無(wú)功功率補(bǔ)償和優(yōu)化控制技術(shù)

劉相軍

摘 要：無(wú)功功率從電源端經(jīng)線路和變壓器向負(fù)荷端輸送，要產(chǎn)生電壓損耗， 在無(wú)功電源不足的情況下只能在較低的電壓下達(dá)到無(wú)功功率的平衡。為了使電壓上升，就需要使電源增加無(wú)功出力，這樣就增加了供電成本。如何實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償電壓優(yōu)化功能，有著十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：無(wú)功功率；配電網(wǎng)配變監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)；優(yōu)化控制

隨著電力行業(yè)的快速發(fā)展，負(fù)荷的快速增長(zhǎng)對(duì)無(wú)功的需求也大幅上升，也使電網(wǎng)中無(wú)功功率不平衡，導(dǎo)致無(wú)功功率大量存在。無(wú)功功率在電網(wǎng)中傳輸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生各種不良影響。保證有功功率的情況下，盡量減小無(wú)功功率在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸，使網(wǎng)絡(luò)傳輸較小的總功率。這在實(shí)踐中就需要進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償電壓優(yōu)化控制。

1 常用的無(wú)功補(bǔ)償方法

電壓經(jīng)過(guò)變壓器變壓就會(huì)造成功率消耗。我們通常采用的無(wú)功補(bǔ)償方法有：隨機(jī)補(bǔ)償，隨器補(bǔ)償，跟蹤補(bǔ)償。

1、隨機(jī)補(bǔ)償就是將低壓電容器組與電動(dòng)機(jī)并接，通過(guò)控制、保護(hù)裝置與電機(jī)同時(shí)投切?？梢暂^好的限制電動(dòng)機(jī)的無(wú)功峰荷。

2、隨器補(bǔ)償是指將低壓電容器通過(guò)低壓保險(xiǎn)接在配電變壓器二次側(cè)，以補(bǔ)償電力變壓器空載無(wú)功的補(bǔ)償方式。它可以有效地補(bǔ)償配變空載無(wú)功，限制電力網(wǎng)無(wú)功基荷，使該部分無(wú)功就地平衡，從而提高配變利用率，是目前應(yīng)用最為廣泛的補(bǔ)償無(wú)功的方法。

3、跟蹤補(bǔ)償是指以無(wú)功補(bǔ)償投切裝置作為控制保護(hù)裝置，將低壓電容器組補(bǔ)償在大用戶(hù)0.4kv母線上的補(bǔ)償方式。其運(yùn)行方式靈活，運(yùn)行維護(hù)工作量小，比前兩種補(bǔ)償方式壽命相對(duì)延長(zhǎng)、運(yùn)行更可靠。

2 無(wú)功補(bǔ)償?shù)暮侠砼渲迷瓌t

根據(jù)無(wú)功補(bǔ)償?shù)暮侠砼渲迷瓌t，從電力網(wǎng)無(wú)功功率消耗的基本狀況可以看出，各級(jí)網(wǎng)絡(luò)和輸配電設(shè)備都要消耗一定數(shù)量的無(wú)功功率，尤以低壓配電網(wǎng)所占比重最大。為了最大限度地減少無(wú)功功率的傳輸損耗，提高輸配電設(shè)備的效率，無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的配置，應(yīng)按照“分級(jí)補(bǔ)償，就地平衡”的原則，合理布局。必須做到無(wú)功功率在哪里發(fā)生，就應(yīng)在哪里補(bǔ)償，低壓配電網(wǎng)應(yīng)以分散補(bǔ)償為主，一般可以將電容器組分散安裝在各車(chē)間配電母線上。

3 無(wú)功補(bǔ)償電壓優(yōu)化方法

用最低的成本，足夠的可用性來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)損最小的優(yōu)化目標(biāo)，是無(wú)功補(bǔ)償電壓優(yōu)化的基本原則。方法是根據(jù)最新的典型負(fù)荷曲線分析，按電壓無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化分析軟件離線計(jì)算的無(wú)功補(bǔ)償度和變壓器調(diào)節(jié)參數(shù)滿足電網(wǎng)配置的合理要求，采取滿足約束條件（負(fù)荷點(diǎn)電壓的給定限額和各種調(diào)節(jié)變量的極限參數(shù)）的控制手段并通過(guò)配電系統(tǒng)自動(dòng)化（DSA）處理，最后以變電站主變分接頭調(diào)節(jié)和并聯(lián)補(bǔ)償電容器投切的自動(dòng)控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。其最終目標(biāo)是在確保電壓合格率前提下盡量補(bǔ)償無(wú)功，使網(wǎng)損降到最小。無(wú)功補(bǔ)償電壓優(yōu)化控制實(shí)現(xiàn)的前提是對(duì)電壓、無(wú)功功率進(jìn)行分區(qū)，確定電壓、無(wú)功功率運(yùn)行區(qū)域，了解其運(yùn)行狀況以便實(shí)施控制。

UH和UL由電壓合格范圍確定；QL和QH由每組電容器容量、電容偏差及無(wú)功基本平衡和保持投切基本穩(wěn)定的原則確定。QH表示無(wú)功過(guò)剩，QL表示無(wú)功不足。圖中0區(qū)表示電壓、無(wú)功均合格，不調(diào)節(jié)，此區(qū)為穩(wěn)定工作區(qū)[3]。

控制方法的采用既要考慮盡快使越限的電壓回到目標(biāo)區(qū)域，又要考慮現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理需求。對(duì)應(yīng)上述圖1 的每個(gè)分區(qū)按優(yōu)先級(jí)

可設(shè)定若干種控制手段。主要控制手段有：

——投、切電容器；

——升、降有載調(diào)壓器分接頭位置；

——強(qiáng)投、強(qiáng)切電容器。

我們所創(chuàng)建的無(wú)功補(bǔ)償電壓優(yōu)化控制系統(tǒng)是通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，經(jīng)狀態(tài)估計(jì)后再實(shí)現(xiàn)無(wú)功補(bǔ)償電壓優(yōu)化裝置。實(shí)施方案的建立是在調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的無(wú)功補(bǔ)償電壓自動(dòng)控制功能軟件上。其運(yùn)行支持是由遠(yuǎn)方廠站循環(huán)傳送數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)刷新的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和由功能軟件數(shù)據(jù)表編輯器在線編輯的描述數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)成。描述數(shù)據(jù)庫(kù)主要進(jìn)行監(jiān)控點(diǎn)定義、廠站狀態(tài)定義、時(shí)段表高峰（低谷）定義、控制規(guī)則表定義等[4]，運(yùn)程序在獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)越限時(shí)將搜索當(dāng)前監(jiān)控點(diǎn)并進(jìn)行電壓無(wú)功分區(qū)。搜索當(dāng)前控制規(guī)則。形成控制方案并實(shí)施，從而完成一次自動(dòng)控制。

4 無(wú)功補(bǔ)償電壓優(yōu)化控制的實(shí)現(xiàn)

為了實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)無(wú)功補(bǔ)償電壓優(yōu)化功能，我們?cè)O(shè)計(jì)了配電網(wǎng)配變監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)變壓器遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端和監(jiān)控中心軟件兩大部分構(gòu)成，變壓器參數(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)終端安裝在變壓器現(xiàn)場(chǎng)，通過(guò)電壓互感器（PT），電流互感器（CT），溫度傳感器等傳感設(shè)備對(duì)變壓器的電氣參數(shù)進(jìn)行采樣監(jiān)測(cè)；監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)通過(guò)一張普通網(wǎng)卡接上Internet 網(wǎng)絡(luò)即可與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端進(jìn)行通信。變壓器遠(yuǎn)程檢測(cè)終端包括3 個(gè)部分：變壓器參數(shù)采集器；變壓器參數(shù)控制器；GPRS 通信模塊。監(jiān)測(cè)器軟件能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)變壓器電氣參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

參數(shù)采集器對(duì)的變電站主變壓器現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，并進(jìn)行加密、壓縮處理、整合后，以數(shù)據(jù)流形式并通過(guò)串行方式接到GPRS RTU上，GPRS RTU 與GPRS基站通信，GPRS 基站SGSN 再連接到網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)GGSN，GGSN 對(duì)分組數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，數(shù)據(jù)經(jīng)由IP 模塊進(jìn)行TCP/IP 協(xié)議轉(zhuǎn)換，打成IP 數(shù)據(jù)包，再由MC35 模塊以GPRS 數(shù)據(jù)包的形式通過(guò)GPRS 網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)發(fā)送到中國(guó)移動(dòng)的內(nèi)部網(wǎng)（CMNET），然后通過(guò)GPRS 服務(wù)節(jié)點(diǎn)（GSN），把數(shù)據(jù)發(fā)送到Internet 上，并且去尋找在Internet上的一個(gè)指定IP地址的Internet 中心服務(wù)器（公網(wǎng)上的Internet 中心服務(wù)器只需要簡(jiǎn)單接入Internet，并具備公網(wǎng)分配的IP 地址即可）。中心服務(wù)器通過(guò)數(shù)據(jù)接收軟件將數(shù)據(jù)接收，并轉(zhuǎn)發(fā)到內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的指定數(shù)據(jù)服務(wù)器。數(shù)據(jù)服務(wù)器通過(guò)數(shù)據(jù)處理軟件將數(shù)據(jù)進(jìn)行解密、解壓把數(shù)據(jù)還原成原始數(shù)據(jù)。系統(tǒng)同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、指令的反向傳輸，以達(dá)到遠(yuǎn)程控制的目的。

1、無(wú)功補(bǔ)償優(yōu)化控制的實(shí)現(xiàn)。當(dāng)?shù)貐^(qū)電網(wǎng)內(nèi)各級(jí)變電所電壓處在合格范圍內(nèi)時(shí)，控制本級(jí)電網(wǎng)內(nèi)無(wú)功功率流向合理，達(dá)到無(wú)功功率分層就地平衡，提高受電功率因數(shù)。同電壓等級(jí)不同變電所電容器組根據(jù)計(jì)算決策誰(shuí)優(yōu)先投入。同變電所不同容量電容器組根據(jù)計(jì)算決策誰(shuí)優(yōu)先投入[5]

2、電壓優(yōu)化調(diào)節(jié)功能的實(shí)現(xiàn)。電壓合格范圍內(nèi)，實(shí)施逆調(diào)壓。實(shí)現(xiàn)減少主變并聯(lián)運(yùn)行臺(tái)數(shù)以降低低谷期間母線電壓。實(shí)施有載調(diào)壓變壓器分接開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)優(yōu)化分配。實(shí)現(xiàn)熱備用有載調(diào)壓變壓器分接開(kāi)關(guān)檔位聯(lián)調(diào)。

3、電壓綜合優(yōu)化功能的實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)預(yù)算10 kV母線電壓，防止無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備投切振蕩。實(shí)現(xiàn)雙主變經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，支持投入10 kV 電抗器，增加無(wú)功負(fù)荷，達(dá)到降低電壓的目的。

4、控制信息管理功能的實(shí)現(xiàn)。相關(guān)控制信息參數(shù)記錄并顯示，每隔一定時(shí)間數(shù)據(jù)刷新一次，工作人員可以在控制室實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。當(dāng)某個(gè)控制點(diǎn)的某一個(gè)參數(shù)超出預(yù)定值，監(jiān)控中心軟件自動(dòng)報(bào)警，并且以電子地圖的方式顯示出哪個(gè)地方出現(xiàn)問(wèn)題，出現(xiàn)了什么類(lèi)型的問(wèn)題。監(jiān)測(cè)軟件功能包括：電子地圖，檔案管理，手/自動(dòng)調(diào)度，查詢(xún)統(tǒng)計(jì)等。

5 總結(jié)

無(wú)功補(bǔ)償電壓優(yōu)化控制系統(tǒng)在提高電網(wǎng)電壓合格率的同時(shí)，也有效地降低了網(wǎng)損，達(dá)到良好的經(jīng)濟(jì)效益。由于無(wú)功補(bǔ)償電壓優(yōu)化控制系統(tǒng)運(yùn)行所需的電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)取自調(diào)度自動(dòng)化SCADA/EMS系統(tǒng)，因此有必要加強(qiáng)對(duì)EMS 系統(tǒng)的維護(hù)[6]及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除SCADA 系統(tǒng)中存在的遙測(cè)、遙信錯(cuò)誤，確保自動(dòng)化系統(tǒng)提供合格的電網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

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