，所以的话这个垂直平分线就是f0 以及f2操作的区分线，他们的方程就是：U=UP+（1/2）dU （式310），和之前探究出来的边界方程式是一模一样的。按照一样的道理就可以得到，与M0M2的垂直平分线相对的就是f0 和f1操作的边界，那么与M0M3垂直平分线相对
26、的就是f0以及f4操作的边界，同理与M0M4的垂直平分线互相对应的就是f0与f3操作的边界。与上面的所有的探究总结出来的就是f0 这个不动作矢量和别的操作矢量的边界相对比的话，它是比较容易看出来的，而且在U-Q这个平面上能够轻松的得到，以下是对于其它操作矢量之间的边界保证的探讨。降档矢量：f2(Q，U)=(Q，U-dU)；切C矢量：f4(Q，U)=(Q+Qc，U-Uc)；它们的运作步骤的矢量的间隔线直接运作的好坏距离也是一样的，即:L2=L4（U-UC-UP）2+（Q+QC-QP）2=（U-dU-UP）2+（Q-QP）2 （式311）；推出降档动作与切电容器动作界限方程:U=UP+（dU2-（
27、QC+UC）2+2QCQP）/2（dU-UC）-QCQ/（dU-UC） （式312）；在M1M3的中心垂直平分线上面随便确定一个工作点M(Q，U)，实行f2以及f4的步骤之后的好坏间隔就是MiMP，它和工作点M(Q，U)到M1、M3 的末尾的的间隔都是一样的，由垂直平分线的定义就能得到MM1=MM3，那么M1M3的垂直平分线相对的边缘范围就像图一中表示的一样。实践得出这个垂直平分线在U-Q平面里面的方程刚好和这个方程是一样的，这也就是从解析几何的角度证实了M1M3的垂直平分线就是f2、 f4操作范围的边界。按照同样的道理的话，就能够得出与M2M4的垂直平分线对应的就是f1、f3操作的边缘，M2
28、M3 与f1、f4操作的边界相互对应，那么和M1M4的垂直平分线相对的就是f2和f3操作的边缘线。而且从示意图里面还能够得到，B这个交叉点表示了五区图里面的三种不一样的操作行为，分别是：切电容器矢量、不动作矢量和降分接头矢量他们的边界点，也就是说在系统工作位于这个点上面实行不动作矢量以及降分接头矢量和切电容器矢量的时候，他们的优劣距离都是一样的。同样的道理也能够得出，系统运作在其他的点A、C以及D处的时候，他们也同样可以使用三种不一样的操作行为，最后的到的边界公式就是下面这些：（1）升档动作与不动作界限：LCD:U=UP-（1/2）dU（2）降档动作与不动作界限：LAB:U=UP+（1/2）d
29、U（3）投C动作与不动作界限:LAD:U=UP-（QC+UC+2QCQP）/2UC+QCQ/UC（4）切C动作与不动作界限:LAD:U=UP+（QC+UC+2QCQP）/2UC+QCQ/UC（5）升档动作与投C动作界限:LD:U=UP+（QC2+UC2）-dU2+2QCQP/2（dU-UC）-QCQ/（dU-UC）（6）降档动作与投C动作界限:LA:U=UP+dU2-（QC2+UC2）-2QCQP/2（dU+UC）+QCQ/（dU+UC）（7）降档动作与切C动作界限:LB:U=UP+dU2-（QC2+UC2）+2QCQP/2（dU-UC）-QCQ/（dU-UC）（8）升档动作与切C动作界限:L
30、C:U=UP+（QC2+UC2）-dU2-2QCQP/2（dU+UC）+QCQ/（dU+UC）深入探讨上面的全部式子，在加上对于“五区图”的理解就能够得到，“五区图”的范围特征和dU、QC及UC这些参数是密切相关的：（1）0区的边界分别与f0、f1、f2、f3、f4矢量垂直。（2）0区的高度为:：H0=dU；0区的宽度为：W0=（QC2+UC2）/QC=QC/cos2，值越小，QC越大，则0区宽度越大。（3）当UCdU的时候，那么1区到4区边界线的斜率就能够得到这个相似值：KA=-KB=KC=-KD=QC/dU只要斜率上升，那么“五区图”的四条边界线会不断的朝着中间线靠近，就是说1区与2区的范
31、围也会随着减少，系统就会选择对电容器的运作。（4）要是能够忽视UC和dU的对比，那么在UC变大的时候，“五区图”的4条边界线就会朝着顺时针的方向转动，相对于的1到4区范围为止就会跟着0区朝着顺时针方向转动；同理可得UC 时的情况。（5） 当UC 接近于0的时候，那么0区的范围图像就和矩形差不多，“五区图”也就会和“九区图”的形状差不多了，就可以说“九区图”就是属于“五区图”的是一个比较特别的情况。综上所述，dU、QC以及UC这三个参数直接定下了“五区图”的形状，由一些比较适合操作，既使“五区图”的形状发生了变化，还使相对应的控制步长改变了，这样更符合状况不一样的控制要求操控需求。3.3“五区图
32、”控制策略存在的问题与改进方案3.3.1“五区图”控制策略存在的问题（1） 根据“五区图”控制策略道理以及它的操控范围就能够得到，“五区图”的最好的操控对象不仅仅只能属于一个工作点，它需要挑选一整个大范围成为最优的操控对象。（2） “五区图”控制策略的最优选择对象范围是存在在控制系统的非启动区域之间的；所以就只能够达到小范围的改进而很难实现全区域系统一体控制。（3） 五区图控制策略理论比较先进，但还有待实践检验。3.3.2改进方案鉴于“九区图”与“五区图”控制策略都具有各自的优缺点，现将“九区图”和“五区图”相结合、取长补短，形成更加优良的、不局限于就地控制、实现全局优化、范围性以及分散性掌控
33、统一起来的总集控制组织。“九区图”控制策略的运作数值是由全网洛最好的无功电压来确定的，就是说在工作点不属于最好的控制范围里面的时候，就会开始运作控制策略来制定一个新的最好的运作方案，这样来选择最适合当前状态的操作动作。“五区图”控制策略只能够对一定数量的变电站实施控制，这不只是降低了电压无功控制系统装置运作反复性，还能够确定全部的电力系统的电压的好坏以及无功功率的最优分布。然而在实际变电站中该控制方法应用的比较少，实验数据与经验较少，具体实施方案与理论还有待改进和研究。4 变电站电压无功综合控制系统具体设计方案 现以某地110kV变电站为研究对象进行变电站电压无功综合控制系统的设计，这个变电站
34、拥有两个容量大小是3.15MVA的三绕组有载调压变压器（110kV35kV10kV）。4.1电压无功综合自动调节的实现方法4.1.1采用硬件装置可以对变压器低压侧、高压侧母线电力参数和补偿电容器组参数进行数据采集，通过逻辑运算判断选择操作动作，操纵变压器的分部连接处和电容器组投切来达到变电站电压无功主动调节，这样就能确保变电站传入的电压是限制在确定的数值的、系统功率因数最大限度上涨、线路损磨损达到最小限度的一个设施。4.1.2使用软件VQC在现场的监控主机上利用现有的遥测信息，用软件模块控制操作动作的方法实现变电站电压无功的自动调控，在将来有望通过该方法建成由电网调度中心统一指挥的全系统电压无
35、功的实时自动控制系统。4.2控制系统主电路与电压无功综合控制装置原理图的设计电容器组是作为变电站电压无功综合控制系统的中心装置而存在的，而且它只有配置控制系统需要的开关以及各种防护装备才行。设备主接线图如下。 设备主接线图4.2.1补偿电容器组投切量的计算考虑到在无功补偿之后，系统功率因数可能会发生滞后或超前的情况，当发生滞后或超前的情况后，就需要系统再次进行调整（要么放入，要么切除电容器组）；而且不管是投入电容器组还是切除电容器组，这些步骤都要求必须提前得到投切电容器组的容量大小是多少。图51表明的就是在系统功率因数落后的时候的功率相量，图中为数据采集装置检测到的功率因数实时值，、则分别为功
36、率因数整数值的最高值以及最低数值。因为无功补偿进行以后是不会对系统的有功功率造成改变的，那么在运作无功补偿的时候，功率因数的补偿轨迹则为一条与P垂直的直线，如图51中的虚线所示。如若使功率因数合格，那么则需要补偿后的大于整定值的下限cos2，故需要投入的最小补偿容量应为 （式51）其中 图51 图52系统功率因数超前时的功率相量图如图52所示，图中仍为数据采集装置检测到的功率因数实时值（当功率因数超前时为负，滞后时为正），、仍分别为功率因数整定值的上限、下限。那么此时所需切除的电容器组最小容量应为 （式52）通过上述（式51）（式52）就能够得到需要输入或者去除的电容器组的容量，最后以控制装置
37、现实中需要装备的电容器组的装备状况为基础，从而确定和已经得到的投切量差不多的电容器组投切的组数来实施行实验。要是把变电站提供电力的最高的有功得到的负载设为，av（范围基本是O.70.8）就是每个月基本负载的系数；1（能够用最高负载的时候的数）设为补偿前的功率因数角；补偿之后的功率因数角就是2（这个以电力部门的要求为准则），那么总补偿容量可由： （式53）求得。4.2.2电容器分组一定范围内容量的电容器需要实施分类，由此为电容器的分级别投切打下基础，这样无功补偿符合组织运作的多种多样的状况，在无功负载比较小的时候，就可以输入少电容器，在无功负载属于高的时候，就大量的放进电容器。 这个设计是以一个
38、变电站存在两台315MVA的变压器来作为基础背景的，从式子(43)来计算，同时集合电容补偿量的装置需要，那么就要求补偿电容器的容量要满足主要变容量的2030之间，所以就设为12000kVar，20个lOkV三相电容器分配为8个组别，每一部分母线分配四个组，分别为：I、II段各4组：第一组4600kvar第二组2600kVar第三组2600kVar第四组2600kVar除了第一组的全部容量是2400kVar之外，其他三组的全部容量都是1200kVar，以循环投切方法来作为依据，那么每一部分母线随即就能够得到下面的这7个容量分组：第一种1200kVar(只投第二组)第二种2400kVar(只投第一
39、组)第三种3600kVar(投第一、第三组)第四种2400kVar(投第二、第四组)第五种3600kvar(投第二、第三、第四组)第六种4800kvar(投第一、第三、第四组)第七种6000kvar(四组全投)。4.2.3投切方式与开关选择当运作时的电容器断路器被开断，由于最开始的时候复原的电压是非常小的，因此要想电流开断就格外的简单，只要把触头轻轻放开，机会导致电极间之中的电弧熄灭。然而电弧灭火之后就会在断路器的触头之中立刻出现数值极高的复原电压，这样就会让触头之间的绝缘被迫穿透，从而导致电弧复燃。因为电容器是一种贮存能量的零件，所以要是么一次的电弧复燃全部处于复原电压最高峰时间段，那么电容
40、器上面的电压就会以1、3、5这样的奇数倍上升，这样电容器以及其他的设施也会产生破损。因此，开断电容器组的线路选用火弧功能好、介质绝缘复原速度强和开断过程快的断路器是最好的。除此之外，使用在电压无功控制之中的电容器组，一般都要随着负载的改变来随之运作，基本上365天之内就需要实行好几百次或者千次之外的投切。所以断路器的触头以及运作的设施就要得到能够承担电气与物理上面的N次反复开闭和经常性的使用。在近些年里，处于6kv以及l0kv之间的电压等级多次使用作为真空的断路器，因为其不仅拥有灭弧功能厉害、开断迅速以及大小适中的特点，它还有质量不重、触头的使用期限长和机械效能优、适合不断运作这些好处，这就是
41、适用于投切电容器的最优的开关，它能够做到最高性的降低运作需要的电压。综上所述，就需要运用真空断路器来成为投切开关。4.2.4电压无功综合控制装置原理图电压无功综合控制组织的最重要的装置就是电压无功综合控制装置，其不仅有采集具体数据、计算的能力，同时还兼备控制命令的传到以及系统联系的功能，以变电站的一次主接线系统为依据，与控制要点结合起来，就能够得到下面的装备结构框图策划。 控制装置原理图4.3变电站电压无功综合控制系统软件设计流程图结 论我国电力系统内部环境和外部环境都发生了翻天覆地的变化，供配电网络结构愈来愈复杂、电压等级愈来愈高、管控难度愈来愈大，保证电压稳定、无功功率优化和补偿对于电力系
42、统的安全经济运行愈来愈重要，提高电力系统功率因数的方法愈来愈受人们的重视。通过无功补偿改善电力系统功率因数是当前电力单位普遍采用的方法，本文按照基础的提高电力系统功率因数的方法为引导，引申出当前在变电站广泛应用的压无功综合控制策略（VQC）与“五区图”、“九区图”控制策略，介绍了相对应的控制原理，详细分析了“五区图”控制策略启动值与控制边界。最后根据第二、第三章所介绍原理方法为基础，以某110KV变电站为应用对象，以控制精度更为优良的“五区图”控制策略为指导办法，设计了一变电站电压无功综合控制系统，该系统较传统“九区图”控制系统具有以下优点：（1） 这个控制系统比较适合变电站来进行实践操作，适
43、合VQC设备之中的硬件设施状况，在不一样的状况之中，匹配拥有最好的控制效果的效率好，这样不但能够防止将将电压无功总体确定于及格范围内，还可以较为简单的把将系统稳定在一个确定的状况。（2）有了一个确定的依据，来明确运作方向，方法的选择，以及如何确定一些运作的效率性；而且还有利于消除围住VQC方面很久了的控制振荡以及装置需要多次动作的烦恼。（3）以后的无级调压企业以及无级电容准确实施小调的功能，只要与“五区图”原理结合起来，就可以做到将电压无功综合控制从分散的开环系统转化成为持续的闭环系统；整个系统的无功优化装置，运用设置一个最优工作点以及运作范围最高以及最低区间，来达到在应用里面简单、快捷的做到整体完善。19