電壓無(wú)功優(yōu)化控制系統(tǒng)研究

高俊

【摘 要】隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，居民和各類(lèi)企業(yè)對(duì)供電質(zhì)量和可靠性的要求日益提高，從改善電能質(zhì)量和節(jié)約人力方面比較電壓無(wú)功優(yōu)化自動(dòng)控制裝置具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)，已逐步取代原來(lái)通過(guò)值班員手動(dòng)調(diào)節(jié)檔位和投切電容器來(lái)調(diào)整電壓的方式，在維系電力系統(tǒng)穩(wěn)定中的作用已充分展示出來(lái)。電壓無(wú)功優(yōu)化自動(dòng)控制裝置由大量的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)控制、程序執(zhí)行元件組成，通過(guò)一系列自動(dòng)化技術(shù)將其功能整合在一起，因此，了解電壓無(wú)功優(yōu)化自動(dòng)控制中的自動(dòng)化原理對(duì)于研究電壓無(wú)功優(yōu)化自動(dòng)控制有著十分重要的作用。為此本文著重分析了電壓無(wú)功優(yōu)化控制中的自動(dòng)化技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)技術(shù)；電壓無(wú)功；自動(dòng)化；應(yīng)用

1.自動(dòng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1.1調(diào)壓方式

無(wú)功優(yōu)化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在設(shè)置母線電壓限定范圍后，自動(dòng)對(duì)高峰負(fù)荷時(shí)段、低谷負(fù)荷時(shí)段的電壓值進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以保證在合格范圍內(nèi)的電壓滿足逆調(diào)壓方式。當(dāng)電壓超出額定范圍時(shí)，則與同級(jí)和上級(jí)變電所的電壓進(jìn)行比較，然后判斷出應(yīng)該調(diào)節(jié)同級(jí)還是上級(jí)變電所的主變檔位。

1.2調(diào)整策略

電壓無(wú)功優(yōu)化自動(dòng)控制包含兩個(gè)方面，分別是電壓優(yōu)化和無(wú)功優(yōu)化：

1.2.1電壓優(yōu)化

當(dāng)母線電壓超上限時(shí)，首先下調(diào)主變的檔位，當(dāng)不能滿足要求時(shí)才切除電容器；當(dāng)母線電壓超下限時(shí)，首先投入電容器，當(dāng)不能滿足要求時(shí)再上調(diào)主變檔位，總之要確保電容器最合理的投入。

1.2.2無(wú)功優(yōu)化

當(dāng)系統(tǒng)電壓保持在限定范圍內(nèi)后，通過(guò)系統(tǒng)的自動(dòng)控制，決定各級(jí)變電所電容器的先后投入，使得無(wú)功功率的流向最平衡，最能提高功率因數(shù)。

2.自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集、計(jì)算和傳輸

作為一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，全面的數(shù)據(jù)采集是整個(gè)控制過(guò)程最關(guān)鍵的一部，其采集數(shù)據(jù)的精度和安全直接影響整個(gè)系統(tǒng)的精度和安全。一個(gè)完善的無(wú)功優(yōu)化自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)該能實(shí)時(shí)自動(dòng)的從調(diào)度中心、各監(jiān)控站采集電網(wǎng)電壓、功率、主變檔位、電容器運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)并能確保當(dāng)遙測(cè)遙信值不變時(shí)不與SCADA系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，減少系統(tǒng)資源占用。

在采集到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后，過(guò)往的自動(dòng)控制系統(tǒng)都是通過(guò)“專(zhuān)家系統(tǒng)”對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化和分解，然后利用潮流計(jì)算和專(zhuān)家系統(tǒng)等方法進(jìn)行求解。隨著自動(dòng)化技術(shù)的高速發(fā)展，自動(dòng)控制系統(tǒng)能夠突破優(yōu)化計(jì)算難于尋找工程解的難題，采用模糊控制的算法，充分考慮諧波，功率因數(shù)擺動(dòng)，電壓波動(dòng)和事故閉鎖等因素，通過(guò)一系列精密芯片的配合計(jì)算出使電網(wǎng)電能損耗最小的變壓器檔位、電容器投入量和電網(wǎng)最優(yōu)運(yùn)行電壓以供控制部件執(zhí)行。

系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸上使用只與內(nèi)存交互數(shù)據(jù)而不存取硬盤(pán)的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，既提高了數(shù)據(jù)的存取速度，又節(jié)省了硬盤(pán)使用。為了提高傳輸效率，系統(tǒng)還會(huì)根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)的類(lèi)型和要求的不同，自動(dòng)采用不同的傳輸協(xié)議：使用TCP/IP協(xié)議傳輸大量的重要數(shù)據(jù)，使用UDP協(xié)議傳輸少量的廣播數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確度方面，子站在接受到數(shù)據(jù)后會(huì)自動(dòng)向主站發(fā)送反校信號(hào)，以驗(yàn)證所受數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.系統(tǒng)的自動(dòng)控制

電壓無(wú)功優(yōu)化控制的基本過(guò)程如下：首先是主站控制系統(tǒng)進(jìn)行電壓無(wú)功計(jì)算，然后把計(jì)算得到的各級(jí)變電所的功率因數(shù)、電壓的區(qū)域無(wú)功定值結(jié)果通過(guò)光纖通道傳達(dá)至各級(jí)變電所的電壓無(wú)功控制系統(tǒng)。各級(jí)變電所的控制系統(tǒng)周期性的把本站的功率因數(shù)、電壓和接收到的定值結(jié)果比較，以判斷是否越限。

為了保證電網(wǎng)損耗最低，主站的控制系統(tǒng)要不斷跟緊電網(wǎng)運(yùn)行方式的變化，隨時(shí)計(jì)算出最新的區(qū)域無(wú)功定值結(jié)果并傳達(dá)至各級(jí)變電所的電壓無(wú)功控制系統(tǒng)。由于主站的控制系統(tǒng)計(jì)算最初的區(qū)域無(wú)功定值時(shí)需要一定的時(shí)間，這就會(huì)造成各級(jí)變電所從啟動(dòng)控制系統(tǒng)至接收到第一個(gè)信號(hào)間有一個(gè)時(shí)間段，系統(tǒng)定義這段時(shí)間內(nèi)的定值是按照本地系統(tǒng)運(yùn)行的。

當(dāng)主站系統(tǒng)遇到特殊情況（如有影響電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的遙信變位發(fā)生）時(shí)，能夠即時(shí)撤銷(xiāo)子站控制系統(tǒng)當(dāng)前正在執(zhí)行的區(qū)域無(wú)功定值。子站控制系統(tǒng)即以本地?zé)o功定值運(yùn)行，待再次受到主站重新計(jì)算的定值時(shí)才轉(zhuǎn)以新定值運(yùn)行。子站控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)視主站的定值下傳通道是否正常，通信異常時(shí)，立即改為執(zhí)行本地定值，直至通道恢復(fù)正常。

4.系統(tǒng)自動(dòng)化的安全保證

目前國(guó)內(nèi)的一些系統(tǒng)僅僅只做到了一層閉環(huán)控制，安全可靠性根本無(wú)法保證。而隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，最新的系統(tǒng)則是采用主站和子站同時(shí)的雙層實(shí)時(shí)閉環(huán)反饋控制結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)證明由于采用了雙層實(shí)時(shí)閉環(huán)反饋控制結(jié)構(gòu)，當(dāng)運(yùn)行中發(fā)生用戶定義的需要閉鎖的異常事件時(shí)，控制系統(tǒng)能夠立即執(zhí)行閉鎖，符合電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和調(diào)度運(yùn)行特點(diǎn)，適合各種大小電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行，能更有利地保證提高電網(wǎng)的電能質(zhì)量，其具體的安全策略如下：

自動(dòng)估算電網(wǎng)電壓，使電容器平穩(wěn)投切，避免出現(xiàn)振蕩；自動(dòng)估算電壓調(diào)節(jié)后的無(wú)功變化量，使主變檔位平穩(wěn)調(diào)整，避免出現(xiàn)振蕩。

當(dāng)需要調(diào)節(jié)的變電所的主變并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，為了避免出現(xiàn)其中一臺(tái)主變頻繁調(diào)節(jié)的情況，首先調(diào)節(jié)據(jù)動(dòng)率較高的那臺(tái)主變的檔位。應(yīng)對(duì)于主變和電容器出現(xiàn)的異常情況，系統(tǒng)能夠自動(dòng)減少主變檔位調(diào)整次數(shù)，使設(shè)備壽命增加，電網(wǎng)安全得到保證。當(dāng)遭遇設(shè)備異常時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)閉鎖，而且必須人工手動(dòng)來(lái)解除封鎖。具體的異常情況有：電容器或主變檔位異常變位；系統(tǒng)需要采集的數(shù)據(jù)異常；系統(tǒng)數(shù)據(jù)不刷新。特別的當(dāng)發(fā)生10kV單相接地時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)閉鎖電容器的投切。為避免采集到的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，系統(tǒng)采用同時(shí)判斷遙測(cè)數(shù)據(jù)和遙信數(shù)據(jù)的方式，提高了采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)度。

5.結(jié)論

電壓無(wú)功優(yōu)化自動(dòng)控制裝置由大量的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)控制、程序執(zhí)行元件組成，通過(guò)一系列自動(dòng)化技術(shù)將其功能整合在一起，因此，了解電壓無(wú)功優(yōu)化自動(dòng)控制中的自動(dòng)化原理對(duì)于研究電壓無(wú)功優(yōu)化自動(dòng)控制有著十分重要的作用。本文通過(guò)對(duì)電壓無(wú)功優(yōu)化控制系統(tǒng)的淺要介紹，分析了其包含的自動(dòng)化技術(shù)，從一個(gè)側(cè)面反映了我國(guó)電力系統(tǒng)自動(dòng)化科技的發(fā)展，也展現(xiàn)了電力行業(yè)專(zhuān)業(yè)人才的卓越才能。本文對(duì)電壓無(wú)功優(yōu)化控制系統(tǒng)從設(shè)計(jì)思想，系統(tǒng)構(gòu)成方面進(jìn)行的論述，可作電力專(zhuān)業(yè)的教輔材料，也可供電壓無(wú)功優(yōu)化控制裝置設(shè)計(jì)和運(yùn)行參考。

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