電壓無功綜合控制及其在地區(qū)電網應用的研究

郭良松 趙永昱 陳俊長

【摘 要】對于地區(qū)電網而言，無論電壓過高或過低都將影響到設備和系統(tǒng)的正常運行，因而保證用戶處的電壓接近額定值是地區(qū)電網運行的重要任務。在電網電網中應用電壓無功綜合控制系統(tǒng)，能夠在確保電壓合格的基礎上，提高設備的使用壽命，降低值班人員的工作降低和電網的損耗，改善電網電壓質量，因此本文首先分析了電壓無功綜合控制在地區(qū)電網應用的重要性，然后深入探討了電壓無功綜合控制系統(tǒng)的功能。

【關鍵詞】地區(qū)電網；電壓無功；綜合控制；功能

【中圖分類號】O213.1【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0429-01

近年來，地區(qū)電網電壓無功綜合控制經歷了由手動控制走向自動控制，由分散式控制走向集中式再到分布式控制，由無序控制走向優(yōu)化控制，由單站單一控制走向網絡分級控制的發(fā)展歷程，在確保地區(qū)電網電壓合格率和電能質量上發(fā)揮了重要的作用。在地區(qū)電網中使用電壓無功綜合控制裝置，不僅能夠順利完成測量和控制等任務，還具有統(tǒng)計、事故報警、通訊、事件順序記錄、打印和顯示等多項高級功能，從而確保電力系統(tǒng)內各個節(jié)點的電壓隨時處于適合的數(shù)值。

1.電壓無功綜合控制在地區(qū)電網應用的重要性

隨著電力系統(tǒng)規(guī)模日益擴大，負荷需求逐漸增長，出現(xiàn)了在高峰負荷時電壓偏低，低谷負荷時電壓偏高的現(xiàn)象，原來的那種憑經驗進行無功配置與調度的手段已經難以適應現(xiàn)代電網的需要。在地區(qū)電網中應用電壓無功綜合控制，能夠通過科學手段在滿足負荷發(fā)展需要的前提下，充分利用系統(tǒng)的無功資源，實現(xiàn)無功的合理規(guī)劃與調度，減少有功損耗，保證電能質量，提高地區(qū)電網的運行穩(wěn)定性和經濟性。具體說來：

（1） 電壓無功綜合控制關系著地區(qū)電網運行電壓的水平高低。電力系統(tǒng)的電壓水平高低是電力系統(tǒng)能否正常可靠運行的重要指標，也是電能質量的主要指標之一，而電壓水平的高低直接取決于無功功率是否充足、無功配置是否合理以及無功潮流分布是否合理等。

（2） 電壓無功綜合控制關系著地區(qū)電網的經濟運行。由于電網中無功潮流的流動將在線路和變壓器等相關輸變電設備上造成有功損耗，從而影響到電力系統(tǒng)的經濟運行，因此電壓無功綜合控制可以提高地區(qū)電網運行的經濟性，從而提高輸電效率。

（3） 電壓無功綜合控制關系著地區(qū)電網的動態(tài)電壓穩(wěn)定。發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的無功動態(tài)特性、電動機的無功動態(tài)特性以及負荷的動態(tài)電壓特性等都對電力系統(tǒng)動態(tài)電壓具有重要影響，因此電壓無功綜合控制影響著地區(qū)電網動態(tài)電壓的穩(wěn)定，它可以有效提高地區(qū)電網運行可靠性，防止電壓失穩(wěn)事故的發(fā)生。

（4） 電壓無功綜合控制關系著值班人員的勞動強度。傳統(tǒng)無人值班變電站的電壓及無功調節(jié)都是由集控中心人工調節(jié)，這不僅增加了值班人員的工作量和負擔，而且人為判斷和操作極大地增加了調節(jié)的不合理性，因此已經難以滿足發(fā)展的需要。而采用電壓無功綜合控制系統(tǒng)，能夠通過自動控制來減輕集控中心值班人員的勞動強度，同時也避免了人為誤差，真正實現(xiàn)全網電壓無功的實時控制，完善并提高了無人值班變電所的自動化水平。

（5） 電壓無功綜合控制關系著設備的運行狀況。在地區(qū)電網運用電壓無功綜合控制，由于可以進行自動化分析，因此可以將有載變壓器分接頭調節(jié)次數(shù)大大降低，從而提高設備的使用壽命。

2.電壓無功綜合控制在地區(qū)電網應用的原則

在地區(qū)電網中應用電壓無功綜合控制時，其總體思想為利用SCADA系統(tǒng)采集地區(qū)電網各節(jié)點無功功率、運行電壓和有功功率等實時數(shù)據(jù)，然后在現(xiàn)有EMS系統(tǒng)的基礎上，以電網電能損耗最少和各節(jié)點電壓總體水平為綜合控制目標，以各節(jié)點電壓合格為約束條件，進行綜合優(yōu)化處理后，形成有載調壓變壓器分接開關調節(jié)和無功補償設備投切控制的指令，然后利用調度自動化系統(tǒng)的“四遙”功能，實現(xiàn)地區(qū)電網無功電壓的優(yōu)化運行。

當根據(jù)地區(qū)電網的實際運行情況來設計電壓無功綜合控制系統(tǒng)時，需要依托現(xiàn)有地區(qū)電網調度自動化系統(tǒng)平臺，并與其他模塊協(xié)調工作來形成一個高級應用系統(tǒng)。具體說來，地區(qū)電網的電壓無功綜合控制系統(tǒng)的設計思想為：（1）要對已有的無功電壓自動調節(jié)裝置和無功電壓綜合控制裝置的功能進行充分利用，如電容器投切功能，然后在此基礎上進行功能的完善和延伸。（2）電壓無功綜合控制系統(tǒng)在使用之初不用于閉環(huán)自動控制，只是經實時系統(tǒng)的優(yōu)化計算，給出無功及電壓優(yōu)化調度的結果和列表，從而為調度員提供無功電壓調節(jié)措施及控制決策方案；后續(xù)可以考慮投入閉環(huán)自動運行，從而實現(xiàn)全自動無功調節(jié)系統(tǒng)。（3）充分考慮電壓無功綜合控制系統(tǒng)未來的升級和擴展，控制策略采用混合優(yōu)化策略，并引入模糊邏輯來處理無法量化的優(yōu)化目標。

3.電壓無功綜合控制系統(tǒng)的功能分析

作為典型的智能控制系統(tǒng)，電壓無功綜合控制系統(tǒng)能夠優(yōu)化調節(jié)地區(qū)電網的電壓，對無功功率進行優(yōu)化補償，并且具有控制信息管理功能等，具體說來：

（1） 電壓優(yōu)化調節(jié)功能。將電壓無功綜合控制系統(tǒng)應用于地區(qū)電網，能夠確保各節(jié)點電壓的合格，并在此基礎上對全網分析確定線損最低的運行電壓點，從而獲得明顯的降損節(jié)電效果。此外，電網無功綜合控制系統(tǒng)可以實施有載調壓變壓器分接開關調節(jié)次數(shù)的優(yōu)化分配，確保電網有載調壓變壓器分接開關動作安全和減少日常維護工作量。

（2） 設備保護功能。將電壓無功綜合控制系統(tǒng)應用于地區(qū)電網，能夠預先計算控制措施的效果，防止無功補償設備投切振蕩，并且以盡量少的設備動作次數(shù)來實現(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） 無功優(yōu)化補償功能。將電壓無功綜合控制系統(tǒng)應用于地區(qū)電網，能夠確保在系統(tǒng)功率因素合格的情況下進行無功潮流的優(yōu)化；能夠在電網內各級變電站電壓處在合格范圍時，控制本級電網內無功功率流向合理，達到無功功率分層就地平衡，提高功率因數(shù)；能夠根據(jù)地區(qū)電網對無功和電壓變化的需求，計算決策同電壓等級不同變電站電容器組、同變電站不同容量電容器組誰優(yōu)先投入，同變電所電容器輪換投入。

（4） 變壓器經濟運行功能。將電壓無功綜合控制系統(tǒng)應用于地區(qū)電網，能夠充分利用現(xiàn)有變壓器經濟運行的研究成果，實現(xiàn)全系統(tǒng)的變壓器優(yōu)化經濟運行，改變目前只是定期單個變電站的變壓器經濟運行的現(xiàn)狀。

（5） 防止電壓失穩(wěn)的功能。將電壓無功綜合控制系統(tǒng)應用于地區(qū)電網，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，并將它們引入無功電壓集中優(yōu)化控制中來，從而實現(xiàn)電網或重負荷節(jié)點的電壓穩(wěn)定性監(jiān)控。

（6） 控制信息管理功能。將電壓無功綜合控制系統(tǒng)應用于地區(qū)電網，能夠記錄系統(tǒng)每一次動作的執(zhí)行時間和執(zhí)行原因，形成設備動作記錄表；能夠記錄主變分接開關、無功補償設備開關每年每月每日動作次數(shù)，為最大限度發(fā)揮設備潛力和設備檢修提供科學依據(jù)；能夠提供負荷24小時電壓運行曲線，從而直接判斷電壓的運行水平。

（7） 自診斷和自閉鎖功能。將電壓無功綜合控制系統(tǒng)應用于地區(qū)電網，能夠監(jiān)視自身優(yōu)化控制計算結果，當結果出現(xiàn)明顯錯誤時果斷閉鎖系統(tǒng)的運行，并通過報警通知調度員，防止誤操作。

參考文獻

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