蔡超 楊志華 王瑋

【摘要】無功優(yōu)化系統(tǒng)與調度自動化OPEN3000系統(tǒng)有機結合，利用電網(wǎng)模型和調度自動化（SCADA）系統(tǒng)，采集全網(wǎng)各節(jié)點遙測、遙信等實時數(shù)據(jù)進行在線分析和計算，在電網(wǎng)與設備安全運行的前提下，以各節(jié)點電壓合格、網(wǎng)調關口無功或功率因數(shù)為約束條件，從全網(wǎng)角度進行電壓無功優(yōu)化控制，實現(xiàn)無功補償設備投入合理和無功分層就地平衡與穩(wěn)定電壓，實現(xiàn)電廠與變電站的協(xié)調控制、主變分接開關調節(jié)次數(shù)最少和電容器投切合理、電壓合格率最高和輸電網(wǎng)損率最小的綜合優(yōu)化目標。

【關鍵詞】無功優(yōu)化;調節(jié);控制

廊坊電網(wǎng)無功優(yōu)化系統(tǒng)目前采用江蘇泰州安方電力科技有限公司開發(fā)的TOP5000-AVC控制系統(tǒng)。

一、系統(tǒng)概述

該系統(tǒng)自2010年6月開發(fā)，同年8月底開發(fā)完成并經(jīng)現(xiàn)場調試正常后從2010年10月10日起在廊坊地區(qū)以“自動控制”方式運行，經(jīng)過多次參數(shù)調整后，運行穩(wěn)定可靠。并于12月份在現(xiàn)場進行測試，裝置發(fā)信正確率100%，報表數(shù)據(jù)完整正確率100%。

測試期間，該控制系統(tǒng)與調度自動化OPEN3000系統(tǒng)有機結合，利用電網(wǎng)模型和調度自動化（SCADA）系統(tǒng)，采集全網(wǎng)各節(jié)點遙測、遙信等實時數(shù)據(jù)進行在線分析和計算，在電網(wǎng)與設備安全運行的前提下，以各節(jié)點電壓合格、網(wǎng)調關口無功或功率因數(shù)為約束條件，從全網(wǎng)角度進行電壓無功優(yōu)化控制，實現(xiàn)無功補償設備投入合理和無功分層就地平衡與穩(wěn)定電壓，實現(xiàn)電廠與變電站的協(xié)調控制、主變分接開關調節(jié)次數(shù)最少和電容器投切合理、電壓合格率最高和輸電網(wǎng)損率最小的綜合優(yōu)化目標，并通過SCADA的遙控遙調功能經(jīng)集控中心實現(xiàn)對變電站內電容器、電抗器和主變分接頭的閉環(huán)控制。同時要求地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)具備和華北電網(wǎng)AVC系統(tǒng)進行上、下協(xié)調控制功能。

該控制系統(tǒng)實現(xiàn)了以下功能：

1.實現(xiàn)全網(wǎng)無功優(yōu)化補償

當華北電網(wǎng)內各級變電站電壓處在合格范圍內，控制本級電網(wǎng)內無功功率合理流動，實現(xiàn)無功功率就地分層平衡，提高功率因數(shù)。電容器組根據(jù)計算決策誰優(yōu)先投入。

2.實現(xiàn)無功電壓綜合控制

當變電站10kV母線電壓超上限時，先降低主變分接開關檔位，如達不到要求，再切除電容器; 當變電站10kV母線電壓超下限時，先投入電容器，達不到要求時，再提高主變分接開關檔位，盡可能提高電容器投入利用率。

3.相對完善的報表功能

系統(tǒng)自動記錄系統(tǒng)控制下有載開關、電容器開關每一次動作的執(zhí)行時間、執(zhí)行原因和執(zhí)行結果，記錄主變分接開關、無功補償設備開關每年每月每日動作次數(shù)、監(jiān)控人員登錄及修改記錄。系統(tǒng)還根據(jù)變電所負荷實際情況，提供了本變電站電容器單組或多組容量最優(yōu)配置值。

二、系統(tǒng)應用

1.系統(tǒng)用戶主界面：提供給用戶的監(jiān)視和操作界面（如圖1所示）

圖1 系統(tǒng)用戶主界面：提供給用戶的監(jiān)視和操作界面

2.報表應用

報表應用分為報表和曲線兩部分應用。其中，報表部分可以提供設備動作次數(shù)表（可以查詢某一天或某一段時間內的設備動作次數(shù)，給用戶提供設備檢修的依據(jù)）、設備動作表（對每天設備動作都有詳細的記錄，用戶可導入EXCEL表中作為記錄）最佳配置（系統(tǒng)可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對變電所配置的電容器容量給出優(yōu)化建議）、事件記錄（記錄每天人工解鎖封鎖的情況）、投運時間（記錄電容器每天的投運情況）、異常封鎖（記錄設備每天操作異常封鎖的情況）、220功率因數(shù)（記錄220KV變電所功率因數(shù)的合格率）、10KV電壓合格率（記錄變電所每天的10KV電壓合格率）等多項功能應用。

曲線圖：可以查詢某天，某個變電所的電壓、有功、無功、和功率因數(shù)的曲線

三、省地協(xié)調系統(tǒng)建設

協(xié)調模式：

（1）網(wǎng)地協(xié)調側控制模式

網(wǎng)地協(xié)調總體上采用“全局優(yōu)化+雙向交互”的技術路線。

從協(xié)調變量的選擇上，根據(jù)現(xiàn)有的調度職能劃分，采用網(wǎng)地之間的關口，即220kV主變高壓側無功功率（功率因數(shù)）作為協(xié)調變量。選擇網(wǎng)地關口無功作為協(xié)調變量，更容易體現(xiàn)無功分層分區(qū)平衡的原則。地調側的主要控制手段為電容電抗器及主變分接頭，與關口無功之間的關系更加清晰，從策略制定和策略執(zhí)行上都更加方便。

（2）本地控制模式

地調側AVC系統(tǒng)主要采用 “全局優(yōu)化+專家規(guī)則”的技術路線。

在地調AVC系統(tǒng)中，全局無功優(yōu)化做為自動電壓控制系統(tǒng)的最高層，擔負著為系統(tǒng)提供全網(wǎng)優(yōu)化方案的決策任務。它以全系統(tǒng)的經(jīng)濟運行為優(yōu)化目標，綜合考慮安全性指標，給出母線電壓優(yōu)化的設定參考值，供控制決策使用。因此地調AVC中包含了全網(wǎng)的無功優(yōu)化計算，作為系統(tǒng)核心的決策模塊。

因此，本項目結合地調AVC系統(tǒng)的實際情況，采用了“全局優(yōu)化+專家規(guī)則”的技術路線，全局無功優(yōu)化計算僅給出全網(wǎng)的優(yōu)化控制方向，而具體的控制策略由專家規(guī)則來確定，當全局優(yōu)化可用時，控制規(guī)則以全局無功優(yōu)化給出的目標作為控制目標，在規(guī)則中考慮各種離散設備投切控制的規(guī)程和約束條件;當全局優(yōu)化不可用時，控制規(guī)則以消除電壓越限、關口功率因數(shù)合格為基本目標進行控制，同時可以以人工指定的默認運行曲線作為優(yōu)化控制目標。采用這種方式既保證了全網(wǎng)優(yōu)化控制、電網(wǎng)經(jīng)濟運行的目標的實現(xiàn)，同時也保證了系統(tǒng)的魯棒性和可用性。由于地區(qū)電網(wǎng)具有輻射運行的特點，通過在地調AVC的控制規(guī)則中引入每個輻射電網(wǎng)區(qū)域內上下級控制的協(xié)調規(guī)則，可以有效地實現(xiàn)面向電網(wǎng)分區(qū)的變電站協(xié)調控制。

在實現(xiàn)地區(qū)電網(wǎng)內部的協(xié)調優(yōu)化控制基礎上，地調AVC系統(tǒng)能夠響應和追隨網(wǎng)調下發(fā)的關口無功協(xié)調控制指令。在地調AVC系統(tǒng)中，通過在控制目標中引入網(wǎng)地協(xié)調控制關口的功率因數(shù)合格的目標，可以實現(xiàn)地調AVC與網(wǎng)調AVC的協(xié)調控制。

（3）網(wǎng)地協(xié)調的總體控制模式如圖2所示：

圖2 網(wǎng)地協(xié)調的總體控制模式圖

網(wǎng)地之間選擇一些特征量作為上下級無功控制的協(xié)調變量，通過上級電網(wǎng)的無功優(yōu)化，實時計算出下級電網(wǎng)中協(xié)調變量的最優(yōu)設定值，該設定值通過調度數(shù)據(jù)網(wǎng)下發(fā)到下級電網(wǎng)調度機構，在下級電網(wǎng)的協(xié)調控制決策中，除了滿足本級電網(wǎng)的控制目標外，還需要實時追隨由上級電網(wǎng)給出的協(xié)調變量的最優(yōu)設定值。