关键词：电力系统；无功补偿；电压稳定性
电压是电能质量的重要指标之一，而无功补偿是控制电力系统电压稳定性的有效手段。随着电力系统的快速发展，电力系统的电压稳定性问题已成为制约电力系统安全运行的重要因素之一。因此，对电力系统电压稳定性进行研究，对保证电网安全稳定运行具有重要的指导意义。
一、电压稳定性
电压稳定性是电力系统在额定运行条件下和遭受扰动后，系统中所有母线都持续保持可接受电压的能力。当有扰动如增加负荷或改变系统条件而造成渐进的、不可控制的电压降落，则系统进入电压不稳定状态。对整个系统来说，电压不稳定是一种局部现象，然而局部电压不稳定会引起连锁反应，导致整个系统发生电压崩溃。
二、电力系统中的无功补偿
无功补偿是对无功功率补偿的简称，能有效提高电网的功率因数，降低供电变压器和输电线路的损耗、提高供电效率、改善供电环境，无功补偿装置在电力系统中不可或缺。
1、集中补偿。集中补偿包括并联电容器、同步调相机和静止补偿器等，一般与10kV母线相连接，以实现对主变压器空载无功消耗和输电线路无功功率损耗的集中补偿。集中补偿的优点在于管理简单、维护方便，是当前电力系统中广泛应用的无功补偿方式。
2、随线补偿。随线补偿是指在高压配电线路上分散安装相应的并联电容器，对配电线路中的无功功率进行补偿，能起到提高配网功率因数、降损和升压的效果，适用于功率因数低、负荷重和公变多的长配单线路。其优势体现在投资小、回收快和补偿率高等方面，但随线补偿的保护装置配置较难，维护和管理中存在很大的问题，且受到安装环境等因素的限制，在配网中的应用较少。
3、低压补偿
1)低压集中补偿。低压集中补偿是指将无功补偿自动投切装置作为控制保护装置，在低压母线上并联电容器组，以实现对变压器和低压配电线路无功损耗的补偿。低压集中补偿在用户专变和农村电网中应用广泛，但在公用变压器中，受管理和维护问题的制约，容易形成安全隐患，难以有效利用。
2)低压分散补偿。低压分散补偿是指在无功负荷较密集的低压线路上安装电容器，以对线路本身和用电设备消耗的无功功率进行补偿。它在改善电压质量、提升配网供电能力和节能降耗方面有着明显的优势，不过受低压负荷分布分散性和随机性特征的影响，补偿位置和容量的选择较困难，且电容器在轻载时会闲置，影响了设备的利用率。
4、动态补偿。动态无功补偿是一种提升电压稳定性的有效措施，同时，也是实现配网安全、稳定运行的客观需求，在电力系统中发挥着重要的作用。动态无功补偿的功能主要体现在：可提升系统潮流可控性，提高配电线路的运行效率；可提升电力系统的静态稳定性和暂态稳定性；可改善配网系统的静态和动态品质；可改善配网功率因数、降低网损；可改善直流输电系统的性能等。
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三、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。理论上，无功分布可达到最优，但实际上，一个复杂庞大的电力系统几乎不可能在线实现最优控制。最主要的瓶颈在于优化计算的数据基础--状态估计(SE)结果的正确性、可靠性无法满足实时控制的要求。这也是至今还未成功将全局潮流优化(OPF)结果直接用于实时控制的重要原因。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。通常，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。
四、研究现状及发展方向
1、研究现状。目前，我国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。
当前，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，其原因在于：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。近年来，重大电网事故都是由于无功电压问题致使电网瘫痪，因此无功电压自动控制技术越来越被引起重视。
2、发展方向。电力系统是一个复杂的动态关联系统，其潮流是动态变化并相互关联的。变电站内变压器分接开关在某个范围内的调整将影响无功功率的交换，进而影响电网无功潮流的分布和节点电压的变化。单个变电站独立实行无功电压控制，存在局部优化但影响全局的弊端。
要解决上述弊端，必须考虑全局的优化，将各个变电站点采集的无功电压数据和控制结果送至调度中心或集控站的主机，依据实时的潮流进行状态估计，确定各个变电站节点电压和无功要求，对全网的无功电压进行分层分区综合调整。
基于调度系统或集控站的区域集中控制模式是维护系统电压正常，实现无功优化综合控制，提高系统运行可靠性和经济性的最佳方案。但大量信息输入调度中心计算机，必然会造成无功电压控制软件复杂化和控制的实时性变差，因此分层分区和分散就地的关联控制已成为全网无功电压控制的发展方向。
分层分区和分散就地的关联控制优点在于：系统正常运行时，各变电站的电压无功控制装置或软件自动执行电压无功调控，实现功能分散、责任分散、危险分散；紧急情况下调度中心执行应急程序，闭锁下级调度或集控站及各变电站的自动调控功能，由调度中心直接控制或下达电压无功系统参数至枢纽变电站，保证全网系统运行的安全性和经济性。为达到分层分区和分散就地的关联控制的目的，要求各变电站需装设执行分散就地控制任务的装置或软件(VQC装置或软件)，并且应具有对受控变电站状态的分析、判别和控制功能，以及较强的通信能力和手段。由于此类分散就地控制装置或软件能根据变电站不同的运行方式和工况选择最优的局部调控策略，可自动判别运行方式和计算投切电容器，以及调节分接头可能发生变化的配合问题。因此，分层分区和分散就地的关联控制兼顾了全局优化和局部优化的问题。
五、结语
总之，电网无功平衡是保证电压稳定的基本条件，由于电力系统中无功功率的发、供、用呈现强烈的分散性，因而无功功率只有在分层、分区，分散合理平衡的基础上，才能实现电网电压的合理分布和维持电网的稳定运行。
参考文献：
[1]催丽.电网的无功功率补偿[J].农村电气化，2014(10).
[2]孙德俭.电力系统电压稳定研究[J].电网技术，2014(09).
[3]曾纪添.电力系统无功补偿及电压稳定性研究综述[J].南方电网技术，2015(01).
论文作者:常伟伟
论文发表刊物:《中国电业》2019年第12期下
论文发表时间:2019/11/29
标签：电压论文; 电力系统论文; 电网论文; 稳定性论文; 分散论文; 系统论文; 变电站论文; 《中国电业》2019年第12期下论文;