電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)在供電企業(yè)中的應(yīng)用

戴玲利 王明月

亳州市譙城陽光電力維修工程有限責(zé)任公司，安徽亳州 236800

在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景下，供電企業(yè)將自動(dòng)化技術(shù)與電力系統(tǒng)相結(jié)合，使輸電系統(tǒng)能夠更加靈活、穩(wěn)定地運(yùn)轉(zhuǎn)以滿足當(dāng)代電力資源供需狀況，降低電損，輔助供電企業(yè)獲取利益，減少用戶的用電損失。

1 運(yùn)用互聯(lián)輸電系統(tǒng)優(yōu)化電力結(jié)構(gòu)

從狹義視角來講，供電企業(yè)電力系統(tǒng)是用于以安全、可靠、經(jīng)濟(jì)的方式來生產(chǎn)、傳輸和分配電力資源，一般情況下，發(fā)電和輸電通常采用三相交流系統(tǒng)，而配電則可能使用的是單相或者兩相系統(tǒng)。在信息時(shí)代，運(yùn)用互聯(lián)輸電系統(tǒng)優(yōu)化電力結(jié)構(gòu)可以有效提升電力系統(tǒng)的自動(dòng)化功能，輔助供電企業(yè)提高生產(chǎn)服務(wù)水平與經(jīng)濟(jì)效益，全面優(yōu)化供電企業(yè)在電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)中的應(yīng)用方案。在借助自動(dòng)化技術(shù)組建互聯(lián)輸電系統(tǒng)的過程中，應(yīng)注重發(fā)揮以下五大優(yōu)勢(shì)。

1.1 大容量輸電

目前，影響在某特定位置成立供電企業(yè)的因素很多，主要因素包括燃料可用性、燃料價(jià)格、燃料運(yùn)輸成本、融資、冷卻水、土地可用性以及輸電系統(tǒng)消費(fèi)水平。如果存在不利因素的制約，就很難在負(fù)荷中心附近成立供電企業(yè)和組建電力系統(tǒng)。對(duì)此，可以運(yùn)用互聯(lián)輸電系統(tǒng)來解決，該系統(tǒng)的第一優(yōu)勢(shì)是能夠?qū)⑦h(yuǎn)方供電企業(yè)大量的電力資源遠(yuǎn)距離傳輸給負(fù)荷中心。此外，高壓輸電比低壓輸電的效率更高，因其具有更低的單位容量傳輸成本、功率損耗和電壓降落。

1.2 經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和自動(dòng)化電力交易

互聯(lián)輸電系統(tǒng)可以在所有市場(chǎng)動(dòng)員（包括發(fā)電和需求）之間建立國(guó)家級(jí)電力網(wǎng)架，從而全面優(yōu)化發(fā)電組合，提供最廉價(jià)的電力資源。此外，在電力市場(chǎng)環(huán)境下，互聯(lián)輸電系統(tǒng)能夠輔助市場(chǎng)成員進(jìn)行最有效的自動(dòng)化交易，并為不同區(qū)域提供跨區(qū)發(fā)電優(yōu)化組合平臺(tái)。

1.3 供電安全性和可靠性

對(duì)于供電企業(yè)的發(fā)展和用戶的用電需求來講，安全性與可靠性是電力系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵問題。在電廠故障、輸電停運(yùn)或者天氣原因而導(dǎo)致大范圍的電力缺額，互聯(lián)輸電系統(tǒng)依然能夠自動(dòng)持續(xù)供電，充分保證系統(tǒng)的完整性和電能質(zhì)量（由電壓、波形和頻率來確定）。相比單機(jī)供電，具有輸電回路的供電可靠性更高，因此，互聯(lián)輸電系統(tǒng)能夠在個(gè)別發(fā)電機(jī)故障的情況下提高供電的安全性與可靠性。

1.4 減少電廠容量裕度

在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，發(fā)電機(jī)容量不能小于最大負(fù)荷預(yù)測(cè)。如果一個(gè)電廠由于常規(guī)檢修或者故障而停運(yùn)，或者因極端天氣而引發(fā)額外電力需求以及遇到輸電線路檢修時(shí)間，就要基于安全性考慮，需要額外的容量來滿足由此產(chǎn)生的電力缺額?；ヂ?lián)輸電系統(tǒng)就能夠用某區(qū)域的剩余發(fā)電量來彌補(bǔ)系統(tǒng)中其他地方的容量缺額。因此，互聯(lián)系統(tǒng)發(fā)電安全性所需的容量裕度要小于系統(tǒng)未曾互聯(lián)時(shí)各區(qū)域的容量裕度之和。

1.5 降低頻率響應(yīng)和有功備用要求

電力企業(yè)有責(zé)任將電力系統(tǒng)頻率保持在規(guī)定的限制范圍內(nèi)，因?yàn)轭l率偏差過大會(huì)導(dǎo)致大范圍的甩負(fù)荷、發(fā)電機(jī)解列甚至電力系統(tǒng)崩潰。如果用電需求大于發(fā)電量，頻率就會(huì)下降；反之，如果用電需求小于發(fā)電量，頻率就會(huì)上升?；ヂ?lián)輸電系統(tǒng)的頻率響應(yīng)基本上應(yīng)小于各單獨(dú)系統(tǒng)的頻率響應(yīng)之和。

2 組建靈活交流輸電系統(tǒng)

現(xiàn)時(shí)代的電網(wǎng)是由同步發(fā)電機(jī)、輸電線路、變壓器和負(fù)荷構(gòu)成，輸電線路可由串聯(lián)阻抗和并聯(lián)電容來等效表示。一般情況下，輸電線路的串聯(lián)阻抗和端電壓的相角以及幅值決定了其最大傳輸功率，而電容則影響系統(tǒng)的電壓分布。為了使交流電力系統(tǒng)正常運(yùn)行，至少應(yīng)滿足三項(xiàng)基本要求：第一，同步發(fā)電機(jī)自動(dòng)發(fā)出的功率與負(fù)荷消耗的功率應(yīng)保持實(shí)時(shí)平衡；第二，同步發(fā)電機(jī)應(yīng)該與電力系統(tǒng)同步運(yùn)行；第三，系統(tǒng)的母線電壓應(yīng)維持在運(yùn)行限值以內(nèi)。

組建靈活交流輸電系統(tǒng)（FACTS），提升供電企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，企業(yè)管理人員首先要引導(dǎo)全體施工技術(shù)人員在實(shí)踐工作中遵循該系統(tǒng)的基本控制原理，即通過對(duì)交流輸電系統(tǒng)（FACTS）的適當(dāng)控制來改變電力系統(tǒng)的阻抗以控制系統(tǒng)潮流與電壓。其次，組建靈活交流輸電系統(tǒng)（FACTS）還可用于控制電壓穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性、暫態(tài)穩(wěn)定性和功角態(tài)穩(wěn)定性。再次，根據(jù)靈活交流輸電系統(tǒng)的基本控制原理，可以將該系統(tǒng)控制器分為兩類。第一類包括靜止無功補(bǔ)償器（SVC）、晶閘管控制的串聯(lián)電容器（TCSC）、晶閘管投切串聯(lián)電容器（TSSC）和就不可關(guān)斷晶閘管技術(shù)的移相器（PS）。這些基于晶閘管的靈活交流輸電系統(tǒng)（FACTS）可以自動(dòng)控制好電壓、阻抗與相角。第二類是基于自換相電壓源開關(guān)轉(zhuǎn)換技術(shù)來實(shí)現(xiàn)同步交流電壓源和電流源的自動(dòng)化控制。除此之外，基于同步電壓源的FACTS控制器有靜止同步補(bǔ)償器（STATCOM）、靜止同步串聯(lián)變換器（SSSC）、統(tǒng)一潮流控制器（UPFC）和線間潮流控制器（IPFC）。

另一方面，供電企業(yè)應(yīng)借助新一代FACTS控制設(shè)備——可轉(zhuǎn)換靜止補(bǔ)償器（CSC）來提升電力系統(tǒng)的自動(dòng)化水平和功率傳輸能力，改善輸電網(wǎng)裝備。目前，可轉(zhuǎn)換靜止補(bǔ)償器（CSC）的顯著特性是其可轉(zhuǎn)換性和可擴(kuò)展性，所謂的“可轉(zhuǎn)換性”是指可轉(zhuǎn)換靜止補(bǔ)償器（CSC）能夠讓電力系統(tǒng)自動(dòng)適應(yīng)不斷變化的運(yùn)行要求與潮流模式；“可擴(kuò)展性”則是指可轉(zhuǎn)換靜止補(bǔ)償器（CSC）能夠自動(dòng)運(yùn)行連接在同一直流母線上的多個(gè)電壓變換器。而且，兼容的變換器會(huì)自動(dòng)接到同一直流母線上，以此擴(kuò)展可轉(zhuǎn)換靜止補(bǔ)償器（CSC）的能力。

3 加強(qiáng)基于FACTS的電力系統(tǒng)控制

加強(qiáng)基于FACTS的電力系統(tǒng)控制是促進(jìn)電力系統(tǒng)自動(dòng)化高效運(yùn)轉(zhuǎn)的重要支撐，通常，大多數(shù)并聯(lián)FACTS控制器（例如SVC和STATCOM）都可以提供電壓和無功控制，而串聯(lián)FACTS控制器則能夠加強(qiáng)潮流控制。此外，F(xiàn)ACTS控制器可以用來提高電力系統(tǒng)的功角穩(wěn)定性，增強(qiáng)電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性。

從微觀角度來看，SVC和STATCOM這兩種控制器具有不同的控制性能。其中，SVC（由晶閘管組成的開關(guān)電容TSC和晶閘管控制電抗器TCR構(gòu)成）和STATCOM具有非常相似的自動(dòng)化實(shí)用補(bǔ)償能力，但因?yàn)榇嬖谶\(yùn)行原理差異，所以STATCOM具有更強(qiáng)的整體性能和更好的應(yīng)用靈活性。此外，由于STATCOM的系統(tǒng)在電壓較低時(shí)能夠維持全部的容性輸出電流，因此，它比SVC更能改善電力系統(tǒng)的功角穩(wěn)定性。而且，STATCOM的時(shí)間響應(yīng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于SVC，相反STATCOM與儲(chǔ)能系統(tǒng)可通過其直流電線路連接，從而進(jìn)一步增強(qiáng)電力系統(tǒng)的自動(dòng)化補(bǔ)償。

4 實(shí)現(xiàn)電壓與無功的最優(yōu)化

實(shí)現(xiàn)電壓與無功的最優(yōu)化是基于電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)控制的優(yōu)化問題，在此過程中，首先要選擇最優(yōu)潮流（OPF），在滿足電力系統(tǒng)特定運(yùn)行約束的條件下安排運(yùn)行方式，使目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最小。目前，大多數(shù)OPF程序具有實(shí)現(xiàn)多種目標(biāo)函數(shù)的功能。能量管理系統(tǒng)中的OPF應(yīng)用之一是通過安排和協(xié)調(diào)發(fā)電機(jī)、補(bǔ)償裝置及調(diào)壓變壓器的無功控制，以最大限度地減少有功功率傳輸損耗，而且，OPF的電壓控制和無功管理通過減少無功潮流而改善電壓分布。

其次，要注意的是，在電網(wǎng)系統(tǒng)中，調(diào)壓變壓器可用于電壓控制，而變壓器是被用來控制連接端母線的電壓，它并不是無功裝置。相比之下，調(diào)壓變壓器可以通過改變其分接頭位置來改變電網(wǎng)的無功分布，使電力系統(tǒng)的有功損耗和無功損耗達(dá)到最低，從而有效改善電壓分布。再次，需要立足于聯(lián)合優(yōu)化的目標(biāo)，在滿足電力負(fù)荷預(yù)測(cè)與需求的情況下，充分借助自動(dòng)化技術(shù)，努力實(shí)現(xiàn)供電企業(yè)服務(wù)和電能供應(yīng)總成本的最小化，全面改善電力系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)和配電系統(tǒng)。

另一方面，做好安全回路控制，著重優(yōu)化配網(wǎng)的兩地控制電路，引入自動(dòng)化技術(shù)配置，這樣能夠便于操控，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)控制。而且，自動(dòng)化技術(shù)配備結(jié)構(gòu)須簡(jiǎn)單，能夠迅速而及時(shí)地發(fā)出控制信號(hào)以控制配網(wǎng)線路、繼電器和啟動(dòng)器等。此外，配網(wǎng)安全回路開關(guān)應(yīng)該能夠自動(dòng)完成起動(dòng)、停止、調(diào)節(jié)等基本控制，這樣能夠做好整個(gè)電力系統(tǒng)的過載保護(hù)與短路保護(hù)工作，深化安全回路配置，確保高壓線路的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，構(gòu)建完善的配網(wǎng)運(yùn)行一體化管理體系，避免設(shè)備缺陷積壓事件。

5 結(jié)語

綜上所述，優(yōu)化供電企業(yè)在電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化技術(shù)中的應(yīng)用方案，促進(jìn)供電企業(yè)的良好發(fā)展，需要正確運(yùn)用互聯(lián)輸電系統(tǒng)優(yōu)化電力結(jié)構(gòu)，組建靈活交流輸電系統(tǒng)，加強(qiáng)基于FACTS的電力系統(tǒng)控制，努力實(shí)現(xiàn)電能與輔助服務(wù)的聯(lián)合優(yōu)化。