淺析電網無功電壓自動控制系統

連云港供電公司 郭 云

引言

隨著我國國民經濟的迅速發展，幾年的城網改造，我國電網自動化水平發生飛躍發展，調度監控信息系統廣泛應用，特別是無功電壓優化理論的廣泛研究和優化元件大量采用，使電網無功電壓管理水平大大提高。電壓是電能的主要質量指標之一。電壓質量對電網的安全與經濟運行，對保證用戶安全生產和產品質量以及電氣設備的安全與壽命有著重要的影響。無功電力如同有功電力一樣，是保證電力系統電能質量、降低網絡損耗以及安全運行所不可缺少的部分。隨著電力系統規模的不斷擴大，電網互聯加強，電力系統復雜程度的不斷提高，使得電壓無功優化控制問題的規模越來越大，原來僅在變電站側裝設電壓無功自動控制裝置已不能滿足需要，因為這種控制方式只是局部控制，無法達到整個電網的全局最優，就單個站而言，提高了電壓合格率和功率因數，但在全網無功缺乏的情況下，局部調整容易造成上一級情況更加惡化，同時，在二級有載調壓網可能出現電壓無功頻繁調整，容易造成電壓調節及無功流向不合理。因此，電壓無功優化應該從整個電網的角度進行綜合控制，實現全網最優，改善各節點電壓水平和減少網損的目的。

一、目前區域電網無功電壓管理

現狀及存在的問題目前，地區電網的無功電壓管理主要依靠各種規程制度及各級人員的責任心，控制方式主要靠人工就地調節或集控站手動調節，部分變電站安裝了VQC，但運行不穩定，故障率較高，維修難度大，裝置經常無法正常運行。現行管理存在的問題主要表現在：

1.變電站值班員工作強度大，值班員需將大量的時間用于觀察電壓及潮流狀況，調整分接頭，投切電容器。

2.人工操作主要依靠方式安排和調度員的經驗，很難保證電壓、無功潮流隨時保持在合格、合理范圍內（尤其是在夜間），并有可能造成人為操作失誤。

3.以上操作都局限在各個變電站，無法做到全網綜合優化。

二、系統建設的必要條件

根據目前電網有關設備的運行狀況和電網自動化設備的基礎狀況，建設無功電壓優化運行自動控制系統必須滿足以下幾個條件：

1.電網調度自動化系統實用化水平保持穩定。建設無功優化運行自動控制系統的前提條件是電網調度自動化系統的實用化，電網調度自動化系統必須能夠提供全網潮流的準確數據，這是進行優化計算的基礎。同時，系統還必須具備遙調和遙控功能，這樣才能實現主變有載調壓開關的自動調節和電容器的自動投切。因此，要求系統運行穩定“，四遙”功能齊全。

2.具備優良的通道。實施主變有載分接開關自動控制和電容器自動投切，要求具有優質的通道，否則就難以保證系統的正常運行。如實施大規模的光纖環網建設，就可以為實施遠方自動控制創造良好的條件。

3.變電站RTU的更新。經過幾年來的縣調自動化建設，變電站必須保證實現RTU的更新換代，所有變電站的有功功率、無功功率和母線電壓采集完全，并具備遙控功能。

三、區域電網無功電壓優化自動控制系統實施方案

1.實施原則。地區電網無功電壓優化控制系統采用分散協調的優化算法，充分考慮工程實際中最優解、次優解以及約束條件松弛等問題，采用閉環控制的原理，在正常情況下主站按優化目標通過調度自動化SCADA系統采集全網各節點運行電壓、無功功率、有功功率等實時數據，以地區電網電能耗損最少為目標，以各節點電壓合格為約束條件，進行綜合優化處理后，形成有載調壓變壓器分接開關調節和無功補償設備投切控制指令，然后利用調度自動化系統的“四遙”功能，實現地區電網無功電壓優化運行自動控制。

2.系統組成。無功優化控制系統與調度自動化系統共用一個平臺，無功優化計算所需的數據來源于調度自動化系統，對變電站主變有載調壓的調節指令及電容器的投切指令通過SCADA系統下發（如圖1所示）。

3.邏輯結構。控制系統針對電力系統無功優化調度分層、分區的實際特點，在控制結構上采取相應的控制架構，實施分散協調的優化控制。控制系統分為兩層：即全網的協調層（調度中心）和各變電站內的執行層。在全網協調層，建立全網模型，根據實時數據進行以網損最小為目標的無功優化計算，確定各樞紐結點電壓整定值，通過RTU或變電站的電壓無功自動控制裝置（VQC）按給定的定值自動調整有載調壓變壓器抽頭和電容器/電抗器投切。

四、系統功能

1.全網優化補償無功功能。當地區電網內各級變電所電壓處在合格范圍內，控制本級電網內無功功率流向合理，達到無功功率分層就地平衡，提高受電功率因數；同電壓等級不同變電所電容器組根據計算決策誰優先投入；同變電所不同容量電容器組根據計算決策誰優先投入。

圖1

2.全網優化調節電壓功能。當無功功率流向合理，某變電所母線電壓超上限或超下限運行時，分析同電源、同電壓等級變電所和上級變電所電壓情況，決定是調節本變電所有載主變分接開關，還是調節上級電源變電所有載主變分接開關檔位；電壓合格范圍內，實施逆調壓、恒調壓、普調壓；實施有載調壓變壓器分接開關調節次數優化分配；實現熱備用有載調壓變壓器分接開關檔位聯調。

3.無功電壓綜合優化功能。當變電所母線電壓超上限時，先降低主變分接開關檔位，如達不到要求，再切除電容器；當變電所母線電壓超下限時，先投入電容器，達不到要求時，再提高主變分接開關檔位，盡可能做到電容器投入量達到最合理；實現預算母線電壓，防止無功補償設備投切振蕩；當變電所變壓器分接檔位調至1檔，電容器全部切出，已實施多主變減變運行（如果條件允許），電壓仍超上限，此時投入電抗器，增加無功負荷，達到降低電壓的效果。

結束語

電網無功電壓自動運行提高了電網電壓合格率，降低了網損，減輕了值班人員的勞動強度，取得了明顯的經濟效益，也使調度SCADA系統、變電站綜合自動化系統的功能得到充分發揮。在使用中，還要加強對各變電站變壓器有載調壓機構和電容器的運行維護，新建變電站要選用可靠性更高的設備，以滿足系統的要求和發揮更大的作用。隨著電網電壓管理與無功優化方法的研究仍在深入開展，相信我國明天的電網運行將更加經濟、電網將更加完善。

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