油田配電網無功控制技術應用

許鋒

（中國石油長慶油田公司水電廠，甘肅 慶陽 745100）

電力系統的無功補償與無功平衡是確保電壓質量的基本條件，進行有效和合理的無功補償，不但能夠確保電壓的質量，還能保證電力系統安全、穩定的運行，將電能損耗降低，提高電網的經濟效益。油田電網所帶負荷大多為轉動設備,這些設備在不同的時刻既可能是無功源,也可能是無功消耗元件,因此對于油田電網來說,就會有功率因數低、網絡損耗大、負荷不穩定等種種問題。針對這樣復雜的網絡,改善電能質量最好的方式就是分散就地無功補償,這樣可以有效提高供電線路各點的功率因數,減少無功傳輸量,增大有功傳輸容量,減少線徑,從而減少線路投資。

1 電壓無功自動控制系統

分散調整、就地平衡是調度自動化系統還沒有實用化時地區電網電壓無功控制采用的方式，變電站電壓無功自動控制裝置（VQC）是主要的使用裝置，其實現只面對單個變電站的控制運行。九區域圖及其衍生圖進行單廠站的電壓無功自動控制，是目前市場上常用的VQC電壓無功控制裝置。九區域圖簡單、直觀、使用方便，能在一定程度上將單個站的功率因數和電壓合格率提高。但是，以九區域圖法為基礎的VQC裝置無法達到全網的無功電壓最優控制。在二級有載調壓電網中，有些要頻繁調整電壓，這就很容易出現設備無動作或不合理的調節電壓的現象，同時，無功電壓控制裝置一定要在每個變電所中安裝，這樣就增大了投資成本，也無形中增加了設備維護量。

2 自動電壓控制系統設計

伴隨著通訊技術和計算機技術的飛速發展，調度自動化技術已經基本上在地區級電力系統中使用，主站集中式自動電壓控制系統軟件（AVC）就是在這個基礎上出現的。"AVC系統"通過調度自動化SCADA系統，對全網每個節點的實時數據（如遙測、遙信數據）進行采集，并進行分析和計算，在確保設備和電網安全運行的前提下，以節點功率因數、節點電壓合格作為約束條件，從全網的角度控制電壓無功優化閉環，達到穩定電壓及無功分層就地平衡和無功補償設備投入合理的目的，使電容器投切最合理、電壓有最高的合格率，主變分接開關調節次數最少和全網有最小的網損率。這個系統最終形成無功補償設備投切控制指令、有載調壓變壓器分接開關調節，并根據網絡和計算機技術，借助調度自動化系統的功能，通過SCADA系統的自動運行，實現無功補償設備和有載調壓裝置的集中監視、管理、控制，達到地區電網電壓無功優化運行閉環控制。地區級電網的電壓無功優化控制問題，可以通過安裝一套軟件來解決，節約了成本，減少了維護次數。AVC系統軟件在國內逐漸被應用，并收到了良好的經濟和社會效益。

3 AVC與VQC裝置聯合協調控制方案探討

綜合AVC和VQC的特點，國內有些專家提出了AVC和VQC裝置綜合協調控制的技術思路。從目前看，調度自動化系統在地區電網這一級已經普遍使用，在經濟發達地區，已經升級到三代或三代以上，調度自動化系統已經發展到成熟的EMS系統，而不再是原來單純的SCADA系統，光纖通訊作為底層通訊方式，保證了容量、速度和可靠性。根據全國使用的AVC系統情況來看，穩定性和可靠性比較好的是主站式AVC控制系統。我們知道，如果采用AVC和VQC綜合協調控制的方式，一定會出現下列情況：VQC裝置在每個變電站都要安裝，這樣就增加了投資和維護成本；地區電網規模較大的，可能會有使用的VQC裝置不是同一廠家的情況，這就增大了控制風險，并且降低了接口的可靠性，工程實施時還可能還需要協調不容廠家；根據可靠性原則，模塊和設備使用的越少，系統就會越穩定、越可靠。進一步分析，AVC系統能從SCADA系統中獲取VQC采集的遙測遙信數據，并且油田電網的電壓無功優化計算，在目前的普通商用電腦上就可以完成。隨著綜合自動化技術的發展，具備四遙功能的地區電網，主站AVC軟件可靠性高、投資少、維護量小、建設周期短，所以，AVC與VQC裝置的綜合協調控制的技術思路不具備優勢，目前為止也沒有相應的實時案例。

4 電壓無功控制的發展趨勢

4.1 分布式AVC系統

伴隨變電站綜合自動化技術的發展，廣泛采用了無人值班變電站。建立多個集控站在電網調度的層次下，這樣集控站人員就可以完成原來需要站內值班人員做的工作，因此，調度中心+多個集控站、設備監視控制與調度管理分離逐步成為電力系統運行管理的模式。并且集控站不是根據電網結構的耦合程度來劃分，二是根據地域劃分的，每個集控站管理的變電所之間可能是聯系緊密的，但在電網結構上，解耦不能根據行政區域劃分進行，所以，單靠集中式自動電壓控制系統，無法將調度權與多個集控權之間的優先級、組織、責任歸屬等問題解決掉。

4.2 不同調度管理的AVC分級協調控制

4.2.1 油田電網內部AVC系統協調控制。環網設計、開環運行時配電網的特點，從調度的角度看，電網呈縱向緊密耦合，上級電網分級頭調節對下級電網的電壓水平有很大的影響，一定要將上下級電網聯合調壓的合理方案考慮好，防止下級電網調壓時設備調節振蕩。另外，根據調度管理的分工和責任歸屬，上級調度中心的AVC系統，不允許直接對下級的所有主變分接頭和無功補償設備進行分析和控制。而且無論是上級電網還是下級電網，全網的功率因數會受任何一個節點無功的變化而變化。因此，從無功和電壓的角度看，有必要對上級AVC系統和下級AVC系統進行協調控制。

4.2.2 主干電網AVC系統與油田電網。AVC系統的細條控制如果主干電網建有AVC系統，那么油田AVC系統有必要和主干AVC系統進行協調控制。根據目前無功補償的現狀看，感性無功補償是較充足的。加之220kV以上的電網充電功率較大，所以，主干電網的電壓在低谷負荷時普遍較高，這就有可能導致發電機組都運行，進而對電網的安全運行產生威脅，因此，要將地區電網220kV母線的功率因數調節在一定范圍內。為了降低主網發電機組調節的壓力，主干AVC系統要向油田電網AVC系統下達合理的無功指標或功率因數指標，油田電網AVC系統要做好調整功率因數的工作。發生事故時，如果主網的220kV母線電壓不在警戒線范圍內，一定要對AVC系統進行限制，對220kV分接頭的部分功能進行調節。假如220kV母線電壓低于警戒下限，就要將220kV分接頭往上調節的功能要閉鎖；假如220kV母線電壓高于警戒上限，就要將220kV分接頭往下調節的功能閉鎖。這樣就防止了主網的電壓繼續惡化，同時，油田電網AVC系統要采取一定的措施，將無功投入減少或增加。主干AVC系統和油田電網AVC系統的協調控制還需要對220kV母線等值、無功限值的推導，電壓穩定的裕度分析等很多方面需要研究，相信今后在這些方面會產生很多研究成果。

結束語。通過對近年來電壓無功自動控制技術的發展進行分析，對變電站電壓無功控制裝置（VQC裝置）、電壓無功集中分析集中控制（AVC）系統的技術思路重點進行介紹，提出了采用分布式AVC系統作為調度自動化主站+若干集控站的調度運行管理模式，要考慮主干電網、油田電網、油田內部電網的電壓無功分區分層分級聯合協調控制。作為電力工程界的研究熱點，電壓無功自動控制將會在現在和將來產生大量成果，并為降低電網的維護、運行成本。

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