基于分層分區(qū)的地區(qū)電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化控制

高冬那

摘 要：根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)輻射狀運行的特點與無功分層分區(qū)平衡就地補償?shù)脑瓌t提出了地區(qū)電網(wǎng)電壓和無功分層分區(qū)域綜合協(xié)調(diào)控制的方法。通過電壓區(qū)域控制與電壓校正控制協(xié)調(diào)控制的方法實現(xiàn)電網(wǎng)電壓合格。在電壓合格的前提下，通過區(qū)域無功控制、變電站站無功控制、主變無功控制三重控制策略使各廠站功率因數(shù)維持在較高的水平，實現(xiàn)無功合理分布?，F(xiàn)場運行情況表明所提的控制方案能夠保證電壓合格，無功合理分布，有效降低網(wǎng)損。

關(guān)鍵詞：分層分區(qū)；九區(qū)圖；靈敏度；地區(qū)電網(wǎng)；電壓無功控制

引言

電力系統(tǒng)的無功分布情況也直接影響著電力系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定并且與系統(tǒng)網(wǎng)損有著直接的關(guān)系?？傊到y(tǒng)電壓合格、無功合理分布對提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性、安全性和重要性有著重要意義。

地區(qū)電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化控制主要是通過調(diào)節(jié)有載變壓器分接頭和無功補償裝置來實現(xiàn)的。目前關(guān)于地區(qū)電網(wǎng)的電壓無功控制理論有很多種，一是基于潮流算法的，如快速解耦法、靈敏度分析法、最優(yōu)潮流法等；二是基于控制理論的，如模糊邏輯理論、模糊決策樹理論、專家系統(tǒng)等。三是基于區(qū)圖控制的，如九區(qū)圖等。但是這些理論在計算速度、實時性等方面仍存在一些不足之處。

文章利用地區(qū)電網(wǎng)輻射狀供電特點，采用分層分區(qū)綜合協(xié)調(diào)控制的方法實現(xiàn)電壓無功優(yōu)化控制。將地區(qū)電網(wǎng)劃分為以220kV廠站為“根節(jié)點”的若干個輻射狀的控制區(qū)域，通過區(qū)域電壓控制和單站電壓校正控制協(xié)調(diào)控制實現(xiàn)點煙合格，電壓合格后通過區(qū)域無功控制、單站無功控制、主變無功控制三重?zé)o功控制策略實現(xiàn)無功最優(yōu)分布。

1 基本原理

1.1 九區(qū)圖原理

九區(qū)圖控制策略是按照固定的電壓和無功上限和下限將電壓和無功劃分為九個區(qū)域，按照變電站的電壓和無功所在的區(qū)域確定調(diào)節(jié)方法。U是變壓器低壓側(cè)的母線電壓，Q是變壓器高壓側(cè)的無功功率。Q越下限表示變電站向電網(wǎng)倒送無功，Q越上限表示電網(wǎng)的無功不足，Q上限與下限之差應(yīng)大于一組電容器的容量。

1.2 靈敏度分析

對于地區(qū)電網(wǎng)的無功優(yōu)化問題，就是要確定各母線進線無功的變化對系統(tǒng)有功網(wǎng)損的靈敏度系數(shù)，選擇靈敏度較高的母線作為無功補償?shù)膬?yōu)先候選母線。

2 控制方案

2.1 分層分區(qū)

在110kV及以下電壓等級的電網(wǎng)解環(huán)以后，220kV等級以下的配電網(wǎng)呈樹狀分布。這種情況下，可以將地區(qū)電網(wǎng)以220kV母線為根結(jié)點劃分成若干個分別包含一個220kV變電站及其下屬一個或幾個110kV變電站的區(qū)域，各分區(qū)之間的聯(lián)絡(luò)點為位于分區(qū)關(guān)口的220kV母線，每個分區(qū)之間的耦合性大大降低，從而為無功分區(qū)平衡創(chuàng)造了便利條件。在220kV主變高壓側(cè)對地區(qū)電網(wǎng)和省級電網(wǎng)進行分層，然后在地區(qū)電網(wǎng)內(nèi)部進行分區(qū)。

2.2 電壓控制

文章采用的電壓控制方案分為區(qū)域電壓控制和單個變電站的電壓校正兩部分。通過這兩部分的協(xié)調(diào)控制，可以保證系統(tǒng)所有的母線電壓穩(wěn)定在合格范圍之內(nèi)，又可以有效減少設(shè)備的控制震蕩。

區(qū)域電壓控制就是從整體上調(diào)節(jié)各個電氣分區(qū)的母線電壓水平，使電壓處在一個合理的范圍之內(nèi)。首先掃描每個區(qū)域內(nèi)中壓側(cè)的母線電壓水平，通過比較當前的母線電壓和設(shè)定的母線電壓，統(tǒng)計出每個區(qū)域中壓側(cè)母線電壓的合格率（s%）。然后用此電壓合格率和設(shè)定的合格率限值（-d%）比較，如果s>=d，則對應(yīng)的區(qū)域內(nèi)電壓整體水平相對合理，不需要調(diào)整。反之，區(qū)域內(nèi)電壓水平不合理，然后通過具體的電壓情況來調(diào)節(jié)區(qū)域根節(jié)點的電壓水平，從而使本區(qū)域內(nèi)電壓整體水平趨于合理。

單個變電站電壓校正控制采用九區(qū)圖控制原理。根據(jù)變電站電壓和無功所在的分區(qū)確定控制方案，通過調(diào)節(jié)變壓器分接頭和投切電容器的方法來調(diào)節(jié)低壓側(cè)母線電壓水平，使母線電壓穩(wěn)定在合理的范圍之內(nèi)。在調(diào)節(jié)分接頭和投切電容器這兩種調(diào)節(jié)手段上，文章采用的做法是通過投入有限的電容器來調(diào)節(jié)母線電壓。

兩種控制電壓的方法不是孤立的，兩種方法有輕重先后之分。系統(tǒng)載入電網(wǎng)模型之后，先進行區(qū)域電壓控制。分別判斷各個區(qū)域電壓的整體水平，然后對需要調(diào)節(jié)的區(qū)域進行區(qū)域電壓控制，當區(qū)域內(nèi)各節(jié)點電壓質(zhì)量達到一個合理的水平時，再依次對區(qū)域內(nèi)的各個變電站進行電壓校正控制，最后達到系統(tǒng)內(nèi)全部母線電壓合格的目的。

2.3 無功優(yōu)化控制

電網(wǎng)分區(qū)形成以后，就可以分別按照區(qū)域控制無功。但是在實際的電力系統(tǒng)中，將各個區(qū)域關(guān)口的母線注入或者流出的無功功率值始終控制在零是無法實現(xiàn)的，難以做到真正的無功優(yōu)化。一種工程上可靠、成熟的方法就是將關(guān)口母線的功率因數(shù)值控制在一個比較高的水平上。文章采用無功的次優(yōu)化分布，即在盡可能小的范圍內(nèi)實現(xiàn)無功按分區(qū)平衡。

依次循環(huán)各區(qū)域，得到分區(qū)的關(guān)口母線（一般為220kV變電站高壓側(cè)母線），形成一個以220kV母線為根節(jié)點的拓撲結(jié)構(gòu)，依次通過主變無功控制、區(qū)域無功控制、單站無功控制三重?zé)o功控制策略，確保區(qū)域內(nèi)各場站功率因數(shù)合格，在盡可能小的范圍內(nèi)實現(xiàn)無功按分區(qū)平衡。

3 現(xiàn)場應(yīng)用情況

文章提出的電壓無功綜合協(xié)調(diào)控制方案已經(jīng)應(yīng)用到地調(diào)自動電壓控制（AVC）系統(tǒng)中，下面通過電壓、功率因數(shù)和網(wǎng)損情況比較AVC調(diào)節(jié)和人工調(diào)節(jié)的優(yōu)缺點。

現(xiàn)場應(yīng)用情況表明AVC系統(tǒng)調(diào)節(jié)電網(wǎng)電壓質(zhì)量的合格率明顯高于人工調(diào)節(jié)；AVC系統(tǒng)調(diào)節(jié)在功率因數(shù)上比人工控制有一定的優(yōu)勢，尤其是在傍晚和凌晨電力系統(tǒng)負荷水平比較低的時候，AVC系統(tǒng)能夠使電網(wǎng)功率因數(shù)保持在較高的水平；某地調(diào)投入AVC后主網(wǎng)線損率比投入前下降了0.02%，可見AVC系統(tǒng)降低了網(wǎng)供線損。

4 結(jié)束語

文章對地區(qū)電網(wǎng)采用分層分區(qū)域綜合協(xié)調(diào)控制的方案，使電壓和無功在時間上解耦，通過大區(qū)域電壓控制和單個變電站電壓校正控制的方法保證電網(wǎng)電壓合格，在電力系統(tǒng)電壓質(zhì)量合格的基礎(chǔ)上進行無功優(yōu)化控制保證電網(wǎng)無功合理分布。通過各地調(diào)AVC系統(tǒng)運行情況可以看出，該方案能有保證系統(tǒng)電壓合格、無功合理分布，并能有效降低網(wǎng)損。

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