動(dòng)態(tài)負(fù)荷預(yù)測(cè)在無(wú)功優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)用問(wèn)題

【摘要】電壓無(wú)功優(yōu)化閉環(huán)控制在全網(wǎng)角度下進(jìn)行分析，克服VQC裝置中只能對(duì)于單一的變電站進(jìn)行協(xié)調(diào)控制的問(wèn)題，在無(wú)功優(yōu)化運(yùn)行控制過(guò)程中，為了避免負(fù)荷波動(dòng)對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的影響，采用動(dòng)態(tài)負(fù)荷預(yù)測(cè)的方法，對(duì)于提高電網(wǎng)安全性和可靠性方面具有一定借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】動(dòng)態(tài)負(fù)荷預(yù)測(cè)；無(wú)功優(yōu)化；遺傳算法；模糊系統(tǒng)

當(dāng)前，利用電壓無(wú)功綜合控制裝置（VQC）進(jìn)行控制電壓已經(jīng)成為電力行業(yè)普遍做法，但是，利用此技術(shù)存在只能控制單一變電站，這是因?yàn)榇搜b置僅能采取一個(gè)變電站參數(shù)，在全網(wǎng)范圍內(nèi)的協(xié)調(diào)控制問(wèn)題就比較困難，相關(guān)的有載變壓器檔位的動(dòng)作，以及電容器、電抗器投切控制就存在一定局限性；投切振蕩問(wèn)題會(huì)容易出現(xiàn)在一、二級(jí)有載調(diào)壓電網(wǎng)過(guò)程中，還增加相應(yīng)的設(shè)備投資[1]。在結(jié)合現(xiàn)有調(diào)度自動(dòng)化的實(shí)際情況，考慮到VQC裝置的這一缺點(diǎn)，本文提出這種利用動(dòng)態(tài)負(fù)荷預(yù)測(cè)方法的無(wú)功優(yōu)化閉環(huán)控制系統(tǒng)。

1.基于動(dòng)態(tài)負(fù)荷預(yù)測(cè)的無(wú)功優(yōu)化閉環(huán)控制分析

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程分析

圖1為基于動(dòng)態(tài)負(fù)荷預(yù)測(cè)的電壓無(wú)功控制系統(tǒng)流程圖。在圖1中，由于負(fù)荷波動(dòng)引起的各變電所電容器投切在傳統(tǒng)的無(wú)功優(yōu)化算法中較難避免，還能引起其他的有載變壓器分接頭調(diào)節(jié)振蕩等情況，本系統(tǒng)能夠進(jìn)行有效避免，全網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)在調(diào)度自動(dòng)化SCADA系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)采集，包括無(wú)功功率、運(yùn)行電壓、有功功率等等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)則是根據(jù)全網(wǎng)歷史數(shù)據(jù)資料獲得，最后，全網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化控制在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行處理。

1.2 基于模糊專家系統(tǒng)的電壓校正

電壓校正在本方案中是利用基于靈敏度分析的模糊專家系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行的，其中，應(yīng)該嚴(yán)格分開(kāi)電壓校正與全網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化。利用產(chǎn)生式規(guī)則來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的知識(shí)表示方式，可以表示出電容器電抗器投切、主變壓器分接開(kāi)關(guān)檔位調(diào)節(jié)、運(yùn)行人員的經(jīng)驗(yàn)和發(fā)電機(jī)的無(wú)功出力等等，在調(diào)度專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)基礎(chǔ)上，進(jìn)行知識(shí)庫(kù)推理過(guò)程中，則是依靠電網(wǎng)SCADA系統(tǒng)提供的實(shí)時(shí)信息，這樣就可以得到電壓無(wú)功優(yōu)化控制結(jié)果。

1.3 優(yōu)化算法分析

這里的優(yōu)化算法為改進(jìn)遺傳算法與模糊專家系統(tǒng)相互結(jié)合，對(duì)于無(wú)功電壓控制模型來(lái)說(shuō)，非連續(xù)性調(diào)節(jié)則包括其中的電抗器、電容器的投切，以及變壓器分接頭檔位動(dòng)作，相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)的無(wú)功變化量則為不可微的非連續(xù)性變量，大量的不等式約束在存在于模型中。因此，這里應(yīng)該由于遺傳算法能夠具有求解復(fù)雜非線性優(yōu)化問(wèn)題的優(yōu)勢(shì)，并且具有尋優(yōu)能力強(qiáng)和適用范圍廣的特點(diǎn)，同時(shí)，還進(jìn)行以下的實(shí)用化處理：

第一，對(duì)于要想加入到備選控制變量的設(shè)備來(lái)說(shuō)，應(yīng)該在設(shè)備動(dòng)作次數(shù)優(yōu)化模塊中，在優(yōu)化前進(jìn)行相關(guān)的預(yù)處理操作；

第二，變壓器分接開(kāi)關(guān)在每一次的優(yōu)化方案中都只能允許進(jìn)行一檔的調(diào)節(jié)處理；

第三，染色體編碼過(guò)程中，進(jìn)行同步調(diào)節(jié)并列變壓器時(shí)，染色體中的同一個(gè)基因位映射為并列的變壓器；

第四，要想盡量使得電容器和變壓器分接開(kāi)關(guān)無(wú)謂動(dòng)作盡量避免，而提高優(yōu)化效益，應(yīng)該進(jìn)行人工設(shè)置網(wǎng)損減少量限值的設(shè)定，優(yōu)化方案在低于此數(shù)值的情況下而不繼續(xù)進(jìn)行。

在一定的時(shí)間內(nèi)，如果上述改進(jìn)的遺傳算法并沒(méi)有得出優(yōu)化的控制方案，則次優(yōu)控制方案則通過(guò)啟動(dòng)模糊專家系統(tǒng)而再次進(jìn)行，這樣能夠保證AVC系統(tǒng)的指令的正確輸出。

1.4 AVC系統(tǒng)的安全及可靠性措施

1.4.1 安全處理措施

第一，當(dāng)滑檔現(xiàn)象出現(xiàn)在主變壓器時(shí)，“不可控”則為設(shè)備狀態(tài)，此設(shè)備也停止接受AVC系統(tǒng)的命令；

第二，一臺(tái)變壓器調(diào)檔成功，而另外一臺(tái)的變壓器器調(diào)檔如果失敗，則應(yīng)該保持成功調(diào)節(jié)的變壓器檔位在原來(lái)位置，為了防止調(diào)檔成功的變壓器檔位進(jìn)行來(lái)回調(diào)節(jié)的操作，進(jìn)行閉鎖操作的同時(shí)發(fā)出警告；

第三，為了防止由于設(shè)備操作而引起的不穩(wěn)定電網(wǎng)現(xiàn)象，則應(yīng)該進(jìn)行相關(guān)分析和預(yù)算，這些都應(yīng)該在操作設(shè)備前進(jìn)行；

第四，對(duì)于變壓器的并列運(yùn)行進(jìn)行判斷，然后應(yīng)該統(tǒng)一調(diào)節(jié)并列運(yùn)行的變壓器，應(yīng)該在此過(guò)程中保持分接頭的變比一致性或者就都在同一檔；

第五，對(duì)于同一設(shè)備的操作來(lái)說(shuō)，在規(guī)定時(shí)間間隔內(nèi)，僅允許進(jìn)行一次操作；

第六，對(duì)于出現(xiàn)不匹配的變壓器檔位情況來(lái)說(shuō)，應(yīng)該把變壓器檔位調(diào)節(jié)進(jìn)行匹配位置的調(diào)節(jié)；

第七，為了合理的利用設(shè)備，應(yīng)該在同變電所相同容量電容器組中進(jìn)行循環(huán)投切；

第八，對(duì)于檔位不一致的并列運(yùn)行變壓器來(lái)說(shuō)，應(yīng)該確保分接頭在同檔或者變比的一致性，這些都是能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)。

1.4.2 可靠性措施

為防止設(shè)備頻繁閉鎖，保護(hù)信號(hào)應(yīng)該遵循以下幾點(diǎn)原則：

第一，設(shè)備的保護(hù)狀態(tài)為“保護(hù)閉鎖”，應(yīng)該對(duì)應(yīng)著保護(hù)信號(hào)動(dòng)作；

第二，“保護(hù)狀態(tài)”應(yīng)該對(duì)于每一個(gè)設(shè)備進(jìn)行定義，當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的保護(hù)狀態(tài)為“保護(hù)閉鎖”時(shí)，則停止發(fā)送命令；

第三，設(shè)備保護(hù)閉鎖則是說(shuō)明，觸發(fā)相關(guān)設(shè)備保護(hù)狀態(tài)的保護(hù)信號(hào)動(dòng)作來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)則會(huì)停止對(duì)設(shè)備發(fā)送信號(hào)；系統(tǒng)中的自定義遙信狀態(tài)在SCADA中能實(shí)現(xiàn)，還能進(jìn)行一定的處理；

第四，一個(gè)設(shè)備應(yīng)該盡可能對(duì)應(yīng)多個(gè)保護(hù)信號(hào)，在參考設(shè)備對(duì)應(yīng)的其他保護(hù)信號(hào)狀態(tài)下，應(yīng)該在某保護(hù)信號(hào)復(fù)歸時(shí)，能否已經(jīng)解除“保護(hù)狀態(tài)”進(jìn)行判定，必要時(shí)還需要人工進(jìn)行確認(rèn)。

另外，為了提高系統(tǒng)優(yōu)化方案的可靠性和準(zhǔn)確性，系統(tǒng)還能有效處理所采集的數(shù)據(jù)，包括死數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、數(shù)據(jù)過(guò)濾和電壓越限判定等等。

2.電網(wǎng)中AVC系統(tǒng)應(yīng)用探討

2.1 主站部分

維護(hù)工作站和AVC服務(wù)器構(gòu)成主站部分，其都放置在自動(dòng)化機(jī)房，具體的作用表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

第一，全網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)則是通過(guò)AVC服務(wù)器的數(shù)據(jù)接口進(jìn)行收集，電壓無(wú)功優(yōu)化進(jìn)行相關(guān)的在線計(jì)算，維護(hù)工作站接受所計(jì)算的結(jié)果。對(duì)于AVC計(jì)算服務(wù)器來(lái)說(shuō)，還存儲(chǔ)這大量的全網(wǎng)參數(shù)、歷史信息、計(jì)算結(jié)果和相關(guān)的圖表文件等，也是電壓無(wú)功控制系統(tǒng)的文件服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)。

第二，為了方便維護(hù)人員對(duì)于AVC系統(tǒng)參數(shù)、電網(wǎng)參數(shù)的維護(hù)，或者系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)化的維護(hù)，系統(tǒng)維護(hù)的系統(tǒng)用戶界面在AVC維護(hù)工作站中進(jìn)行配置。

2.2 監(jiān)控站部分

為了更好對(duì)于AVC系統(tǒng)中的設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控及維護(hù)，通過(guò)安裝在監(jiān)控站的一臺(tái)AVC工作站進(jìn)行，同時(shí)，還能完成潮流圖和運(yùn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)視工作。

3.運(yùn)行效益分析

3.1 電壓質(zhì)量明顯提高

對(duì)于某電網(wǎng)10kV母線電壓合格率來(lái)說(shuō)，在運(yùn)行AVC系統(tǒng)以后，合格率達(dá)到99.8%以上，整個(gè)地區(qū)的供電質(zhì)量有了明顯提高，從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)果看出，電壓越限問(wèn)題能夠得到有效抑制，大幅度提高系統(tǒng)電壓質(zhì)量。

3.2 降損節(jié)能

分析AVC系統(tǒng)投入后的電能損耗，可以發(fā)現(xiàn)大幅度降低了流過(guò)電網(wǎng)的無(wú)功功率，取得了明顯的降損節(jié)能效果。通過(guò)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，此地區(qū)的全年節(jié)省電量達(dá)到865.52萬(wàn)千瓦時(shí)，約合人民幣425.6萬(wàn)元，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

3.3 減輕了監(jiān)控人員的勞動(dòng)強(qiáng)度

分析AVC系統(tǒng)投入后的監(jiān)控人員勞動(dòng)強(qiáng)度，可以發(fā)現(xiàn)，能有效避免人為誤差的出現(xiàn)，大大減輕監(jiān)控人員的手動(dòng)操作次數(shù)，提高并完善了變電站的自動(dòng)化水平，使得監(jiān)控班工作人員的工作量大大減輕。

4.結(jié)論

在某地區(qū)投入使用AVC系統(tǒng)以后，明顯降低了網(wǎng)損率，對(duì)于電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)、安全、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行都有著極為重要的意義，大幅度提高了10kV母線電壓的合格率，減少波幅，使得電網(wǎng)具備一定的逆調(diào)壓作用，使得電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性進(jìn)一步提高。

參考文獻(xiàn)

[1]劉軍，徐榮賢，盛曉星.局部配電網(wǎng)無(wú)功電壓優(yōu)化控制研究[J].赤子，2012（10）.

[2]周瀅露，顏偉，王官潔.基于負(fù)荷預(yù)測(cè)的變電站無(wú)功電壓控制[J].重慶大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2003，26（9）.