李乃飚

【摘 要】基于無(wú)功分層分區(qū)控制和無(wú)功電壓區(qū)域控制的原則，提出一種地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)控制策略。通過(guò)母線(xiàn)電壓無(wú)功策略、區(qū)域無(wú)功投入策略和設(shè)備閉鎖策略，實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)電壓合格和無(wú)功優(yōu)化調(diào)節(jié)，使區(qū)域電壓和無(wú)功逼近電網(wǎng)潮流最優(yōu)狀態(tài)，保證電網(wǎng)系統(tǒng)安全運(yùn)行，在一定程度上減輕了監(jiān)控人員的工作壓力。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)電壓控制，AVC控制策略

引言

電壓是衡量電力系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量的重要指標(biāo)，電壓質(zhì)量對(duì)保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要作用。電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償和無(wú)功平衡時(shí)保證電壓質(zhì)量的基本條件，通過(guò)合理的無(wú)功補(bǔ)償方式，不僅能提高電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，保證電壓質(zhì)量，更能充分發(fā)揮電能的經(jīng)濟(jì)效益。

由于設(shè)備技術(shù)和管理水平的限制，電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行人員長(zhǎng)期通過(guò)經(jīng)驗(yàn)對(duì)電壓無(wú)功進(jìn)行管理，保證系統(tǒng)電壓質(zhì)量，和電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化分布[1，2]。無(wú)需通過(guò)全網(wǎng)潮流計(jì)算進(jìn)行分析，而通過(guò)查看電壓是否越限，系統(tǒng)是否存在大量無(wú)功倒送情況，或者各變電站無(wú)功是否基本平衡等方式分析電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，并考慮進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的投切來(lái)調(diào)節(jié)電網(wǎng)無(wú)功和電壓。這種傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)無(wú)功調(diào)節(jié)方式存在以下一些問(wèn)題：

（1）無(wú)功補(bǔ)償方式不合理。傳統(tǒng)的調(diào)度人員往往習(xí)慣于單憑經(jīng)驗(yàn)和簡(jiǎn)單邏輯判斷，未經(jīng)過(guò)精確地最優(yōu)潮流計(jì)算而盲目投切無(wú)功補(bǔ)償裝置，這不僅增加了調(diào)度人員的負(fù)擔(dān)，也難以確保調(diào)壓的合理性。

（2）系統(tǒng)調(diào)壓不及時(shí)。由于傳統(tǒng)系統(tǒng)電壓管理方式的欠缺，導(dǎo)致調(diào)度人員無(wú)法在第一時(shí)間對(duì)電壓異常區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)償設(shè)備的投切操作，系統(tǒng)缺乏電壓無(wú)功調(diào)節(jié)的敏感性。

（3）補(bǔ)償裝置落后。傳統(tǒng)的電壓無(wú)功控制系統(tǒng)（VQC）已難以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)范圍的電壓無(wú)功最優(yōu)化控制，盡管對(duì)于單個(gè)廠(chǎng)站而言，VQC系統(tǒng)提高了電壓合格率，然而容易出現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)不合理現(xiàn)象，造成不必要的網(wǎng)損。

因此，傳統(tǒng)的電壓無(wú)功經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)方式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的發(fā)展，現(xiàn)代無(wú)功優(yōu)化方式具有嚴(yán)格的理論基礎(chǔ)，通過(guò)內(nèi)點(diǎn)法或智能優(yōu)化算法[3-6]，獲得電壓質(zhì)量最高的最優(yōu)解。為此，本文借鑒國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者研究成果，提出一種全局實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分層分區(qū)平衡調(diào)節(jié)、局域無(wú)功就地補(bǔ)償?shù)姆椒?，結(jié)合具體電網(wǎng)實(shí)例，分析對(duì)電力系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的無(wú)功平衡調(diào)節(jié)策略。

1 地區(qū)電網(wǎng)AVC控制方式

1.1 實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分區(qū)

地區(qū)電網(wǎng)電壓控制目標(biāo)是：確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，保證電壓和功率因素合格以及盡可能減少線(xiàn)路無(wú)功損耗，降低電網(wǎng)因不必要的無(wú)功潮流引起的有功損耗，因此要求AVC系統(tǒng)從SCADA中實(shí)時(shí)獲取實(shí)時(shí)遙信和遙測(cè)信息，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，并自?dòng)識(shí)別電網(wǎng)運(yùn)行方式。AVC實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分區(qū)設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）通過(guò)電網(wǎng)拓?fù)渑袛嘀髯儔浩魇欠裉幵诓⒘羞\(yùn)行;

（2）通過(guò)SCADA系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，同步更新電網(wǎng)運(yùn)行方式，識(shí)別變電站之間連接關(guān)系;

（3）實(shí)時(shí)更新電容器遙信和主變分接頭位置狀態(tài)。

地區(qū)電網(wǎng)AVC控制范圍為地調(diào)管轄的220kV變電站及以下電壓等級(jí)的電網(wǎng)系統(tǒng)，結(jié)合地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行特點(diǎn)，本文定義的分層分區(qū)原則為：以220kV等級(jí)變電站為根節(jié)點(diǎn)，與其有直接電氣連接關(guān)系的220kV以下變電站作為葉子節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成樹(shù)狀區(qū)域進(jìn)行分層控制;與其有直接電氣連接關(guān)系的220kV變電站也作為另一個(gè)區(qū)域的根節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成網(wǎng)狀區(qū)域進(jìn)行分區(qū)控制。

1.2 區(qū)域無(wú)功電壓控制

在實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行中，由于電力系統(tǒng)中負(fù)荷變化具有一定的波動(dòng)性，因此將各區(qū)域母線(xiàn)流入和流出的無(wú)功數(shù)值控制為零是不現(xiàn)實(shí)的，因此在工程上的一種成熟的方法是將關(guān)口母線(xiàn)功率因素控制在較高水平。目前投入運(yùn)行的AVC無(wú)功電壓控制有以下三種方式：

（1）區(qū)域電壓控制。通過(guò)獲取SCADA實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行靈敏度分析和自適應(yīng)區(qū)域劃分確定區(qū)域樞紐廠(chǎng)站，并通過(guò)SCADA遙控功能控制廠(chǎng)站無(wú)功設(shè)備，當(dāng)區(qū)域內(nèi)電壓水平越限時(shí)，以盡可能少的控制設(shè)備調(diào)節(jié)次數(shù)、最大范圍內(nèi)提高區(qū)域電壓水平為原則，進(jìn)行廠(chǎng)站內(nèi)無(wú)功設(shè)備調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域電壓的最優(yōu)化控制。

（2）電壓就地控制。依據(jù)站內(nèi)九區(qū)圖原理，有目的性的就地控制區(qū)域內(nèi)廠(chǎng)站無(wú)功設(shè)備，快速響應(yīng)相關(guān)變電站電壓越限等信號(hào)告警，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)局部電壓優(yōu)化的目的。

（3）電壓協(xié)調(diào)控制。根據(jù)具體的電網(wǎng)拓?fù)浜蜔o(wú)功分布情況自適應(yīng)選擇合理的全網(wǎng)電壓最優(yōu)調(diào)節(jié)措施。當(dāng)區(qū)域內(nèi)220kV變電站關(guān)口母線(xiàn)電壓越限時(shí)采用“區(qū)域電壓控制”，個(gè)別廠(chǎng)站母線(xiàn)越限時(shí)采用“電壓就地控制”。

2 地區(qū)電網(wǎng)AVC控制策略

2.1母線(xiàn)電壓無(wú)功策略

AVC的電壓無(wú)功策略是以母線(xiàn)為控制目標(biāo)，循環(huán)遍歷區(qū)域內(nèi)母線(xiàn)，通過(guò)約束條件過(guò)濾不可調(diào)壓的母線(xiàn)，當(dāng)母線(xiàn)滿(mǎn)足AVC系統(tǒng)要求時(shí)，進(jìn)入母線(xiàn)電壓無(wú)功控制模塊，AVC程序策略如圖1所示。

母線(xiàn)電壓無(wú)功控制模塊工作原理如下：

（1）首先篩選出母線(xiàn)電壓越限的廠(chǎng)站。

（2）若AVC系統(tǒng)判斷某廠(chǎng)站母線(xiàn)電壓超過(guò)上限，則系統(tǒng)再判斷無(wú)功是否越限：

（a）如果無(wú)功過(guò)補(bǔ)，則自動(dòng)切掉該站區(qū)域內(nèi)的電容器;

（b）如果無(wú)功欠補(bǔ)或顯示正常，則自動(dòng)降低該站對(duì)應(yīng)主變的檔位。

（3）若AVC系統(tǒng)判斷該站母線(xiàn)電壓低于下限，則系統(tǒng)再判斷無(wú)功是否越限：

（c）如果無(wú)功過(guò)補(bǔ)，則自動(dòng)投入該站區(qū)域內(nèi)的電容器;

（d）如果無(wú)功欠補(bǔ)或顯示正常，則自動(dòng)提升該站對(duì)應(yīng)主變的檔位。

2.2 區(qū)域無(wú)功投入策略

滿(mǎn)足電壓無(wú)功調(diào)節(jié)目標(biāo)后，AVC會(huì)根據(jù)區(qū)域內(nèi)變電站內(nèi)無(wú)功情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，目前無(wú)功投入策略有兩種方式：

（1）如果區(qū)域內(nèi)沒(méi)有220kV關(guān)口母線(xiàn)，則調(diào)節(jié)方式采用就地?zé)o功平衡的原則。首先AVC系統(tǒng)循環(huán)遍歷區(qū)域內(nèi)變電站母線(xiàn)電壓，若在該區(qū)域內(nèi)未發(fā)現(xiàn)220kV關(guān)口母線(xiàn)電壓遙測(cè)值時(shí)，判斷110kV變電站高壓側(cè)母線(xiàn)電壓。如果無(wú)功過(guò)補(bǔ)，則自動(dòng)查找站內(nèi)可調(diào)節(jié)的電容器并切電容。如果無(wú)功欠補(bǔ)，則自動(dòng)遍歷該站內(nèi)查找可調(diào)節(jié)電容器并投電容。

（2）如果區(qū)域內(nèi)存在220kV關(guān)口母線(xiàn)，則該區(qū)域會(huì)自動(dòng)形成一個(gè)以220kV母線(xiàn)為根節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，無(wú)功調(diào)節(jié)以220kV變電站高壓側(cè)關(guān)口母線(xiàn)為主，結(jié)合中性點(diǎn)控制、區(qū)域無(wú)功控制和單站無(wú)功控制。系統(tǒng)策略原理如圖2所示。

2.3 設(shè)備閉鎖策略

AVC系統(tǒng)可以將設(shè)備閉鎖，并自動(dòng)觸發(fā)生成AVC告警信息，滿(mǎn)足設(shè)備閉鎖情況有以下九點(diǎn)：

（1）在A(yíng)VC系統(tǒng)中設(shè)置關(guān)聯(lián)SCADA保護(hù)信息，AVC系統(tǒng)可檢測(cè)到保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，同時(shí)在A(yíng)VC告警窗發(fā)出告警信號(hào)，并自動(dòng)閉鎖該設(shè)備。

（2）若對(duì)某設(shè)備下發(fā)兩次遙控控制命令均無(wú)反校，則自動(dòng)閉鎖該設(shè)備，同時(shí)在A(yíng)VC告警窗發(fā)出該設(shè)備拒動(dòng)的告警信號(hào)。

（3）當(dāng)220kV變電站關(guān)口母線(xiàn)電壓越下限時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)閉鎖該站主變分接頭的上調(diào)功能。

（4）當(dāng)主變出現(xiàn)滑檔情況時(shí)，AVC系統(tǒng)自動(dòng)閉鎖相應(yīng)主變的分接頭調(diào)節(jié)功能，并在A(yíng)VC告警窗的發(fā)出滑檔告警。

（5）AVC系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算電容器和主變分接頭的動(dòng)作次數(shù)，當(dāng)達(dá)到該時(shí)

段的動(dòng)作次數(shù)上限值后，自動(dòng)閉鎖該設(shè)備，并在A(yíng)VC告警窗發(fā)出該設(shè)備動(dòng)作次數(shù)越上限的告警信息。

（6）在A(yíng)VC系統(tǒng)未下發(fā)遙控指令的情況下，如果系統(tǒng)檢測(cè)到某設(shè)備動(dòng)作，則系統(tǒng)自動(dòng)判斷為手動(dòng)操作，并在A(yíng)VC告警窗發(fā)出手動(dòng)操作的告警信息。

（7）當(dāng)主變或者電容器掛牌時(shí)，AVC自動(dòng)閉鎖掛牌的設(shè)備。

（8）當(dāng)主變高壓側(cè)的無(wú)功或者電流值超過(guò)限值時(shí)，閉鎖該主變調(diào)壓。

（9）當(dāng)母線(xiàn)電壓越事故限值時(shí)，閉鎖該母線(xiàn)調(diào)壓，并在A(yíng)VC告警窗中發(fā)出母線(xiàn)過(guò)電壓或母線(xiàn)欠電壓告警信息。

3 總結(jié)

本文研究了基于電網(wǎng)分層分區(qū)平衡調(diào)節(jié)的電壓無(wú)功控制系統(tǒng)，應(yīng)用于地區(qū)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)無(wú)功電壓優(yōu)化控制。該系統(tǒng)采用采用一體化設(shè)計(jì)，從SCADA獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，根據(jù)母線(xiàn)電壓無(wú)功策略和區(qū)域無(wú)功投入策略，使區(qū)域電壓無(wú)功逐步逼近電網(wǎng)潮流優(yōu)化狀態(tài)，改進(jìn)了VQC的不足，提高了系統(tǒng)實(shí)用性。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張勇軍，任霞，李邦峰.電力系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化調(diào)度研究綜述[J].電網(wǎng)技術(shù)，2005，29（2）：50-56.

[2] 君華.電力系統(tǒng)無(wú)功源配置與分級(jí)電壓控制的研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2006.

[3] 繆楠林，劉明波，趙維興.電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無(wú)功優(yōu)化并行算法及其實(shí)現(xiàn)[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào)，2009，24（2）：150-157.

[4] 李彩華，郭志忠，樊愛(ài)軍.原–對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法最優(yōu)潮流在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2002，22（8）：4-7.

[5] 徐進(jìn)東，丁曉群，覃振成，等.基于非線(xiàn)性預(yù)報(bào)–校正內(nèi)點(diǎn)法的電力系統(tǒng)無(wú)功優(yōu)化研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2005，29（9）：36-40.

[6] Qiu W，F(xiàn)lueck A J，Tu F.A new parallel algorithm for security constrained optimal power flow with a nonlinear interior point method[C]//IEEE Power engineering Society General Meeting.San Francisco，USA：IEEE，2005：447-453.

（作者單位：廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院）