基于調度自動化系統的無功優化實用探討

潘文洪

（廣東電網有限責任公司茂名供電局，廣東茂名525000）

電力行業為了實現對運行過程中無功功率的控制、提高電壓的運行質量、降低網損的目標，可以在電網調度自動化系統的基礎上建立無功優化系統，該系統可以更加有效地控制電力系統的無功，提高電壓品質。從電力角度分析，無功優化系統涉及系統結構、設備動作、控制手段等內容，通過運用原對偶內點方法，在調度自動化系統的基礎上實現電網的無功優化。

1 相關概念簡述

1.1 調度自動化系統

電網中的調度自動化系統通過對電網運行狀態及服務信息和數據的采集，來提高電力系統運行的可靠性及合理性。該系統的功能主要包括三方面：第一，調度功能。該功能是指對電網運行過程的調度，設備若出現故障，系統將會自動跳過該設備而對下一個設備進行數據的采集控制；第二，監督功能。該功能是指監督電網的調度，保證電網調度的有效性及準確性；第三，權限管理功能。該功能可以確保電網的運行能夠在系統的權限范圍內進行，增強調度工作的正規性及合理性。該系統功能的實現基于多種應用軟件的使用，實時監督和收集變電所的運行狀態和數據，優化電網。

1.2 無功優化

無功優化（RPO）是減少電網損耗、保證電壓運行質量、促進整個電網正常運行的關鍵手段和措施。其中，電網中的電壓指數是評價電能質量的重要指標，比如，若電壓變化幅度大，不僅會干擾整個電網的安全運行，造成電網崩塌和電網事故，還會危及到用戶電氣設備的正常運行和使用壽命。為了更加經濟安全的運行整個電力系統，保證用電客戶的生產安全，應當重視電壓方面的無功優化，特別是區域電壓的無功優化。

電力系統的無功優化是指在電力運行過程中的控制條件下，盡可能地使用最少的無功補償裝置投資或者是最少的無功功率投入來獲得最大程度的電壓質量、減少電網損耗、提高整個電網運行的安全性。無功電壓優化又可分為運行控制優化和規劃優化兩種。運行控制優化是指根據電網潮流、負荷、電壓的變化，在具備無功補償裝置的條件下，遵循無功電壓優化方案來調整主變壓器分接頭的檔位及無功補償設備的投切，實現電力輸送合格、電網損耗小、潮流分布合理及成本少的目的；后者則是通過對無功補償設備的運行類型、電力設備容量、設備配置位置的優化，從而實現網損少和耗資低的目標。

2 無功優化系統的解決方案

實現一個特定電力系統的無功優化，不僅要考慮設備的調節原則問題，還要考慮到系統的架構問題，因此，綜合考慮到現實需要，必須從工程應用的角度出發來制定解決方案。

2.1 無功優化系統結構

在設計無功優化方案時，需收集電網調度自動化（SCADA）數據庫的數據以及網架參數，包括電壓數據、母線有功數據及無功數據，初步處理后轉換成需要的格式，然后輸送到無功優化的SQL數據庫進行計算，上述工作完成后調度員便可以得到明確的潮流數據及優化控制方案。圖1為無功優化系統結構圖。

圖1 RPO系統結構圖

2.2 電壓越限檢測模塊

該控制模塊是RPO系統中的關鍵模塊，是RPO計算的前提，通過它可以判斷節點處的電壓是否越限。在電壓沒有越限的情況下，是否采取無功優化還要根據優化的安全經濟效益狀況來確定，當無功優化的降損收益低于設備的調節成本時，則無需采取無功優化措施，此時，若對電網運行狀態進行頻繁調整，不僅威脅到電力系統的穩定性，還會對設備造成損害。

2.3 數據檢測模塊

調度自動化系統中的電網數據每10分鐘會重新刷新數據斷面，因此為了確保數據適應RPO計算系統，在錄入前還需檢測數據斷面，內容主要包括：狀態量測值和估計數據的比較；電網的基本數據（如狀態估計合格率）、狀態估計數據的拓撲分析檢查。

2.4 RPO及控制命令形成模塊

RPO系統運行的核心模塊是其中的無功優化部分，通過實時狀態評估來獲取運行的初始狀態，啟動方式為周期性、事件性或工作人員人工性方式，經過無功優化分析整合后得出電網運行方案，決定是否實行開環或閉環。無功優化后給出的工作指令包括：電容器設備的投切組數、發電廠的高壓母線電壓、變電站有載主變分接頭檔位等，目的是保證電壓運行的合格率在96%以上，從而保證供電質量；其次是減少網損，獲得更大的經濟效益。

3 調度自動化系統的發展

調動自動化系統在電力系統中的應用取得了巨大的效果，在整個電網中擔負著重要的責任，尤其是在電力系統的及時性方面，因此，調動自動化系統本身應具備較高的時效性和安全性，且不會隨著外界環境的變化而變動。近年來，該技術也得到了快速的發展：（1）智能化。其與計算機技術的結合推動了智能化的發展，該內容以綜合性的數據集成手段為依托，能夠快速有效地整理和運用電網運行中存在形式的數據信息，對電力系統的狀態進行實時監控，除此之外還增加了防御控制功能、報警功能、故障分辨功能、故障處理功能以及自我修復功能等；（2）面向對象。系統的設計過程分為面向過程和面向對象兩種類型，面向對象的設計方式更加貼近系統的實際需求，能夠及時獲得電力系統中的隱性數據，同時，還能更好結合相關的手段和方式，未來調動自動化系統發展的理想目標便是面向對象的發展；（3）可視化。該功能是在圖形圖像處理工藝和處理技術的相關內容不斷發展和完善的基礎上形成的，能夠增強調度工作的透明度和可視化。可視化功能可以將離線信息總結成直觀、準確的圖形圖像信息，其中，離線數據的表現方式主要為文字、表格、數字等形式，生成直觀的圖形圖像信息需要綜合利用圖形設計技術以及圖形顯示技術，提供的圖形信息可以幫助調度人員判斷出故障的位置、類型等信息，以便及時采取相應的解決措施。

4 RPO系統的實現

4.1 控制方式

在電力系統中，控制手段可以分為兩種：開環方式和閉環方式。在電網運行開環控制的基礎上，對應的優化控制方案僅僅提供給調度工作人員進行參考分析，此時工作人員需要結合優化控制方案和成功的運行調度實踐經驗來采取人工控制措施，整個過程都離不開調度工作人員的人工操作干預。開環運行一定的時間后，電力系統在運行狀態符合工作標準的條件下才能逐步轉換為閉環運行方式。此時應注意，調度人員在接受到優化方案后應直接下達SCADA方面的執行命令，調度人員在整個過程中不得隨意進行干預。圖2為無功優化閉環實時控制系統圖。

圖2 無功優化閉環實時控制系統圖

4.2 變量處理與算法選擇

連續變量轉為離散變量，即變壓器變比，將優化后的結果數據進行就近規整后換算成相對應的分接頭檔位；將無功補償設備即電容器在優化后的補償容量作為計算相應電容器投切組數的依據；調整投切電容器組、變壓器分接頭以及發電機端的電量信息來推動電力系統的無功優化。通過上述計算發現，電力系統中的無功優化問題是涉及多變量的、約束性和規模大的非線性規劃問題，為了進一步提高無功優化的效率，需要結合能夠有效解決非線性問題的原對偶內點法來設計模塊核心程序。

4.3 運行設備的動作次序

由于改變變壓器的分接開關本身并不會產生無功，只是使無功的分布發生變動，無功功率缺額被轉換到其它的電網中。動作無功補償設備優化無功與變壓器變比優化無功在根本上是不同的，因此如果在電網無功不足時調整變壓器有載分接頭，主電網電壓下降嚴重，則有可能會產生電壓崩潰的狀況。因此，在電網中出現無功不足和電壓過低的現象時，首先應當投入使用無功功率電源，然后才能考慮對變壓器分接頭進行調整。運行設備動作次序工作要充分結合就近原則和無功控制設備的控制效力，同時要適應社會、經濟的發展趨勢。在無功過剩、電壓值偏高、負荷減小的情況下，運行設備動作次序為：去除電容器、調整變壓器分接頭檔位、發電機進行進相運行；在無功不足、電壓值偏低、負荷增大的情況下，運行設備動作次序為：增加電容器、調整變壓器分接頭檔位、調整發電機端的電壓。

5 結束語

綜上所述，無功優化的實現需要借助于先進的調度自動化平臺，在實現過程中需要調整控制方式、系統結構等內容。實踐結果充分表明，積極的調整能夠充分實現電力系統的無功優化。

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