潘文洪

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司茂名供電局，廣東茂名525000）

電力行業(yè)為了實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行過(guò)程中無(wú)功功率的控制、提高電壓的運(yùn)行質(zhì)量、降低網(wǎng)損的目標(biāo)，可以在電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立無(wú)功優(yōu)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以更加有效地控制電力系統(tǒng)的無(wú)功，提高電壓品質(zhì)。從電力角度分析，無(wú)功優(yōu)化系統(tǒng)涉及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備動(dòng)作、控制手段等內(nèi)容，通過(guò)運(yùn)用原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)方法，在調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的無(wú)功優(yōu)化。

1 相關(guān)概念簡(jiǎn)述

1.1 調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)

電網(wǎng)中的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)及服務(wù)信息和數(shù)據(jù)的采集，來(lái)提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及合理性。該系統(tǒng)的功能主要包括三方面：第一，調(diào)度功能。該功能是指對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程的調(diào)度，設(shè)備若出現(xiàn)故障，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)跳過(guò)該設(shè)備而對(duì)下一個(gè)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集控制；第二，監(jiān)督功能。該功能是指監(jiān)督電網(wǎng)的調(diào)度，保證電網(wǎng)調(diào)度的有效性及準(zhǔn)確性；第三，權(quán)限管理功能。該功能可以確保電網(wǎng)的運(yùn)行能夠在系統(tǒng)的權(quán)限范圍內(nèi)進(jìn)行，增強(qiáng)調(diào)度工作的正規(guī)性及合理性。該系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)基于多種應(yīng)用軟件的使用，實(shí)時(shí)監(jiān)督和收集變電所的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)，優(yōu)化電網(wǎng)。

1.2 無(wú)功優(yōu)化

無(wú)功優(yōu)化（RPO）是減少電網(wǎng)損耗、保證電壓運(yùn)行質(zhì)量、促進(jìn)整個(gè)電網(wǎng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵手段和措施。其中，電網(wǎng)中的電壓指數(shù)是評(píng)價(jià)電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，比如，若電壓變化幅度大，不僅會(huì)干擾整個(gè)電網(wǎng)的安全運(yùn)行，造成電網(wǎng)崩塌和電網(wǎng)事故，還會(huì)危及到用戶電氣設(shè)備的正常運(yùn)行和使用壽命。為了更加經(jīng)濟(jì)安全的運(yùn)行整個(gè)電力系統(tǒng)，保證用電客戶的生產(chǎn)安全，應(yīng)當(dāng)重視電壓方面的無(wú)功優(yōu)化，特別是區(qū)域電壓的無(wú)功優(yōu)化。

電力系統(tǒng)的無(wú)功優(yōu)化是指在電力運(yùn)行過(guò)程中的控制條件下，盡可能地使用最少的無(wú)功補(bǔ)償裝置投資或者是最少的無(wú)功功率投入來(lái)獲得最大程度的電壓質(zhì)量、減少電網(wǎng)損耗、提高整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的安全性。無(wú)功電壓優(yōu)化又可分為運(yùn)行控制優(yōu)化和規(guī)劃優(yōu)化兩種。運(yùn)行控制優(yōu)化是指根據(jù)電網(wǎng)潮流、負(fù)荷、電壓的變化，在具備無(wú)功補(bǔ)償裝置的條件下，遵循無(wú)功電壓優(yōu)化方案來(lái)調(diào)整主變壓器分接頭的檔位及無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的投切，實(shí)現(xiàn)電力輸送合格、電網(wǎng)損耗小、潮流分布合理及成本少的目的；后者則是通過(guò)對(duì)無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的運(yùn)行類型、電力設(shè)備容量、設(shè)備配置位置的優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)損少和耗資低的目標(biāo)。

2 無(wú)功優(yōu)化系統(tǒng)的解決方案

實(shí)現(xiàn)一個(gè)特定電力系統(tǒng)的無(wú)功優(yōu)化，不僅要考慮設(shè)備的調(diào)節(jié)原則問(wèn)題，還要考慮到系統(tǒng)的架構(gòu)問(wèn)題，因此，綜合考慮到現(xiàn)實(shí)需要，必須從工程應(yīng)用的角度出發(fā)來(lái)制定解決方案。

2.1 無(wú)功優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在設(shè)計(jì)無(wú)功優(yōu)化方案時(shí)，需收集電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化（SCADA）數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)以及網(wǎng)架參數(shù)，包括電壓數(shù)據(jù)、母線有功數(shù)據(jù)及無(wú)功數(shù)據(jù)，初步處理后轉(zhuǎn)換成需要的格式，然后輸送到無(wú)功優(yōu)化的SQL數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行計(jì)算，上述工作完成后調(diào)度員便可以得到明確的潮流數(shù)據(jù)及優(yōu)化控制方案。圖1為無(wú)功優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖1 RPO系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 電壓越限檢測(cè)模塊

該控制模塊是RPO系統(tǒng)中的關(guān)鍵模塊，是RPO計(jì)算的前提，通過(guò)它可以判斷節(jié)點(diǎn)處的電壓是否越限。在電壓沒(méi)有越限的情況下，是否采取無(wú)功優(yōu)化還要根據(jù)優(yōu)化的安全經(jīng)濟(jì)效益狀況來(lái)確定，當(dāng)無(wú)功優(yōu)化的降損收益低于設(shè)備的調(diào)節(jié)成本時(shí)，則無(wú)需采取無(wú)功優(yōu)化措施，此時(shí)，若對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行頻繁調(diào)整，不僅威脅到電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，還會(huì)對(duì)設(shè)備造成損害。

2.3 數(shù)據(jù)檢測(cè)模塊

調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中的電網(wǎng)數(shù)據(jù)每10分鐘會(huì)重新刷新數(shù)據(jù)斷面，因此為了確保數(shù)據(jù)適應(yīng)RPO計(jì)算系統(tǒng)，在錄入前還需檢測(cè)數(shù)據(jù)斷面，內(nèi)容主要包括：狀態(tài)量測(cè)值和估計(jì)數(shù)據(jù)的比較；電網(wǎng)的基本數(shù)據(jù)（如狀態(tài)估計(jì)合格率）、狀態(tài)估計(jì)數(shù)據(jù)的拓?fù)浞治鰴z查。

2.4 RPO及控制命令形成模塊

RPO系統(tǒng)運(yùn)行的核心模塊是其中的無(wú)功優(yōu)化部分，通過(guò)實(shí)時(shí)狀態(tài)評(píng)估來(lái)獲取運(yùn)行的初始狀態(tài)，啟動(dòng)方式為周期性、事件性或工作人員人工性方式，經(jīng)過(guò)無(wú)功優(yōu)化分析整合后得出電網(wǎng)運(yùn)行方案，決定是否實(shí)行開(kāi)環(huán)或閉環(huán)。無(wú)功優(yōu)化后給出的工作指令包括：電容器設(shè)備的投切組數(shù)、發(fā)電廠的高壓母線電壓、變電站有載主變分接頭檔位等，目的是保證電壓運(yùn)行的合格率在96%以上，從而保證供電質(zhì)量；其次是減少網(wǎng)損，獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

3 調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展

調(diào)動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用取得了巨大的效果，在整個(gè)電網(wǎng)中擔(dān)負(fù)著重要的責(zé)任，尤其是在電力系統(tǒng)的及時(shí)性方面，因此，調(diào)動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)本身應(yīng)具備較高的時(shí)效性和安全性，且不會(huì)隨著外界環(huán)境的變化而變動(dòng)。近年來(lái)，該技術(shù)也得到了快速的發(fā)展：（1）智能化。其與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合推動(dòng)了智能化的發(fā)展，該內(nèi)容以綜合性的數(shù)據(jù)集成手段為依托，能夠快速有效地整理和運(yùn)用電網(wǎng)運(yùn)行中存在形式的數(shù)據(jù)信息，對(duì)電力系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，除此之外還增加了防御控制功能、報(bào)警功能、故障分辨功能、故障處理功能以及自我修復(fù)功能等；（2）面向?qū)ο?。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程分為面向過(guò)程和面向?qū)ο髢煞N類型，面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方式更加貼近系統(tǒng)的實(shí)際需求，能夠及時(shí)獲得電力系統(tǒng)中的隱性數(shù)據(jù)，同時(shí)，還能更好結(jié)合相關(guān)的手段和方式，未來(lái)調(diào)動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)展的理想目標(biāo)便是面向?qū)ο蟮陌l(fā)展；（3）可視化。該功能是在圖形圖像處理工藝和處理技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容不斷發(fā)展和完善的基礎(chǔ)上形成的，能夠增強(qiáng)調(diào)度工作的透明度和可視化。可視化功能可以將離線信息總結(jié)成直觀、準(zhǔn)確的圖形圖像信息，其中，離線數(shù)據(jù)的表現(xiàn)方式主要為文字、表格、數(shù)字等形式，生成直觀的圖形圖像信息需要綜合利用圖形設(shè)計(jì)技術(shù)以及圖形顯示技術(shù)，提供的圖形信息可以幫助調(diào)度人員判斷出故障的位置、類型等信息，以便及時(shí)采取相應(yīng)的解決措施。

4 RPO系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

4.1 控制方式

在電力系統(tǒng)中，控制手段可以分為兩種：開(kāi)環(huán)方式和閉環(huán)方式。在電網(wǎng)運(yùn)行開(kāi)環(huán)控制的基礎(chǔ)上，對(duì)應(yīng)的優(yōu)化控制方案僅僅提供給調(diào)度工作人員進(jìn)行參考分析，此時(shí)工作人員需要結(jié)合優(yōu)化控制方案和成功的運(yùn)行調(diào)度實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)采取人工控制措施，整個(gè)過(guò)程都離不開(kāi)調(diào)度工作人員的人工操作干預(yù)。開(kāi)環(huán)運(yùn)行一定的時(shí)間后，電力系統(tǒng)在運(yùn)行狀態(tài)符合工作標(biāo)準(zhǔn)的條件下才能逐步轉(zhuǎn)換為閉環(huán)運(yùn)行方式。此時(shí)應(yīng)注意，調(diào)度人員在接受到優(yōu)化方案后應(yīng)直接下達(dá)SCADA方面的執(zhí)行命令，調(diào)度人員在整個(gè)過(guò)程中不得隨意進(jìn)行干預(yù)。圖2為無(wú)功優(yōu)化閉環(huán)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)圖。

圖2 無(wú)功優(yōu)化閉環(huán)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)圖

4.2 變量處理與算法選擇

連續(xù)變量轉(zhuǎn)為離散變量，即變壓器變比，將優(yōu)化后的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行就近規(guī)整后換算成相對(duì)應(yīng)的分接頭檔位；將無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備即電容器在優(yōu)化后的補(bǔ)償容量作為計(jì)算相應(yīng)電容器投切組數(shù)的依據(jù)；調(diào)整投切電容器組、變壓器分接頭以及發(fā)電機(jī)端的電量信息來(lái)推動(dòng)電力系統(tǒng)的無(wú)功優(yōu)化。通過(guò)上述計(jì)算發(fā)現(xiàn)，電力系統(tǒng)中的無(wú)功優(yōu)化問(wèn)題是涉及多變量的、約束性和規(guī)模大的非線性規(guī)劃問(wèn)題，為了進(jìn)一步提高無(wú)功優(yōu)化的效率，需要結(jié)合能夠有效解決非線性問(wèn)題的原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法來(lái)設(shè)計(jì)模塊核心程序。

4.3 運(yùn)行設(shè)備的動(dòng)作次序

由于改變變壓器的分接開(kāi)關(guān)本身并不會(huì)產(chǎn)生無(wú)功，只是使無(wú)功的分布發(fā)生變動(dòng)，無(wú)功功率缺額被轉(zhuǎn)換到其它的電網(wǎng)中。動(dòng)作無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備優(yōu)化無(wú)功與變壓器變比優(yōu)化無(wú)功在根本上是不同的，因此如果在電網(wǎng)無(wú)功不足時(shí)調(diào)整變壓器有載分接頭，主電網(wǎng)電壓下降嚴(yán)重，則有可能會(huì)產(chǎn)生電壓崩潰的狀況。因此，在電網(wǎng)中出現(xiàn)無(wú)功不足和電壓過(guò)低的現(xiàn)象時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)投入使用無(wú)功功率電源，然后才能考慮對(duì)變壓器分接頭進(jìn)行調(diào)整。運(yùn)行設(shè)備動(dòng)作次序工作要充分結(jié)合就近原則和無(wú)功控制設(shè)備的控制效力，同時(shí)要適應(yīng)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。在無(wú)功過(guò)剩、電壓值偏高、負(fù)荷減小的情況下，運(yùn)行設(shè)備動(dòng)作次序?yàn)椋喝コ娙萜?、調(diào)整變壓器分接頭檔位、發(fā)電機(jī)進(jìn)行進(jìn)相運(yùn)行；在無(wú)功不足、電壓值偏低、負(fù)荷增大的情況下，運(yùn)行設(shè)備動(dòng)作次序?yàn)椋涸黾与娙萜?、調(diào)整變壓器分接頭檔位、調(diào)整發(fā)電機(jī)端的電壓。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，無(wú)功優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)需要借助于先進(jìn)的調(diào)度自動(dòng)化平臺(tái)，在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中需要調(diào)整控制方式、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等內(nèi)容。實(shí)踐結(jié)果充分表明，積極的調(diào)整能夠充分實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的無(wú)功優(yōu)化。

［1］ 羅銀霞.調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)基礎(chǔ)上的無(wú)功優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)［J］.信息技術(shù)，2014，（10）：122-125.

［2］ 張 艷.電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展［J］.科技視界，2012，（08）：376-387.

［3］ 高凱璽.探討調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)在優(yōu)化電網(wǎng)調(diào)度中的應(yīng)用［J］.中小企業(yè)管理與科技，2013，（12）：91-93.

［4］ 馮利民，李群英，李育發(fā)，王紹然.吉林電網(wǎng)風(fēng)電調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.吉林電力，2011，（06）：39-43.