電壓無(wú)功綜合控制及其在地區(qū)電網(wǎng)應(yīng)用的研究

郭良松 趙永昱 陳俊長(zhǎng)

【摘 要】對(duì)于地區(qū)電網(wǎng)而言，無(wú)論電壓過(guò)高或過(guò)低都將影響到設(shè)備和系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因而保證用戶(hù)處的電壓接近額定值是地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行的重要任務(wù)。在電網(wǎng)電網(wǎng)中應(yīng)用電壓無(wú)功綜合控制系統(tǒng)，能夠在確保電壓合格的基礎(chǔ)上，提高設(shè)備的使用壽命，降低值班人員的工作降低和電網(wǎng)的損耗，改善電網(wǎng)電壓質(zhì)量，因此本文首先分析了電壓無(wú)功綜合控制在地區(qū)電網(wǎng)應(yīng)用的重要性，然后深入探討了電壓無(wú)功綜合控制系統(tǒng)的功能。

【關(guān)鍵詞】地區(qū)電網(wǎng)；電壓無(wú)功；綜合控制；功能

【中圖分類(lèi)號(hào)】O213.1【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0429-01

近年來(lái)，地區(qū)電網(wǎng)電壓無(wú)功綜合控制經(jīng)歷了由手動(dòng)控制走向自動(dòng)控制，由分散式控制走向集中式再到分布式控制，由無(wú)序控制走向優(yōu)化控制，由單站單一控制走向網(wǎng)絡(luò)分級(jí)控制的發(fā)展歷程，在確保地區(qū)電網(wǎng)電壓合格率和電能質(zhì)量上發(fā)揮了重要的作用。在地區(qū)電網(wǎng)中使用電壓無(wú)功綜合控制裝置，不僅能夠順利完成測(cè)量和控制等任務(wù)，還具有統(tǒng)計(jì)、事故報(bào)警、通訊、事件順序記錄、打印和顯示等多項(xiàng)高級(jí)功能，從而確保電力系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓隨時(shí)處于適合的數(shù)值。

1.電壓無(wú)功綜合控制在地區(qū)電網(wǎng)應(yīng)用的重要性

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模日益擴(kuò)大，負(fù)荷需求逐漸增長(zhǎng)，出現(xiàn)了在高峰負(fù)荷時(shí)電壓偏低，低谷負(fù)荷時(shí)電壓偏高的現(xiàn)象，原來(lái)的那種憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行無(wú)功配置與調(diào)度的手段已經(jīng)難以適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)的需要。在地區(qū)電網(wǎng)中應(yīng)用電壓無(wú)功綜合控制，能夠通過(guò)科學(xué)手段在滿(mǎn)足負(fù)荷發(fā)展需要的前提下，充分利用系統(tǒng)的無(wú)功資源，實(shí)現(xiàn)無(wú)功的合理規(guī)劃與調(diào)度，減少有功損耗，保證電能質(zhì)量，提高地區(qū)電網(wǎng)的運(yùn)行穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。具體說(shuō)來(lái)：

（1） 電壓無(wú)功綜合控制關(guān)系著地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行電壓的水平高低。電力系統(tǒng)的電壓水平高低是電力系統(tǒng)能否正?？煽窟\(yùn)行的重要指標(biāo)，也是電能質(zhì)量的主要指標(biāo)之一，而電壓水平的高低直接取決于無(wú)功功率是否充足、無(wú)功配置是否合理以及無(wú)功潮流分布是否合理等。

（2） 電壓無(wú)功綜合控制關(guān)系著地區(qū)電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。由于電網(wǎng)中無(wú)功潮流的流動(dòng)將在線(xiàn)路和變壓器等相關(guān)輸變電設(shè)備上造成有功損耗，從而影響到電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，因此電壓無(wú)功綜合控制可以提高地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，從而提高輸電效率。

（3） 電壓無(wú)功綜合控制關(guān)系著地區(qū)電網(wǎng)的動(dòng)態(tài)電壓穩(wěn)定。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的無(wú)功動(dòng)態(tài)特性、電動(dòng)機(jī)的無(wú)功動(dòng)態(tài)特性以及負(fù)荷的動(dòng)態(tài)電壓特性等都對(duì)電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)電壓具有重要影響，因此電壓無(wú)功綜合控制影響著地區(qū)電網(wǎng)動(dòng)態(tài)電壓的穩(wěn)定，它可以有效提高地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行可靠性，防止電壓失穩(wěn)事故的發(fā)生。

（4） 電壓無(wú)功綜合控制關(guān)系著值班人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。傳統(tǒng)無(wú)人值班變電站的電壓及無(wú)功調(diào)節(jié)都是由集控中心人工調(diào)節(jié)，這不僅增加了值班人員的工作量和負(fù)擔(dān)，而且人為判斷和操作極大地增加了調(diào)節(jié)的不合理性，因此已經(jīng)難以滿(mǎn)足發(fā)展的需要。而采用電壓無(wú)功綜合控制系統(tǒng)，能夠通過(guò)自動(dòng)控制來(lái)減輕集控中心值班人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也避免了人為誤差，真正實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)電壓無(wú)功的實(shí)時(shí)控制，完善并提高了無(wú)人值班變電所的自動(dòng)化水平。

（5） 電壓無(wú)功綜合控制關(guān)系著設(shè)備的運(yùn)行狀況。在地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)用電壓無(wú)功綜合控制，由于可以進(jìn)行自動(dòng)化分析，因此可以將有載變壓器分接頭調(diào)節(jié)次數(shù)大大降低，從而提高設(shè)備的使用壽命。

2.電壓無(wú)功綜合控制在地區(qū)電網(wǎng)應(yīng)用的原則

在地區(qū)電網(wǎng)中應(yīng)用電壓無(wú)功綜合控制時(shí)，其總體思想為利用SCADA系統(tǒng)采集地區(qū)電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)無(wú)功功率、運(yùn)行電壓和有功功率等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，然后在現(xiàn)有EMS系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，以電網(wǎng)電能損耗最少和各節(jié)點(diǎn)電壓總體水平為綜合控制目標(biāo)，以各節(jié)點(diǎn)電壓合格為約束條件，進(jìn)行綜合優(yōu)化處理后，形成有載調(diào)壓變壓器分接開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備投切控制的指令，然后利用調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的“四遙”功能，實(shí)現(xiàn)地區(qū)電網(wǎng)無(wú)功電壓的優(yōu)化運(yùn)行。

當(dāng)根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)設(shè)計(jì)電壓無(wú)功綜合控制系統(tǒng)時(shí)，需要依托現(xiàn)有地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)平臺(tái)，并與其他模塊協(xié)調(diào)工作來(lái)形成一個(gè)高級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)。具體說(shuō)來(lái)，地區(qū)電網(wǎng)的電壓無(wú)功綜合控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想為：（1）要對(duì)已有的無(wú)功電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置和無(wú)功電壓綜合控制裝置的功能進(jìn)行充分利用，如電容器投切功能，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行功能的完善和延伸。（2）電壓無(wú)功綜合控制系統(tǒng)在使用之初不用于閉環(huán)自動(dòng)控制，只是經(jīng)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的優(yōu)化計(jì)算，給出無(wú)功及電壓優(yōu)化調(diào)度的結(jié)果和列表，從而為調(diào)度員提供無(wú)功電壓調(diào)節(jié)措施及控制決策方案；后續(xù)可以考慮投入閉環(huán)自動(dòng)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)無(wú)功調(diào)節(jié)系統(tǒng)。（3）充分考慮電壓無(wú)功綜合控制系統(tǒng)未來(lái)的升級(jí)和擴(kuò)展，控制策略采用混合優(yōu)化策略，并引入模糊邏輯來(lái)處理無(wú)法量化的優(yōu)化目標(biāo)。

3.電壓無(wú)功綜合控制系統(tǒng)的功能分析

作為典型的智能控制系統(tǒng)，電壓無(wú)功綜合控制系統(tǒng)能夠優(yōu)化調(diào)節(jié)地區(qū)電網(wǎng)的電壓，對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)償，并且具有控制信息管理功能等，具體說(shuō)來(lái)：

（1） 電壓優(yōu)化調(diào)節(jié)功能。將電壓無(wú)功綜合控制系統(tǒng)應(yīng)用于地區(qū)電網(wǎng)，能夠確保各節(jié)點(diǎn)電壓的合格，并在此基礎(chǔ)上對(duì)全網(wǎng)分析確定線(xiàn)損最低的運(yùn)行電壓點(diǎn)，從而獲得明顯的降損節(jié)電效果。此外，電網(wǎng)無(wú)功綜合控制系統(tǒng)可以實(shí)施有載調(diào)壓變壓器分接開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)的優(yōu)化分配，確保電網(wǎng)有載調(diào)壓變壓器分接開(kāi)關(guān)動(dòng)作安全和減少日常維護(hù)工作量。

（2） 設(shè)備保護(hù)功能。將電壓無(wú)功綜合控制系統(tǒng)應(yīng)用于地區(qū)電網(wǎng)，能夠預(yù)先計(jì)算控制措施的效果，防止無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備投切振蕩，并且以盡量少的設(shè)備動(dòng)作次數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)其基本功能，有效防止電容器和主變分接頭的頻繁投切。

（3） 無(wú)功優(yōu)化補(bǔ)償功能。將電壓無(wú)功綜合控制系統(tǒng)應(yīng)用于地區(qū)電網(wǎng)，能夠確保在系統(tǒng)功率因素合格的情況下進(jìn)行無(wú)功潮流的優(yōu)化；能夠在電網(wǎng)內(nèi)各級(jí)變電站電壓處在合格范圍時(shí)，控制本級(jí)電網(wǎng)內(nèi)無(wú)功功率流向合理，達(dá)到無(wú)功功率分層就地平衡，提高功率因數(shù)；能夠根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)對(duì)無(wú)功和電壓變化的需求，計(jì)算決策同電壓等級(jí)不同變電站電容器組、同變電站不同容量電容器組誰(shuí)優(yōu)先投入，同變電所電容器輪換投入。

（4） 變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行功能。將電壓無(wú)功綜合控制系統(tǒng)應(yīng)用于地區(qū)電網(wǎng)，能夠充分利用現(xiàn)有變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的研究成果，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的變壓器優(yōu)化經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，改變目前只是定期單個(gè)變電站的變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的現(xiàn)狀。

（5） 防止電壓失穩(wěn)的功能。將電壓無(wú)功綜合控制系統(tǒng)應(yīng)用于地區(qū)電網(wǎng)，能夠選擇有效的基于就地信息或區(qū)域信息的電壓穩(wěn)定指標(biāo)，并將它們引入無(wú)功電壓集中優(yōu)化控制中來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)或重負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的電壓穩(wěn)定性監(jiān)控。

（6） 控制信息管理功能。將電壓無(wú)功綜合控制系統(tǒng)應(yīng)用于地區(qū)電網(wǎng)，能夠記錄系統(tǒng)每一次動(dòng)作的執(zhí)行時(shí)間和執(zhí)行原因，形成設(shè)備動(dòng)作記錄表；能夠記錄主變分接開(kāi)關(guān)、無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備開(kāi)關(guān)每年每月每日動(dòng)作次數(shù)，為最大限度發(fā)揮設(shè)備潛力和設(shè)備檢修提供科學(xué)依據(jù)；能夠提供負(fù)荷24小時(shí)電壓運(yùn)行曲線(xiàn)，從而直接判斷電壓的運(yùn)行水平。

（7） 自診斷和自閉鎖功能。將電壓無(wú)功綜合控制系統(tǒng)應(yīng)用于地區(qū)電網(wǎng)，能夠監(jiān)視自身優(yōu)化控制計(jì)算結(jié)果，當(dāng)結(jié)果出現(xiàn)明顯錯(cuò)誤時(shí)果斷閉鎖系統(tǒng)的運(yùn)行，并通過(guò)報(bào)警通知調(diào)度員，防止誤操作。

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