淺談區(qū)域電網(wǎng)電壓無功自動控制系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用

【摘要】電壓是電力系統(tǒng)衡量電能質(zhì)量的重點指標(biāo)，電力系統(tǒng)運行要求各母線電壓水平值達(dá)到保障性穩(wěn)定。在綜合分析各種無功補償裝置和無功調(diào)節(jié)電壓工作原理的基礎(chǔ)上，經(jīng)實踐證明無功補償是維持電壓恒定的有效手段。本文重點研究了區(qū)域電網(wǎng)領(lǐng)域廣泛采用的九分區(qū)電壓無功控制策略，介紹了區(qū)域電網(wǎng)電壓無功控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，控制目標(biāo)與控制方案，進(jìn)一步探究了它的運行效果以及有價值的發(fā)展方向，對于提高電壓質(zhì)量，減少網(wǎng)損，提高電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)電網(wǎng)自動化發(fā)展具有戰(zhàn)略意義。

【關(guān)鍵詞】區(qū)域電網(wǎng)；無功電壓；自動控制；開發(fā)與應(yīng)用

電網(wǎng)自動化趨勢已滲入電力企業(yè)的發(fā)展內(nèi)源。區(qū)域電網(wǎng)電壓無功自動化控制系統(tǒng)緊隨這一趨勢的發(fā)展脈搏而良性快速發(fā)展?，F(xiàn)如今，對廣大電力企業(yè)來說，經(jīng)濟(jì)效益的提高由減少網(wǎng)損來直接控制，因此，電網(wǎng)電壓無功自動控制系統(tǒng)在區(qū)域控制的原則下依據(jù)九分區(qū)分層控制結(jié)構(gòu)的設(shè)計理念，核心解決電壓質(zhì)量約束條件，設(shè)計開發(fā)AVC-無功電壓自動化控制系統(tǒng)，并結(jié)合一系列有效驗證，保證了母線電壓的控制質(zhì)量，更好的促進(jìn)了電壓無功自動控制裝置的提高和完善，電壓水平達(dá)到企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，有效的滿足了實際應(yīng)用效果，提高了經(jīng)濟(jì)效益。

一、區(qū)域電網(wǎng)電壓無功自動控制系統(tǒng)概述

區(qū)域電網(wǎng)電壓無功自動控制系統(tǒng)，采用區(qū)域控制方法，在分析了各種無功補償裝置以及無功調(diào)節(jié)電壓原理的基礎(chǔ)上，依據(jù)九分區(qū)分層分級結(jié)構(gòu)控制的理念，綜合利用調(diào)度自動化SCADA主站系統(tǒng)軟件，獲取實時數(shù)據(jù)并進(jìn)行在線分析計算和控制。對電網(wǎng)內(nèi)各變電站有載調(diào)壓裝置和無功補償設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)視，集中管理和在線實時控制。它的優(yōu)化系統(tǒng)能夠達(dá)到平衡狀態(tài)，使得無功負(fù)荷的就地平衡問題有效被控制。實現(xiàn)了全網(wǎng)電壓無功優(yōu)化狀態(tài)，它的具體環(huán)節(jié)如下：數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)主要負(fù)責(zé)采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，傳遞給規(guī)則庫，同時進(jìn)入生數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的初步處理。然后是決策環(huán)節(jié)，在此環(huán)節(jié)，有三個相關(guān)環(huán)節(jié)與它聯(lián)系，一是安全監(jiān)視環(huán)節(jié)，主要負(fù)責(zé)監(jiān)視各母線的電壓安全，二是控制執(zhí)行環(huán)節(jié)，主要負(fù)責(zé)執(zhí)行相關(guān)控制命令，運用控制信息。三是規(guī)則庫，規(guī)則庫主要是為決策環(huán)節(jié)提供必要服務(wù)信息。

二、區(qū)域電網(wǎng)電壓無功自動控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)和控制方案

（一）控制系統(tǒng)的控制目標(biāo)

在綜合考慮電壓質(zhì)量、電網(wǎng)損耗、控制代價、防止電壓崩潰等眾多因素的基礎(chǔ)上，電網(wǎng)電壓無功自動控制系統(tǒng)的優(yōu)化方案可行性較強。此外還要了解電壓崩潰在較高電壓情況下的發(fā)生幾率。它的控制目標(biāo)如下：

1、保證電壓合格率，完成現(xiàn)有電壓無功自動化控制裝置（AVC）的工作能力。

2、達(dá)到網(wǎng)損最低限度，充分保證系統(tǒng)優(yōu)化的最佳運行狀態(tài)。

3、完善控制策略表，實行無功自動優(yōu)化控制，采用閉環(huán)控制方式。

（二）系統(tǒng)控制的控制方案

1、控制方式。系統(tǒng)在主站端對母線電壓和地區(qū)關(guān)口無功進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)電壓或無功超出范圍時，系統(tǒng)給出控制方案提示、報警，通過SCADA遙控程序，對變壓器分接頭升降或?qū)﹄娙萜鬟M(jìn)行投切，使電壓或無功恢復(fù)到正常范圍內(nèi)。

2、系統(tǒng)運行方式。系統(tǒng)的優(yōu)化方案應(yīng)根據(jù)實際運行情況制定，在系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化分析計算時全過程應(yīng)配以實時監(jiān)測軟件，實時監(jiān)測系統(tǒng)運行方式是否改變，若有改變則會終止當(dāng)前運算，重新采集數(shù)據(jù)、進(jìn)行定值運算。若當(dāng)前所選優(yōu)化方案失敗，則會自動改變算法，尋找次優(yōu)結(jié)果，并且會根據(jù)當(dāng)?shù)刈儔浩骱碗娙萜鞯膶嶋H情況，保持最佳可調(diào)節(jié)狀態(tài)。

3、故障處理。當(dāng)出現(xiàn)變壓器、電容器故障時，主站將依據(jù)閉鎖情況進(jìn)行控制決策的再計算，保障良好優(yōu)化效果。依據(jù)電網(wǎng)實際情況選擇控制方式，若是開環(huán)控制，系統(tǒng)以表格形式反饋個變電站控制決策結(jié)果，用戶可進(jìn)行二次編輯，在傳至變電站。若是閉環(huán)模式，系統(tǒng)則會自動下發(fā)控制決策結(jié)果，沒有人工干預(yù)。

三、無功自動控制系統(tǒng)的運行效果及有價值的研究方向

（一）系統(tǒng)的運行效果

1、電壓質(zhì)量顯著提高，社會效益倍增。電網(wǎng)電壓無功自動控制系統(tǒng)優(yōu)化方案的采用，使得電壓合格率提高，通過對母線的監(jiān)視，主站給出系統(tǒng)控制方案，可行性強，調(diào)節(jié)效果顯著。

2、輸電設(shè)備能力提高。電網(wǎng)電容器每天每臺平均投切次數(shù)降低，達(dá)到了無功分層就地平衡，提高了地區(qū)受電率。電網(wǎng)平均功率提高，保護(hù)了線路和變壓器。提高設(shè)備效率相當(dāng)于增加了設(shè)備數(shù)量，節(jié)省了必要的設(shè)備投資，且增加了輸出電力的產(chǎn)值。

3、網(wǎng)損降低，經(jīng)濟(jì)效益提升。該系統(tǒng)使得電網(wǎng)網(wǎng)損率降低，一年下來節(jié)省了不少設(shè)備開支，當(dāng)區(qū)域電網(wǎng)全部大規(guī)模覆蓋之后，年效益非常可觀。

4、系統(tǒng)控制模式安全可靠，提高了電網(wǎng)安全運行水平。分層分級控制模式安全性強，電網(wǎng)控制能力巨大，克服了單獨站內(nèi)就地控制裝置的局部控制缺陷，提高了整體控制水平。所具備的自動閉鎖功能將電網(wǎng)所受影響控制到最小程度，達(dá)到了優(yōu)化策略的目的。

（二）該系統(tǒng)有價值的研究方向

理論上講，集中且全局的處理局部優(yōu)化數(shù)據(jù)，最通常的是考慮通過調(diào)度中心來控制，根據(jù)全網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行最優(yōu)化計算，得出最佳優(yōu)化方案，該方式既可得出全網(wǎng)電壓無功最優(yōu)解，又可進(jìn)行安全性分析。具體的算法有線性規(guī)劃、遺傳算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。這三者各有利弊：線性規(guī)劃速度快但不易收斂，遺傳算法速度慢不適于實時優(yōu)化計算，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有待探索中。實現(xiàn)操作性強的實時全局優(yōu)化控制值得作為未來的研究方向。

結(jié)束語

電力事業(yè)的迅猛發(fā)展使得電力網(wǎng)絡(luò)必然連結(jié)成為巨大的互聯(lián)系統(tǒng)，因此，對電壓的調(diào)控也隨之加大，對電網(wǎng)運行的安全性有了更高要求。因此，區(qū)域電網(wǎng)電壓無功自動控制系統(tǒng)便有了更廣泛的實際應(yīng)用意義。對系統(tǒng)采取優(yōu)化控制，分級監(jiān)控各子站電壓，且形成閉環(huán)控制，對于降低電壓崩潰危險，降低網(wǎng)損率，提高系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性，減輕人員勞動強度，增強社會效益具有極為重要的實際意義。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇澤光.變電站電壓無功控制研究[M].電力自動化設(shè)備，2001（12）：19-22.

[2]楊劍.新型電壓無功綜合控制裝置的研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2004.

[3]張玉珠.全網(wǎng)無功優(yōu)化的變電站電壓無功控制策略[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2007.

[4]胡宗軍.變電站電壓/無功九分區(qū)控制特性仿真分析及其改進(jìn)方法研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2007.