电压无功调整一.doc

专题：电力系统的电压无功调整
中华人民共和国能源部部标准
SD 325-89
电力系统电压和无功电力技术导则(试行)
中华人民共和国能源部1989-03-20 发布 1989-08-01 实施
1 总则
1.1 电压是电能质量的重要指标。电压质量对电力系统的安全与经济运行，对保证用户安全
生产和产品质量以及电器设备的安全与寿命，有重要的影响。本导则规定了电力系统各级母
线和用户受电端电压的允许偏差值以及电压与无功调整的技术措施。
1.2 电力系统的无功补偿与无功平衡，是保证电压质量的基本条件。有效的电压控制和合理
的无功补偿，不仅能保证电压质量，而且提高了电力系统运行的稳定性和安全性，充分发挥
了经济效益。
1.3 电力系统各部门(包括自备电厂和用电单位)在进行规划、设计、基建、运行及用电管理
等方面的工作时，应遵守本导则。
2 名词、术语
2.1 系统额定电压
电力系统各级电压网络的标称电压值。
系统额定电压值是：220V、380V、3kV、6kV、10kV、35kV、63kV、110kV、220kV、330kV、
500kV。
其中，220V 为单相交流值，其余均为三相交流值。

电压质量是电力系统电能质量的重要指标之一，在诸多电能质量问题中，电压波动过大造成的危害最为广泛：不但直接影响电气设备的性能，还将给系统的稳定、安全运行带来困难，甚至引起系统电压崩溃，造成大面积停电，如1977年的纽约大停电被确认是由无功问题引发的；1987 年7 月的东京大停电也被认为是由夏季用电高峰期间的无功缺乏和电压崩溃引起的。
电压损耗的公式：
如果无功功率从电源端经线路和变压器向负荷端输送，就会在所经环节中产生电压损耗，高压线路和变压器的电压损耗主要取决于通过的无功功率；输送的距离越远，中间环节越多，引起的电压降也就越大，负荷端的电压也就越低。合理的无功分布既可保证网络的电压质量又可降低网络的有功损耗。
随着电网结构的日趋复杂和电压等级的不断升高，电压无功的调节仅仅依靠发电机的自动电压无功调节器远远不够，必须增强电网本身的调控能力。作为联系电网和用户的变电站来说，保证变电站用户端的电压水平接近额定值和无功就地平衡，对提高全网电压质量有着现实的重要意义。
系统的电压水平与无功功率状况密切相关，无功功率的不足或过大都将引起系统电压的下降或上升。电压无功综合控制对提高电压质量，保证电力系统安全、可靠和经济运行都具有重要的意义。变电站电压无功综合自动控制可较好地实现对电压无功的控制。
所谓无功优化,就是当系统的结构参数及负荷情况给定时，通过对某些控制变量的优化，找到在满足所有指定约束条件的前提下，使系统的某一个或多个性能指标达到最优时的无功调节手段。电力系统发展规划中无功的优化规划是确定新增无功补偿设备的最佳位置、容量、类型及投入时间；电力系统运行规划中无功的优化规划是确定现有无功电源和设施的最佳运行方式，保证无功的合理分布和系统的电压质量。
从宏观上讲，目前的无功优化可分为两大类：一类是变电站电压无功综合控制（Voltage and Reactive Power Control，VQC），它是利用有载调压变压器和并联补偿电容器进行局部的电压及无功补偿的自动调节，以保证负荷侧母线电压在规定范围内，及进线功率因数尽可能接近1；另一类是全网无功优化，考虑全网范围内所有无功电压控制设备以全网网损最小为目标函数进行定量的优化调度。
对变电站电压无功控制的研究主要也有两个方面，即离线优化和实时监控。
离线优化是运用人工智能或计算机在变电站一次侧电压和二次侧有功和无功负荷预测基础上进行离线优化计算，得到第二天的调节方案，由调度下发给各个变电站。
实时监控是通过对变电站主变高压侧无功功率和目标侧（中压侧或低压侧）母线的电压不断采样，一旦发现母线电压或无功功率超越限值就根据一定的规则调节有载调压变压器分接头和投切并联电容器组，将电压和无功控制在各自允许范围之内。
通过无功优化可以实现无功功率的优化调度，改善系统的电压质量和电网稳定性，减少电能传输损耗，降低运行成本和提高稳定运行水平，保证有较宽的运行裕度。

变电站电压无功的控制策略

一、 变电站电压无功综合控制的意义

随着电网结构的日趋复杂和电压等级的不断升高，电压无功的调节仅仅依靠发电机的自动电压无功调节器远远不够，必须增强电网本身的调控能力。作为联系电网和用户的变电站来说，保证变电站用户端的电压水平接近额定值和无功就地平衡，对提高全网电压质量有着现实的重要意义。
目前我国的许多变电站中装设了用于电压无功调节的有载调压变压器和并联补偿电容器组。有载调压变压器可以在带负荷的情况下切换分接头，且调节范围较大，一般在15%以上，它是多电压级网络中进行电压控制和控制无功功率流动的重要手段，也是降低网络有功和无功功率损耗的重要途径之一。当系统重载时，可以调节变压器分接头使网络电压水平偏高，但并不超过电压允许范围，这样可以减少网络中无功功率的需求量，同时增大并联电容和线路充电电容的作用；当系统发生轻载时，通过调节变压器分接头使网络电压偏低些，以减少线路充电功率。各变电站可以通过调节有载调压变压器来控制系统在每天、每小时或每分钟的电压变化使其符合要求。
并联补偿电容器组通常安装在变压器的低压侧，其一方面可改善系统的功率因素，降低电网中的电能损耗，提高系统的经济性，另一方面可以调整系统电压，维持负荷点的电压水平，提高供电质量。
但是，过度频繁的调节有载分接开关和投切并联补偿电容器组会引起变压器和开关设备故障。据统计，有载调压变压器约有80%的故障是由有载分接开关的不正确动作引起的。因此，各变电站对有载调压变压器和并联电容器组的日调节次数有严格的限制。
变电站电压无功综合控制的目标是通过调节有载调压变压器的分接头位置或投切并联补偿电容器组来确保变压器二次侧电压合格和进线侧无功基本平衡，并尽量减少变压器有载分接开关的日调节次数和并联补偿电容器组的日投切次数。
综上所述，可知研究变电站电压无功综合控制对提高电压质量、保证系统安全、可靠和经济运行都具有重要的意义。

二、 电压无功控制的现状

对变电站电压无功综合控制的研究始于20世纪80年代中期，经过十多年的发展，现己达到一定的水平；概括起来，对电压无功综合控制的研究主要涉及数学模型、调节判据、控制方式、控制策略和具体实现五个方面的内容，下面分别加以阐述。
1、数学模型
目前主要采用连续模型和离散模型，连续模型较为简单，求解容易，但误差较大，而离散模型更符合实际，误差较小，精度高。
2、调节判据
电压无功综合控制的调节判据到目前为止大致包括以下七个阶段或方式：
⑴ 按功率因数控制；
⑵ 按电压控制；
⑶ 按电压综合控制有载分接开关和电容器组；
⑷ 按电压功率因数复合控制；
⑸ 按电压时间复合控制；
⑹ 按电压无功综合控制；
⑺ 与电压关联的无功边界的调节判据。
其中，与电压关联的无功边界的调节判据由于考虑了电压对无功边界的影响，因此与其它调节判据相比，能达到更佳的控制效果。
3、控制方式
目前电力系统对电压无功的控制有分散控制、基于数值优化计算的集中控制、分级电压无功控制三种方式，这三种控制方式各有特色。
(1) 分散控制
分散控制方式是以变电站为中心，通过调节有载变压器分接头档位，控制无功补偿设备的工作状态，维持受控母线电压和从电网吸收的无功功率在规定的范围内。但这种控制方式只能实现局部优化，保证受控母线电压合格，不能实现全系统的最优控制以达到全网功率损耗最小的目的；同时，VQC装置的调节控制是基于给定的电压无功上下限，如果上下限值给定不合理，无论调节措施多么完美，都不可能得到合理的控制。
(2)基于数值优化计算的集中控制
集中控制是通过调度中心对各个调压设备和无功可控设备实施电压无功综合在线控制，在满足负荷需求和保证系统电能质量的条件下使系统网络损耗最小。
由于国内或同一地区的变电站自动化水平层次不一，实现全系统的电压无功集中优化控制有相当大的难度。集中控制是通过调度中心对各个调压设备和无功可控设备实施电压无功综合在线控制，在满足负荷需求和保证系统电能质量的条件下使系统网络损耗最小。理论上讲，这种控制方式是保证系统电压正常，提高系统运行的安全性和经济性的最佳方式，被认为是电力系统调度控制发展的最高阶段。
实现集中控制方式的前提是地区电网必须具有完善的五遥功能（遥测、遥信、遥调、遥控、遥视）、高可靠性的通信通道及智能执行单元，其核心是电网电压无功离散优化的在线有效算法和软件。在国外，法国电力公司（EDF），美国的南加利福尼亚爱迪生公司（Southern California Edison Company）和北电网公司（Northern States Power Company）已开展全局电压无功集中控制的研究工作。在国内的一些地区电网中，所实现的电压无功集中控制基本上是运行人员通过RTU执行机构所进行的远方操作。但这种集中控制方式的功能全部集中在运行中心，不仅对通信通道的可靠性要求非常高，而且使得全局优化计算及其控制策略复杂。随着系统规模的扩大，复杂性还会显著增加。由于功能过分集中，既会增加控制系统的复杂性，也会影响控制系统整体的可靠性。从国内变电站自动化水平层次不一这一情况来看，实现全系统的电压无功集中优化控制有相当大的难度。
(3)分级电压无功控制
这种方法将电力系统的无功功率和电压自动控制按空间和时间从功能上分成三个不同的层次，即一级、二级和三级，每一级都有其独立的控制目标，同时，低级控制系统也可以根据上级控制系统的要求调整自己的控制目标。分级电压控制思想可以把一个较大规模的电力系统分割成多个子区域，只需分别对各个子区域进行电压无功优化控制就能实现对整个电力系统的电压无功优化控制。目前分级电压控制研究还在初级阶段，没有形成系统的分析和设计方法，实用化的研究也有待进一步加强。

4、控制策略
一个控制系统所采用的控制策略是其控制性能好坏的最关键因素，目前应用于变电站电压无功综合控制的方法主要有：基于负荷功率因数的控制、基于母线一次电压的控制、基于电压和功率因数的复合控制、基于电压时间的复合控制、基于“九区图”的综合控制、基于“五区图”的综合控制、基于模糊逻辑的电压控制、基于人工神经网络的电压无功控制等。

三、 电力系统的无功功率平衡
电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡,系统中各种无功电源的无功功率输出应该能够满足系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求，否则电压就会偏离额定值。
电力系统无功功率平衡的要求是:系统中的无功电源可能发出的无功功率应该大于或至少等于负荷所需要的无功功率和网络中的无功损耗。为了保证运行的可靠性和适应无功负荷的增长，系统还必须配置一定的无功备用容量。令为电源供应的无功功率之和，为无功负荷之和，为网络无功功率损耗之和，为无功功率备用，则系统中无功功率的平衡关系式为：

系统无功电源的总出力包括发电机的无功功率和各种无功补偿设备的无功功率，即

总无功负荷按负荷的有功功率和功率因数计算。网络的总无功功率损耗包括变压器的无功损耗，线路电抗的无功损耗和线路电纳的无功功率，即

四、 电压调整的基本概念

1、 允许电压偏移

系统运行中各节点电压不可能在任何时刻都保持为额定值，而且实际上大多数用电设备在稍许偏离额定值的电压下运行仍有良好的性能，所以允许各节点电压在一定范围内变化是可以也是必要的。
我们用电力系统的静态电压特性来说明允许节点电压在一定范围内变化的合理性。图中所示是等值发电机的电压特性和负载静态特性。我们用此来分析系统枢纽点电压变化的后果。图中是表示等值发电机输出无功特性，是表示负载吸收无功特性。

图1 无功平衡稳定点
Fig. 1 Stable point of reactive balance
单纯从无功平衡概念出发，a, b两点都是稳定运行点，但实际负载是变化的，当产生任何小扰动时，系统若有回到该点的能力，则该点是稳定的。如在a点运行，当扰动使引起(无功不足)，将使降低，回到，即回到a点。同样，当扰动使引起(无功过剩)又使上升，回到，即回到a点，这说明a点是稳定点。若运行在b点情况则相反，当扰动使, (无功过剩)，使电压升高，离开原来b点逐步摆到a点而稳定下来。当扰动使, (无功不足)导致电压进一步下降，形成正反馈，导致“电压崩溃”使系统瓦解。正常时，系统运行于交点a处。
由图1可得出电压的稳定判据是。当电压在附近很小的范围波动时，总有，也就是系统总有回到a点的趋势。这说明，允许电压在一定范围内变化是合理的。目前，我国规定的在正常运行情况下供电电压的允许偏差如下：35kV及以上供电电压正、负偏移的绝对值之和不超过额定电压的10%，如供电电压上下限偏移同号时，按较大的偏移绝对值作为衡量依据；l0kV及以下三相供电电压允许偏移为额定电压的+7%和-7%； 220V单相供电电压允许偏移为额定电压的+7%和-10%。

2、 中枢点的电压管理

电力系统调压的目的是保证系统中各负荷点的电压在允许的偏移范围内。但是由于负荷点数目众多又分散，可能也没有必要对每一个负荷点的电压进行监视和调整。系统中的负荷点总是通过一些主要的供电点供应电力的，例如:(1)区域性水，火电厂的高压母线；(2)枢纽变电站的二次母线；(3)有大量地方负荷的发电机电压母线。这些供电点称为中枢点。
中枢点调压方式一般分为三类：逆调压，顺调压和常调压。各个负荷点都允许电压有一定的偏移，计及由中枢点到负荷点的馈电线上的电压损耗，便可确定每个负荷点对中枢点电压的要求。如果能找到中枢点电压的一个允许变化范围，使得由该中枢点供电点的所有负荷点的调压要求都能同时满足，那么只要控制中枢点的电压在这个变化范围内就可以了。
对于向多个负荷点供电的中枢点，其电压允许变化范围可按两种极端情况：在地区负荷最大时，电压最低的负荷点的允许电压下限加上到中枢点的电压损耗等于中枢点的最低电压；在地区负荷最小时，电压最高负荷点的允许电压上限加上到中枢点的电压损耗等于中枢点的最高电压。当中枢点的电压能够满足这两个负荷点的要求时，其他各点的电压基本上都能够满足。
如果由同一中枢点供电的各用户负荷的变化规律差别很大，调压要求也不相同，就可能在某些时间段，各用户的电压质量要求反映到中枢点的电压允许变化范围没有公共部分。在这种情况下，仅靠控制中枢点的电压并不能够保证所有负荷点的电压偏移都在允许范围内。因此，为了满足各负荷点的调压要求，还必须在某些负荷点增设必要的调压设备。
上述讨论反映了电压具有局部性和地域性特征，因而在各级变电站装设电压无功控制装置就显得很有必要了。
3、电压调整的复杂性

正常运行的电力系统各部分基本上有相同的频率，而且以控制有功功率来调节频率具有全局性作用。相比之下，即使在正常情况下系统各节点的电压也由于受潮流分布的影响而各不相同。电压和无功关系十分密切，而且以控制无功功率来调整电压只有局部性作用，因而对于复杂的大型电力系统，电压和无功功率的控制问题是一个十分复杂和困难的问题。
对于变电站来说，电压控制的困难来自于电压和无功的相互影响。在高压输电线路中，电抗要比电阻大得多，作为极端的情况，令,可得：

式中表示输电线路两端的电压差，表示输电线路的电抗，表示通过输电线路的无功功率，表示输电线路的始端电压。
此式说明，在纯电抗元件中，电压的落差是因传送无功功率而产生的，感性无功功率从电压较高的一端流向电压较低的一端。从另一个观点来看，如果网络中一个节点缺乏无功而不能自行补偿时，就必须由联接它的其它线路来补偿，因此这点的电压就必须降低。反过来，如果这点产生无功过剩，那么它的电压就将升高。网络节点电压和线路中流过的无功功率的关系决定了电压控制的复杂性。只有在充分考虑到无功功率平衡问题的前提下，对电压的调节才是有效可靠的。
电力系统中，无功消耗(即无功负荷+无功损耗)任何时刻都等于系统中所有无功电源产生的无功。从改善电压质量和降低网损考虑，应该尽量避免通过电网元件大量地传送无功功率。因此，仅从系统的角度进行无功功率平衡是不够的，更重要的是还应该分地区分电压级的进行无功功率的平衡。有时候，某一地区无功功率电源有富余，另一地区则存在缺额，调余补缺往往是不适宜的，这时就应该分别进行处理。电力系统电压和无功电力技术导则中规定：330～500kV 电网，应按无功电力分层就地平衡的基本要求配置高、低压并联电抗器，以补偿超高压线路的充电功率。一般情况下，高、低压并联电抗器的总容量不宜低于线路充电功率的90%。220kV 及以下电网的无功电源安装总容量，应大于电网最大自然无功负荷，一般可按最大自然无功负荷的1.15 倍计算。在一些变电站配置了可投切的并联电容器来达到各地区各电压级的无功功率平衡。当变电站无功负荷增加时，投入并联电容器，当变电站无功负荷减少时，切除并联电容器。
图2是无功功率的静态电压特性图：

图2 无功平衡与电压水平的关系
Fig 2 Relation of reactive power and voltage level

图中和对应着两种电压水平；和分别为与和对应的无功功率需供给量； 表示配电网的无功负荷和无功损耗。
从图2无功功率平衡与电压水平的关系可以看出：要维持一定的电压水平，必然要求无功功率达到相应的无功平衡，无功平衡是保证电压质量的基本条件，当配电网中某节点的电压要求较高时，在无功功率不足的情况下，要维持较高的电压水平是不可能的，这时就必须投入电容器进行无功补偿，来提高节点的电压质量；当配电网中某节点的电压要求较低时，将不能充分利用配电网中的可投切电容器，不利于配电网的稳定与经济运行，因此对不同的电压水平会有不同的电容器补偿方案。
由于无功和电压的紧密关系，单独调节网络节点的电压或无功是不一定有效的。当系统的无功功率比较充裕时，变电站的调压问题可以通过调整变压器分接头来解决,但是在系统无功不足时，不宜采用调整变压器分接头调压来解决无功缺乏的问题。因为当某一地区的电压由于变压器分接头的改变而升高后，该地区所需要的无功功率也增大了。这就可能扩大无功缺陷，使电压调节效果不明显，同时也使整个系统的电压水平受到影响。同样，不管电压直接调节无功也是不行的。调节无功时会使电压发生变化，有可能使电压不满足要求。由此可见，电压无功控制的特点就是必须综合考虑电压和无功，综合调节。一般变电站都采用调整变压器分接头，投切电容器组来调节无功。如何使这两种相互影响的调节方式配合好，并且通过计算机控制使调节动作及时，准确，就是变电站电压无功控制装置设计中应解决的关键问题。

4、有载分接头调整和电容器投切对高压侧电压的影响

假设远方大系统电源电压不变，有载调压变压器低压侧用户负荷需从远方大系统吸取一定无功功率。
(1)当有载调压变压器低压侧电压低于下限时，分接头上调，低压侧电压上升，低压侧所带用户负荷所需无功增加，从远方大系统经输电线路和有载调压变压器输送到用户负荷的无功增加，相应输电线路上的无功电流变大，则在输电线路上的电压损耗会上升，相应有载调压变压器高压侧电压会下降。反之，当下调有载调压变压器分接头，低压侧电压下降，低压侧所带用户负荷所需无功减少，则从远方大系统获取无功减少，相应输电线路上的无功电流变小，其电压损耗下降，故有载调压变压器高压侧电压会相应上升。
(2)当有载调压变压器低压侧出现无功缺额时，投入电容器，低压侧电压上升，但从远方大系统经输电线路和有载调压变压器输送到用户负荷的无功减少，相应输电线路上的无功电流变小，则在输电线路上的电压损耗会下降，有载调压变压器高压侧电压会上升。这正好印证了有载调压变压器低压侧投入电容器,低压侧电压上升, 因变比没有改变,高压侧电压也相应上升的现象。

五、 变电站电压无功控制的目标

变电站电压无功综合控制的目标是在保证电压(变压器二次侧电压)合格，无功(变压器进线侧无功功率)基本平衡的前提下尽量减少有载调压变压器的有载分接开关和并联补偿电容器组的调节次数。具体地说，有以下四个方面的内容：
(1) 维持供电电压在规定的范围内
根据GB12325-90《电能质量和供电电压允许偏差》中的规定，各级供电母线的允许波动范围，以额定电压为基准规定如下：35kV及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%；10kV及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的土7%； 220V单相供电电压允许偏差为额定电压的+7%，-10%。
(2) 保持电力系统稳定和合适的无功平衡
对主输电网络，应实现无功分层平衡的原则。对于地区供电网络，应实现无功分区就地平衡的原则，才能保证各级供电母线电压，包括用户入口电压在规定的范围内，具体要求如下:220KV及以下等级的变电所在负荷最大时由电网供给的无功功率与有功功率的比值，220kV为0～0.33, 35-110kV为0～0.48，对l0kV配电线路上的并联电容器在负荷最小时不应向变电所倒送无功功率。
(3) 保证电压合格的前提下电能损失最小
为了达到以上目标，必须增强对无功电压的调控能力，充分利用现有的无功调压设备(调相机、静止补偿器、补偿电容器、电抗器、有载调压变压器等)的作用，对它们进行合理的优化调控。
(4) 尽量减小变压器有载分接开关和并联电容器组的日调节次数
因为各变电站对有载调压变压器的日调节次数和并联补偿电容器组的日投切次数均有严格的限制，因此需寻求一种最佳的综合控制方式，在提高电压合格率、优化无功补偿效果的情况下能减少变压器分接开关的日调节次数和并联补偿电容器组的日投切次数。

六、 变电站电压无功控制的基本原理

目前我国大多数变电站所装设的调压设备是有载调压变压器和并联电容器，虽然调节变压器分接头和投切电容器都具有调压功能，但二者的工作原理和作用效果却有所不同。
变电站无功就地补偿是指以变电站为中心，通过调节无功设备，维持该点的电压和无功功率(或功率因数)在允许的范围内。

(1)调节有载变压器的变比：
由于为可控变量，当负荷增大，降低以提高，从而提高来补偿线路上的电压损耗，反之亦然。
(2)改变电容器组的数目：
采用同上的分析方法，略去垂直分量且未投入时的变电站低压侧电压有：

当投入电容量后，有：

比较以上两式可见的改变会影响系统中各点电压值和无功的重新分配，当负荷增大，通过降低从系统到进站线路上的电压降亦可增大，以抵消的增大。
投入后，网损为：

可见网损随，即主变低压侧无功功率的平方而变化，在输送功率一定的情况下，越小，网损越小。理论上，当时功率损耗最小，因此，对于简单的辐射形网络，提高功率因数是降低网损的有效措施。
从以上分析得出以下结论：
(1)调节变压器分接头可提高或降低变电站低压侧母线电压，但基本上不影响无功分配和网损。需要指出的是，调节变压器分接头只是在上一级电网供电电压正常和地区无功功率基本平衡的前提下，才能实现随负荷变化进行相应的调节，以保持供电电压水平的良好质量。若以上两个条件不能同时得到满足，这种电压调节方式可能会对全系统的安全运行带来不利的影响，在严重的情况下甚至导致电压崩溃。这就是变电站采用档位调节提出了安全上下限的要求。
(2)投切补偿电容器一方面可以提高母线电压，另一方面还可以改变无功分配，改善功率因数和降低网损。
从控制理论的角度，变电站VQC是一个多限值、多目标的最优控制问题，是基于此规律来实现电压、无功双参数调节的，其控制策略还需不断完善。

七、 变电站电压无功控制的典型控制策略

从控制理论的角度,变电站电压无功综合控制是一个多限值、多目标的最优控制问题,其控制策略经历了一个不断完善发展的过程。
(1)基于负荷功率因数的控制
按功率因数大小控制是以电网中反映电压与电流相位差的功率因数作为控制信号, 控制并联电容器的投切, 实现无功补偿。若功率因数低于下限则投入电容器组；若功率因数高于上限则切除电容器组；该控制策略虽有许多优点, 但功率因数只是无功分量三个因素之一（），功率因数的高低并不能直接反映无功缺额的大小。然而功率因数并不能准确反映电网中负荷的无功分量的大小。
如电网重载时，负荷的无功分量很大，但由于无功分量在负荷中所占的比例较小，所测的功率因数角可能较小，甚至低于系统补偿的整定值，使控制装置对电网不能补偿，无法做到跟踪调节，表现出控制系统的迟钝性。当电网轻载时，功率因数角可能较大，但负荷的无功分量并不大，此时对电网进行补偿，很容易造成过补偿，当补偿装置切除电容后，系统又恢复到初态。如此反复，造成控制系统的投切振荡。不仅影响控制系统的可靠性和使用寿命，也将影响电网和用户设备的安全运行。为了克服这些缺陷，有的装置根据不同负载区进行功率因数的多值自动整定及自动选取法进行自动投切，临界因数法也是克服临界振荡的常用方法，其限定了轻载时的临界振荡区，较有效地克服了电容投切时的振荡。
(2)基于母线一次电压的控制
电网电压波动主要由无功功率波动引起。当一次母线电压小于（大于）允许最低电压值，投入（切除）补偿电容器，提升（降低）电压。对电压要求严格的枢纽变电站, 仅以母线电压高低作为变电站无功自动调节的判据, 未考虑保持无功基本平衡这个条件。根据此判据构成的并联电容自动投切装置在部分变电站的运行结果表明, 该方法的补偿效果较差。
(3)基于电压和功率因数的复合控制
按电压、功率因数复合控制构成的判据有两种判别方式，一是以电压为主，功率因数为辅，即只要电压合格，则不考虑功率因数，当电压不合格时，根据电压和功率因数的性质决定电容器组的自动投切;另一种是以电压和功率因数作为两个并行的判据，即使电压在合格范围内，如果功率因数满足投切的条件，则对电容器组发出投切指令。
第一种判别方式，尽管考虑了无功补偿效果，但由于在某些运行状态下，缺无功补不上去，超无功切不下，致使无功补偿效果仍然较差;第二种判别方式，在某些运行状态存在对并联补偿电容频繁误投切现象。
(4)基于电压时间的复合控制
根据变电所的日负荷曲线，将日负荷曲线分成多个负荷时段，然后根据各个负荷时段对电压和无功的要求，由电压控制对电压和无功进行自动调节。此种调节方式实时性较差，仅适合于负荷较稳定的变电所，且负荷时段必须随着季节和负荷量的改变而进行调节。
(5)基于“九区图”的综合控制
目前较多的VQC产品采用基于“九区图”的控制策略,“九区图”的控制原理是将地区变电所低压母线电压U和变电所流过的无功功率Q作为控制对象，在数学模型上采用了最简易的“大小比较”方式，在U-Q控制平面上形成经典的“井”字形区间划分,其各个区域对应不同的控制策略。
(6)基于“五区图”的综合控制
变电所中的电压无功综合控制装置一般进行以下5种基本操作：无动作；升变压器档位；降变压器档位；投容（感）性装置；退容（感）性装置。“五区图”原理是一种基于动作效果预算的、以操作优劣距离为判据、面向VQC装置实施操作动作的VQC原理。
(7)基于模糊逻辑的电压控制
将模糊控制理论运用于电压无功控制，原先固定的无功上下限边界变为受电压影响的模糊边界，通过模糊隶属度函数，把电压和无功的偏差量，分接头档位，可调电容器组数等模糊化处理，转化为模糊集论域的词变量，作用为模糊控制量的输入。控制量的输出对应于控制规则表内电压和无功偏差的一种组合，最后把控制器的输出模糊化得到作用于分接头和电容器组投切控制的精确值。
(8)基于人工神经网络的电压无功控制
人工神经网络有集体运算和自适应学习的能力，有预测性、指导性和灵活性的特点，能大大减少有载调压变压器分接头调节次数。将无功预测和优化决策相结合的电压无功综合智能控制方法，通过对电压、无功功率进行预测来减少动作次数。该方法先根据历史数据应用预测人工神经元网络对无功负荷进行预测，然后将预测结果连同当前的母线电压、无功功率、功率因数等经模糊化后作为决策人工神经网络的输入，该决策人工神经网络的输出即为调节动作的策略。该方法实际上己经脱离了九区图的范畴，计算复杂，对硬件要求较高，而且其动作是否合理尚依赖于对人工神经网络进行训练工作的成功与否。

小结：本节主要讲述了变电站电压无功控制的意义、现状。阐述了无功功率平衡的概念以及变电站电压无功控制的目标和原理
19