電網(wǎng)無功補(bǔ)償科學(xué)配置與優(yōu)化控制的一體化研究

王勇杰

摘 要：文章根據(jù)市、縣（區(qū)）供電主網(wǎng)絡(luò)的電能質(zhì)量和無功功率平衡分析出發(fā)，以提高市、縣（區(qū)）供電網(wǎng)電壓合格率水平、降低電網(wǎng)運(yùn)行的損耗為目的，研究制定適合于市、縣（區(qū)）供電網(wǎng)的無功補(bǔ)償設(shè)備科學(xué)配置標(biāo)準(zhǔn)和方法，以及供電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化協(xié)調(diào)控制策略，實(shí)現(xiàn)市、縣（區(qū)）一體化聯(lián)合優(yōu)化控制和結(jié)果閉環(huán)反饋的控制結(jié)構(gòu)，最大程度上實(shí)時(shí)滿足無功平衡要求，對(duì)提高地區(qū)供電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平具有重要貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：一體化；無功補(bǔ)償；配置；優(yōu)化控制

引言

電力系統(tǒng)無功平衡系關(guān)乎電網(wǎng)安全、可靠運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，而市、縣區(qū)供電網(wǎng)覆蓋的是廣大低壓配電網(wǎng)，其電壓質(zhì)量的好壞與民生息息相關(guān)。如何更好地開展電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化控制，來適應(yīng)大規(guī)模電網(wǎng)的發(fā)展，以及對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)管的提升，是電網(wǎng)管理者不斷思考和持續(xù)改進(jìn)的重要職責(zé)。單個(gè)變電站裝設(shè)無功補(bǔ)償裝置，實(shí)現(xiàn)電壓無功的局部?jī)?yōu)化控制，這是電網(wǎng)對(duì)“點(diǎn)”的需求，而要實(shí)現(xiàn)整個(gè)電網(wǎng)電壓無功的全局優(yōu)化控制，則是電網(wǎng)對(duì)“面”的高層次需求。

1 地區(qū)電網(wǎng)無功電壓分析與計(jì)算

地區(qū)電網(wǎng)無功電壓分析從市調(diào)度中心EMS系統(tǒng)和各縣域公司EMS系統(tǒng)導(dǎo)出的數(shù)據(jù)搭建地區(qū)電網(wǎng)主網(wǎng)最高峰負(fù)荷狀態(tài)下的數(shù)據(jù)平臺(tái)。EMS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)出的數(shù)據(jù)主要包括各種電氣設(shè)備的參數(shù)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、各機(jī)組的出力和電壓、補(bǔ)償設(shè)備的投入情況、與區(qū)外的功率交換等。縣域EMS系統(tǒng)中導(dǎo)出的數(shù)據(jù)有變電站中低壓側(cè)的負(fù)荷數(shù)據(jù)和補(bǔ)償電容的投入情況。根據(jù)提供的220kV變電站中、低壓側(cè)的負(fù)荷比例，將高壓側(cè)負(fù)荷數(shù)據(jù)分?jǐn)偟街小⒌蛪簜?cè)。將所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，剔除壞數(shù)據(jù)，整理成PSASP6.2軟件所要求的格式，導(dǎo)入PSASP6.2軟件數(shù)據(jù)庫中。通過節(jié)點(diǎn)類型設(shè)置和調(diào)試，生成了基于PSASP潮流計(jì)算數(shù)據(jù)包。通過對(duì)負(fù)荷增長(zhǎng)方式、發(fā)電機(jī)出力方式的合理設(shè)置，生成了基于PSASP軟件的電壓穩(wěn)定計(jì)算數(shù)據(jù)包。最后，利用PSASP軟件，對(duì)地區(qū)網(wǎng)正常、故障下的潮流，靜、暫態(tài)電壓穩(wěn)定和無功優(yōu)化配置進(jìn)行計(jì)算，并通過軟件提供的靈敏度指標(biāo)，確定地區(qū)電網(wǎng)可能存在的相對(duì)薄弱環(huán)節(jié)，從而對(duì)新形勢(shì)下地區(qū)電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定水平進(jìn)行客觀的評(píng)價(jià)。

2 一體化無功補(bǔ)償優(yōu)化配置

電網(wǎng)的負(fù)荷是實(shí)時(shí)波動(dòng)變化的，對(duì)無功功率的需求也是動(dòng)態(tài)的過程。首先，從無功功率的動(dòng)態(tài)變化分析入手，開展單日的無功補(bǔ)償分析；其次，引入到長(zhǎng)期無功補(bǔ)償配置分析。以最少操作模式與最優(yōu)配置覆蓋原則，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償需求概率分布曲線上的最優(yōu)覆蓋。

2.1 站內(nèi)優(yōu)化配置計(jì)算方法

無功補(bǔ)償優(yōu)化配置計(jì)算模塊包含了無功補(bǔ)償優(yōu)化配置計(jì)算模塊的優(yōu)化方法，其特征在于：步驟1，計(jì)算各時(shí)段無功補(bǔ)償容量需求，列出需求隊(duì)列；步驟2，將元素按大小排序排列；步驟3，刪除1%的最大值；步驟4，根據(jù)實(shí)際需求設(shè)定運(yùn)算精度和無功補(bǔ)償需求臺(tái)數(shù)；步驟5，運(yùn)用窮舉法求出所有無功補(bǔ)償設(shè)備組合的覆蓋率；步驟6，最優(yōu)化結(jié)果為覆蓋率最大的組合，若覆蓋率相同，則取容量差較小的組合。

2.2 全網(wǎng)協(xié)同優(yōu)化配置

無功電壓協(xié)調(diào)優(yōu)化配置協(xié)調(diào)開展全面歷史數(shù)據(jù)分析，查詢220kV至35kV變電站的無功功率補(bǔ)償需求。按照網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系，從終端站開始按照單站無功配置優(yōu)化方法優(yōu)化配置電容器或電抗器。每個(gè)終端站配置好后，重新計(jì)算上級(jí)變電站的無功補(bǔ)償需求；不斷迭代直到所有站都配置完成。

3 市、縣（區(qū)）電網(wǎng)電壓無功一體化優(yōu)化控制

市、縣（區(qū)）供電網(wǎng)電壓無功一體化控制基本出發(fā)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)全局的優(yōu)化控制策略，以網(wǎng)損最小為目標(biāo)，通過采集各變電站無功補(bǔ)償設(shè)備、變壓器分接頭運(yùn)行信息，開展以節(jié)點(diǎn)電壓滿足合格率要求為約束的最優(yōu)潮流計(jì)算，通過聯(lián)合調(diào)整各“點(diǎn)”的無功補(bǔ)償調(diào)節(jié)設(shè)備等措施，達(dá)到電壓無功的全局優(yōu)化，保證電網(wǎng)電壓滿足合格率水平。電壓無功優(yōu)化控制的執(zhí)行可以采用分層控制或集中控制，以適應(yīng)不同電網(wǎng)的需求和實(shí)際條件的限制。

按照無功補(bǔ)償“分層分區(qū)、就地平衡”原則，市、縣（區(qū)）供電網(wǎng)電壓無功一體化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為協(xié)調(diào)層和執(zhí)行層結(jié)構(gòu)，原理上實(shí)現(xiàn)分層控制、分散協(xié)調(diào)一體化優(yōu)化控制，滿足電網(wǎng)調(diào)控運(yùn)行基本原則。

執(zhí)行層為第一級(jí)控制，運(yùn)行于各變電站內(nèi)，接受協(xié)調(diào)層控制命令，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制無功補(bǔ)償設(shè)備，并將動(dòng)作后結(jié)果反饋協(xié)調(diào)層；協(xié)調(diào)層為第二級(jí)控制，運(yùn)行于調(diào)度控制中心，相當(dāng)于系統(tǒng)的“首腦”，開展優(yōu)化控制分析及穩(wěn)態(tài)整定值控制。

變電站執(zhí)行層需按照電壓整定值，自動(dòng)調(diào)整變壓器有載分解開關(guān)或投切無功補(bǔ)償設(shè)備，而定值和策略的的整定由協(xié)調(diào)層負(fù)責(zé)管理。調(diào)控中心協(xié)調(diào)層具備完善的市、縣（區(qū)）供電網(wǎng)模型，依次開展無功優(yōu)化計(jì)算，并給定各樞紐結(jié)點(diǎn)電壓整定值。在異常情況下，各子站VQC裝置可依據(jù)分散控制原理獨(dú)立完成當(dāng)?shù)氐碾妷簾o功控制。協(xié)調(diào)層和電網(wǎng)、執(zhí)行層和電網(wǎng)形成兩層的閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。

協(xié)調(diào)層電壓無功的優(yōu)化計(jì)算以網(wǎng)絡(luò)損耗最小化原則，優(yōu)化控制結(jié)果綜合考慮母線電壓合格率、各元件穩(wěn)定等約束條件。

4 結(jié)束語

國(guó)家電網(wǎng)公司已全面完成“三集五大”管理模式的改革，各地區(qū)所有的110kV變電站由原來的縣域歸屬運(yùn)行，全部上劃至市供電公司調(diào)中心統(tǒng)一集中監(jiān)控運(yùn)行，電網(wǎng)的運(yùn)行管理由分塊模式調(diào)整至整體模式。新形勢(shì)下，地縣一體化模式的無功補(bǔ)償優(yōu)化配置與控制運(yùn)行尤顯迫切和重要，也可為其他地區(qū)的相關(guān)方面的研究提供借鑒意義。

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