地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化運行集中控制系統(tǒng)

鄭晶晶，楊勇,王維洲

(甘肅電力科學(xué)研究院，甘肅蘭州730050)

國家電網(wǎng)公司對無功電力的管理規(guī)定要求對投入或切除無功補償裝置，應(yīng)逐步實現(xiàn)自動控制方式的要求[1]。為使地區(qū)電網(wǎng)電壓與無功電能最大可能地實現(xiàn)優(yōu)化，采用地區(qū)電網(wǎng)無功電壓[2-6]優(yōu)化運行集中控制系統(tǒng)，提高電壓合格率，減少了有載調(diào)壓變壓器分接頭開關(guān)動作次數(shù)，提高電容器投入率，提高了設(shè)備使用壽命和安全運行水平[7]。手動控制勞動強度大，運行人員很難做到精度較高的控制，多進程實時控制減輕了調(diào)度中心、集控中心值班人員勞動強度，避免了人為誤差，真正實現(xiàn)了全網(wǎng)無功電壓實時控制，完善并提高了無人值班變電所自動化水平。

1 地區(qū)無功電壓控制存在的問題

1）地區(qū)無功電壓控制存在2個問題。自動控制：做不到精確控制，調(diào)整操作相對滯后[8]。

2）變電站VQC裝置控制：不能從全網(wǎng)考慮無功補償設(shè)備是否投入；不能實現(xiàn)無功功率區(qū)域平衡；不能從全網(wǎng)考慮是否調(diào)節(jié)主變分接開關(guān)檔位。

近年來，隨著變電站一二次設(shè)備的更新改造，調(diào)度自動化“四遙”功能已日趨完善。利用調(diào)度自動化“四遙”功能實現(xiàn)全電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化運行實時閉環(huán)控制已成為可能[9-16]。研究開發(fā)新型全電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化自動控制系統(tǒng)條件已成熟。

2 地區(qū)電網(wǎng)無功集中控制系統(tǒng)的功能

2.1 全網(wǎng)無功優(yōu)化補償功能

當?shù)貐^(qū)電網(wǎng)內(nèi)各級變電站電壓處在合格范圍內(nèi),控制本級電網(wǎng)內(nèi)無功功率流向合理，達到無功功率分層就地平衡，提高受電功率因數(shù)[17-24]。同電壓等級不同變電所電容器組根據(jù)計算決策誰優(yōu)先投入。同變電所不同容量電容器組根據(jù)計算決策誰優(yōu)先投入。

2.2 全網(wǎng)電壓優(yōu)化調(diào)節(jié)功能

當無功功率流向合理，變電站母線電壓超上限或超下限運行時，分析同電源、同電壓等級變電站和上級變電站電壓情況，決定是調(diào)節(jié)本變電站有載主變分接開關(guān),還是調(diào)節(jié)上級電源變電所有載主變分接開關(guān)檔位。電壓合格范圍內(nèi)，實施逆調(diào)壓;實現(xiàn)減少主變并聯(lián)運行臺數(shù)，以降低低谷期間母線電壓；實施有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)優(yōu)化分配；實現(xiàn)熱備用有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)檔位聯(lián)調(diào)。

2.3 無功電壓綜合優(yōu)化功能

當變電站10 kV母線電壓超上限時，先降低主變分接開關(guān)檔位，如達不到要求，再切除電容器；當變電站10 kV母線電壓超下限時，先投入電容器，達不到要求時，再提高主變分接開關(guān)檔位，盡可能保證電容器投入量達到最合理。實現(xiàn)預(yù)算10 kV母線電壓，防止無功補償設(shè)備投切振蕩。

2.4 電容器最優(yōu)配置與在線損耗計算功能

根據(jù)電網(wǎng)實際負荷，計算各變電站電容器單組或多組容量最優(yōu)配置值，為改造或新增電容器數(shù)量和容量提供理論依據(jù)[25]。實現(xiàn)電網(wǎng)電能損耗在線計算，并實時報告，為電網(wǎng)實現(xiàn)經(jīng)濟調(diào)度提供理論支持。

3 地區(qū)無功電壓集中控制系統(tǒng)技術(shù)方案

地區(qū)無功電壓集中控制系統(tǒng)其主站及客戶端就是一套計算機系統(tǒng)，是完全可以滿足電網(wǎng)無功優(yōu)化集中控制系統(tǒng)要求的。

3.1 信息采集

使用了“內(nèi)存數(shù)據(jù)庫技術(shù)”，極大提高了數(shù)據(jù)存取速度，為無功優(yōu)化的快速計算提供了可能。同時，由于大量數(shù)據(jù)只與內(nèi)存交互而不存取硬盤，防止了硬盤的早損。使用了“多線程技術(shù)”，實現(xiàn)了無功優(yōu)化系統(tǒng)并發(fā)事件的執(zhí)行，達到實時控制的效果。動態(tài)使用好定時器的個數(shù)，防止計算機系統(tǒng)運行性能的下降。根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)類型和要求的不同，采用不同的傳輸協(xié)議。

3.2 數(shù)據(jù)處理

1）將SCADA數(shù)據(jù)庫各節(jié)點數(shù)據(jù)有效讀入無功優(yōu)化集中控制系統(tǒng)。

2）為每個數(shù)據(jù)設(shè)定上下限，用以判斷數(shù)據(jù)是否合理。

3）具備較長時間的數(shù)據(jù)積累能力。

4）數(shù)據(jù)庫應(yīng)支持數(shù)據(jù)共享。

5）可以利用狀態(tài)量完成對電網(wǎng)運行狀態(tài)的描述。

6）可以人工設(shè)定對某一狀態(tài)是否進行遙控操作，且用不同的顏色標示出來；對于進行檢修的區(qū)域,可以用顏色標示出來。

3.3 人機界面

1）可以根據(jù)需要，在交互狀態(tài)下進行特定數(shù)據(jù)處理，如遙控、遙調(diào)操作。

2）根據(jù)需要，顯示所有與電力系統(tǒng)調(diào)度運行有關(guān)的圖形。

3.4 實時數(shù)據(jù)庫

1）支持上述所有有關(guān)數(shù)據(jù)的采集處理及人機界面所涉及的有關(guān)實時數(shù)據(jù)庫的操作。

2）實時數(shù)據(jù)庫應(yīng)留有備份。

3）數(shù)據(jù)庫的容量不受限制。

3.5 計算機系統(tǒng)方案及系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和拓撲

無功電壓優(yōu)化服務(wù)器，從SCADA系統(tǒng)采集全網(wǎng)各節(jié)點運行電壓、無功功率、有功功率等實時運行數(shù)據(jù)[26]，進行優(yōu)化計算后，形成有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)調(diào)節(jié)指令、無功補償設(shè)備投切指令及相關(guān)控制信息，然后將控制信息發(fā)送至各TOP3000工作站，各工作站再將控制指令交SCADA系統(tǒng)執(zhí)行，如圖1所示。此后循環(huán)往復(fù)。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和拓撲

4 系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信

系統(tǒng)從SCADA系統(tǒng)傳入數(shù)據(jù)，并通過SCADA系統(tǒng)下達指令。SCADA系統(tǒng)將本系統(tǒng)所需要的遙測遙信數(shù)據(jù)分別以數(shù)據(jù)報文形式轉(zhuǎn)發(fā)給本系統(tǒng)，系統(tǒng)通過解析所有傳送過來的報文后得到數(shù)據(jù)，計算得出相應(yīng)的操作指令，將指令同樣以報文形式發(fā)回到SCADA系統(tǒng)，SCADA收到指令后發(fā)出遙控命令。在數(shù)據(jù)傳輸過程中采用了內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，避免了數(shù)據(jù)通過硬盤的存儲來實現(xiàn)，這樣會大大縮短數(shù)據(jù)傳輸所需要的時間。

5 安全性與安全策略

5.1 計算機與網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)陌踩呗?/h3>

使用“內(nèi)存數(shù)據(jù)庫技術(shù)”，提高了數(shù)據(jù)存取速度，防止了硬盤的早損。使用“多線程技術(shù)”，實現(xiàn)無功優(yōu)化系統(tǒng)并發(fā)事件的執(zhí)行，達到實時控制效果。動態(tài)使用好定時器的個數(shù)，防止計算機系統(tǒng)運行性能下降。根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)類型和要求的不同，采用不同的傳輸協(xié)議。采用數(shù)據(jù)傳輸“回?！惫δ?，即網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)接受方向必須再向傳輸方進行一次數(shù)據(jù)返送校驗，以核實數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。

5.2 調(diào)度SCADA系統(tǒng)的安全策略

深入掌握調(diào)度SCADA系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸與安全控制機制，做好無功優(yōu)化系統(tǒng)“接口軟件”。為實現(xiàn)多條控制指令的并發(fā)執(zhí)行，確保系統(tǒng)控制的實時性，可以大量減少與調(diào)度SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。

5.3 現(xiàn)場設(shè)備的安全策略

變壓器有載調(diào)壓開關(guān)、電容器投切開關(guān)，要進行更新改造，確?？煽縿幼鳎到y(tǒng)需具備手動或自動調(diào)整的可靠設(shè)置。二次設(shè)備采集量要完整、準確，且可靠傳輸。

5.4 無功電壓優(yōu)化運行管理的安全策略

制定“電網(wǎng)區(qū)域無功電壓綜合控制系統(tǒng)”運行管理規(guī)程。廠、站、點號的調(diào)整必須嚴格保證無功優(yōu)化系統(tǒng)與調(diào)度SCADA系統(tǒng)的一致性[27]。手動操作時，應(yīng)先對無功優(yōu)化系統(tǒng)進行閉鎖。實施用戶級別控制，使不同的用戶具有不同的權(quán)限。

6 項目實施后預(yù)期目標

項目實施后預(yù)期目標如下。

1）減少了有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)動作次數(shù)近40%，電容器的投入率提高到50%，延長了設(shè)備使用壽命，大大提高了現(xiàn)有設(shè)備的使用率，減輕了檢修勞動強度，受到了設(shè)備主人的支持;提高了地區(qū)受電功率因數(shù)，減少電能損耗[28];提高了電壓質(zhì)量。實現(xiàn)閉環(huán)控制的變電站,10 kV母線電壓合格率可達到100%。

2）減輕了調(diào)度中心值班人員勞動強度，避免了人為誤差，真正實現(xiàn)了全網(wǎng)無功電壓實時控制，完善并提高了無人值班變電所自動化水平[29]。本系統(tǒng)由純計算機軟件構(gòu)成，免除了硬件維護。系統(tǒng)安全可靠，自適應(yīng)功能強，能自動糾錯,自動閉鎖,自動形成相關(guān)動作數(shù)據(jù)等，不會發(fā)出影響電網(wǎng)與主設(shè)備安全的操作指令。

3）準確地統(tǒng)計了主變分接開關(guān)、電容器開關(guān)每年每月每日動作次數(shù)，為最大限度地發(fā)揮設(shè)備潛力和設(shè)備檢修提供了依據(jù)[30];同時促進了電容器的配制,電器投切開關(guān)的更新,有載變覆蓋面的擴大及其有載分接開關(guān)的性能的提高。

7 項目實施后應(yīng)用效果

該項目已在某供電公司應(yīng)用。以下就110 kV城西變進行數(shù)據(jù)分析，對比投入無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)前后的效果。

7.1 電壓合格率

表1是城西變電站未投入無功優(yōu)化系統(tǒng)的電壓合格率。從表1可以看出，城西變電站未投入無功優(yōu)化系統(tǒng)10 kV電壓合格率最高只可達到95.45%。

表1 城西變電站未投入無功優(yōu)化系統(tǒng)的電壓合格率

在城西變投入自動控制之后，電壓合格率有了很大提高，數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 城西變電站投入無功優(yōu)化系統(tǒng)的電壓合格率

從表2數(shù)據(jù)可以看出，無功優(yōu)化系統(tǒng)投運后，10 kV電壓不合格時間減少，電壓合格率達到97%以上。

7.2 功率因數(shù)

表3和表4分別為城西變電站未投入和投入無功優(yōu)化系統(tǒng)的功率因數(shù)。從表3可以看出，城西變電站未投入無功優(yōu)化系統(tǒng)主變功率因數(shù)最高只可達到0.973；而在城西變投入自動控制之后，功率因數(shù)有很大提高，數(shù)據(jù)如表4所示。

表3 城西變電站未投入無功優(yōu)化系統(tǒng)的功率因數(shù)

表4 城西變電站投入無功優(yōu)化系統(tǒng)的功率因數(shù)

從表4數(shù)據(jù)可以看出，無功優(yōu)化系統(tǒng)投運后，功率因數(shù)提高，電壓合格率達到0.98以上。

8 結(jié)語

目前地區(qū)電網(wǎng)無功補償裝置投入率較低，未達到“分層控制、就地平衡”的目標，以更加合理地實現(xiàn)地區(qū)電網(wǎng)無功補償裝置投入，降低線損，控制電壓合格率，對地區(qū)電網(wǎng)無功系統(tǒng)加裝集中控制裝置，主要解決目前電容器投入率較低的問題。實現(xiàn)無功補償設(shè)備合理投切和無功分層就地平衡，確保系統(tǒng)電壓穩(wěn)定，實現(xiàn)主變分接開關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)最少和電壓合格率最高，實現(xiàn)輸電網(wǎng)損率最小，進一步提高電網(wǎng)調(diào)度自動化水平。

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