許鋒

（中國石油長慶油田公司水電廠，甘肅 慶陽 745100）

電力系統(tǒng)的無功補償與無功平衡是確保電壓質(zhì)量的基本條件，進行有效和合理的無功補償，不但能夠確保電壓的質(zhì)量，還能保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運行，將電能損耗降低，提高電網(wǎng)的經(jīng)濟效益。油田電網(wǎng)所帶負荷大多為轉(zhuǎn)動設備,這些設備在不同的時刻既可能是無功源,也可能是無功消耗元件,因此對于油田電網(wǎng)來說,就會有功率因數(shù)低、網(wǎng)絡損耗大、負荷不穩(wěn)定等種種問題。針對這樣復雜的網(wǎng)絡,改善電能質(zhì)量最好的方式就是分散就地無功補償,這樣可以有效提高供電線路各點的功率因數(shù),減少無功傳輸量,增大有功傳輸容量,減少線徑,從而減少線路投資。

1 電壓無功自動控制系統(tǒng)

分散調(diào)整、就地平衡是調(diào)度自動化系統(tǒng)還沒有實用化時地區(qū)電網(wǎng)電壓無功控制采用的方式，變電站電壓無功自動控制裝置（VQC）是主要的使用裝置，其實現(xiàn)只面對單個變電站的控制運行。九區(qū)域圖及其衍生圖進行單廠站的電壓無功自動控制，是目前市場上常用的VQC電壓無功控制裝置。九區(qū)域圖簡單、直觀、使用方便，能在一定程度上將單個站的功率因數(shù)和電壓合格率提高。但是，以九區(qū)域圖法為基礎的VQC裝置無法達到全網(wǎng)的無功電壓最優(yōu)控制。在二級有載調(diào)壓電網(wǎng)中，有些要頻繁調(diào)整電壓，這就很容易出現(xiàn)設備無動作或不合理的調(diào)節(jié)電壓的現(xiàn)象，同時，無功電壓控制裝置一定要在每個變電所中安裝，這樣就增大了投資成本，也無形中增加了設備維護量。

2 自動電壓控制系統(tǒng)設計

伴隨著通訊技術和計算機技術的飛速發(fā)展，調(diào)度自動化技術已經(jīng)基本上在地區(qū)級電力系統(tǒng)中使用，主站集中式自動電壓控制系統(tǒng)軟件（AVC）就是在這個基礎上出現(xiàn)的。"AVC系統(tǒng)"通過調(diào)度自動化SCADA系統(tǒng)，對全網(wǎng)每個節(jié)點的實時數(shù)據(jù)（如遙測、遙信數(shù)據(jù)）進行采集，并進行分析和計算，在確保設備和電網(wǎng)安全運行的前提下，以節(jié)點功率因數(shù)、節(jié)點電壓合格作為約束條件，從全網(wǎng)的角度控制電壓無功優(yōu)化閉環(huán)，達到穩(wěn)定電壓及無功分層就地平衡和無功補償設備投入合理的目的，使電容器投切最合理、電壓有最高的合格率，主變分接開關調(diào)節(jié)次數(shù)最少和全網(wǎng)有最小的網(wǎng)損率。這個系統(tǒng)最終形成無功補償設備投切控制指令、有載調(diào)壓變壓器分接開關調(diào)節(jié)，并根據(jù)網(wǎng)絡和計算機技術，借助調(diào)度自動化系統(tǒng)的功能，通過SCADA系統(tǒng)的自動運行，實現(xiàn)無功補償設備和有載調(diào)壓裝置的集中監(jiān)視、管理、控制，達到地區(qū)電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化運行閉環(huán)控制。地區(qū)級電網(wǎng)的電壓無功優(yōu)化控制問題，可以通過安裝一套軟件來解決，節(jié)約了成本，減少了維護次數(shù)。AVC系統(tǒng)軟件在國內(nèi)逐漸被應用，并收到了良好的經(jīng)濟和社會效益。

3 AVC與VQC裝置聯(lián)合協(xié)調(diào)控制方案探討

綜合AVC和VQC的特點，國內(nèi)有些專家提出了AVC和VQC裝置綜合協(xié)調(diào)控制的技術思路。從目前看，調(diào)度自動化系統(tǒng)在地區(qū)電網(wǎng)這一級已經(jīng)普遍使用，在經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，已經(jīng)升級到三代或三代以上，調(diào)度自動化系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展到成熟的EMS系統(tǒng)，而不再是原來單純的SCADA系統(tǒng)，光纖通訊作為底層通訊方式，保證了容量、速度和可靠性。根據(jù)全國使用的AVC系統(tǒng)情況來看，穩(wěn)定性和可靠性比較好的是主站式AVC控制系統(tǒng)。我們知道，如果采用AVC和VQC綜合協(xié)調(diào)控制的方式，一定會出現(xiàn)下列情況：VQC裝置在每個變電站都要安裝，這樣就增加了投資和維護成本；地區(qū)電網(wǎng)規(guī)模較大的，可能會有使用的VQC裝置不是同一廠家的情況，這就增大了控制風險，并且降低了接口的可靠性，工程實施時還可能還需要協(xié)調(diào)不容廠家；根據(jù)可靠性原則，模塊和設備使用的越少，系統(tǒng)就會越穩(wěn)定、越可靠。進一步分析，AVC系統(tǒng)能從SCADA系統(tǒng)中獲取VQC采集的遙測遙信數(shù)據(jù)，并且油田電網(wǎng)的電壓無功優(yōu)化計算，在目前的普通商用電腦上就可以完成。隨著綜合自動化技術的發(fā)展，具備四遙功能的地區(qū)電網(wǎng)，主站AVC軟件可靠性高、投資少、維護量小、建設周期短，所以，AVC與VQC裝置的綜合協(xié)調(diào)控制的技術思路不具備優(yōu)勢，目前為止也沒有相應的實時案例。

4 電壓無功控制的發(fā)展趨勢

4.1 分布式AVC系統(tǒng)

伴隨變電站綜合自動化技術的發(fā)展，廣泛采用了無人值班變電站。建立多個集控站在電網(wǎng)調(diào)度的層次下，這樣集控站人員就可以完成原來需要站內(nèi)值班人員做的工作，因此，調(diào)度中心+多個集控站、設備監(jiān)視控制與調(diào)度管理分離逐步成為電力系統(tǒng)運行管理的模式。并且集控站不是根據(jù)電網(wǎng)結構的耦合程度來劃分，二是根據(jù)地域劃分的，每個集控站管理的變電所之間可能是聯(lián)系緊密的，但在電網(wǎng)結構上，解耦不能根據(jù)行政區(qū)域劃分進行，所以，單靠集中式自動電壓控制系統(tǒng)，無法將調(diào)度權與多個集控權之間的優(yōu)先級、組織、責任歸屬等問題解決掉。

4.2 不同調(diào)度管理的AVC分級協(xié)調(diào)控制

4.2.1 油田電網(wǎng)內(nèi)部AVC系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制。環(huán)網(wǎng)設計、開環(huán)運行時配電網(wǎng)的特點，從調(diào)度的角度看，電網(wǎng)呈縱向緊密耦合，上級電網(wǎng)分級頭調(diào)節(jié)對下級電網(wǎng)的電壓水平有很大的影響，一定要將上下級電網(wǎng)聯(lián)合調(diào)壓的合理方案考慮好，防止下級電網(wǎng)調(diào)壓時設備調(diào)節(jié)振蕩。另外，根據(jù)調(diào)度管理的分工和責任歸屬，上級調(diào)度中心的AVC系統(tǒng)，不允許直接對下級的所有主變分接頭和無功補償設備進行分析和控制。而且無論是上級電網(wǎng)還是下級電網(wǎng)，全網(wǎng)的功率因數(shù)會受任何一個節(jié)點無功的變化而變化。因此，從無功和電壓的角度看，有必要對上級AVC系統(tǒng)和下級AVC系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)控制。

4.2.2 主干電網(wǎng)AVC系統(tǒng)與油田電網(wǎng)。AVC系統(tǒng)的細條控制如果主干電網(wǎng)建有AVC系統(tǒng)，那么油田AVC系統(tǒng)有必要和主干AVC系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)控制。根據(jù)目前無功補償?shù)默F(xiàn)狀看，感性無功補償是較充足的。加之220kV以上的電網(wǎng)充電功率較大，所以，主干電網(wǎng)的電壓在低谷負荷時普遍較高，這就有可能導致發(fā)電機組都運行，進而對電網(wǎng)的安全運行產(chǎn)生威脅，因此，要將地區(qū)電網(wǎng)220kV母線的功率因數(shù)調(diào)節(jié)在一定范圍內(nèi)。為了降低主網(wǎng)發(fā)電機組調(diào)節(jié)的壓力，主干AVC系統(tǒng)要向油田電網(wǎng)AVC系統(tǒng)下達合理的無功指標或功率因數(shù)指標，油田電網(wǎng)AVC系統(tǒng)要做好調(diào)整功率因數(shù)的工作。發(fā)生事故時，如果主網(wǎng)的220kV母線電壓不在警戒線范圍內(nèi)，一定要對AVC系統(tǒng)進行限制，對220kV分接頭的部分功能進行調(diào)節(jié)。假如220kV母線電壓低于警戒下限，就要將220kV分接頭往上調(diào)節(jié)的功能要閉鎖；假如220kV母線電壓高于警戒上限，就要將220kV分接頭往下調(diào)節(jié)的功能閉鎖。這樣就防止了主網(wǎng)的電壓繼續(xù)惡化，同時，油田電網(wǎng)AVC系統(tǒng)要采取一定的措施，將無功投入減少或增加。主干AVC系統(tǒng)和油田電網(wǎng)AVC系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制還需要對220kV母線等值、無功限值的推導，電壓穩(wěn)定的裕度分析等很多方面需要研究，相信今后在這些方面會產(chǎn)生很多研究成果。

結束語。通過對近年來電壓無功自動控制技術的發(fā)展進行分析，對變電站電壓無功控制裝置（VQC裝置）、電壓無功集中分析集中控制（AVC）系統(tǒng)的技術思路重點進行介紹，提出了采用分布式AVC系統(tǒng)作為調(diào)度自動化主站+若干集控站的調(diào)度運行管理模式，要考慮主干電網(wǎng)、油田電網(wǎng)、油田內(nèi)部電網(wǎng)的電壓無功分區(qū)分層分級聯(lián)合協(xié)調(diào)控制。作為電力工程界的研究熱點，電壓無功自動控制將會在現(xiàn)在和將來產(chǎn)生大量成果，并為降低電網(wǎng)的維護、運行成本。

[1]張小寧,張寶貴,陸則印,等.油田抽油機供電系統(tǒng)無功補償研究與應用 [J].電力自動化設備,2004,(4):57-60.

[2]崔曉云,蔣玉君,薛江華.油田無功補償裝置的應用[J].新疆石油科技,2001,(3):43-45.

[3]尚德彬,王生民,王雁冰.中原油田配電系統(tǒng)無功補償研究與應用[J].油田節(jié)能,2000,(1):32-34.

[4]高玉龍.配電網(wǎng)無功補償探討[J].農(nóng)村電氣化,2000,(9):23-24.