細(xì)化控制因素提高力率指標(biāo)精細(xì)化管理水平

張萍萍

南通市供電公司，江蘇 南通 226006

0 引言

力率是電網(wǎng)運(yùn)行的重要參數(shù)之一，提高和改善力率水平是保證電力系統(tǒng)電能質(zhì)量、降低網(wǎng)絡(luò)損耗、提高設(shè)備利用率并保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的有效手段，對(duì)提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和國家能源利用水平有著重要意義。因此，力率合格率指標(biāo)也一直被列為電網(wǎng)運(yùn)行同業(yè)對(duì)標(biāo)體系的重要考核指標(biāo)。在電網(wǎng)運(yùn)行管理與企業(yè)經(jīng)營管理要求越來越高的今天，如何確保力率指標(biāo)達(dá)到精細(xì)化管理的水平已成為我們必須要面對(duì)和研究的課題之一。

1 力率運(yùn)行水平現(xiàn)狀

正是基于對(duì)力率運(yùn)行水平重要性的充分認(rèn)識(shí)，近年來電力系統(tǒng)無論是在硬件配置、技術(shù)支持還是軟件管理上都投入了大量的資金和人力，從而使得全系統(tǒng)的力率合格率水平得以逐年穩(wěn)步提升。

從南通地區(qū)來看，由于一方面近幾年新建變電所的無功補(bǔ)償設(shè)備全部按照15%～20%的要求分組合理配置，無功補(bǔ)償不足的老舊變電所的改造也得到了有序推進(jìn)；另一方面嚴(yán)格實(shí)施用戶就地補(bǔ)償和線路的分散補(bǔ)償，所以地區(qū)電網(wǎng)的無功總體配置充分而且分布合理；加上地區(qū)電壓無功優(yōu)化自動(dòng)控制系統(tǒng)的全面應(yīng)用和電網(wǎng)指標(biāo)管理力度的不斷加大，所以近年來力率合格率的水平呈現(xiàn)了一個(gè)快速提升的態(tài)勢。從220千伏變電所受電力率合格率看，已經(jīng)由2004年的83.80%提高到了2010年的99.94%。力率指標(biāo)管理水平取得了長足的進(jìn)步。

但我們清醒地看到，盡管多年來力率管理的手段一直都在隨著電網(wǎng)的發(fā)展而不斷調(diào)整變化，但近兩年由于硬件支撐和軟件手段的更新?lián)Q代，力率運(yùn)行控制的自動(dòng)化水平越來越高，加上電網(wǎng)的日益發(fā)展壯大，各種新的影響因素不斷出現(xiàn)，這些都給力率管理工作帶來了新的困難和挑戰(zhàn)。因此要繼續(xù)保持并不斷提高力率運(yùn)行水平，必須要重新調(diào)整工作重心，細(xì)化分析各種控制因素，對(duì)指標(biāo)進(jìn)行精細(xì)化的管理。

2 自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)化和完善

電網(wǎng)中大量無功和電壓調(diào)整設(shè)備分散在系統(tǒng)各個(gè)地方，以往靜態(tài)的、就地的人工調(diào)節(jié)已經(jīng)難以適應(yīng)電網(wǎng)運(yùn)行科學(xué)化和精細(xì)化運(yùn)行要求。而電網(wǎng)自動(dòng)化水平的日益提高使得地區(qū)無功電壓自動(dòng)化控制也得以逐步實(shí)現(xiàn)，08年南通地區(qū)六縣一市全部完成了電壓無功優(yōu)化AVC系統(tǒng)的調(diào)試安裝，從全網(wǎng)角度進(jìn)行無功電壓的實(shí)時(shí)優(yōu)化和動(dòng)態(tài)控制，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償設(shè)備合理投入和無功分層就地平衡，達(dá)到主變分接開關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)最少、電壓合格率最高和網(wǎng)損最小的目的。自動(dòng)控制系統(tǒng)的投運(yùn)不僅減輕了運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和工作壓力，更使無功電壓的調(diào)節(jié)完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化和精確化。

自動(dòng)控制系統(tǒng)通過建立目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)過綜合優(yōu)化計(jì)算后形成變壓器分接開關(guān)的調(diào)節(jié)指令和無功補(bǔ)償設(shè)備投切指令，然后將控制信息通過調(diào)度自動(dòng)化SCADA系統(tǒng)執(zhí)行到各個(gè)變電站。毫無疑問，這一系列的精確計(jì)算和實(shí)時(shí)響應(yīng)速度是人工調(diào)節(jié)所無法比及的。在系統(tǒng)實(shí)際投入運(yùn)行后，地區(qū)無論是電壓合格率還是力率運(yùn)行水平都有了明顯的提高。

但在收集和分析控制系統(tǒng)一段時(shí)間的各類運(yùn)行數(shù)據(jù)后，我們還是發(fā)現(xiàn)了一些瑕疵和問題，比如有時(shí)不能正確有效出口、動(dòng)作未能達(dá)到最優(yōu)、指標(biāo)控制沒有獲得最佳水平、尚有改進(jìn)和提高的空間等等。通過在地區(qū)系統(tǒng)內(nèi)的廣泛調(diào)研和討論，我們對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況、功能應(yīng)用、控制策略和現(xiàn)存問題有了更深刻的了解。在廠家研發(fā)人員的配合下我們對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了進(jìn)一步的調(diào)試、改進(jìn)和完善，從而使系統(tǒng)運(yùn)行更加可靠穩(wěn)定，與SCADA系統(tǒng)的配合更加天衣無縫，而且更重要的是，系統(tǒng)對(duì)電壓和無功的控制策略得到了很好的完善和優(yōu)化，更加適應(yīng)地方電網(wǎng)的實(shí)際情況和調(diào)控需要。

在力率的控制條件上，為了實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)內(nèi)的無功優(yōu)化和力率水平的配合調(diào)節(jié)，我們將所有有供電關(guān)系的下級(jí)變電所的無功補(bǔ)償設(shè)備均與上級(jí)220千伏主變力率進(jìn)行動(dòng)作關(guān)聯(lián)并在優(yōu)先等級(jí)上合理安排；對(duì)有多臺(tái)變壓器的變電所，選擇與其力率平均值進(jìn)行關(guān)聯(lián)，在程序計(jì)算上進(jìn)一步改進(jìn)優(yōu)化，從而使得力率的調(diào)整實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)配合優(yōu)化的目標(biāo)。針對(duì)力率指標(biāo)考核分為高峰和低谷兩個(gè)時(shí)段且考核指標(biāo)不同、在銜接點(diǎn)經(jīng)常出現(xiàn)不合格點(diǎn)的問題，我們采取了調(diào)整參數(shù)的辦法。由于高峰為 8 ∶00-24∶00，不含 8 ∶00，含24∶00，低谷為 0 ∶00-8∶00，不含 0 ∶00，含 8 ∶00，為此在參數(shù)設(shè)置上做了一些微調(diào)，將控制系統(tǒng)內(nèi)的高峰設(shè)定為8∶05-24∶05，低谷設(shè)定為0∶05-08∶05，如此就可以給系統(tǒng)判斷、發(fā)出指令調(diào)節(jié)和設(shè)備動(dòng)作留出時(shí)間，保證了8∶00和24∶00兩個(gè)整點(diǎn)的正確過渡和銜接，確保了系統(tǒng)動(dòng)作的連貫性和指標(biāo)的合格。對(duì)力率合格區(qū)間的設(shè)置也進(jìn)行了微調(diào)，比如將高峰的0.95-1.00的合格區(qū)間調(diào)整為0.955-0.995，以此留出調(diào)節(jié)裕度并確保系統(tǒng)的可靠動(dòng)作。此外由于力率考核是與電壓目標(biāo)值直接相關(guān)的，所以根據(jù)不同季節(jié)、不同變電所母線電壓水平及無功配置情況合理設(shè)定電壓控制及目標(biāo)值設(shè)定也是非常關(guān)鍵的因素，可以簡化系統(tǒng)控制策略，有效提高力率合格率水平。

由于無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)直接從調(diào)度自動(dòng)化SCADA系統(tǒng)中采樣數(shù)據(jù)并從SCADA出口，所以自動(dòng)化系統(tǒng)的良好配合也是無功優(yōu)化系統(tǒng)有效控制的前提保障，而且自動(dòng)化系統(tǒng)也是運(yùn)行人員最基本的監(jiān)控工具。因此，自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用完善可以為運(yùn)行人員提供更好的監(jiān)控手段。為此，我們?cè)赟CADA系統(tǒng)上開發(fā)了力率合格率統(tǒng)計(jì)、不合格力率實(shí)時(shí)監(jiān)測統(tǒng)計(jì)、110kV線路力率統(tǒng)計(jì)、大用戶力率、電廠力率統(tǒng)計(jì)等一系列應(yīng)用模塊，完善的監(jiān)控工具和統(tǒng)計(jì)功能為力率實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)分析提供了非常直觀和便捷的手段。

3 電廠與特殊用戶負(fù)荷的影響

近兩年，地區(qū)一些特殊負(fù)荷如鋼廠的大量接入給力率運(yùn)行控制帶來了不小的困難。因?yàn)殇搹S的生產(chǎn)特性導(dǎo)致其表現(xiàn)為一個(gè)波動(dòng)頻繁的沖擊負(fù)荷特性，比如地區(qū)某一110kV電壓等級(jí)的鋼廠，其負(fù)荷通常20min內(nèi)、最短5min內(nèi)可上下30mW。當(dāng)這樣的負(fù)荷接入變電所110kV母線時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致變電所力率出現(xiàn)大幅波動(dòng)并導(dǎo)致電容器投切控制。為此我們針對(duì)各個(gè)鋼廠的用電情況進(jìn)行了仔細(xì)的分析，研究其負(fù)荷造成的力率波動(dòng)范圍，比如某一鋼廠有功負(fù)荷波動(dòng)范圍在0mW～43mW，無功負(fù)荷范圍在0MVar～35MVar，經(jīng)過計(jì)算負(fù)荷波動(dòng)影響220kV力率0.025左右。根據(jù)此類問題，我們制定了如下對(duì)策，將220kV變電所常投部分容量的電容器，確保力率水平在考核下限指標(biāo)之上，同時(shí)分析220kV母線電壓水平并將目標(biāo)電壓值設(shè)定在合理數(shù)值。如此我們就可以確保絕大部分的力率均運(yùn)行在合格范圍內(nèi)，從而有效提高該類變電所的力率合格率水平。

地區(qū)電廠上網(wǎng)發(fā)電情況同樣也對(duì)電網(wǎng)的力率運(yùn)行水平起著深刻的影響。比如部分地方電廠上網(wǎng)力率不高，上網(wǎng)無功較大便會(huì)致使接入220kV變電所力率偏高，從而影響了力率指標(biāo)。另外一些電廠因特殊原因造成的負(fù)荷突變也會(huì)影響接入變電所的力率合格率。例如地區(qū)曾出現(xiàn)一家熱電廠在用電低谷期間，因煤粉堵塞導(dǎo)致其上網(wǎng)出力突變超過10MW，從而直接影響了變電所力率。為此需要電力企業(yè)著力加強(qiáng)地方電廠的力率管理，加強(qiáng)上網(wǎng)功率因素的數(shù)據(jù)檢查，敦促其嚴(yán)格執(zhí)行力率要求和調(diào)度發(fā)電曲線，從而將電廠的影響降至最低。

近兩年一些新型能源如風(fēng)電的大量并網(wǎng)發(fā)電也給電網(wǎng)的力率管理帶來了全新的研究課題。風(fēng)電場的出力完全依賴于風(fēng)力強(qiáng)度，這種隨機(jī)性給電網(wǎng)的有功、無功平衡帶來了較大困難。當(dāng)風(fēng)電停發(fā)時(shí)，由于風(fēng)電廠內(nèi)有大量電纜線路，而且多是通過110kV長線路并入電網(wǎng)，因此必然存在一定無功向電網(wǎng)倒送；而正常發(fā)電的時(shí)候（出力在20%～80%）之間，風(fēng)電廠發(fā)出的無功一般又保持在比較低的水平，很容易造成變電所力率低于下限。為此，我們一方面要做好風(fēng)電運(yùn)行數(shù)據(jù)的原始積累，對(duì)其運(yùn)行特性進(jìn)行深入研究，分析其對(duì)系統(tǒng)電壓力率的影響，另外還要與風(fēng)電單位積極接洽，確保風(fēng)電升壓站配置適當(dāng)容量和調(diào)節(jié)速度的無功補(bǔ)償裝置，調(diào)節(jié)自身無功功率并提高電壓穩(wěn)定性，同時(shí)要積極指導(dǎo)風(fēng)電單位配合電網(wǎng)做好變電所的力率管理。通過雙方共同努力，近兩年南通地區(qū)接入風(fēng)電的220kV變電站的力率平均合格率均達(dá)到了98%以上。

4 節(jié)假日的力率指標(biāo)控制

節(jié)假日特別是傳統(tǒng)節(jié)日春節(jié)期間的力率控制一直是影響電網(wǎng)力率合格率水平的重點(diǎn)和難點(diǎn)，需要根據(jù)歷年春節(jié)期間的無功、電壓和力率情況進(jìn)行認(rèn)真研究和縝密分析并制定一套完整的節(jié)日力率控制方案。

由于節(jié)日負(fù)荷水平低且保持全接線方式，負(fù)荷自然功率因數(shù)高且系統(tǒng)內(nèi)充電功率較多，所以通常都會(huì)出現(xiàn)無功過剩和力率越上限的情況，因此最重要的控制手段之一便是精心預(yù)測和計(jì)算節(jié)日負(fù)荷水平和有功無功平衡，確定變電所、線路與用戶電容器、電抗器投切方案和時(shí)間，全系統(tǒng)各部門共同配合確保在低負(fù)荷期間切除所有電容器，合理投入電抗器。其次是對(duì)電網(wǎng)方式在確保全接線和可靠性的前提下進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，均衡各變電站的負(fù)荷水平，避免極低負(fù)荷出現(xiàn)，降低力率調(diào)節(jié)難度。第三是要著重做好地區(qū)電廠的并網(wǎng)出力和無功電壓管理，嚴(yán)格按照發(fā)電曲線發(fā)電并控制上網(wǎng)力率在0.98以上，同時(shí)對(duì)自備機(jī)組要求其做到無功內(nèi)部平衡，嚴(yán)禁向主網(wǎng)倒送無功。最后是做好電壓分析和預(yù)計(jì)，特別要做好與力率相關(guān)的電壓目標(biāo)值的設(shè)定和控制，加強(qiáng)節(jié)日期間對(duì)力率運(yùn)行水平的監(jiān)視，在負(fù)荷變化期間著重加大人工干預(yù)力度，達(dá)到人工與自動(dòng)控制系統(tǒng)的優(yōu)勢互補(bǔ)，發(fā)揮最佳的監(jiān)控調(diào)節(jié)水平。通過一系列行之有效的控制措施，本地區(qū)近兩年春節(jié)期間的力率合格率分別達(dá)到了99.17%和100%，取得了顯著的成效并為全年力率目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

為了做好力率運(yùn)行水平的控制，我們必須加強(qiáng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)分析，細(xì)化各類新出現(xiàn)的影響因素，有針對(duì)性地制訂相應(yīng)對(duì)策并動(dòng)態(tài)跟蹤實(shí)施效果，同時(shí)一如既往地做好其他各項(xiàng)日常管理和考核工作，如此，我們方能實(shí)現(xiàn)力率指標(biāo)精細(xì)化管理的目標(biāo)并從而有效促進(jìn)企業(yè)管理水平與經(jīng)濟(jì)效益的同步提升！

[1]馮永艷.地區(qū)電網(wǎng)無功電壓及力率管理存在的問題分析與對(duì)策研究.科技信息，2008(28).