基于無功監(jiān)控精益化系統(tǒng)的淺析與實踐

金海東　王琛　吳斌

【摘 要】眾所周知，電壓崩潰事故會造成重大的經(jīng)濟損失，因此，各大電力公司都非常重視建立優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)來解決電壓無功監(jiān)控的問題。本文分析了我國當前電網(wǎng)監(jiān)控的現(xiàn)狀，闡明了無功監(jiān)控精益化系統(tǒng)的特點，最后提出了基于無功監(jiān)控精益化系統(tǒng)的實現(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】無功監(jiān)控；電網(wǎng)；安全

以往不少電力公司通過EMS系統(tǒng)或者SCADA系統(tǒng)來監(jiān)控電網(wǎng)電壓。眾所周知，電壓崩潰事故會造成重大的經(jīng)濟損失，因此，各大電力公司都非常重視建立精益化的監(jiān)控系統(tǒng)來解決電壓無功監(jiān)控的問題。無功監(jiān)控精益化系統(tǒng)的實現(xiàn)，可以使我們在正常條件下改善全系統(tǒng)的電壓分布，從整個電網(wǎng)角度出發(fā)來進行控制，以維持電壓和電流在允許的范圍之內(nèi)，避免系統(tǒng)崩潰。

1.當前我國電網(wǎng)監(jiān)控的現(xiàn)狀分析

1.1沒有真正實現(xiàn)自動控制

目前，我國大部分地區(qū)的電網(wǎng)電壓監(jiān)測方式仍以人監(jiān)視盤面控制方式為主，只是簡單地將現(xiàn)場人工控制方式改為遠程監(jiān)控方式。這種監(jiān)控方式產(chǎn)生的實時矛盾會讓自動化系統(tǒng)產(chǎn)生瓶頸效應(yīng)。這種方式僅利用自動化系統(tǒng)的傳輸媒介，在發(fā)現(xiàn)電壓越限后再實施調(diào)節(jié)。處理過程中的人工確認會影響調(diào)節(jié)的客觀性和及時性。

1.2無法實現(xiàn)全網(wǎng)優(yōu)化控制

目前，大多數(shù)電力企業(yè)的無功控制方式基于變電站站內(nèi)就地補償，從整個電網(wǎng)運行的角度出發(fā)，在用電高峰時我們無法從全網(wǎng)范圍對電壓進行合理調(diào)節(jié)，這可能會導(dǎo)致在調(diào)節(jié)過程中出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，增加變電站設(shè)備的調(diào)節(jié)次數(shù)，而又無法達到合格范圍或。我們需要從電源點合理補償無功，原因之一就是各負荷點無功配置不平衡，以及負荷變電站無功補償設(shè)備利用不充分，網(wǎng)損較高。

1.3無法實施最佳控制方案

在我們決定采用何種控制方案進行調(diào)節(jié)之前，我們要及時判斷電網(wǎng)電壓的運行狀態(tài)。優(yōu)化控制的前題是在自動化系統(tǒng)中定義具體的控制規(guī)則表并實現(xiàn)自動生成。遠程集中控制的方式僅能調(diào)節(jié)自動化系統(tǒng)監(jiān)控點的實時運行參數(shù)，不能實時分析電壓運行狀態(tài)，以便監(jiān)控人員判斷那種調(diào)節(jié)方式最為合理。因此，我們的調(diào)節(jié)設(shè)備不能得到合理、充分的利用，影響其使用壽命。

2.無功監(jiān)控精益化系統(tǒng)的特點

2.1確保安全的多種控制模式

一些站內(nèi)電壓自動控制裝置的自動控制模塊運行在無人值班時，出現(xiàn)故障時不能及時退出自動控制，這給電網(wǎng)的安全運行留下了隱患。安全核心是在出現(xiàn)故障時及時中止相應(yīng)自動控制功能，安全是對無人值班站實施無功自動控制的前提。無功監(jiān)控的目是盡可能使無功補償設(shè)備發(fā)揮最大作用當設(shè)備出現(xiàn)故障時，可在調(diào)度端自動退出閉環(huán)控制，確保運行設(shè)備安全。現(xiàn)在，這種缺陷判斷設(shè)置能夠利用狀態(tài)估計發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，力求達到提高力率、降低損耗的目標，使電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)科學(xué)化。

2.2統(tǒng)一的電壓管理

無功自動控制軟件需以統(tǒng)一模式處理，為確保電壓合格率，我們應(yīng)該根據(jù)峰、谷、平三個時段制定適應(yīng)不同季節(jié)的系統(tǒng)負荷變化的監(jiān)測方案。數(shù)據(jù)庫使各監(jiān)控點在不同時段可以使用統(tǒng)一的分區(qū)控制原則來處理測值。各變電站母線電壓曲線數(shù)據(jù)文件經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化程序自動轉(zhuǎn)化后，存在相應(yīng)的電壓限值數(shù)據(jù)庫中，其統(tǒng)計數(shù)據(jù)的真實性、可靠性得到了很大的提高。獨立裝置能夠滿足電網(wǎng)運行的需求，但調(diào)節(jié)方式比較簡單，難以適應(yīng)具有復(fù)雜主接線方式變電站。無功自動控制軟件應(yīng)能實時判斷這種電網(wǎng)運行的變化，并合理使用電容器循環(huán)投、切操作、變壓器等調(diào)節(jié)設(shè)備，這樣即可對廠站進行合理的狀態(tài)組合編號。在保證電容器可用率情況下，避免單個電容器的頻繁操作。

3.基于無功監(jiān)控精益化系統(tǒng)的實現(xiàn)

為了滿足用戶電壓的需求，供電部門常常會采取一些補償措施。電網(wǎng)運行中，電容器無功補償裝置的應(yīng)用一直按各變電站就地調(diào)節(jié)方式實施。無功監(jiān)控精益化系統(tǒng)可以實現(xiàn)電網(wǎng)電壓無人監(jiān)控，一改以往人工控制方式為自動化的集中控制方式。系統(tǒng)通過自動化設(shè)備來控制電容器投切和電網(wǎng)中的有載變壓器分接頭調(diào)節(jié)，同時為運行人員提供方面監(jiān)控的人機界面，它具有傳統(tǒng)監(jiān)控方式無法比擬的優(yōu)越性。為了以使整個電網(wǎng)更加安全、可靠、經(jīng)濟的運行，我們要改進無功控制模式，實施面向全網(wǎng)的無功自動控制。

3.1分離原理和分層分散系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

運行人員通常是先監(jiān)控系統(tǒng)的電壓分布，然后再發(fā)出無功控制命令。電力系統(tǒng)電壓無功監(jiān)控系統(tǒng)有集中控制和分層分散控制兩種類型。集中控制模式需要每個控制器掌握全系統(tǒng)的動態(tài)信息。這樣要求控制人員對全系統(tǒng)運行機制有透徹的了解，投資大、能過于集中，因此不建議采用這種控制方式。

電力系統(tǒng)本身就分為網(wǎng)調(diào)中心、地調(diào)中心、發(fā)電廠、變電站等層次，因此分層控制比較適合于電力系統(tǒng)的物理特點。分層控制系統(tǒng)主要控制對象是發(fā)電機電壓調(diào)節(jié)、有載調(diào)壓變壓器抽頭、電容器投切等等。分層控制系統(tǒng)也有兩層、三層甚至四層結(jié)構(gòu)，我們采用得較多的是兩層結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)基于分離原理。第一級控制根據(jù)當?shù)匦畔討B(tài)變化作出響應(yīng)，第二級控制根據(jù)全系統(tǒng)信息來設(shè)定所希望的靜態(tài)整定點。第一級控制是自動的，反應(yīng)迅速，第二級控制處理則比較慢。

3.2實時無功優(yōu)化算法

利用經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行離線計算的無功算法，無法保證電網(wǎng)和經(jīng)濟運行，只能為電網(wǎng)無功設(shè)備的規(guī)劃提供參考。已有的電壓無功控制裝置大多依靠電壓無功九區(qū)圖，它以固定不變的方式對電容器組和有載調(diào)壓變壓器進行調(diào)節(jié)。這種控制策略沒有考慮實際的運行負荷變化和各變電站參數(shù)的差異，就難以達到預(yù)期的效果。我們知道電壓的高低和功率因數(shù)的大小都是模糊量，因此，開發(fā)的智能電壓無功自動控制裝置采用了先進的由輸入量模糊化、模糊算法器、模糊判決和去模糊四部分組成的模糊邏輯控制算法。在能提供電網(wǎng)實時運行數(shù)據(jù)的情況下，為了達到網(wǎng)損最小的目的，我們可以采用實時無功優(yōu)化算法。無功監(jiān)控精益化系統(tǒng)采用一種不求靈敏度矩陣的無功優(yōu)化LP算法，它是一個典型的帶上、下界變量的線性規(guī)劃算法。

3.3超前在線電壓安全監(jiān)視

系統(tǒng)調(diào)度員重要的職責(zé)是了解最大負荷所余下的運行極限。電壓崩潰事故雖然少有發(fā)生，若一旦出現(xiàn)就會導(dǎo)致嚴重的后果，因此在線安全監(jiān)視很重要。足夠的電壓無功控制能力可以在任何負荷情況下保持電壓恒定。我們通過在線監(jiān)測，及早發(fā)現(xiàn)問題，并提出預(yù)防和事故后補救控制對策。緊急情況下調(diào)度員采取的補救措施有：盡可能投入無功補償設(shè)備、閉鎖有載調(diào)壓分接頭、在迫不得已時制訂切負荷方案等等。

總之，電網(wǎng)無功監(jiān)控問題必將得到越來越多的重視，建立功能完善的無功監(jiān)控精益化系統(tǒng)不僅能保證電網(wǎng)安全、正常的運行，還能提高電能質(zhì)量以促進電網(wǎng)的經(jīng)濟運行。因此，無功監(jiān)控精益化系統(tǒng)的實現(xiàn)無疑將會產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。

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