淺談基于調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)的主站AVC系統(tǒng)

薛源

摘 要：龍巖電業(yè)局主站AVC系統(tǒng)是基于調(diào)度自動(dòng)化SCADA/EMS系統(tǒng)平臺(tái)，利用SCADA/EMS高級(jí)應(yīng)用功能對(duì)電網(wǎng)潮流進(jìn)行動(dòng)態(tài)估算，實(shí)時(shí)監(jiān)測監(jiān)控點(diǎn)的電壓和功率因數(shù)，根據(jù)設(shè)置的不同時(shí)間段、不同運(yùn)行方式、不同負(fù)荷水平等條件給出相應(yīng)的電壓無功控制方案，實(shí)現(xiàn)區(qū)域、廠站的電壓無功自動(dòng)控制。文章分別從AVC系統(tǒng)的控制模式、控制方案和程序設(shè)計(jì)三個(gè)方面詳細(xì)了該AVC系統(tǒng)軟件。

關(guān)鍵詞：調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)；主站AVC系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2016）23-0081-02

1 概 述

隨著地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化SCADA（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）/EMS（能量管理系統(tǒng)）主站系統(tǒng)實(shí)用化水平的不斷提高，遙信、遙測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的不斷提高，遙控的更加可靠，以及狀態(tài)估計(jì)模塊對(duì)電網(wǎng)量測在線監(jiān)視的實(shí)現(xiàn)，使得基于調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的在線電壓無功優(yōu)化控制系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。地區(qū)電網(wǎng)AVC 系統(tǒng)是調(diào)度自動(dòng)化高層應(yīng)用軟件技術(shù)向閉環(huán)控制方向的拓展。[1]

龍巖電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化硬件水平已經(jīng)具備了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和閉環(huán)控制的能力，本系統(tǒng)通過完備的高速電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，利用EMS 系統(tǒng)的SCADA 應(yīng)用功能，在調(diào)控中心采集包括母線電壓、發(fā)電機(jī)出力、線路潮流、開關(guān)刀閘位置等在內(nèi)的實(shí)時(shí)信息，通過監(jiān)視關(guān)口的無功和變電站母線電壓，保證關(guān)口無功和母線電壓合格的條件下進(jìn)行無功電壓優(yōu)化計(jì)算，并通過在調(diào)控中心遠(yuǎn)方改變電網(wǎng)中無功補(bǔ)償設(shè)備的投切，變壓器分接頭的調(diào)整來滿足安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行條件，提高電壓質(zhì)量，降低網(wǎng)損。

2 AVC系統(tǒng)介紹

AVC是EMS的重要應(yīng)用子系統(tǒng)，為減少網(wǎng)絡(luò)不安全因素和控制命令傳輸環(huán)節(jié)，保證控制過程流暢性和可靠性，使系統(tǒng)維護(hù)量最小，遂采用與EMS平臺(tái)一體化的設(shè)計(jì)方案，在設(shè)計(jì)體系上，EMS 平臺(tái)支持AVC 應(yīng)用子系統(tǒng)功能擴(kuò)展， 這將為電壓無功控制提供統(tǒng)一平臺(tái)支撐軟件。龍巖主站AVC系統(tǒng)是采用山東積成電子iES600EMS系統(tǒng)的高層應(yīng)用的自動(dòng)電壓控制模塊，包括統(tǒng)一的支持軟件系統(tǒng)（數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和應(yīng)用中間件系統(tǒng)等）和統(tǒng)一的SCADA/EMS 平臺(tái)軟件系統(tǒng)，以防止自動(dòng)化人員因維護(hù)多套系統(tǒng)而加大工作量，避免因調(diào)度運(yùn)行人員日常監(jiān)視操作帶來的不適應(yīng)。

這套地區(qū)電網(wǎng)無功/電壓優(yōu)化控制系統(tǒng)具有兩種控制模式：優(yōu)化控制模式和分區(qū)控制模式，在優(yōu)化控制模式下的主要功能有電壓校正控制、功率因數(shù)校正控制、網(wǎng)損優(yōu)化控制。根據(jù)用戶考核和管理的規(guī)定可設(shè)定上述三個(gè)主要功能的優(yōu)先級(jí)。其中電壓上下限和功率因數(shù)上下限可分時(shí)段設(shè)置或以計(jì)劃曲線的方式給出，系統(tǒng)自動(dòng)的根據(jù)負(fù)荷水平實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的逆調(diào)壓運(yùn)行。對(duì)控制設(shè)備的選擇主要根據(jù)電壓、功率因數(shù)、網(wǎng)損的靈敏度分析和設(shè)備控制費(fèi)用綜合評(píng)估計(jì)算得到的綜合指標(biāo)進(jìn)行選擇，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制，同時(shí)最大限度的減少設(shè)備的操作次數(shù)，提高設(shè)備的使用壽命，降低事故率，保證電網(wǎng)運(yùn)行的安全。當(dāng)電網(wǎng)部分遙信、遙測數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題使優(yōu)化計(jì)算不能完成時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換運(yùn)行方式為基于規(guī)則的分區(qū)控制。這種運(yùn)行方式下，系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)定的電壓、功率因數(shù)限值進(jìn)行變電站級(jí)別的無功、電壓控制，保證系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。在分區(qū)控制模式下可根據(jù)自定義的控制規(guī)則實(shí)現(xiàn)對(duì)廠站功率因數(shù)以及電壓的控制。

3 AVC系統(tǒng)的控制方案

3.1 變電站母線電壓的校正控制

對(duì)監(jiān)控點(diǎn)的電壓進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)出現(xiàn)電壓越限時(shí)，根據(jù)優(yōu)化計(jì)算的結(jié)果產(chǎn)生校正控制方案，通過并聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備的投切和變壓器分接頭的調(diào)整來保證監(jiān)控點(diǎn)的電壓在規(guī)定的運(yùn)行區(qū)間內(nèi)。

3.2 關(guān)口功率因數(shù)的校正控制

對(duì)系統(tǒng)關(guān)口的功率因數(shù)進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)超過給定的運(yùn)行范圍時(shí)，根據(jù)優(yōu)化計(jì)算的結(jié)果選擇投切某個(gè)并聯(lián)補(bǔ)償設(shè)備來控制功率因數(shù)，保證電壓變化不大，網(wǎng)損增加最少或減少最多。

3.3 網(wǎng)損的優(yōu)化控制

在電壓和功率因數(shù)都合格的情況下，通過對(duì)設(shè)備的電壓、網(wǎng)損、關(guān)口功率因數(shù)的靈敏度分析和綜合調(diào)整指標(biāo)來選擇控制設(shè)備。當(dāng)網(wǎng)損減少小于控制死區(qū)值時(shí)不控制，根據(jù)典型日的負(fù)荷曲線預(yù)測設(shè)備投入或切除后至下一次切除或投入的時(shí)間，根據(jù)此計(jì)算優(yōu)化電量，如果節(jié)約的費(fèi)用大于設(shè)備的控制費(fèi)和死區(qū)時(shí)才提出方案。對(duì)設(shè)備的控制保證電壓合格，同時(shí)不引起電壓的太大變化。

4 AVC系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)

AVC系統(tǒng)能自動(dòng)根據(jù)負(fù)荷水平實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的逆調(diào)壓運(yùn)行，對(duì)控制設(shè)備的選擇主要根據(jù)電壓、功率因數(shù)、網(wǎng)損的靈敏度分析和設(shè)備控制費(fèi)用綜合評(píng)估計(jì)算得到的綜合指標(biāo)進(jìn)行選擇，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制，同時(shí)最大限度的減少設(shè)備的操作次數(shù)，提高設(shè)備的使用壽命，降低事故率，保證電網(wǎng)運(yùn)行的安全。

4.1 AVC系統(tǒng)特點(diǎn)

①根據(jù)PAS拓?fù)淠Ｐ妥詣?dòng)生成監(jiān)控點(diǎn)；

②采用潮流計(jì)算的靈敏度分析方法；

③引入設(shè)備的控制費(fèi)用，建立了設(shè)備控制費(fèi)用綜合評(píng)估模型；

④控制方案全部由程序自動(dòng)生成，有效的解決了三圈變壓器的控制問題；

⑤按照短期、超短期負(fù)荷曲線實(shí)現(xiàn)預(yù)控制和逆調(diào)壓；

⑥多個(gè)設(shè)備協(xié)調(diào)控制，如多個(gè)110 kV或35 kV的變電站的電源來自于同一個(gè)220 kV的變電站，可通過計(jì)算自動(dòng)實(shí)現(xiàn)上下級(jí)廠站的協(xié)調(diào)調(diào)壓。

4.2 系統(tǒng)功能

①程序采用主、輔雙模塊互為熱備運(yùn)行模式，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

②對(duì)SCADA采集的數(shù)據(jù)采取數(shù)字濾波，可濾掉電壓、無功的擾動(dòng)，避免或減少誤動(dòng)；

③掛在同一條母線上的不同電容器組不允許同時(shí)操作；

④當(dāng)電容器、變壓器保護(hù)動(dòng)作時(shí)閉鎖設(shè)備；

⑤當(dāng)電容器、變壓器動(dòng)作次數(shù)大于本時(shí)段內(nèi)限定的次數(shù)/日動(dòng)總次數(shù)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警，設(shè)備不可用；

⑥根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)判斷變壓器是否并列運(yùn)行，并列運(yùn)行變壓器統(tǒng)一調(diào)節(jié)；

⑦同一變壓器兩次調(diào)節(jié)時(shí)間間隔不小于3分鐘，同一電容器兩次動(dòng)作時(shí)間間隔不少于5分鐘；

⑧系統(tǒng)根據(jù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)自動(dòng)生成子關(guān)口，并對(duì)子關(guān)口的功率因數(shù)監(jiān)視；

⑨設(shè)備遙控/調(diào)成功但數(shù)據(jù)沒有刷新，將該設(shè)備禁用；

⑩當(dāng)沒有調(diào)節(jié)手段時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行報(bào)警；

11 具有三種工作方式： 其一，AVC系統(tǒng)完成所有的決策處理，給出控制方案，并執(zhí)行該控制方案——閉環(huán)；其二，AVC系統(tǒng)只監(jiān)視廠站電壓、功率因數(shù)的越限情況，不執(zhí)行控制方案——開環(huán)；其三，AVC系統(tǒng)不產(chǎn)生方案——退出。

12 可以設(shè)置方案的控制優(yōu)先級(jí)；

13 可根據(jù)檢修、保護(hù)等信息自主決定設(shè)備是否可控。

14 圖形化顯示界面：可直觀的顯示優(yōu)化控制方案、關(guān)口信息、電壓越限信息等；

15 在優(yōu)化模式下可提供各個(gè)設(shè)備對(duì)關(guān)口力率、網(wǎng)損的靈敏度查詢。

16 提供各種參數(shù)的在線修改。

17 自動(dòng)記錄控制方案的詳細(xì)信息，

18 未能提出控制方案的給出詳細(xì)的原因分析。

4.3 功率因數(shù)控制限值與緩沖區(qū)

AVC功率因數(shù)控制限值處設(shè)置了一個(gè)緩沖區(qū)，以便提前給出執(zhí)行方案，避免控制動(dòng)作滯后造成的越限。例如，省調(diào)考核功率因數(shù)指標(biāo)：當(dāng)電壓小于220 kV時(shí)，cosφ應(yīng)大于等于0.95且小于1，故實(shí)際程序設(shè)定中設(shè)置了一個(gè)0.005的緩沖區(qū)，當(dāng)SCADA系統(tǒng)監(jiān)測到cosφ減小到0.955或者增大到0.995時(shí)，AVC程序即開始決策處理，給出執(zhí)行方案。

4.4 遙測電壓合理性檢查

為減少控制決策的失誤，AVC系統(tǒng)針對(duì)每個(gè)廠站設(shè)置了一個(gè)合理的電壓上/下限。

4.5 AVC系統(tǒng)軟件流程圖

龍巖地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)軟件流程圖，如圖1所示。

由圖可見，首先從調(diào)度自動(dòng)化采集數(shù)據(jù)，經(jīng)狀態(tài)估計(jì)處理數(shù)據(jù)，送入電壓矯正計(jì)算模塊、功率因數(shù)矯正計(jì)算模塊和網(wǎng)損優(yōu)化模塊進(jìn)行綜合分析，形成變電站變壓器分接頭調(diào)節(jié)、電容/電抗器投切等一系列指令，交調(diào)控中心控制系統(tǒng)執(zhí)行。

5 結(jié) 語

龍巖地區(qū)電網(wǎng)從2003年開始就實(shí)現(xiàn)了AVC系統(tǒng)閉環(huán)控制運(yùn)行，現(xiàn)投入AVC閉環(huán)控制的廠站共有27個(gè)，其中有9個(gè)220 kV廠站，15個(gè)110 kV站，1個(gè)35 kV站，2個(gè)10 kV站。共有81臺(tái)電容器，5臺(tái)電抗器，41臺(tái)變壓器。長期的運(yùn)行數(shù)據(jù)表明，AVC系統(tǒng)的應(yīng)用提高了10 kV母線電壓合格率，合理地使用了調(diào)壓設(shè)備和無功補(bǔ)償設(shè)備，降低了輸電網(wǎng)損，大大減輕了調(diào)度監(jiān)控值班人員勞動(dòng)強(qiáng)度，完善并提高無人值班變電站自動(dòng)化水平。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王士政.電力系統(tǒng)控制與調(diào)度自動(dòng)化[M].北京：中國電力出版社，2008.

[2] 李廣軍，崔天時(shí)，范永存.地區(qū)電力調(diào)度自動(dòng)化AVC閉環(huán)控制安全策略 [J].農(nóng)業(yè)科技與設(shè)備，2008，（2）：61-63.