汪 清

（深圳供電局有限公司電力技術(shù)研究中心，廣東 深圳 518000）

1 地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1.1 地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

某地區(qū)電網(wǎng)有無人值守的自動(dòng)化變電站7 座，調(diào)度通過SCADA 系統(tǒng)來實(shí)時(shí)監(jiān)控所有變電站的運(yùn)行情況，遙測(cè)、遙信和遙控都能可靠實(shí)現(xiàn)，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中可以借助調(diào)度SCADA 系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)無功電壓優(yōu)化。

1）系統(tǒng)的架構(gòu)

在區(qū)調(diào)遠(yuǎn)動(dòng)機(jī)房安裝1 臺(tái)Web 服務(wù)器，2 臺(tái)系統(tǒng)主備服務(wù)器，在調(diào)度中心安裝1 臺(tái)監(jiān)控工作站。運(yùn)行時(shí)，SCADA 系統(tǒng)采集的全網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（包括檔位、電壓、無功、功率因數(shù)等遙測(cè)數(shù)據(jù)，刀閘信息、斷路器等遙信數(shù)據(jù)）通過接口程序傳輸給主服務(wù)器，主服務(wù)器根據(jù)分析得到的無功電壓情況來發(fā)出相應(yīng)的調(diào)節(jié)指令。當(dāng)主服務(wù)器發(fā)生故障而無法正常運(yùn)行時(shí)，備服務(wù)器自動(dòng)投入運(yùn)行（見圖1）。

在上述架構(gòu)中，地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)通過Web 服務(wù)器與辦公MIS 網(wǎng)連接，以此便于系統(tǒng)管理人員的瀏覽設(shè)備的動(dòng)作記錄、有功功率分析表、無功功率分析表、電壓曲線等。本系統(tǒng)采取的隔離措施為“防火墻、單向隔離器和Web 服務(wù)器”，主要是為了對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)采集和傳輸[1]。

圖1 地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)的架構(gòu)

2）系統(tǒng)的運(yùn)行流程

SCADA 系統(tǒng)將采集到的全網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（包括檔位、電壓、無功、功率因數(shù)等遙測(cè)數(shù)據(jù)，刀閘信息、斷路器等遙信數(shù)據(jù)）通過接口程序傳輸給內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，然后主控程序計(jì)算分析后（包括電壓優(yōu)化計(jì)算、無功優(yōu)化計(jì)算和無功電壓綜合優(yōu)化計(jì)算等），得出無功補(bǔ)償設(shè)備投切指令、有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)調(diào)節(jié)指令和相關(guān)控制信息，然后經(jīng)工作站傳輸給SCADA系統(tǒng)執(zhí)行，達(dá)到全網(wǎng)無功電壓優(yōu)化的目的[2-3]。

1.2 地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

1）全網(wǎng)無功優(yōu)化。全網(wǎng)無功優(yōu)化主要通過以下幾種途徑實(shí)現(xiàn)：①如果省網(wǎng)關(guān)口的功率因數(shù)不合格，系統(tǒng)通過對(duì)220kV 及下級(jí)變電站的無功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行控制來改善功率因數(shù)；②如果系統(tǒng)各級(jí)變電站的電壓都處在合理運(yùn)行范圍，系統(tǒng)通過對(duì)電網(wǎng)無功功率的流向進(jìn)行調(diào)節(jié)來改善功率因數(shù)。

2）全網(wǎng)電壓優(yōu)化。當(dāng)變電所電壓處于不合理運(yùn)行范圍時(shí)，系統(tǒng)對(duì)電壓、同電源等級(jí)變電站和上一級(jí)變電站的電壓進(jìn)行綜合分析，根據(jù)分析結(jié)果來對(duì)上級(jí)變電站全部調(diào)壓主變壓器分接頭開關(guān)檔位或本地變電站全部調(diào)壓主變壓器分接頭開關(guān)位置進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)良好的全網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)效果。

3）網(wǎng)損優(yōu)化。當(dāng)功率因數(shù)和電壓都處在合理運(yùn)行范圍時(shí)，系統(tǒng)通過對(duì)電壓、網(wǎng)損靈敏度分析和綜合費(fèi)用管理辦法來對(duì)調(diào)控設(shè)備進(jìn)行控制，從而對(duì)調(diào)控頻度和調(diào)控優(yōu)先級(jí)進(jìn)行限制[4]。

4）無功電壓綜合優(yōu)化。當(dāng)變電站10kV 母線電壓越下限時(shí)，系統(tǒng)如果通過投電容器而無法將電壓調(diào)節(jié)至合理范圍，此時(shí)將變壓器分接開關(guān)檔位進(jìn)行提升；當(dāng)變電站10kV 母線電壓越上限時(shí)，系統(tǒng)如果通過下降主變分接開關(guān)檔位而無法將電壓調(diào)節(jié)至合理范圍，此時(shí)投電容器。

5）其他功能。除了上述功能外，系統(tǒng)還需要具備如下功能：允許操作人員在線修改各種參數(shù)；同一變壓器分頭調(diào)控時(shí)刻間隙＞3min，同一電容器投切時(shí)刻間隙＞5min；對(duì)控制指令、控制方案和控制設(shè)備的動(dòng)作情況進(jìn)行自動(dòng)記載，對(duì)控制設(shè)備動(dòng)作前后的網(wǎng)損進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；能夠覺察SCADA 數(shù)據(jù)中的錯(cuò)誤量，并且對(duì)主要數(shù)據(jù)錯(cuò)誤進(jìn)行自動(dòng)報(bào)警；對(duì)多個(gè)設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)管理；當(dāng)控制設(shè)備每日動(dòng)作次數(shù)超過限定最大次數(shù)、控制指令超過設(shè)定時(shí)間而控制設(shè)備沒有工作、變壓器檔位每次控制變化超過上一檔時(shí)，要閉鎖相關(guān)設(shè)備控制系統(tǒng)。

2 地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)的安全策略

地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)的安全策略包括無功電壓優(yōu)化控制系統(tǒng)、系統(tǒng)安全防護(hù)、設(shè)備封鎖、調(diào)度SCADA 系統(tǒng)及無功電壓優(yōu)化運(yùn)行管理的安全策略，具體說來：

1）無功電壓優(yōu)化控制系統(tǒng)的安全策略。雙主變并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，控制系統(tǒng)通過聯(lián)調(diào)主變分接頭來減少環(huán)流，降檔時(shí)限對(duì)負(fù)荷輕的主變進(jìn)行調(diào)節(jié)，升檔時(shí)先對(duì)負(fù)荷重的主變進(jìn)行調(diào)節(jié)；根據(jù)負(fù)荷的變化趨勢(shì)，系統(tǒng)通過是否實(shí)施逆調(diào)壓來減少設(shè)備的動(dòng)作次數(shù)；設(shè)備每日允許動(dòng)作次數(shù)和動(dòng)作間隔可以由管理人員根據(jù)實(shí)際需求來設(shè)置，并實(shí)現(xiàn)設(shè)備動(dòng)作次數(shù)按負(fù)荷和時(shí)段優(yōu)化分配；通過遙信和遙測(cè)聯(lián)判方式，系統(tǒng)對(duì)要遙信量的真?zhèn)芜M(jìn)行辨別；在規(guī)定時(shí)間段內(nèi)，同一電容器組只能投切一次。

2）系統(tǒng)安全防護(hù)。為了確保數(shù)據(jù)及運(yùn)行安全，系統(tǒng)與外界要采用可靠的隔離措施，并位于安全 Ⅰ區(qū)。

3）設(shè)備封鎖。地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)各種突發(fā)事件，因此可能需要設(shè)定不同的封鎖方式來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制（見表1）。

4）調(diào)度SCADA 系統(tǒng)的安全策略。地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是調(diào)度SCADA 系統(tǒng)通過接口傳來的，由于系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中會(huì)有多條指令同時(shí)執(zhí)行，因此需要對(duì)調(diào)度SCADA 系統(tǒng)的前置系統(tǒng)進(jìn)行遙控、采集遙測(cè)和遙信數(shù)據(jù)。

5）無功電壓優(yōu)化運(yùn)行管理的安全策略。系統(tǒng)所有的操作動(dòng)作都要準(zhǔn)確記錄和保管，以便日后進(jìn)行安全分析；調(diào)整廠、站、點(diǎn)號(hào)的時(shí)候，要確保調(diào)度SCADA 系統(tǒng)與無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)的一致性，如果手動(dòng)調(diào)整則要首先閉鎖無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)；為確保無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)的可靠運(yùn)行，企業(yè)要制定相應(yīng)的運(yùn)行管理規(guī)程并組織相關(guān)員工進(jìn)行學(xué)習(xí)；無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)應(yīng)實(shí)施用戶級(jí)別控制，確保不同用戶只能進(jìn)行權(quán)限范圍內(nèi)的相應(yīng)操作。

表1 地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)備封鎖

3 系統(tǒng)投入運(yùn)行后的效益分析

1）無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行后極大地減少了設(shè)備的動(dòng)作次數(shù)

在地區(qū)電網(wǎng)中投入無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)后，原有的電容器開關(guān)、有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)等手動(dòng)操作變?yōu)榱俗詣?dòng)操作，極大地減少了設(shè)備的動(dòng)作次數(shù)，這不僅使檢修人員從繁重的檢修任務(wù)中解脫出來，而且延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命（表2為某地區(qū)電網(wǎng)投入無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)后，7 座變電站設(shè)備動(dòng)作次數(shù)的具體情況，從結(jié)果可知，系統(tǒng)運(yùn)行后原有的電容器、有載調(diào)壓變壓器等的動(dòng)作次數(shù)減少了35%以上，這使得其受到了調(diào)度人員的極大歡迎）。

表2 某地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行前后的 設(shè)備動(dòng)作次數(shù)

2）無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行后極大地提高了地區(qū)平均功率因數(shù)

在地區(qū)電網(wǎng)中投入無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)后，極大地改善了以往由調(diào)度人員憑借經(jīng)驗(yàn)操作所造成的滯后性和局限性，使得無功功率的控制更加準(zhǔn)確和及時(shí)，從而提高了設(shè)備出力和地區(qū)平均功率因數(shù)（表3為某地區(qū)電網(wǎng)投入無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)后，7 座變電站平均功率因數(shù)的具體情況，從結(jié)果可知，系統(tǒng)的運(yùn)行使得平均功率因數(shù)得以提高）。

表3 某地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行前后的 平均功率因數(shù)

3）無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行后的其他作用。具體表面為：①在地區(qū)電網(wǎng)中投入無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)后，使得閉環(huán)控制變電站10kV 母線的電壓合格率同比提高了1.69 個(gè)百分點(diǎn)；②在地區(qū)電網(wǎng)中投入無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)后，該地供電公司在2015年上半年的月平均網(wǎng)損為1.4%，同比下降0.3%，每年可為供電公司增加額外的經(jīng)濟(jì)收益百萬以上；③在地區(qū)電網(wǎng)中投入無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)后，能夠?qū)﹄娙萜鏖_關(guān)動(dòng)作次數(shù)、主變分接開關(guān)動(dòng)作次數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)，為設(shè)備檢修和設(shè)備更新提供數(shù)據(jù)支撐；④在地區(qū)電網(wǎng)中投入無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)后，不會(huì)因指令發(fā)出錯(cuò)誤而導(dǎo)致電網(wǎng)和主設(shè)備的安全受到影響。

4 結(jié)論

綜上所述，地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)的使用有助于減少設(shè)備的動(dòng)作次數(shù)、提高地區(qū)平均功率因數(shù)和閉環(huán)控制變電站10kV 母線的電壓合格率，為供電公司增加額外經(jīng)濟(jì)收益并為設(shè)備檢修和設(shè)備更新提供數(shù)據(jù)支撐，因此非常值得在各地推廣和應(yīng)用。

[1] Wen Jy,Wu Qh,Chen Sj,et al.Optimal coordinated voltage control for power system voltage stability[J].IEEE Trans On PowerSystems,2004,19(2): 1191- 1203.

[2] 顏偉,高峰,王芳,等.考慮區(qū)域負(fù)荷無功裕度的無功電壓優(yōu)化分區(qū)方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2015,39(2): 61-66.

[3] 于汀,王偉.湖南電網(wǎng)電壓協(xié)調(diào)控制方案[J].電網(wǎng)技術(shù),2011,35(4): 82-86.

[4] 李欽,溫柏堅(jiān).廣東電網(wǎng)電廠AVC 子站建設(shè)研究[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2008,21(21): 38-42.