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全网无功电压优化集中控制系统在泰州电网的应用 |
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| 全网无功电压优化集中控制系统在泰州电网的应用 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 10:01:39  |
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丁晓群1，陈晟2，许杏桃2，颜自坚1
1．河海大学电气工程学院，江苏省南京市210098； 2．泰州供电局，江苏省泰州市225300
1 引言
电网无功电压优化控制是一个离散变量（例如，断路器、电容器和变压器抽头）、多约束的非线性优化问题。长期以来，这一经典问题一直未能解决得尽如人意，大多数工作都是单独使用电容器和有载变压器分接头来分别控制流经主变压器的无功潮流尽可能小和母线二次测电压尽量维持在期望电压值的附近。用于10 kV母线的无功电压综合自动控制装置（VQC）已在变电所中投运，但由于这一装置仅仅采集一个变电所的运行参数，不能实现对全网范围内各变电所的电容器和有载调压变压器分接档位进行协调控制。同时，如果每个变电所都安装VQC装置，要增加设备的投资。因此，有必要研究开发一套无功电压集中优化控制系统软件，以适应电力系统运行的稳定性、安全性和经济性的需要。
笔者开发的无功电压集中优化控制系统软件就是以全网网损尽量小、各节点电压合格为目标，以集控中心（调度中心、配调中心）为核心，以各变电所有载调压变压器分接档位调节与电容器投切协调控制为手段的系统。它不但克服了现有无功控制（VQC）装置的不足，而且新系统人机界面直观清晰，无需监控，节省投资，一个地（市）、县调度部门仅需一套软件就可以实现本网范围内所有变电所的无功电压集中优化控制。
2 系统软件主要流程和功能
2．1 主要流程
实现全网电压合格、网损尽量小的综合优化，对有载调压变压器分接档位调节和电容器投切的集中自动控制的核心是依据全网无功补偿设备和调压设备的状态及电力网的运行参数的综合协调，形成相关指令，由操作控制系统执行。
图1为区域电力网无功电压集中优化自动控制系统软件流程图。首先从调度自动化系统采集数据，送入电压分析模块和无功分析模块进行综合分析，形成变电所主变分接头调节指令、变电所电容器投切指令、多主变经济运行指令，交由调度中心、集控中心、配调中心控制系统执行。此后循环往复。
2．2 主要功能
（1）实时监测电网中的数据 可以在一面屏幕上监测电网中10 kV母线电压、电流、无功、变压器分接头位置及电容器开关状态等信息。
（2）电压越限控制 当10 kV母线电压越限时，系统发出相应的调节有载分接头或投切电容器的指令，并自动执行操作指令。
（3）无功潮流不合理控制 当电网无功潮流的流向不合理时，系统发出投切相关电容器的指令，并自动执行操作指令。
（4）集中自动控制 无需值班人员干预，满足无人值守站的要求，实现“四遥”功能。
（5）主变压器经济运行 电网处于低谷负荷运行时，对各变电所内2台或多台主变压器提出经济运行的模式，由值班人员决定是否执行操作指令。
（6）逆调压 实现在电压合格范围内，高峰负荷时电压偏上限运行，低谷负荷时电压偏下限运行。
（7）声音报告 系统中任何一项操作成功与否，均有语音报告，以提示或通知值班人员掌握某一变电所主变压器分接头调节、电容器投切动作情况。
（8）记录打印 程序在每一次操作命令发出后，都有控制操作的记录，保存分析，自动统计每月、每日各变电所主变分接头、电容器投切次数。这些记录可以在屏幕模拟显示，也可以打印存档管理。
（9）安全闭锁 在遇到主变压器分接头开关、电容器开关、通信线路及系统中出现各种异常状态不允许执行操作指令时，该系统能可靠闭锁，防止误动。
3 系统软件中的实用化处理
为实现系统的实用化，笔者在开发该系统的过程中，①不是进行单纯的全网潮流计算，而是建立符合全网网损尽量小，电压合格的优化及控制判断规则；②处理好本系统与原来的调度自动化系统的数据、指令接口问题，保证操作指令在相应的元件中可靠地执行。下面举例说明几点实施技术方案，为系统软件的实用化处理奠定基础。
（1）假设电网无功潮流合理，当某变电所低压侧母线电压偏离合格范围时，分析同电源同电压等级变电所和上级变电所电压的情况，自行确定是调节本变电所主变压器分接头还是调节上级电源变电所主变压器分接头。假定电压处在合格范围之内，先考虑本变电所内无功潮流是否合理，再考虑同级电网内无功潮流是否合理，在不向上一级电压电网倒送无功的前提下，允许并实现同级电网内变电所之间部分无功功率倒送，以实现本级电力网内无功潮流平衡。
（2）在使电容器合理投入和主变压器分接头调节尽量少的前提下，协调本网范围内主变压器分接头调节与电容器投切引起的电压波动或无功变化的关系，以满足电压无功优化控制的目的。
（3）为实现各节点电压运行在上限，各变电所电容器合理投入的运行方式，主变压器分接头与电容器的综合操作条件为：U1－AX＋ΔU≤U2。其中U1指电容器投入前的电压实际值；U2指允许电压上限值；ΔU指由电容器投入引起的电压升高值；A为主变分接头调节折算到低压侧每档电压差，常取0．25 kV或0．125 kV；X为主变分接头操作档数。ΔU由第一次投入电容器引起的电压升高值的实际测量取得。
（4）当变电所变压器分接头调至1档，电容器全部切除时，电压仍超标或者考虑双（或多）主变经济运行时，引入双（或多）主变压器经济运行计算，实施调减某一台变压器运行方式。
（5）如果10 kV是单母线分段接线，当母线不分段运行时，不论主变压器是否停用，档位同步调整，使得当需要双（或多）主变压器运行时，不再人工干预调整变压器分接头档位一致；当母线分段运行时，档位调整不要求一致。
（6）借助于调度自动化系统中的数据采集与广泛采用的手动遥调、遥控功能，不必增加任何硬件设备，只要处理好本系统与原来的调度自动化系统的数据、指令接口问题，就能实现全网无功电压优化集中自动控制的功能。
4 应用实例分析
目前，全网无功电压集中优化控制系统已分别在江苏的泰州、兴化、丹阳、沭阳、靖江供电局使用，取得了很好的效果。
本文以江苏泰州供电局的应用，分析其实现方法及运行所带来的效益，以说明系统的正确性和实用性。从1999年11月开始，本系统软件在泰州供电局集控中心投运，运行稳定、动作可靠，2000年8月已通过江苏省科学技术委员会组织的科技成果鉴定。
4．1 实现方法
江苏泰州供电局集控中心管理7个无人值班变电所，其中有载调压变压器13台，补偿电容器9台，电压等级为220、110、35、10 kV。图2为泰州供电局集控中心区域电力网简化图。
如图2所示，假设无功功率在合理的流向范围内，若仅11变电所10 kV母线电压超上限或超下限，则仅调节11变电所主变压器分接档位；若11、12、13变电所10 kV母线电压同时超上限或超下限，则调节13变电所主变压器分接档位；若11、12、13、14、15、16变电所10 kV母线电压同时超上限或超下限，则调节17变电所主变压器分接档位。
假设电压在合格范围内，当流过15变电所D点的无功负荷加上该变电所主变压器空载无功功率大于本变电所10 kV电容器容量的一半时（具体大到多少可设定），若该电容器投入后17变电所B点无功潮流不发生向220 kV电网倒送，此时该变电所10kV电容器即可投入。11、12、13变电所10 kV电容器投入条件同15变电所10 kV电容器投入条件，但要求13变电所A点无功潮流不发生向110 kV电网倒送，实现无功分层平衡。
在图2所描述的电力网中，14变电所内含双主变压器，如果双主变压器的分接档位已调至1档，上级变电所主变压器分接档位已调至尽可能小，14变电所电容器也已切除，此时14变电所10 kV母线电压仍超过上限，此时如果2号主变压器能承担全部负荷，则切除1号主变压器（1号主变压器单独运行电能损耗比2号主变压器单独运行大），留2号主变压器运行且不再更换1号主变压器运行，这样就降低了14变电所10 kV母线电压，又实现2台主变压器经济运行的模式。
4．2 运行效益
现统计2000年1～3月网损与电压，并与去年同期相比较，结果见表1、2。
（1）降低线损
从表1统计结果看出，2000年1～3月份比去年同期节电1 069 MWh，全年类推约可节电4 276 MWh，约合人民币192．4万元。本控制系统如果大面积推广，其降损效益是可想而知的。
（2）用户电压合格率提高
不同年月的电压合格率见表2。从表2看出，变电所A点电压合格率的提高，促成了用户端B、C、D电压合格率的提高。
（3）设备运行状态改善
由于实施全网无功补偿容量调节和电压调节，变电所10 kV电容器每台每天投切次数由以前的平均3次增加到现在的平均9次；主变压器分接开关调节次数由以前的每台每天平均10次，降低到目前的每台每天平均5次，改善了设备运行状态，提高了地区受电力率。220 kV泰州变电所高压侧峰期力率由以前的0．89提高到目前的0．96。
4 结语
本文开发的系统软件，对无功电压优化与控制实现了从离线处理到实时处理、从就地平衡到全网平衡、从单独控制到集中控制的创新。优化过程不再依赖于无功潮流计算，控制过程无需增加任何硬件设备，使系统软件具有实用性和可靠性。运行实例说明了该系统软件在电力系统中具有良好的应用前景。
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