《变电站电压无功模糊控制分析与仿真设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《变电站电压无功模糊控制分析与仿真设计.doc（49页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪论1第2章 变电站电压无功控制原理3 2.1 变电站电压无功控制方法32.2 变电站电压无功控制目标和模式52.2.1 VQC的控制目标52.2.2 VQC的控制模式62.3 变电站基本控制规律72.3.1 变电站综合负荷取恒定功率模型92.3.2 变电站综合负荷取恒定阻抗模型92.4 九区图控制策略112.4.1 九区图的基本原理112.4.2 九区图控制策略的不合理动作13第3章 变电站电压无功模糊控制基本理论153.1 模糊控制基本理论163.1.1 模糊集合163.1.2 隶属函数163.1.3 模糊推理173.2 电压无功模糊控制器设计19
2、3.2.1 控制系统结构图203.2.2 模糊器203.2.3模糊推理223.2.4 解模糊器22第4章 MATLAB仿真软件234.1 Matlab简介244.2 Simulink简介244.3 MATLAB模糊逻辑工具箱25第5章 变电站电压无功模糊控制仿真设计255.1 变电站主接线图和参数265.2 构建变电站电压无功控制仿真模型275.3模糊控制器的设计335.4仿真结果及分析39结束语43参考文献44致 谢45摘 要以变电站电压无功综合控制为对象，研究模糊控制理论在电压和无功功率调节的作用。随着电力电子技术的发展，近几年出现了多种电力系统无功补偿新技术。电力电子技术是无功补偿技术的
3、基础，电力电子器件向快速、高电压、大功率发展，使采用电力电子器件的无功补偿从根本上改变了交流输电网过去基本只依靠机械型、慢速、间断及不精确的控制的局面，从而为交流输电网提供了空前快速、连续和精确的控制以及优化潮流功率的能力。对电力系统的电压和无功功率提出了更高的要求。 本文分析了目前电压无功优化控制的计算方法和在实际中应用的变电站电压、无功的几种控制方法存在的不足之处,并提出一种基于模糊控制的变电站的电压、无功控制的方法。本文利用模糊控制器构造变电站的电压无功控制的模型,并对基于九区图的变电站电压无功模糊神控制的计算方法进行了论述。 在进行研究的同时,还利用了Matlab编制了基于模糊控制的变
4、电站电压、无功控制计算程序,并进行了仿真计算。研究结果表明。利用模糊控制能较好地实现对变电站的电压、无功进行控制,能克服目前在变电站电压无功控制中普遍运用的分区方法存在的不足之处,不但可保持变电站电压在合格的范围内,尽量维持无功功率平衡,而且具有较好的寻优能力,有效减少变压器有载调压开关的切换次数和电容器组的投切次数,提高了变压器和电容器的运行寿命,提高了经济效益,是一种值得进一步探索和运用的较为先进的方法。关键词： 变电站；电压无功；Matlab；模糊控制ABSTRACTVoltage is an important index to judge the quality energy. Th
5、e voltage quality affects the quality of industry products directly. In order to ensure the whole system operate economically, power department equip transformer with onload tap changer and shunt capacitors for most distribution substations, according to the operating condition, adjusting the positi
6、on of transformer taps and capacitors can control the variation of voltage and reactive power exchanger of distribution substations and power system in certain extent. This paper analyses the shortages of several calculate methods for voltage and reactive power control and several control approach a
7、pplied in fact in substation nowadays. And put forward one new approach for the control of voltage and reactive power in substation by at the basis of fuzzy neutral network theory. The paper also constructs the model of the control of voltage and reactive power in substation by FNN. Meanwhile, the p
8、aper discusses the calculating method using BP calculating arithmetic in the calculating process.The paper use Matlab to workout the calculating software for voltage and reactive power control substation at the basis of fuzzy neural network, and finish emulation model calculating process. The study
9、shows that this control approach can overcome those shortages of the methods which are adopted to control voltage and reactive power in substation nowadays, it can hold the voltage level in the regular bound and maintain the balance of reactive power in substation to the greatest extent, and it have
10、 the ability to seek the best solution. Adopting this methods, the switching times of loaded taps and capacitors can be decreased efficiently and advance the running life.span of the transformer and capacitors and improve the economy benefits. This control approach is a advanced way and it is worth
11、to study more and utilize.Keywords : substation；voltage and reactive power；Matlab；fuzzy logic control第1章 绪论电压是衡量电能质量的一项重要指标。从节约电能的角度来看，除要求发电方面节约一次能源耗量（如煤耗）和减少厂用电外，还要求输配电方面降低网损，用电方面则要求提高用电设备的效率、改善功率因数。由于用电设备在其额定电压下工作可获得最佳的技术经济效益，因此保证用户端电压接近额定值是电力系统运行调整的基本任务之一。电压质量如果得不到保障，不仅会影响用电设备的效率、安全和寿命，影响产品质量和经济效
12、益，还有可能会使网损过大，而且还会危及系统的安全稳定运行，甚至会引起电压崩溃造成大面积停电的严重事故。因此保证电压质量合格，是电力系统安全优质供电的重要条件，对节约电能有着重要的意义，而社会经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，也对电压质量提出了更高的要求。变电站电压无功控制的目标是保证变电站负荷侧电压无功，在合格范围内的基础上尽量减少有载调压变压器分接头和电容器动作次数。目前，国内在线运行的变电站电压无功综合控制装置多数基于传统九区图控制策略。但是，实践表明，九区图的分区控制策略是基于理想的电压和无功控制，在实际控制中会出现振荡动作现象，也就是变压器的分接头和电容器频繁交替动作。对此，笔者
13、在传统九区图的基础上，结合模糊控制理论形成了合理的变电站电压无功控制策略，保证了变电站低压侧电压质量，对系统无功进行有效补偿，明显地解决了设备振荡投切问题，减少了设备动作次数，从而为电力系统的安全运行提供了基本保障。改革开放以前,由于电力工业发展水平低,我国电网长期处于低电压水平,由于设备和系统的可靠性低,一些大型事故经常发生,给整个电力工业和国民经济造成巨大的损失。自改革开放以来,按照电力先行的原则,在国家的重视和大力投资下,电力行业得到大力发展,电网电压水平也得到不断的改善。但不可否认的是虽然我国电网水平得到快速的发展,但是由于各电网水平发展不一,或是无功补偿设备的容量不相适应,造成局部电
14、网电压在负荷较轻时电压偏高,在负荷高峰电压又偏低的现象。要维护电力系统的运行电压水平,就必须作好电网无功电源的优化规划,增强电网电压无功的调控能力,实现无功功率的就地平衡。由于电网结构日趋复杂,电压等级不断提高,各种用电设备接入电网消耗大量无功,必须加装如补偿电容器等的无功补偿设备,才能保证电压水平,一般情况下,为避免无功在电网上的远距离传输从而造成损耗,无功补偿采取就近补偿的原则进行。变电站作为用户和电网联系的枢纽,尤其是末端变电站,其变压器低压侧的电压质量直接影响用户用电设备的正常工作,因此,控制变电站的主变压器分接抽头和补偿电容器的投切,是保证电压水平合格一种有效的手段。变电站利用有载调
15、压变压器和并联电容器补偿设备进行局部的电压及无功补偿,其控制目标是: (1)保持变电站负荷侧母线电压在规定水平:如变电站10kV母线电压要求保持在1010.7kv的水平。 (2)使变电站无功尽可能就地平衡,减少远距离输送无功引起的损耗。按照分层、分区就地平衡无功的原则,就需要尽量使变电站不向系统倒送无功,并按变电站无功负荷的需要来确定投运的补偿容量。为达到以上目标,变电站采用的一般方法为:(1)调节变压器的分接头位置,通过改变变压器变比来保持负荷侧母线电压。(2)通过投入补偿电容器,使变电站无功尽量平衡。实际上,电力系统中的电压和无功不是相互孤立的,而是彼此影响,相互之间有着紧密联系的。在变电
16、站调节变压器分接头同时,由于改变了系统的网络参数,从而在影响电压的同时也影响了系统的无功潮流;而控控制无功补偿量,既影响无功,也影响电压。要较好地实现变电站的电压、无功控制,不能为了调压而仅调节主变压器分接头位置,也不能为了改变从系统吸收无功功率总量而仅考虑电容器的投切,应该对二者进行科学的综合考虑,进行优化控制,才能充分发挥调压和无功补偿设备的作用。所以,根据变电站电压无功控制的目标,变电站电压无功控制的最佳调节手段应为:通过有载调压变压器分接头和电容器组投切的综合调控,改变变电站主变压器电压侧电压和变电站的无功补偿,从而保证变电站变压器低压侧电压在规定的合格范围内,同时尽量保证变电站无功功
17、率尽可能在合格范围内。电压稳定和无功平衡影响着整个电网的稳定和经济运行,随着电力系统规模的不断扩大。电压与无功的控制问题早就引起电力部门和科研单位的重视,随着电力系统规模的不断扩大,对电压无功进行控制的研究和调节手段也日益增多。从整个电网考虑,主要是对无功功率电源进行合理规划和配置,并根据电网的潮流分布情况确定电网的运行方式,减少无功功率在电网中的流动。另外,鉴于我国大部分电网总体自动化水平还比较低,而部分变电站自动化水平比较高,实现整个电网的调压和无功补偿设备同意调度有一定困难,因此,无功电压的控制主要还是以变电站为单位自动调节为主。电压无功的优化控制是一个较为复杂的非线性优化问题。目前,国
18、内外对这方面的研究比较多,采用的方法也多中多样。主要的方法包括九区图控制、变电站电压无功模糊控制和基于模糊神经网络的变电站电压无功控制。本文主要研究一种基于模糊控制器的变电站电压无功控制方法，将变电站的无功和电压边界模糊化，并建立基于模糊控制调节控制系统,为将变电站母线电压控制在既定目标内,当电压较高时，无功不是很缺时就不投电容器或少投电容器组，电压较低时,无功不是很大就不切或多投一些电容器,以克服运用较多的基于“九区法”固定无功、电压控制边界的变电站电压无功综合自动控制装置在实际运行中带来的弊病,降低变压器有载分接开关的调节次数和电容器组的投切次数。并针对一个具体的实例，建立了系统仿真模型，
19、进行仿真分析和设计。第2章 变电站电压无功控制原理2.1 变电站电压无功控制方法变电站简化系统接线图，如图2.1所示，双绕组变压器通过1条线路接入上一级电源。图2.1中，UG是电源电压（维持不变），U1和U2分别是变电站主变压器高压侧和低压侧母线电压，ULD为负荷端电压；RG+jXG和RL+jXL分别为电源阻抗和线路阻抗，RT+jXT为变压器阻抗，RWL+jXWL分变电站出线阻抗；PL+jQL为用户负荷复数功率（通常以滞后功率因数运行），P1+jQ1、S1、PF1分别为主变高压侧复数功率、视在功率和功率因数；QC为并联电容器发出的无功功率；k为变压器变化。图2.1 变电站简化系统接线图VQC的
20、控制目标一方面维持用户端电压在0.95ULDN1.05ULDN（ULDN是用户端电压额定值）；另一方面还要使系统的功率损耗（网损）达到最小。假设用户的自然功率因数角保持不变，则可近似认为：U2 =（0.951.05）ULDN+SL (2.1)由式（2.1）可知要维持用户端电压在允许的变化范围内，需按负荷视在功率SL对主变低压侧电压实行逆调压调整。在多用户时，可按式（2.2）分别计算出各用户对应的主变低压侧母线电压允许范围，再取它们的交集，即为U2应处的区域，由式（2.3）可得。U2i=(0.951.05)ULDN+SLi (i=1,2,n) (2.2)U2=U2i (2.3)由于变电站往往具有
21、多回出线（如单母分段接线的110kV变电站可有34回出线），各回路用户负荷的变化规律不同，因此只能按变电站总的负荷（综合负荷）变化情况进行逆调整。在满足主变低压侧母线电压U2要求的前提下，还需考虑使变电站高压侧系统（包括变电站）的网损达到最小。系统的功率损耗为（忽略变电站出线的损耗）： （2.4）由式（2.4）可知，只要使|QLQC|达到最小，就可使功率损耗最小。要达到上述目标，110kV变电站中常采用以下两种调节手段：一种是改变有载调压变压器（OLTC）的变比k（通过调节分接头即调档实现）对U2实现调节，但改变OLTC变比的调压手段本身并不会产生无功功率，它通过改变无功分布来实现调压，因此该
22、手段适合在系统无功电源供给充足但无功分布不合理而造成电压质量下降的情况。另一种是通过合理地投切集中装设在主变压器变电站低压侧母线（610kV）上的并联电容器组来改变QC，减小变电站无功负荷（减小| QLQC|），使高压网络传送的感性（或容性）无功功率减少，从而减少电压损耗和功率损耗，进而改善变电站的母线电压和功率因数。一般当系统无功电源供给不足（或过剩）时，应通过设切并联电容器组来改变无功分布实现调压，并使无功达到基本平衡及变电站的功率因数接近1，减小网损和电压损耗。图2.2给出了无功补偿电源调压过程的示意图。图2.2中，曲线1和曲线2的交点为a为额定电压下的无功平衡点，当无功负荷增加变为曲线
23、4时，若无功电源没有增加，则曲线1和曲线4的交点b为新的无功平衡点，但显然该点电压低于额定电压，这是由于无功电源供给不足而导致的结果。如果此时投入电容，使无功电源的电压特性曲线上移至曲线3，则曲线3和曲线4的交点c所确定的电压可恢复为（或接近）额定电压。图2.2 无功补偿电源调压过程示意图1、3无功电源的无功电压特性；2、4无功负荷的无功电压特性实际中通常的做法是综合运用上述两种调节手段，并采取一定的控制策略，使主变低压侧母线电压和高压侧无功功率（或功率因数）在规定的范围之内，即采用电压无功综合调节方式（VQC），这样才可获得较满意的控制效果。通常VQC中所讨论的电容器均为等容量电容器组，例如
24、某变电站有4组电容器组，每组电容器的容量为2400kVar。投切任何1组电容器所引起的电压变化量都不应超过2.5%1。2.2 变电站电压无功控制目标和模式变电站电压无功综合控制系统通常取主变低压侧母线电压U2和主变高压侧注入无功功率Q1（或主变高压侧功率因数PF1）作为电压、无功考察指标，具体的控制目标为：“保证电压质量合格，在无功基本平衡的前提下，尽量减少有载调压变压器分接头的调节次数和并联补偿电容器组的投切次数”。VQC的控制对象是有载调压变压器的分接头和并联电容器组的投切开关。由于变压器的分接头是一档一档进行调节的，并联电容器也是以组为单位进行投切的，因此只能使电压U2在一定范围内接近额
25、定值，无功功率Q1（或功率因数PF）在一定范围内接近0（或1）。2.2.1 VQC的控制目标（1）保证电压质量合格主变低压侧母线电压U2必须满足：ULU2UH（UH、UL是规定的母线电压上下限值），并尽量使负荷端电压偏差|ULDULDN|达到最小值。电力系统运行时由于负荷的随机变化和运行方式的改变，母线上的电压是经常变动的，因此允许各电压中枢点（监测点）的电压有一定的偏移范围，例如10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的7%。（2）维持无功基本平衡，使系统的功率损耗尽量减小为了保证电压合格，就必须保证系统无功分层平衡，使通过变压器的无功功率尽量的少，这是一个前提条件。从变电站电压无功综合
26、控制的角度，通常要求主变高压侧注入无功功率Q1必须满足：QLQ1QH，Q1越接近0越好，一般情况下应使流入变电站的无功功率大于0，即无功功率不倒送；或主变高压侧功率因数PF1必须满足；PFLPF1PFH，PF1越接近1越好（QH、QL、PFH、PFL分别是规定的无功功率上下限和功率因数上下限）。保持无功平衡，对保持电网稳定性，减少网损也是十分有益的。在保证电压合格的前提下，应使网损尽量小。有时候，为保证电压合格，常采用强行调节的措施，如当分接头调节达限或闭锁时，常采用强投、强切电容器组的措施来保证电压质量，以牺牲无功功率（功率因数）和网损的合格率为代价。需要说明的是，VQC也可取主变低压侧作为
27、无功考察点，甚至可以取变电站前端的供电线路进线端作为无功考察点。（3）尽量减少控制对象的动作次数，尤其是减少有载分接头的调节次数由于变压器在电网中的重要地位，应对其进行重点保护。在有载调节分接头时，由于会出现短时的匝间短路产生电弧，一方面会对分接头的机械和电气性能产生影响；另一方面也影响变压器油的性能。有关资料表明，有载调压变压器80%的故障是由于有载分接头所引起的，因此各变电站都严格限制了有载分接头的日最大调节次数（一般110kV变压器为10次，35kV变压器为20次）；并对总的动作次数作出了限制，一般要求分接头动作3000次后必须停电检修。变电站对电容器组的日最大投切次数也作出了限制（如3
28、0次）。因此，在控制策略上应尽量使控制对象的日动作次数越少越好，特别是减少分接头的调节次数。2.2.2 VQC的控制模式前已述及，变电站电压无功综合控制系统的无功指标既可以取主变高压侧母线无功功率，也可取主变高压侧母线功率因数，对应的VQC控制模式可分别称为“电压无功功率控制模式”和“电压功率因数控制模式”。现对这两种控制模式进行评价。（1）电压无功功率控制模式无功功率的特点：无功功率能真实反映无功出力的情况，可充分区分无功吸收和倒送两种状态；变压器重载运行时无功功率的数值波动较大，轻载运行时无功功率的数值波动较小；无功功率与全网无功优化的目标函数紧密关联。评价：这种控制模式的优点是，可避免变
29、压器轻载运行时电容器组频繁投切现象；对负荷波动较大的运行方式适应性强；无功功率是全网无功优化考虑的主要因素，便于实现实时的无功控制；无功功率控制与电容器无功补偿容量密切关联，控制简单方便，考虑了电容器容量级差大的问题，可有效避免电容器组的频繁投切现象。其缺点是变压器重载运行时无功功率波动较大，可能会增加电容器组的投切次数；与变电站的无功考核指标即功率因数无一一对应关系，控制限值输入复杂；控制原理复杂，实现较繁琐。（2）电压功率因数控制模式功率因数的特点：功率因数角仅是无功功率3个因素中的1个（Q=），不能直接反映无功功率的大小，在考虑到有功功率电压静态特性的情况下，功率因数与无功功率不存在一一
30、对应关系；变压器轻载运行时功率因数的数值波动交大，重载运行时功率因数的数值波动则较小；功率因数是变电站无功考核的指标。评价：这种控制模式的优点是，可避免变压器重载运行时电容器组频繁投切现象；与变电站无功优化指标一致，因此参数设定方便简单；控制原理简单，易于实现。缺点是变压器轻载运行时功率因数波动较大，容易造成电容器组的频繁投切；全网无功优化主要考虑无功功率，对电网实时电压无功波动大的场合，难以实现有效的无功优化控制；变电站电容器组数少，容量和容量级差较大，容易产生投切次数频繁，轻载时还容易过补偿。对于负荷波动较大、无功优化实时性要求高的场合，考虑电网的无功要求，选用电压无功功率控制方式较为合理
31、2。2.3 变电站基本控制规律VQC通过调节有载调压变压器分接头和投切电容器组来实现对变电站低压侧母线电压和高压侧无功功率（或功率因数）的调节，调档和投切电容对变电站电压和无功均会产生一定的影响，因此VQC是一个多参数、强耦合的复杂的非线性控制问题。鉴于各类变电站电压无功控制策略都是在调档和投切电容对变电站电压无功影响规律的基础上建立的，有必要对这些基本规律进行深入地探讨。现将图中变电站的各用户负荷用综合负荷表示，系统等值电路如图2.3所示。图2.3 变电站综合负荷系统等值电路图图中UG为无穷大电源电压，RL+jxL为变电站进线阻抗，P1+jQ1为进线上消耗功率RT+jxT为变压器参数，PLD
32、+jQLD为负荷，QC为投入电容器组电容。为方便讨论，将变压器组抗归算到进线上，可得到如图2.4的简化电路图：图2.4 变电站综合负荷系统等值电路简化图 式中R=RL+RT，X=XL+XT 。RT，XT均为变压器归算到高压侧参数。U2电压相量图如图2.5所示 图2.5 U2电压相量图可得： （2.5）式中，U2=，=分别称为至U2电压降落dU2的纵分量和横分量。设投入运行的并联电容器额定容量为QCN，额定电压为UCN，则电容器电纳BC为 BC= （2.6）故并联电容器实际发出的无功功率QC为QC=BCU22 （2.7）代入式（2.5）有：U2+j （2.8）+ (2.9)由式（2.9）即可解出
33、低压侧电压U2的值，显然其过程较繁锁，在工程上往往采用简化的方法求取U2。如图2.5所示，为维持系统的稳定性，正常运行时功角2一般很小，因此电压降落横分量较小，一般110kV及以下电网的电压降落横分量可忽略不计；又由于高压电网RSXS，故可忽略不计RS。因此，当系统正常运行时可认为：U2+ （2.10）可按式（2.10）求出U2的近似解。求得U2后，即可求取主变高压侧无功功率Q1和功率因数PF1。主变高压侧无功功率Q1和有功功率P1为： （2.11）因此 （2.12） （2.13）损耗的QT非常小，为便于讨论，忽略不计。功率因素COS= （2.14）2.3.1 变电站综合负荷取恒定功率模型即取
34、PLD+jQLD为常量，从上式来看，改变变比，对电压无功的影响如下当变比k增大，电压U2将下降；对电容器无功功率的影响，由式QC=BCU22，电压U2下降将导致无功功率Q C的下降；输入无功率Q1由式知将增大，功率因素COS将减小。当变比k减小，电压U2将上升；对电容器无功功率的影响，由式QC=BCU22，电压U2上升将导致无功功率Q C的上升；输入无功率Q1由式知将减小，功率因素COS将增大。改变电容器组投切的影响如下，投入电容器组，无功功率QC将增大，无功Q1减小，阻抗压降U减小，电压U2增大，功率因素COS增大。改变电容器组投切的影响如下，切除电容器组，无功功率QC将减小，无功Q1增大，
35、阻抗压降U增大，电压U2减小，功率因素COS减小。2.3.2 变电站综合负荷取恒定阻抗模型这种情况下，可将GLD与BLD视作常量，综合负荷可表示为SLD=GLDU22+jBLDU22，此时 （2.15）Q1=(BLDBC)U22 （2.16） （2.17）式中GLD、BLD为负荷端以及电容器导纳。调档的影响如下：上调档位，变比k增大，电压U2减小，无功功率Q1急剧下降，功率因素不变。下调档位，变比k减小，电压U2增大，无功功率Q1急剧上升，功率因素不变。投切电容器组的影响如下投入电容器组，U2升高，Q1减小，功率因素增大。切除电容器组，U2降低，Q1增大，功率因素减小。将以上所总结的规律归结如
36、表2.1所示。表2.1 变电站电压无功基本控制规律 负荷模型控制手段恒定功率恒定阻抗调档当变比k增大，电压U2将下降；对电容器无功功率的影响如下，由式QC=BCU22，电压U2下降将导致无功功率Q C的下降；输入无功率Q1由式知将增大，功率因素COS将减小。上调档位，变比k增大，电压U2减小，无功功率Q1急剧下降，功率因素不变。投切电容投入电容器组，无功功率QC将增大，无功Q1减小，阻抗压降U减小，电压U2增大，功率因素COS增大。投入电容器组，U2升高，Q1减小，功率因素增大。下图分别描述了VQC所采用的调档和投切电容对变电站电压无功的影响规律示意图。图2.6 OLTC调档对变电站电压无功的
37、影响规律示意图(a)恒定功率负荷模型；(b)恒定阻抗负荷模型图2.7 投切电容对变电站电压无功的影响规律示意图2.4 九区图控制策略控制策略（或称控制方案、控制规则、控制原则）是变电站VQC调节的基本准则。变电站电压无功综合控制系统是一个复杂的双参数调节系统，因此合理的控制策略是VQC实际投用的基本要求之一。由于变电站可看作是电力系统的一个元件，其电压水平和无功流动与系统是相互影响的，因此在控制策略上VQC除必须满足变电站调节电压和平衡无功的要求，同时还要尽量减小有载调压变压器分接头和电容器组的动作次数，另外还需服从系统运行的需要。为实现VQC的控制目标，早期的VQC装置都采用基于九区图的控制
38、策略，控制装置根据电压、无功、时间、负荷率、开关信息、OLTC分接头档位和电容器组投切开关状态等多因素进行综合判断，根据实时数据判断当前的运行区域，再按照一定的控制策略，闭环地控制站内并联电容器组的投切以及有载调压变压器分接头的调节，以最优的控制顺序和最少的动作次数使运行点进入到正常工作区（目标区域），使电压合格而无功功率尽量接近于0（功率因数尽量接近于1）3。 图2.8 九区图2.4.1 九区图的基本原理九区图控制策略是按照固定的电压和无功功率（或功率因数）上下限将电压无功平面划分为9个区域。请参见图2.8所示，U取主变低压侧母线电压U2，Q取主变高压侧母线无功功率Q1，构成电压无功功率控制
39、模式，也可取主变高压侧母线功率因数PF1代替Q1，构成电压功率因数控制模式。无功功率越下限（或功率因数超前越上限）表示无功过剩，变电站向电网倒送无功（一般不允许倒送）；无功功率越上限（或功率因数滞后越下限）表示无功不足。为防止电容投切振荡，无功上下限之差应至少为投切1组电容器所引起的无功最大变化量。一般取无功功率下限不大于0（功率因数上限不小于1）。九区图中电压、无功功率以及功率因数上下限可分别用UH、UL、QH、QL、PFH、PFL表示。电压功率因数控制模式下，超前的功率因数一律按加2处理。根据VQC的调控要求，应将受控母线（即主变低压侧母线）电压控制在规定的电压上下限之间，确保电压合格；同
40、时尽量将无功功率（或功率因数）控制在规定的无功功率（或功率因数）上下限之间；若不能使电压、无功功率（或功率因数）同时满要求，则优先保证电压合格。九区图各区域具体的控制策略如下。9区：电区、无功均合格，为不动作区（正常工作区），是VQC控制的目标区域。1区：电压越上限，无功功率（功率因数）合格，先升档降压至电压合格；若分接头档位已上调至最高档，而电压仍高于上限，则强行切除部分并联电容器组（强切电容）。2区：电压越上限，无功功率越上限（功率因数越下限），先升档降压至电压合格；若分接头档位已上调至最高档，而电压仍记于上限，则强切电容。3区：电压正常，无功功率越上限（功率因数越下限），投入并联电容器组
41、；若无电容器组可投，则维持。4区：电压越下限，无功功率越上限（功率因数越下限），先投入并联电容器组使无功功率（功率因数）合格；若无电容可投或电容器组投完后而电压仍低于下限，则再降档升压至电压合格。5区：电压越下限，无功功率（功率因数）合格，降档升压至电压合格；若分接头档位已调至最低档，而电压仍低于下限，则强行投入新并联电容器组（强投电容）。6区：电压越下限，无功功率越下限（功率因数越上限），降档升压至电压合格；若分接头档位已调至最低档，而电压仍低于下限，则强投电容。7区：电压合格，无功功率越下限（功率因数越上限），切除并联电容器组；若无电容器组可切，则维持。8区：电压越上限，无功功率越下限（功
42、率因数越上限），先切除并联电容器组；若无电容可切或电容器组切完后而电压仍高于上限，则再升档降压至电压合格。九区图的电压、无功上下限一般在某个负荷时段取固定值（可将1天分为12、24或48个负荷时段分别整定上下限值），并按逆调压原则自动调整电压下限值。变电站负荷越大、电压下限值越高，即在高峰负荷时适当提高运行电压，将电压下限值提高；同理，在低谷负荷时候适当降低运行电压，将电压下限值降低。图2.2给出了九区图各区域的控制策略示意图。图2.9 九区图各区域的控制策略示意图九区图控制策略不区分变电站负荷的电压静态特性，对恒定功率负荷和恒定阻抗负荷是通用的。基于九区图策略的VQC在一定程度上提高了主变低
43、压侧母线电压的合格率，实现了无功就地基本平衡，改善了变电站的功率因数和减少了电网的功率损耗，在一定程度上能够满足变电站的运行要求4。2.4.2 九区图控制策略的不合理动作 九区图控制策略存在不合理动作，如图2.10所示。图2.10 九区图不合理动作示意图（a）恒定阻抗负荷模型（b）恒定功率负荷模型（c）振荡动作示意图 针对图2.10（c）中a点和b点对VQC控制的结果可能会产生振荡动作的情况，很多VQC装置在九区图中增加了2个防振小区，如南瑞继保的RCS9656电压无功综合调节装置。如图2.11所示，改进九区图在九区图原先的3区中增加30防振小区、在原先的7区中增加70防振小区。防振小区的设置
44、原则是：当运行点落于现在的3区（或7区）中时，投入1组电容（或切除1组电容）都不会使运行越电压上限（或电压下限）。因此，防振小区的电压宽度应取投切1组电容所引导的电压最大变化量Uq max，即UHB=UHUq max，ULB=UL+Uq max。图2.11 增加2个防振小区的改进九区图当运行点位于30（或70）小区中时，一般VQC厂家给出的控制策略为：30小区维持（不动作）或升档降压；70小区维持或降档升压。选择维持策略的目的是等待运行点出防振小区，虽牺牲了无功指标却保证了电压合格，并避免了振荡动作现象。当运行点落于30小区时，电压正常偏高；落于70小区时，电压正常偏低。在这两个小区选择调档策
45、略，VQC厂家的本意是一方面是使电压变为正常（适中）；另一方面也为改善无功，然而在大多数时候改善无功是不可能实现的5。在30小区升档降压，对于电压无功功率控制模式，在恒定阻抗负荷模型下，升档使感性无功功率数值减小，无功得到了改善，运行点有可能进入9区，但更多的时候是进入3区，从而在3区的策略控制之下投电容进入9区；在恒定功率负荷模型下，升档总是使感性无功功率数值增大，无功恶化，运行点只可能进入3区。对于电压功率因数控制模型，在恒定阻抗负荷模型下，升档不能改变功率因数大小，因此运行点只能进入3区；在恒定功率负荷模型下，升档使功率因数减小，无功恶化，运行点也只能进入3区。在70小区降档升压，对于电压一无功功率控制模式，当无功功率下限不大于0时，不管是恒定阻抗还是恒定功率负荷模型，降档总是使容性无功功率增大，无功恶化，运行点不可能直接进入9区，而是进入7区后再切电容进入9区。对于电压一功率因数控制模式，在恒定阻抗负荷阻抗负荷模型下，降档不能改变功率因数大小，因此运行点进入7区；在恒定功率负荷模型下，降档使功率因数增大，无功恶化，运行点也进入7区。由上述分析可知：在30（或70）小区升档降压（或降档升压），在绝大多数进修会导致分接头和电容器组的连锁动作，增加了受
