全網(wǎng)電壓無功優(yōu)化閉環(huán)運(yùn)行控制分析

西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 趙先堃

全網(wǎng)電壓無功優(yōu)化閉環(huán)運(yùn)行控制分析

西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院 趙先堃

介紹了全網(wǎng)電壓無功優(yōu)化閉環(huán)運(yùn)行控制現(xiàn)狀，闡述了該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，典型功能及建設(shè)實(shí)施必備條件。并針對(duì)運(yùn)行中存在的缺陷提出了幾點(diǎn)措施。

AVC VQC 有載調(diào)壓

變電站電壓無功控制（VQC）裝置在國內(nèi)已有成熟產(chǎn)品并應(yīng)用到變電站，其控制策略有傳統(tǒng)及改進(jìn)的九區(qū)圖法、無功模糊邊界的九區(qū)圖法、基于專家系統(tǒng)的控制策略等。這些控制策略各有優(yōu)缺點(diǎn)，但是單純用VQC無法體現(xiàn)不通電壓等級(jí)分接頭調(diào)節(jié)對(duì)電壓的影響，也不能做到無功分區(qū)分層平衡，其不包含與省網(wǎng)AVC協(xié)調(diào)控制的策略，無法滿足某些全網(wǎng)的控制目標(biāo)以及約束條件，如省網(wǎng)關(guān)口功率因數(shù)，220KV母線電壓約束，全網(wǎng)網(wǎng)損盡量小的目標(biāo)。全網(wǎng)電壓無功優(yōu)化閉環(huán)運(yùn)行控制（AVC）系統(tǒng)，通過調(diào)度自動(dòng)化SCADA系統(tǒng)采集全網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)遙測(cè)、遙信電壓、無功功率、有功功率等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線分析和計(jì)算，以各節(jié)點(diǎn)電壓合格、關(guān)口功率因數(shù)為約束條件，從全網(wǎng)角度進(jìn)行在線電壓無功電網(wǎng)損耗率最小的綜合優(yōu)化目標(biāo)。

全網(wǎng)使用AVC系統(tǒng)使變電站電壓合格率、功率因數(shù)提高，達(dá)到了提高電能質(zhì)量、降低電網(wǎng)損耗的目的，大大減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

一、AVC系統(tǒng)的典型功能

1. 多級(jí)電壓協(xié)調(diào)控制

當(dāng)無功功率流向合理，某變電所母線電壓超上限或下限運(yùn)行，處在不合理范圍時(shí)，系統(tǒng)分析通電源、同電壓等級(jí)變電所和上級(jí)變電所電壓情況，決定調(diào)節(jié)本變電所的還是上級(jí)變電所的有載主變分接開關(guān)，做到多級(jí)電壓協(xié)調(diào)控制。

2. 全網(wǎng)優(yōu)化補(bǔ)償無功功率

當(dāng)?shù)貐^(qū)電網(wǎng)內(nèi)各級(jí)變電所電壓處在合格范圍內(nèi)時(shí)，系統(tǒng)控制電網(wǎng)內(nèi)無功功率流向合理，達(dá)到無功功率分層就地平衡，提高受電功率因數(shù)。同電壓等級(jí)不同變電所電容器組根據(jù)計(jì)算決策誰優(yōu)先投入。同變電所不同容量電容器組根據(jù)計(jì)算決策誰優(yōu)先投入。當(dāng)變電所母線電壓超上限時(shí)，先降低主變分接開關(guān)檔位，如達(dá)不到要求再切除電容器；當(dāng)變電所母線電壓超下限時(shí)，先投入電容器，達(dá)不到要求時(shí)，再提高主變分接開關(guān)檔位。無果本級(jí)變電所無調(diào)節(jié)手段，則考慮調(diào)節(jié)上級(jí)變電所設(shè)備。

二、全網(wǎng)電壓無功優(yōu)化閉環(huán)運(yùn)行控制系統(tǒng)(AVC)系統(tǒng)的建設(shè)條件：

（1）電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)能夠提供全網(wǎng)潮流的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，作為優(yōu)化計(jì)算的基礎(chǔ)。同時(shí)系統(tǒng)還具備遙調(diào)和遙控功能，以實(shí)現(xiàn)主變有載調(diào)壓開關(guān)的自動(dòng)調(diào)節(jié)和電容器的自動(dòng)投切。

（2）具備優(yōu)良的通道，如大規(guī)模的光纖環(huán)網(wǎng)建設(shè)。

（3）所有變電站的有功功率、無功功率和母線電壓采集完全，具備遙測(cè)、遙信功能。

三、系統(tǒng)實(shí)施與結(jié)構(gòu)

在實(shí)施中采用分散協(xié)調(diào)的優(yōu)化算法，充分考慮工程實(shí)際中的最優(yōu)解，次優(yōu)解以及約束條件松弛等問題，采用閉環(huán)控制原理。

（1）針對(duì)電力系統(tǒng)無功優(yōu)化調(diào)度分層、分區(qū)的實(shí)際特點(diǎn)，在控制結(jié)構(gòu)上采取相應(yīng)的控制構(gòu)架，實(shí)施分散協(xié)調(diào)的優(yōu)化控制。

（2）控制系統(tǒng)分為兩層：即全網(wǎng)的協(xié)調(diào)層（調(diào)度中心）和各變電站內(nèi)的執(zhí)行層。

在全網(wǎng)的協(xié)調(diào)層建立全網(wǎng)模型，根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行以網(wǎng)損最小為目標(biāo)的無功優(yōu)化計(jì)算，確定個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓整定值，通過RTU或變電站的電壓無功自動(dòng)控制裝置（VQC）

四、對(duì)電網(wǎng)設(shè)備的要求：

按給定的定值自動(dòng)調(diào)整有載調(diào)壓變壓器分接頭和電容器/電抗器投切。

（3）系統(tǒng)主要模塊有：與SCADA系統(tǒng)接駁的接口軟件模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無功優(yōu)化模塊、電壓校正模塊、系統(tǒng)管理模塊、自動(dòng)控制查詢模塊和信息綜合查詢模塊。

（1）必須使用有載調(diào)壓變壓器。

（2）有載調(diào)壓變壓器的頻繁調(diào)檔經(jīng)常會(huì)引起有在調(diào)壓輕瓦斯動(dòng)作，變壓器停運(yùn)檢修影響正常工作，故必須調(diào)整輕瓦斯動(dòng)作整定值。

（3） VQC裝置中的電抗器易燒壞，電容元件容易損壞。必須保證VQC裝置中電容器、電抗器、有載調(diào)壓變壓器的產(chǎn)品質(zhì)量。

（4） VQC裝置電容器組異常投切時(shí)常發(fā)生。如一組剛投入，另一組就切除?；蛲肚袝r(shí)間間隔剛好在設(shè)定時(shí)間內(nèi)，無明顯合理判據(jù)下誤動(dòng)作。

五、AVC系統(tǒng)安全運(yùn)行的缺陷

（1）當(dāng)一臺(tái)有載調(diào)壓變壓器調(diào)檔控制器設(shè)置在當(dāng)?shù)毓δ軙r(shí)，另一臺(tái)變壓器由AVC系統(tǒng)發(fā)令調(diào)檔后，由于兩臺(tái)主變檔位不一致，AVC系統(tǒng)又將檔位調(diào)回去，如此反復(fù)調(diào)節(jié)震蕩，如調(diào)度人員不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，容易引起電網(wǎng)事故。當(dāng)電壓器倒換方式時(shí)，測(cè)量值緩慢變化，出現(xiàn)誤調(diào)檔，誤投電容器，倒到另一臺(tái)變壓器時(shí)又切下來的情況。電容器三相不平衡，造成零序電流保護(hù)動(dòng)作頻繁，經(jīng)常閉鎖VQC裝置。由于AVC系統(tǒng)缺乏閉鎖功能，若實(shí)際運(yùn)行中變壓器有載調(diào)壓分接頭出現(xiàn)滑檔，應(yīng)閉鎖有載調(diào)壓控制器動(dòng)作。

（2）過度依賴SCADA系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)，故在控制精度、閉鎖可靠性、遙控可靠性等方面存在一定的問題，存在引起設(shè)備誤動(dòng)的可能性，對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行造成隱患。如母線電壓測(cè)量值出現(xiàn)誤差，一直偏小，AVC系統(tǒng)發(fā)令使變壓器調(diào)高檔位，引起實(shí)際電壓偏高。有些變電站保護(hù)信號(hào)發(fā)出后，由于通道存在問題被延誤，幾十分鐘以后主站端才收到，此時(shí)AVC啟動(dòng)閉鎖程序已經(jīng)失去意義；或者有的變電站保護(hù)信號(hào)漏報(bào)嚴(yán)重，或根本收不到信號(hào)，這是AVC系統(tǒng)的運(yùn)行就失去了最后一道安全屏障，一旦變壓器出項(xiàng)嚴(yán)重故障時(shí)，AVC系統(tǒng)可能會(huì)擴(kuò)大事故。

（3）系統(tǒng)處理數(shù)據(jù)速度過慢，完成一次全網(wǎng)操作時(shí)間過長(zhǎng)。若調(diào)節(jié)的長(zhǎng)站數(shù)量過多時(shí)，不能適應(yīng)負(fù)荷快速變化的電網(wǎng)電壓無功控制的要求，對(duì)提高電壓合格率造成一定的影響。

（4）AVC系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷變化比較大的變電站發(fā)出的操作指令分配不合理，在早上負(fù)荷上升較快的某時(shí)間段內(nèi)，設(shè)定的調(diào)節(jié)次數(shù)很快被用完，而到了晚上電壓偏高需要降檔時(shí)，全天的調(diào)節(jié)次數(shù)達(dá)到最大值，AVC系統(tǒng)就不能再調(diào)檔了，維護(hù)人員應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況分辨出哪些負(fù)荷對(duì)電壓的要求較高，合理設(shè)定時(shí)間段的額調(diào)節(jié)次數(shù)，而不是隨意設(shè)置。

（5） AVC系統(tǒng)需要SCADA系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，發(fā)送控制指令，增加了SCADA系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，特別是在電網(wǎng)出項(xiàng)異常時(shí)，占用大量系統(tǒng)資源，對(duì)SCADA系統(tǒng)存在不良的影響。

針對(duì)電壓無功集中控制存在的問題，可以組建專用的電壓無功控制網(wǎng)絡(luò)，使用專用的遠(yuǎn)動(dòng)通信管理機(jī)，專用的有載調(diào)壓、電容投切控制器，避免過度依賴SCADA系統(tǒng)造成的安全性等問題。AVC系統(tǒng)是基于全網(wǎng)潮流計(jì)算的，在功能上與PAS系統(tǒng)的狀態(tài)估計(jì)、潮流計(jì)算有重復(fù)，可以通過整合，用一套軟件實(shí)現(xiàn)上述功能和電壓無功控制。

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