電力系統及其自動化技術在供電企業中的應用

戴玲利 王明月

亳州市譙城陽光電力維修工程有限責任公司，安徽亳州 236800

在市場經濟發展背景下，供電企業將自動化技術與電力系統相結合，使輸電系統能夠更加靈活、穩定地運轉以滿足當代電力資源供需狀況，降低電損，輔助供電企業獲取利益，減少用戶的用電損失。

1 運用互聯輸電系統優化電力結構

從狹義視角來講，供電企業電力系統是用于以安全、可靠、經濟的方式來生產、傳輸和分配電力資源，一般情況下，發電和輸電通常采用三相交流系統，而配電則可能使用的是單相或者兩相系統。在信息時代，運用互聯輸電系統優化電力結構可以有效提升電力系統的自動化功能，輔助供電企業提高生產服務水平與經濟效益，全面優化供電企業在電力系統及其自動化技術中的應用方案。在借助自動化技術組建互聯輸電系統的過程中，應注重發揮以下五大優勢。

1.1 大容量輸電

目前，影響在某特定位置成立供電企業的因素很多，主要因素包括燃料可用性、燃料價格、燃料運輸成本、融資、冷卻水、土地可用性以及輸電系統消費水平。如果存在不利因素的制約，就很難在負荷中心附近成立供電企業和組建電力系統。對此，可以運用互聯輸電系統來解決，該系統的第一優勢是能夠將遠方供電企業大量的電力資源遠距離傳輸給負荷中心。此外，高壓輸電比低壓輸電的效率更高，因其具有更低的單位容量傳輸成本、功率損耗和電壓降落。

1.2 經濟運行和自動化電力交易

互聯輸電系統可以在所有市場動員（包括發電和需求）之間建立國家級電力網架，從而全面優化發電組合，提供最廉價的電力資源。此外，在電力市場環境下，互聯輸電系統能夠輔助市場成員進行最有效的自動化交易，并為不同區域提供跨區發電優化組合平臺。

1.3 供電安全性和可靠性

對于供電企業的發展和用戶的用電需求來講，安全性與可靠性是電力系統運轉的關鍵問題。在電廠故障、輸電停運或者天氣原因而導致大范圍的電力缺額，互聯輸電系統依然能夠自動持續供電，充分保證系統的完整性和電能質量（由電壓、波形和頻率來確定）。相比單機供電，具有輸電回路的供電可靠性更高，因此，互聯輸電系統能夠在個別發電機故障的情況下提高供電的安全性與可靠性。

1.4 減少電廠容量裕度

在電力系統運行中，發電機容量不能小于最大負荷預測。如果一個電廠由于常規檢修或者故障而停運，或者因極端天氣而引發額外電力需求以及遇到輸電線路檢修時間，就要基于安全性考慮，需要額外的容量來滿足由此產生的電力缺額。互聯輸電系統就能夠用某區域的剩余發電量來彌補系統中其他地方的容量缺額。因此，互聯系統發電安全性所需的容量裕度要小于系統未曾互聯時各區域的容量裕度之和。

1.5 降低頻率響應和有功備用要求

電力企業有責任將電力系統頻率保持在規定的限制范圍內，因為頻率偏差過大會導致大范圍的甩負荷、發電機解列甚至電力系統崩潰。如果用電需求大于發電量，頻率就會下降；反之，如果用電需求小于發電量，頻率就會上升。互聯輸電系統的頻率響應基本上應小于各單獨系統的頻率響應之和。

2 組建靈活交流輸電系統

現時代的電網是由同步發電機、輸電線路、變壓器和負荷構成，輸電線路可由串聯阻抗和并聯電容來等效表示。一般情況下，輸電線路的串聯阻抗和端電壓的相角以及幅值決定了其最大傳輸功率，而電容則影響系統的電壓分布。為了使交流電力系統正常運行，至少應滿足三項基本要求：第一，同步發電機自動發出的功率與負荷消耗的功率應保持實時平衡；第二，同步發電機應該與電力系統同步運行；第三，系統的母線電壓應維持在運行限值以內。

組建靈活交流輸電系統（FACTS），提升供電企業經濟效益，企業管理人員首先要引導全體施工技術人員在實踐工作中遵循該系統的基本控制原理，即通過對交流輸電系統（FACTS）的適當控制來改變電力系統的阻抗以控制系統潮流與電壓。其次，組建靈活交流輸電系統（FACTS）還可用于控制電壓穩定性、動態穩定性、暫態穩定性和功角態穩定性。再次，根據靈活交流輸電系統的基本控制原理，可以將該系統控制器分為兩類。第一類包括靜止無功補償器（SVC）、晶閘管控制的串聯電容器（TCSC）、晶閘管投切串聯電容器（TSSC）和就不可關斷晶閘管技術的移相器（PS）。這些基于晶閘管的靈活交流輸電系統（FACTS）可以自動控制好電壓、阻抗與相角。第二類是基于自換相電壓源開關轉換技術來實現同步交流電壓源和電流源的自動化控制。除此之外，基于同步電壓源的FACTS控制器有靜止同步補償器（STATCOM）、靜止同步串聯變換器（SSSC）、統一潮流控制器（UPFC）和線間潮流控制器（IPFC）。

另一方面，供電企業應借助新一代FACTS控制設備——可轉換靜止補償器（CSC）來提升電力系統的自動化水平和功率傳輸能力，改善輸電網裝備。目前，可轉換靜止補償器（CSC）的顯著特性是其可轉換性和可擴展性，所謂的“可轉換性”是指可轉換靜止補償器（CSC）能夠讓電力系統自動適應不斷變化的運行要求與潮流模式；“可擴展性”則是指可轉換靜止補償器（CSC）能夠自動運行連接在同一直流母線上的多個電壓變換器。而且，兼容的變換器會自動接到同一直流母線上，以此擴展可轉換靜止補償器（CSC）的能力。

3 加強基于FACTS的電力系統控制

加強基于FACTS的電力系統控制是促進電力系統自動化高效運轉的重要支撐，通常，大多數并聯FACTS控制器（例如SVC和STATCOM）都可以提供電壓和無功控制，而串聯FACTS控制器則能夠加強潮流控制。此外，FACTS控制器可以用來提高電力系統的功角穩定性，增強電力系統的電壓穩定性。

從微觀角度來看，SVC和STATCOM這兩種控制器具有不同的控制性能。其中，SVC（由晶閘管組成的開關電容TSC和晶閘管控制電抗器TCR構成）和STATCOM具有非常相似的自動化實用補償能力，但因為存在運行原理差異，所以STATCOM具有更強的整體性能和更好的應用靈活性。此外，由于STATCOM的系統在電壓較低時能夠維持全部的容性輸出電流，因此，它比SVC更能改善電力系統的功角穩定性。而且，STATCOM的時間響應速度遠遠高于SVC，相反STATCOM與儲能系統可通過其直流電線路連接，從而進一步增強電力系統的自動化補償。

4 實現電壓與無功的最優化

實現電壓與無功的最優化是基于電力系統及其自動化技術控制的優化問題，在此過程中，首先要選擇最優潮流（OPF），在滿足電力系統特定運行約束的條件下安排運行方式，使目標函數達到最小。目前，大多數OPF程序具有實現多種目標函數的功能。能量管理系統中的OPF應用之一是通過安排和協調發電機、補償裝置及調壓變壓器的無功控制，以最大限度地減少有功功率傳輸損耗，而且，OPF的電壓控制和無功管理通過減少無功潮流而改善電壓分布。

其次，要注意的是，在電網系統中，調壓變壓器可用于電壓控制，而變壓器是被用來控制連接端母線的電壓，它并不是無功裝置。相比之下，調壓變壓器可以通過改變其分接頭位置來改變電網的無功分布，使電力系統的有功損耗和無功損耗達到最低，從而有效改善電壓分布。再次，需要立足于聯合優化的目標，在滿足電力負荷預測與需求的情況下，充分借助自動化技術，努力實現供電企業服務和電能供應總成本的最小化，全面改善電力系統的發電系統、輸電系統和配電系統。

另一方面，做好安全回路控制，著重優化配網的兩地控制電路，引入自動化技術配置，這樣能夠便于操控，實現多點控制。而且，自動化技術配備結構須簡單，能夠迅速而及時地發出控制信號以控制配網線路、繼電器和啟動器等。此外，配網安全回路開關應該能夠自動完成起動、停止、調節等基本控制，這樣能夠做好整個電力系統的過載保護與短路保護工作，深化安全回路配置，確保高壓線路的安全運轉，構建完善的配網運行一體化管理體系，避免設備缺陷積壓事件。

5 結語

綜上所述，優化供電企業在電力系統及其自動化技術中的應用方案，促進供電企業的良好發展，需要正確運用互聯輸電系統優化電力結構，組建靈活交流輸電系統，加強基于FACTS的電力系統控制，努力實現電能與輔助服務的聯合優化。