無功電壓化控制系統(tǒng)的研制

陳磊

要解決電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化控制的問題，就是要研制一套系統(tǒng)，來實時調(diào)節(jié)電網(wǎng)中各變電所主變有載調(diào)壓開關(guān)與電容器投切。該系統(tǒng)從調(diào)度SCADA系統(tǒng)采集全電網(wǎng)實時運(yùn)行數(shù)據(jù)，利用專家系統(tǒng)、潮流計算等方法進(jìn)行計算，形成控制指令。無功電壓優(yōu)化控制是保證縣級電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的一項重要手段，是提高電能質(zhì)量的有效措施。該文分析了無功電壓化控制系統(tǒng)。希望該文的研究能為相關(guān)領(lǐng)域的研究帶來新的啟示。

無功電壓化；控制系統(tǒng)；安全

無功電壓化控制系統(tǒng)的組成、實現(xiàn)方法和計算流程：

1.系統(tǒng)的組成

調(diào)度自動化系統(tǒng)、變電所綜合自動化系統(tǒng)和信息網(wǎng)的實施，實現(xiàn)了實時數(shù)據(jù)的采集和傳輸，為縣級無功電壓優(yōu)化控制打下了基礎(chǔ)，無功電壓優(yōu)化控制系統(tǒng)結(jié)線圖，該系統(tǒng)采用一臺無功電壓優(yōu)化工作站從調(diào)度SCADA系統(tǒng)采集全網(wǎng)各變電所實時運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行無功電壓優(yōu)化計算，無功潮流計算，無功電壓潮流綜合優(yōu)化計算后，形成主變有載調(diào)壓開關(guān)調(diào)節(jié)指令、電容器開關(guān)投切指令以及相關(guān)控制信息，然后將控制信息發(fā)送至調(diào)度自動化系統(tǒng)執(zhí)行，此后循環(huán)往復(fù)。

2.實現(xiàn)方法

電網(wǎng)主要由變電所和輸電線路構(gòu)成，電網(wǎng)一般有220kV、110kV和35kV三個電壓等級的變電所，主變一般均為有載調(diào)壓，變電所低壓側(cè)母線上均配有無功補(bǔ)償裝置。

在電網(wǎng)正常運(yùn)行時，假設(shè)電網(wǎng)中各變電所無功功率均在合理的范圍內(nèi)，此時若1(或2)變電所10kV母線電壓偏移合格范圍，此時應(yīng)分析同電源同電壓等級的2變電所(或1變電所)和上一級3變電所電壓情況，若1(或2)變電所10kV母線電壓越限，則僅調(diào)節(jié)1(或2)變電所主變有載調(diào)壓開關(guān)檔位，若1、2、3變電所10kV母線電壓同時越上限或超下限，則應(yīng)調(diào)節(jié)3變電所主交主交有載調(diào)壓開關(guān)檔位，使電壓恢復(fù)到正常范圍之內(nèi)。

若所有變電所電壓都在合格范圍之內(nèi)，當(dāng)流經(jīng)1(或2)變電所主變10kV側(cè)無功加上流經(jīng)變電所主變空載無功功率大于本變電所1OkV電容器容量一半時(具體大到多少可以設(shè)定)，若該電容器投入后流經(jīng)3變電所1tOkV側(cè)A點(diǎn)無功功率不發(fā)生向220kV變電所倒送，此時1(或2)變電所的電容器即可投入，對于3、4、5、6這4個變電所的10kV電容器投入條件同1(或2)變電所，但要求220kV變電所B點(diǎn)無功不發(fā)生向220kV側(cè)電網(wǎng)倒送，從而實現(xiàn)無功分層平衡。

在電網(wǎng)中，4變電所內(nèi)為二臺主變，如果此時電壓偏高，4變電所內(nèi)主變有載調(diào)壓開關(guān)檔位已調(diào)至1檔，而且上一級變電所主變有載調(diào)壓開關(guān)檔位也已調(diào)至1檔，4變電所內(nèi)電容器已切除，此時4變電所10kV母線電壓仍越上限，此時如果4變電所中1臺主變能承擔(dān)全部負(fù)荷，則可退出4臺變電所一臺主變，即降低了4變電所10kV母線電壓，同時又實現(xiàn)了變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

3.計算流程

無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)首先從調(diào)度SCADA采集全電網(wǎng)實時運(yùn)行數(shù)據(jù)，然后以全電網(wǎng)電能損耗最小為目標(biāo)函數(shù)，利用數(shù)學(xué)模型，求解主變分接開關(guān)最佳檔位數(shù)、電容器最佳投入容量和電網(wǎng)最優(yōu)運(yùn)行電壓等。再利用已求最優(yōu)解，求得電容器投切次數(shù)和主變有載調(diào)壓開關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)。

限定全電網(wǎng)電能損耗最小數(shù)值范圍，在最小數(shù)值范圍內(nèi)，多次求得次優(yōu)解，再計算出電容器與主變有載調(diào)壓開關(guān)動作次數(shù)。當(dāng)動作次數(shù)最少時對應(yīng)的解即為最優(yōu)解。然后發(fā)出控制指令，執(zhí)行電容器投切與主變有載調(diào)壓開關(guān)調(diào)節(jié)操作。

4.運(yùn)行數(shù)據(jù)的采集與傳輸

無功電壓優(yōu)化控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和控制出口都通過調(diào)度自動化系統(tǒng)，將分布在各個變電所的控制、保護(hù)、測量等實時信息迅速、準(zhǔn)確、可靠地采集并傳輸?shù)秸{(diào)度中心。這些信息可分為兩大類，一類是縣級電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)信息，包括變壓器、輸電線路的等值參數(shù)、開關(guān)位置等，另一類是運(yùn)行狀態(tài)信息，包括變電所母線電壓、變壓器、線路、電容器有功、無功功率等。

調(diào)度自動化系統(tǒng)主網(wǎng)采用雙100M以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)。通過100M的集線器/交換機(jī)構(gòu)建主網(wǎng)，運(yùn)用調(diào)度自動化系統(tǒng)軟件，對各變電所實時數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理。

各變電所實時數(shù)據(jù)的采集是通過各變電所綜合自動化系統(tǒng)來完成的。變電所綜合自動化系統(tǒng)是調(diào)度自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備，負(fù)責(zé)各種信息的“上傳下達(dá)”工作，是縣級電網(wǎng)實時運(yùn)行數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)囊粋€重要的環(huán)節(jié)。它集數(shù)據(jù)采集、微機(jī)監(jiān)控、微機(jī)保護(hù)于一體，對變電所設(shè)備實施遙測、遙信、遙控、遙調(diào)，即“四遙”。

信息的傳輸是一個非常重要的環(huán)節(jié)，變電所的各種實時信息要上傳給調(diào)度中心，由調(diào)度中心轉(zhuǎn)發(fā)給監(jiān)控中心、監(jiān)控中心的各種命令要下達(dá)到各個變電所，這種信息交換時刻都在進(jìn)行著，因此信息的傳輸環(huán)節(jié)必須準(zhǔn)確可靠，縣級電網(wǎng)一般依靠光纖通信去完成變電所綜合自動化系統(tǒng)與調(diào)度中心信息傳輸。

5.系統(tǒng)安全控制

無功電壓優(yōu)化控制系統(tǒng)的安全策略。預(yù)算10kV母線電壓，防止電容器投切振蕩：預(yù)算無功負(fù)荷隨電壓交化量，防止主變有載分接開關(guān)調(diào)節(jié)振蕩；雙主變并聯(lián)運(yùn)行，先調(diào)節(jié)可能發(fā)生拒動的主變有載分接開關(guān)，以免發(fā)生另一臺主變有載分接開關(guān)往返調(diào)節(jié)：根據(jù)負(fù)荷變化趨勢，決定是否實施逆調(diào)壓，以減少設(shè)備動作次數(shù)；設(shè)備每日容許動作次數(shù)及動作間隔可迸行人工設(shè)置。并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)設(shè)備動作次數(shù)按時段和負(fù)荷優(yōu)化分配；電容器、主變及有載調(diào)壓開關(guān)異常變位系統(tǒng)進(jìn)行自動閉鎖，且必須人工解鎖。電網(wǎng)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)異常自動閉鎖。10KV發(fā)生單相接地電容器自動閉鎖。系統(tǒng)數(shù)據(jù)不刷新自動閉鎖；

計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)陌踩呗?。使用了“?nèi)存數(shù)據(jù)庫技術(shù)”，極大的提高了數(shù)據(jù)存取速度，為無功優(yōu)化的快速計算提供了可能。同時，由于大量數(shù)據(jù)只與內(nèi)存交互而不存取硬盤，防止了硬盤的早損；使用了“多線程技術(shù)”，實現(xiàn)了無功優(yōu)化系統(tǒng)并發(fā)事件的執(zhí)行，達(dá)到實時控制的效果；動態(tài)使用好定時器的個數(shù)，防止計算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行性能的下降；根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)的類型和要求的不同，采用不同的傳輸協(xié)議。對于量大的重要的數(shù)據(jù)傳送采用TCP/IP協(xié)議，對于量少的需要廣播的數(shù)據(jù)傳輸采用UDP協(xié)議，這樣提高了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸效率和安全性；采用數(shù)據(jù)傳輸“回?！惫δ?，即網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)接受方向必須再向傳輸方進(jìn)行一次數(shù)據(jù)返送校驗，以核實數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。

無功電壓優(yōu)化運(yùn)行管理的安全策略。制定“縣級電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化運(yùn)行集中控制系統(tǒng)”運(yùn)行管理規(guī)程，并進(jìn)行操作培訓(xùn)；廠、站、點(diǎn)號的調(diào)整必須嚴(yán)格保證無功優(yōu)化系統(tǒng)與調(diào)度SCADA系統(tǒng)的一致性。手動操作時，應(yīng)先對無功優(yōu)化系統(tǒng)進(jìn)行閉鎖；實施用戶級別控制，使不同的用戶具有不同的權(quán)限。同時，用戶對系統(tǒng)的修改，系統(tǒng)將自動保存用戶名稱、修改時間、修改內(nèi)容等；無功優(yōu)化系統(tǒng)所作的操作記錄，必須妥善保管，以各安全分析。

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