地區(qū)電網(wǎng)分層分區(qū)無功電壓控制策略

李乃飚

【摘 要】基于無功分層分區(qū)控制和無功電壓區(qū)域控制的原則，提出一種地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)控制策略。通過母線電壓無功策略、區(qū)域無功投入策略和設(shè)備閉鎖策略，實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)電壓合格和無功優(yōu)化調(diào)節(jié)，使區(qū)域電壓和無功逼近電網(wǎng)潮流最優(yōu)狀態(tài)，保證電網(wǎng)系統(tǒng)安全運(yùn)行，在一定程度上減輕了監(jiān)控人員的工作壓力。

【關(guān)鍵詞】自動電壓控制，AVC控制策略

引言

電壓是衡量電力系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量的重要指標(biāo)，電壓質(zhì)量對保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要作用。電力系統(tǒng)無功補(bǔ)償和無功平衡時保證電壓質(zhì)量的基本條件，通過合理的無功補(bǔ)償方式，不僅能提高電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，保證電壓質(zhì)量，更能充分發(fā)揮電能的經(jīng)濟(jì)效益。

由于設(shè)備技術(shù)和管理水平的限制，電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行人員長期通過經(jīng)驗(yàn)對電壓無功進(jìn)行管理，保證系統(tǒng)電壓質(zhì)量，和電網(wǎng)無功優(yōu)化分布[1，2]。無需通過全網(wǎng)潮流計算進(jìn)行分析，而通過查看電壓是否越限，系統(tǒng)是否存在大量無功倒送情況，或者各變電站無功是否基本平衡等方式分析電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，并考慮進(jìn)行無功補(bǔ)償設(shè)備的投切來調(diào)節(jié)電網(wǎng)無功和電壓。這種傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)無功調(diào)節(jié)方式存在以下一些問題：

（1）無功補(bǔ)償方式不合理。傳統(tǒng)的調(diào)度人員往往習(xí)慣于單憑經(jīng)驗(yàn)和簡單邏輯判斷，未經(jīng)過精確地最優(yōu)潮流計算而盲目投切無功補(bǔ)償裝置，這不僅增加了調(diào)度人員的負(fù)擔(dān)，也難以確保調(diào)壓的合理性。

（2）系統(tǒng)調(diào)壓不及時。由于傳統(tǒng)系統(tǒng)電壓管理方式的欠缺，導(dǎo)致調(diào)度人員無法在第一時間對電壓異常區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)償設(shè)備的投切操作，系統(tǒng)缺乏電壓無功調(diào)節(jié)的敏感性。

（3）補(bǔ)償裝置落后。傳統(tǒng)的電壓無功控制系統(tǒng)（VQC）已難以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)范圍的電壓無功最優(yōu)化控制，盡管對于單個廠站而言，VQC系統(tǒng)提高了電壓合格率，然而容易出現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)不合理現(xiàn)象，造成不必要的網(wǎng)損。

因此，傳統(tǒng)的電壓無功經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)方式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行的發(fā)展，現(xiàn)代無功優(yōu)化方式具有嚴(yán)格的理論基礎(chǔ)，通過內(nèi)點(diǎn)法或智能優(yōu)化算法[3-6]，獲得電壓質(zhì)量最高的最優(yōu)解。為此，本文借鑒國內(nèi)外專家學(xué)者研究成果，提出一種全局實(shí)時動態(tài)分層分區(qū)平衡調(diào)節(jié)、局域無功就地補(bǔ)償?shù)姆椒?，結(jié)合具體電網(wǎng)實(shí)例，分析對電力系統(tǒng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的無功平衡調(diào)節(jié)策略。

1 地區(qū)電網(wǎng)AVC控制方式

1.1 實(shí)時動態(tài)分區(qū)

地區(qū)電網(wǎng)電壓控制目標(biāo)是：確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，保證電壓和功率因素合格以及盡可能減少線路無功損耗，降低電網(wǎng)因不必要的無功潮流引起的有功損耗，因此要求AVC系統(tǒng)從SCADA中實(shí)時獲取實(shí)時遙信和遙測信息，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌⒆詣幼R別電網(wǎng)運(yùn)行方式。AVC實(shí)時動態(tài)分區(qū)設(shè)計可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）通過電網(wǎng)拓?fù)渑袛嘀髯儔浩魇欠裉幵诓⒘羞\(yùn)行;

（2）通過SCADA系統(tǒng)實(shí)時數(shù)據(jù)，同步更新電網(wǎng)運(yùn)行方式，識別變電站之間連接關(guān)系;

（3）實(shí)時更新電容器遙信和主變分接頭位置狀態(tài)。

地區(qū)電網(wǎng)AVC控制范圍為地調(diào)管轄的220kV變電站及以下電壓等級的電網(wǎng)系統(tǒng)，結(jié)合地區(qū)電網(wǎng)運(yùn)行特點(diǎn)，本文定義的分層分區(qū)原則為：以220kV等級變電站為根節(jié)點(diǎn)，與其有直接電氣連接關(guān)系的220kV以下變電站作為葉子節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成樹狀區(qū)域進(jìn)行分層控制;與其有直接電氣連接關(guān)系的220kV變電站也作為另一個區(qū)域的根節(jié)點(diǎn)，構(gòu)成網(wǎng)狀區(qū)域進(jìn)行分區(qū)控制。

1.2 區(qū)域無功電壓控制

在實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行中，由于電力系統(tǒng)中負(fù)荷變化具有一定的波動性，因此將各區(qū)域母線流入和流出的無功數(shù)值控制為零是不現(xiàn)實(shí)的，因此在工程上的一種成熟的方法是將關(guān)口母線功率因素控制在較高水平。目前投入運(yùn)行的AVC無功電壓控制有以下三種方式：

（1）區(qū)域電壓控制。通過獲取SCADA實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行靈敏度分析和自適應(yīng)區(qū)域劃分確定區(qū)域樞紐廠站，并通過SCADA遙控功能控制廠站無功設(shè)備，當(dāng)區(qū)域內(nèi)電壓水平越限時，以盡可能少的控制設(shè)備調(diào)節(jié)次數(shù)、最大范圍內(nèi)提高區(qū)域電壓水平為原則，進(jìn)行廠站內(nèi)無功設(shè)備調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域電壓的最優(yōu)化控制。

（2）電壓就地控制。依據(jù)站內(nèi)九區(qū)圖原理，有目的性的就地控制區(qū)域內(nèi)廠站無功設(shè)備，快速響應(yīng)相關(guān)變電站電壓越限等信號告警，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)局部電壓優(yōu)化的目的。

（3）電壓協(xié)調(diào)控制。根據(jù)具體的電網(wǎng)拓?fù)浜蜔o功分布情況自適應(yīng)選擇合理的全網(wǎng)電壓最優(yōu)調(diào)節(jié)措施。當(dāng)區(qū)域內(nèi)220kV變電站關(guān)口母線電壓越限時采用“區(qū)域電壓控制”，個別廠站母線越限時采用“電壓就地控制”。

2 地區(qū)電網(wǎng)AVC控制策略

2.1母線電壓無功策略

AVC的電壓無功策略是以母線為控制目標(biāo)，循環(huán)遍歷區(qū)域內(nèi)母線，通過約束條件過濾不可調(diào)壓的母線，當(dāng)母線滿足AVC系統(tǒng)要求時，進(jìn)入母線電壓無功控制模塊，AVC程序策略如圖1所示。

母線電壓無功控制模塊工作原理如下：

（1）首先篩選出母線電壓越限的廠站。

（2）若AVC系統(tǒng)判斷某廠站母線電壓超過上限，則系統(tǒng)再判斷無功是否越限：

（a）如果無功過補(bǔ)，則自動切掉該站區(qū)域內(nèi)的電容器;

（b）如果無功欠補(bǔ)或顯示正常，則自動降低該站對應(yīng)主變的檔位。

（3）若AVC系統(tǒng)判斷該站母線電壓低于下限，則系統(tǒng)再判斷無功是否越限：

（c）如果無功過補(bǔ)，則自動投入該站區(qū)域內(nèi)的電容器;

（d）如果無功欠補(bǔ)或顯示正常，則自動提升該站對應(yīng)主變的檔位。

2.2 區(qū)域無功投入策略

滿足電壓無功調(diào)節(jié)目標(biāo)后，AVC會根據(jù)區(qū)域內(nèi)變電站內(nèi)無功情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，目前無功投入策略有兩種方式：

（1）如果區(qū)域內(nèi)沒有220kV關(guān)口母線，則調(diào)節(jié)方式采用就地?zé)o功平衡的原則。首先AVC系統(tǒng)循環(huán)遍歷區(qū)域內(nèi)變電站母線電壓，若在該區(qū)域內(nèi)未發(fā)現(xiàn)220kV關(guān)口母線電壓遙測值時，判斷110kV變電站高壓側(cè)母線電壓。如果無功過補(bǔ)，則自動查找站內(nèi)可調(diào)節(jié)的電容器并切電容。如果無功欠補(bǔ)，則自動遍歷該站內(nèi)查找可調(diào)節(jié)電容器并投電容。

（2）如果區(qū)域內(nèi)存在220kV關(guān)口母線，則該區(qū)域會自動形成一個以220kV母線為根節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，無功調(diào)節(jié)以220kV變電站高壓側(cè)關(guān)口母線為主，結(jié)合中性點(diǎn)控制、區(qū)域無功控制和單站無功控制。系統(tǒng)策略原理如圖2所示。

2.3 設(shè)備閉鎖策略

AVC系統(tǒng)可以將設(shè)備閉鎖，并自動觸發(fā)生成AVC告警信息，滿足設(shè)備閉鎖情況有以下九點(diǎn)：

（1）在AVC系統(tǒng)中設(shè)置關(guān)聯(lián)SCADA保護(hù)信息，AVC系統(tǒng)可檢測到保護(hù)動作信號，同時在AVC告警窗發(fā)出告警信號，并自動閉鎖該設(shè)備。

（2）若對某設(shè)備下發(fā)兩次遙控控制命令均無反校，則自動閉鎖該設(shè)備，同時在AVC告警窗發(fā)出該設(shè)備拒動的告警信號。

（3）當(dāng)220kV變電站關(guān)口母線電壓越下限時，系統(tǒng)自動閉鎖該站主變分接頭的上調(diào)功能。

（4）當(dāng)主變出現(xiàn)滑檔情況時，AVC系統(tǒng)自動閉鎖相應(yīng)主變的分接頭調(diào)節(jié)功能，并在AVC告警窗的發(fā)出滑檔告警。

（5）AVC系統(tǒng)自動計算電容器和主變分接頭的動作次數(shù)，當(dāng)達(dá)到該時

段的動作次數(shù)上限值后，自動閉鎖該設(shè)備，并在AVC告警窗發(fā)出該設(shè)備動作次數(shù)越上限的告警信息。

（6）在AVC系統(tǒng)未下發(fā)遙控指令的情況下，如果系統(tǒng)檢測到某設(shè)備動作，則系統(tǒng)自動判斷為手動操作，并在AVC告警窗發(fā)出手動操作的告警信息。

（7）當(dāng)主變或者電容器掛牌時，AVC自動閉鎖掛牌的設(shè)備。

（8）當(dāng)主變高壓側(cè)的無功或者電流值超過限值時，閉鎖該主變調(diào)壓。

（9）當(dāng)母線電壓越事故限值時，閉鎖該母線調(diào)壓，并在AVC告警窗中發(fā)出母線過電壓或母線欠電壓告警信息。

3 總結(jié)

本文研究了基于電網(wǎng)分層分區(qū)平衡調(diào)節(jié)的電壓無功控制系統(tǒng)，應(yīng)用于地區(qū)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)實(shí)時無功電壓優(yōu)化控制。該系統(tǒng)采用采用一體化設(shè)計，從SCADA獲取實(shí)時數(shù)據(jù)，根據(jù)母線電壓無功策略和區(qū)域無功投入策略，使區(qū)域電壓無功逐步逼近電網(wǎng)潮流優(yōu)化狀態(tài)，改進(jìn)了VQC的不足，提高了系統(tǒng)實(shí)用性。

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（作者單位：廣西大學(xué)電氣工程學(xué)院）