廣東電網(wǎng)公司清遠供電局 卞 超
自動電壓控制技術(Automatic Voltage Control,以下簡稱AVC)的總體控制方案是對電網(wǎng)進行分層分區(qū)控制,使AVC控制在空間上協(xié)調作用。分層一般根據(jù)電壓等級劃分;分區(qū)是根據(jù)無功平衡的局域性,以一個220kV的變電站為中心,將該廠站和其所屬下級廠站及設備化為一個分區(qū),必要時以電氣距離遠近進行理論分區(qū)并作校正。AVC根據(jù)電網(wǎng)電壓無功空間分布狀態(tài)自動選擇控制模式并使各種控制模式自適應協(xié)調配合,對電網(wǎng)內(nèi)各變電站的有載調壓裝置和無功補償設備進行集中監(jiān)視、統(tǒng)一管理和在線控制,從全局的角度對廣域分散的電網(wǎng)無功裝置進行協(xié)調優(yōu)化控制,實現(xiàn)全網(wǎng)無功電壓優(yōu)化控制閉環(huán)運行。
根據(jù)無功平衡的局域性和分散性,AVC對地區(qū)電網(wǎng)電壓無功分層分區(qū)控制,使其自動控制在空間上解耦。AVC數(shù)據(jù)庫模型定義了廠站、電壓監(jiān)測點(母線)、控制設備(電容器、變壓器)等記錄,并根據(jù)網(wǎng)絡拓撲實時跟蹤方式變化,進行動態(tài)分區(qū),以220kV樞紐變電站為中心,將整個電網(wǎng)分成若干彼此間無功電壓電氣耦合度很弱的區(qū)域電網(wǎng)[1]。
典型的地區(qū)電網(wǎng)區(qū)域接線圖如圖1所示。
AVC中的區(qū)域是動態(tài)的概念,最小區(qū)域為一個廠站,最大區(qū)域則為全網(wǎng)。AVC分區(qū)支持自適應區(qū)域嵌套劃分,如圖1中可劃分出A、B、C、BC、ABC等5個區(qū)域。AVC控制僅僅使地區(qū)電網(wǎng)無功在關口滿足功率因數(shù)要求、達到平衡是遠遠不夠的。為優(yōu)化無功平衡狀態(tài),必須在盡可能小的區(qū)域范圍內(nèi)使無功就地平衡。AVC自動拓撲分區(qū)支持自適應區(qū)域嵌套劃分,首先盡量使小區(qū)域無功就地平衡,如果該區(qū)域無功就地平衡無法得到滿足,則將該區(qū)域范圍擴大到相鄰廠站,在此擴大區(qū)域內(nèi)使無功得到就地平衡。
區(qū)域群體電壓水平受區(qū)域樞紐廠站無功設備控制影響,是區(qū)域整體無功平衡的結果。結合實時靈敏度分析和自適應區(qū)域嵌套劃分確定區(qū)域樞紐廠站。當區(qū)域內(nèi)電壓普遍偏高(低)時,調節(jié)樞紐廠站無功設備,以盡可能少的控制設備調節(jié)次數(shù),使最大范圍內(nèi)電壓合格或提高群體電壓水平,同時避免區(qū)域內(nèi)多主變同時調節(jié)引起振蕩,實現(xiàn)區(qū)域電壓控制的優(yōu)化。具體措施如下:對一個區(qū)域內(nèi)所有10kV母線的電壓進行判斷(只對電壓在9-11kV的母線統(tǒng)計,停運或電壓不正常的母線不計入統(tǒng)計,但非閉環(huán)站納入計算),如果60%的母線電壓越(上下)限(清遠地區(qū)上下限定值設為10.3--10.55kV),則相應的(向下上)調節(jié)區(qū)域內(nèi)220kV站主變抽頭,從而達到全局控制,避免了區(qū)域內(nèi)多站投切電容或調整檔位操作。同時還可以避免關口無功的波動,增大了AVC可控對象裕度。
由實時靈敏度分析可知,就地無功設備控制能夠最快、最有效校正當?shù)仉妷海妷涸较?。當某廠站電壓越限時,啟動該廠站內(nèi)無功設備調節(jié)。該廠站內(nèi)變壓器和電容器按就地電壓策略協(xié)調控制,實現(xiàn)電壓無功綜合優(yōu)化。具體控制策略如圖2所示。
圖2中無論是通過區(qū)域電壓控制模式還是就地電壓控制模式對110kV、10kV越限母線進行電壓調節(jié),上述220kV電壓均指被調節(jié)的母線所在分區(qū)內(nèi)的根節(jié)點220kV母線電壓。對35kV和6kV母線,只有就地電壓控制模式,其控制策略與圖2中針對110kV和10kV母線的策略一致。不論是區(qū)域電壓控制模式或是就地電壓控制模式,為實現(xiàn)調壓目的而對主變檔位進行升降或對電容器進行投切操作時,均考慮以下約束條件:
針對電容器,投入電容器前進行以下預判:
a)投入電容器時該廠站主變或所在區(qū)域內(nèi)220kV主變無功倒流。若某110kV站主變閉鎖且10kV母線電壓越下限,為保證該10kV母線電壓,在不造成區(qū)域220kV關口無功倒流的情況下,可暫時忽略本110kV站主變高壓側的無功,強投電容。清遠電網(wǎng)由于存在較多地方電,特別是三連一陽地區(qū)小水電集中,在豐水期必然存在關口無功倒送的情況,這時在控制策略里面分片對各關口允許合理限值的無功倒送220kV電網(wǎng);
b)該時段電容器動作次數(shù)越限,一般根據(jù)各站負荷特性,分峰谷時段設定允許電容動作次數(shù),防止電容器頻繁投切增大設備故障風險;
c)該電容器已投入;
d)該電容器被切除后時間小于5分鐘,避免電容未充分放電投入運行;
如以上4個條件成立則不投入電容器,電容器優(yōu)先投入動作被過濾。
針對主變,調整主變檔位前也進行以下預判:
a)主變并列運行檔位相差大(大于等于2檔),目前清遠電網(wǎng)AVC相差1檔則自動調節(jié)一致。
b)主變檔位動作次數(shù)越限,清遠地區(qū)有較多重工業(yè)(如大型鐵廠),該類變電站電壓特性呈寬幅鋸齒狀,若不限制檔位動作次數(shù),每日調檔可達50次,對變壓器運行產(chǎn)生極為不利影響。對于寬幅鋸齒狀電壓特性的站,應盡量將時段分得更細,日運行動作總次數(shù)一般不高于10次。
c)主變處于極限檔位(最高檔/最低檔)。
d)主變距上次調整時間小于2分鐘,避免頻繁調檔引起脫扣。
如以上4個條件成立則不進行檔位調節(jié),主變檔位優(yōu)先動作被過濾。
對于并列主變調節(jié)時考慮如下策略:
a)根據(jù)基于開關刀閘狀態(tài)的拓撲算法判斷是否并列運行,如果主變無負荷即輕載情況下,主變不在AVC控制范圍內(nèi)。
b)檔位調整時同步調節(jié),保證檔位的一致性;若并列主變中一臺調節(jié)成功,另一臺調節(jié)失敗,則不將已調節(jié)成功的主變檔位調節(jié)回去,并提示并列主變檔位不一致。
c)對于7檔、17檔等不同變比并列運行的主變,根據(jù)人工填寫AVC并列檔位對照表,以使系統(tǒng)調節(jié)時能自動對齊使變比一致。
對于支路潮流計算有下列公式:
輸電損耗:ΔP=R×P2/U2+R×Q2/U2
線路壓降:ΔU≈(P×R+Q×X)/U
式中:R為線路電阻,X為線路電抗,P為輸送有功功率,Q為輸送無功功率,U為母線電壓[2]。
分析上述公式可以得出:U越大,Q越小,則輸電損耗和線路壓降越小,Q=0時,線路無功分點恰好位于中點,此時ΔU稱為經(jīng)濟壓差。經(jīng)濟壓差原理是高電壓水平下無功分層分區(qū)平衡原則極限狀態(tài)的定量表示。
針對區(qū)域無功可能出現(xiàn)的過補和欠補兩種情況,AVC的無功控制相應地可分為無功切除、無功投入兩個操作方向。在無功切除或投入時需對區(qū)域內(nèi)電容器序列切除和投入,分析判斷指標即是根據(jù)上述經(jīng)濟壓差原理的Q×X。其中,Q為線路上流動或穿過主變的無功,X為線路或主變阻抗。
區(qū)域無功切除策略:
1)從區(qū)域根結點220kV A站開始掃描,將當前區(qū)域注入無功與考核標準進行比較,當偏差大于所設定精度(即帶寬)時,啟動區(qū)域無功切除策略。
2)將任意結點(A站、B站、C站均有可能)下屬子區(qū)域已投入電容器放進切除隊列,并按電氣指標Q×X進行升序排列。
3)當選擇某站(如A站)電容器切除時,計算切除前后電氣指標Q×X,若切除后Q×X變小,說明切除該電容器不會使網(wǎng)損增加,確實應該切除;否則,選擇隊列中的下一個電容器。
4)切除電容器時對電壓進行預判,如果切除后電壓可能越下限,則上調檔位后再切除該電容器(組合策略)。若上調檔位不成功,則選擇下一個電容器。
區(qū)域無功投入策略:
1)從區(qū)域最末端結點開始掃描,將當前區(qū)域注入無功與考核標準進行比較,當無功不足且偏差大于所設定精度(即帶寬)時,啟動區(qū)域無功投入策略。
2)將任意結點(A站、B站、C站均有可能)下屬子區(qū)域已切除電容器放進投入隊列,并按電氣指標Q×X進行降序排列。
3)當選擇某站(如C站)電容器投入時,判斷該電容器投入是否使區(qū)域根結點(關口)無功越上限,如果不越上限則投入;否則,選擇隊列中的下一個電容器。
4)投入電容器時對電壓進行預判,如果投入后電壓可能越上限,則下調檔位后再投入電容器(組合策略)。
針對以下情形,AVC可將設備閉鎖并自動觸發(fā)生成AVC告警信號:
1)通過設置關聯(lián)SCADA保護信號,AVC可檢測到設備的保護動作并自動閉鎖對該設備的控制,同時發(fā)告警信號。一個設備可關聯(lián)多個保護信號,同時一個保護信號也可關聯(lián)多個設備,信號之間以“或”的關系進行處理,只要設備關聯(lián)的其中一個保護信號動作即閉鎖該設備。
2)如果對某個設備的控制連續(xù)兩次均無響應,則閉鎖對該設備的控制,并發(fā)出設備拒動的告警信號。
3)在220kV主網(wǎng)電壓過低(系統(tǒng)默認為213kV)的情況下,系統(tǒng)自動閉鎖上調220kV主變分接開關,防止造成主網(wǎng)電壓崩潰。
4)出現(xiàn)主變滑檔情況時,系統(tǒng)自動閉鎖對主變分接頭的控制,并發(fā)滑檔告警。
5)系統(tǒng)自動計算電容器和主變分接頭的動作次數(shù),當達到該時段動作次數(shù)限值后,自動閉鎖該設備,并發(fā)設備動作次數(shù)越限的告警信號。
6)在AVC沒有下發(fā)指令時,如果檢測到有電容器開關遙信變位或主變檔位調整的情況,則判為手工操作,AVC閉鎖對該設備的控制,并發(fā)手工操作的告警信號。
7)主變或電容器掛牌時,AVC自動讀取掛牌標志并閉鎖相關設備。
8)當主變高壓側的無功或電流大于(小于)定值時(定值在變壓器控制表中設定),閉鎖該主變調壓。
9)當母線電壓越事故限值時(默認高于11.9、低于9.0),閉鎖該母線調壓,并發(fā)母線過電壓或母線欠電壓的告警信號。
10)當母線電壓因各種原因發(fā)生異常時,母線電壓越限±20%自動閉鎖該母線的AVC控制,當母線電壓處于額定電壓±20%以內(nèi)時,任意運行主變在600秒內(nèi)發(fā)生同一方向上連續(xù)調壓3次,則對該主變自動硬閉鎖,并由運行人員確認調壓原因后,手動解鎖恢復該主變的AVC運行。
11)對同一段母線上的電容器當日動作次數(shù)進行分析,將同一段母線上年度動作次數(shù)最少的電容優(yōu)先受控,并根據(jù)動作次數(shù)對電容受控序列排序,避免了AVC控制時會出現(xiàn)對某一電容器次數(shù)較多而另一電容器次數(shù)較少的不對稱現(xiàn)象。
[1]賴永生,劉明波.電力系統(tǒng)動態(tài)無功優(yōu)化問題的快速解耦算法[J].中國電機工程學報,2008,28(7):32-39.
[2]何仰贊,溫增銀.電力系統(tǒng)分析(第三版)[M].武漢:華中科技大學出版社,2002.