劉文旭 廣東電網(wǎng)公司 江門供電局
摘 要：從市區(qū)電網(wǎng)范圍的角度，以全網(wǎng)網(wǎng)損盡量小、各節(jié)點電壓合格、有載調(diào)壓分接頭調(diào)節(jié)次數(shù)盡量少和補償電容器設(shè)備動作最合理為目標(biāo)，進(jìn)行電壓無功控制，達(dá)到全網(wǎng)無功潮流流向最合理的效果。
關(guān)鍵詞：無功補償 電壓調(diào)整
1 前言
電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制是一個關(guān)系到保證供電質(zhì)量、滿足用戶無功功率需求和系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的問題，同時也是減少線損、提高電網(wǎng)運行經(jīng)濟(jì)性的十分有效的措施。
傳統(tǒng)的電壓無功控制是基于經(jīng)驗理論的控制模式，裝設(shè)在變電站的VQC系統(tǒng)是基于“九區(qū)圖”原理進(jìn)行調(diào)整的電壓無功控制系統(tǒng)，只能實現(xiàn)無功就地補償，無法從全局網(wǎng)絡(luò)層次上兼顧潮流的合理分布，因此，我們迫切需要一種新的調(diào)控手段提高電網(wǎng)系統(tǒng)的無功調(diào)控能力。
2003年10月在省中試領(lǐng)導(dǎo)的指導(dǎo)下，我們在江門組建了全省第一套區(qū)域電壓無功優(yōu)化控制系統(tǒng)（VarCS系統(tǒng)），利用高效穩(wěn)定的計算機(jī)算法在監(jiān)控中心集中對電網(wǎng)電壓進(jìn)行調(diào)控，達(dá)到預(yù)期的控制效果。
電壓無功優(yōu)化控制系統(tǒng)（VarCS系統(tǒng)）的總體設(shè)計就是借助現(xiàn)有的調(diào)度自動化系統(tǒng)，采集全網(wǎng)實時數(shù)據(jù)，以全網(wǎng)網(wǎng)損最小為目標(biāo)，以各節(jié)點電壓合格為約束條件，保證無功補償設(shè)備投入最合理和變壓器分接頭動作次數(shù)最少的自動控制系統(tǒng)。它不但提高了全網(wǎng)各節(jié)點電壓的合格率，而且對全網(wǎng)無功配置進(jìn)行優(yōu)化控制，達(dá)到全網(wǎng)無功潮流流向最合理，較大幅度地降低線損百分點。
由于VarCS系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)由SCADA系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)得到，其控制命令借助現(xiàn)有SCADA系統(tǒng)的下行通道。不需要另行增加通訊設(shè)備即可解決優(yōu)化控制系統(tǒng)通訊問題，大大降低了整個工程的工作量和資金投入。
2 VarCS主站系統(tǒng)的控制目標(biāo)與優(yōu)勢
2.1 控制目標(biāo)
�。�1）．保持區(qū)域電網(wǎng)所有變電站負(fù)荷側(cè)母線電壓在規(guī)定水平；
�。�2）．有效地利用并補及調(diào)壓措施，使所有變電站無功盡可能就地平衡，減少因遠(yuǎn)距離輸送無功而引起的網(wǎng)損，
�。�3）、在全網(wǎng)無功電壓閉環(huán)控制條件下，使各變電站的電容器投入最合理和有載變壓器分接頭檔位動作次數(shù)盡可能少。
2.2VarCS系統(tǒng)的優(yōu)勢
�。�1）．VarCS系統(tǒng)從地區(qū)電網(wǎng)范圍的角度，以全網(wǎng)網(wǎng)損盡量小、各節(jié)點電壓合格、有載調(diào)壓分接頭調(diào)節(jié)次數(shù)盡量少和補償電容器設(shè)備動作最合理為目標(biāo)的無功電壓閉環(huán)控制系統(tǒng)。
�。�2）．VarCS系統(tǒng)借助于現(xiàn)有電網(wǎng)的調(diào)度自動化系統(tǒng)中的“四遙”功能，不必增加任何硬件設(shè)備，僅需一套軟件就可以實現(xiàn)本網(wǎng)范圍內(nèi)所有變電站的無功電壓閉環(huán)控制，節(jié)省投資。
�。�3）．VarCS系統(tǒng)采用獨特的技術(shù)思路，使得在電容器、電抗器投入之前能進(jìn)行電容器投入后的電壓值是否越限的預(yù)算，避免了電容器投切振蕩。
�。�4）．VarCS系統(tǒng)將變電站內(nèi)無功功率“就地平衡”變?yōu)椤叭W(wǎng)平衡”，在不向上一級電壓等級倒送無功的前提下，實現(xiàn)本級電力網(wǎng)內(nèi)無功流向合理、線損率趨于最小的目標(biāo)。
3 技術(shù)難點
雖然對地區(qū)電網(wǎng)無功電壓的閉環(huán)控制目標(biāo)是明確的，但是由于地區(qū)電網(wǎng)內(nèi)各變電站的運行方式多種多樣，運行情況隨時間變化，分接開關(guān)的檔位調(diào)整和電容器組的分組投切導(dǎo)致無功功率及電壓的變化不連續(xù)。
�。�1）．常規(guī)的控制方法只能根據(jù)固定邊界的無功電壓運行狀態(tài)采取相應(yīng)的控制規(guī)則進(jìn)行控制，而無功的調(diào)節(jié)邊界應(yīng)是受電壓狀態(tài)影響并在一定范圍內(nèi)服務(wù)于電壓調(diào)節(jié)的模糊邊界。
�。�2）．對無功電壓實施控制的規(guī)則受各種因素的影響，控制規(guī)律變化多樣。
�。�3）．由于變壓器分接頭和電容器組與無功電壓之間的耦合關(guān)系比較復(fù)雜。
4 控制方案
4.1實時數(shù)據(jù)獲取
實時數(shù)據(jù)由SCADA系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)得到，因此優(yōu)化控制系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)獲取速度基本上和SCADA系統(tǒng)保持一致，充分滿足實時監(jiān)控和實時計算的需要。
4.2 控制流程
進(jìn)行全網(wǎng)無功優(yōu)化控制時首先從SCADA系統(tǒng)獲得電網(wǎng)數(shù)據(jù)，然后判斷電壓或功率因數(shù)是否越限，如果有電壓或功率因數(shù)越限，則首先進(jìn)入電壓或功率因數(shù)校正模塊處理；如果沒有越限則進(jìn)入全網(wǎng)優(yōu)化模塊。最后輸出遙控遙調(diào)命令。其優(yōu)化控制計算流程如下圖所示：
對于n層與n+1層之間的樹枝ij，其節(jié)點信息為
，其中
是在第n-1層中已估計的值，用節(jié)點i的信息計算出的電流為：
設(shè)第n層的節(jié)點集合為Ci，第n+1層的節(jié)點集合為Cj，則目標(biāo)函數(shù)為：
約束條件為：
令
求解：
這樣第n層的直接估計可得，
，可推算出
。
4.3控制規(guī)則
（1）優(yōu)化的規(guī)則：建立符合全網(wǎng)網(wǎng)損盡量最小、電壓合格的閉環(huán)控制判斷規(guī)則。
電網(wǎng)中每個節(jié)點裝設(shè)的補償電容器的容量不同，其具有的電壓無功控制能力也不同，節(jié)點電壓變化對整個系統(tǒng)無功潮流的分布有明顯影響。因此在某種運行狀態(tài)下總有一些電壓無動控制設(shè)備的調(diào)整會顯著改善潮流分布，應(yīng)該先控制那些對系統(tǒng)優(yōu)化影響大的電壓無功補償設(shè)備，這樣做的好處是盡量減少控制的設(shè)備，保障網(wǎng)絡(luò)運行穩(wěn)定性。
（2）優(yōu)先級選擇：優(yōu)化目標(biāo)與電容器和有載變壓器分接頭檔位動作綜合分析，以保持各變電站的無功平衡，采用循環(huán)投切的原則，減少對電容器的傷害，如果被控設(shè)備在某一時間內(nèi)動作次數(shù)超過限定值，則在這一時段內(nèi)禁止該設(shè)備動作。
（3）閉鎖的規(guī)則：
設(shè)備閉鎖的狀態(tài)是由主變保護(hù)及電容器保護(hù)傳遞上來的，優(yōu)化算法必須及時識別每個控制設(shè)備的閉鎖狀態(tài)。若收到被控設(shè)備故障的信號（若有載變壓器滑擋、被控設(shè)備保護(hù)動作）立即閉鎖；采集壞數(shù)據(jù)或遙測數(shù)據(jù)不刷新的閉鎖。
4.4電壓合格率、功率因數(shù)與網(wǎng)損間的協(xié)調(diào)
盡管在數(shù)學(xué)模型中是以網(wǎng)損最小為優(yōu)化目標(biāo)，但目前電力系統(tǒng)部門考核的是電壓合格率和功率因數(shù)，所以，當(dāng)電壓功率因數(shù)越限時，必須果斷終止尋優(yōu)過程，直接轉(zhuǎn)人靈敏度直接法的電壓校正計算，并通過電容器的投切實現(xiàn)電壓和功率因數(shù)越限的校正；當(dāng)無功優(yōu)化程序運行的優(yōu)化效果不明顯時，應(yīng)當(dāng)避免發(fā)遙控、遙調(diào)命令以減少補償設(shè)備的動作次數(shù)。
4.5技術(shù)方案
�。�1）、電壓預(yù)算。例如，某變電站因為缺無功，要投入補償電容器，而母線電壓本身已較高，如不考慮投入電容器后母線電壓變化量，則盲目投入電容器有可能造成電壓越上限，若此時主變分接頭已調(diào)至下限，則按要求切除電容器。如此反復(fù)，造成設(shè)備“投切振蕩”。為此，在對有載調(diào)壓變壓器分接頭和電容器動作前，要進(jìn)行電壓預(yù)算。
（2）．網(wǎng)損計算。依據(jù)電力網(wǎng)絡(luò)SCADA系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)和用戶提供的線路、變壓器參數(shù)，計算獲得地區(qū)電網(wǎng)中所有輸電線路、變壓器進(jìn)行電容器補償，變壓器分接頭檔位調(diào)節(jié)前后的有功功率損耗，以此輔助確認(rèn)對電容器投切、變壓器分接頭檔位調(diào)節(jié)操作指令的正確性。
（3）．被控設(shè)備動作次數(shù)優(yōu)化分配。統(tǒng)計有載調(diào)壓變壓器分接頭和電容器的動作次數(shù)，以確保設(shè)備的動作次數(shù)不超過國家有關(guān)電力法規(guī)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)變電站設(shè)備的歷史動作次數(shù)，優(yōu)化分配當(dāng)天各時段的允許動作次數(shù)，切實解決好有載調(diào)壓變壓器分接頭和電容器的動作次數(shù)的動態(tài)優(yōu)化配置。
5結(jié)語
VarCS系統(tǒng)較好地滿足用戶無功功率需求和系統(tǒng)電壓穩(wěn)定的問題，同時也大大減少線損，既無需改變江門調(diào)度自動化系統(tǒng)現(xiàn)有的模式，又能實施無功電壓優(yōu)化控制，取得了良好的效果。
參考文獻(xiàn)：
[1] 孫樹勤.無功補償?shù)氖噶靠刂?中國電力出版社.
