廊坊地區(qū)無功優(yōu)化系統(tǒng)介紹

蔡超 楊志華 王瑋

【摘要】無功優(yōu)化系統(tǒng)與調(diào)度自動(dòng)化OPEN3000系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，利用電網(wǎng)模型和調(diào)度自動(dòng)化（SCADA）系統(tǒng)，采集全網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)遙測(cè)、遙信等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線分析和計(jì)算，在電網(wǎng)與設(shè)備安全運(yùn)行的前提下，以各節(jié)點(diǎn)電壓合格、網(wǎng)調(diào)關(guān)口無功或功率因數(shù)為約束條件，從全網(wǎng)角度進(jìn)行電壓無功優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償設(shè)備投入合理和無功分層就地平衡與穩(wěn)定電壓，實(shí)現(xiàn)電廠與變電站的協(xié)調(diào)控制、主變分接開關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)最少和電容器投切合理、電壓合格率最高和輸電網(wǎng)損率最小的綜合優(yōu)化目標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】無功優(yōu)化;調(diào)節(jié);控制

廊坊電網(wǎng)無功優(yōu)化系統(tǒng)目前采用江蘇泰州安方電力科技有限公司開發(fā)的TOP5000-AVC控制系統(tǒng)。

一、系統(tǒng)概述

該系統(tǒng)自2010年6月開發(fā)，同年8月底開發(fā)完成并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試正常后從2010年10月10日起在廊坊地區(qū)以“自動(dòng)控制”方式運(yùn)行，經(jīng)過多次參數(shù)調(diào)整后，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。并于12月份在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)試，裝置發(fā)信正確率100%，報(bào)表數(shù)據(jù)完整正確率100%。

測(cè)試期間，該控制系統(tǒng)與調(diào)度自動(dòng)化OPEN3000系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，利用電網(wǎng)模型和調(diào)度自動(dòng)化（SCADA）系統(tǒng)，采集全網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)遙測(cè)、遙信等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線分析和計(jì)算，在電網(wǎng)與設(shè)備安全運(yùn)行的前提下，以各節(jié)點(diǎn)電壓合格、網(wǎng)調(diào)關(guān)口無功或功率因數(shù)為約束條件，從全網(wǎng)角度進(jìn)行電壓無功優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償設(shè)備投入合理和無功分層就地平衡與穩(wěn)定電壓，實(shí)現(xiàn)電廠與變電站的協(xié)調(diào)控制、主變分接開關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)最少和電容器投切合理、電壓合格率最高和輸電網(wǎng)損率最小的綜合優(yōu)化目標(biāo)，并通過SCADA的遙控遙調(diào)功能經(jīng)集控中心實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站內(nèi)電容器、電抗器和主變分接頭的閉環(huán)控制。同時(shí)要求地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)具備和華北電網(wǎng)AVC系統(tǒng)進(jìn)行上、下協(xié)調(diào)控制功能。

該控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以下功能：

1.實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)無功優(yōu)化補(bǔ)償

當(dāng)華北電網(wǎng)內(nèi)各級(jí)變電站電壓處在合格范圍內(nèi)，控制本級(jí)電網(wǎng)內(nèi)無功功率合理流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)無功功率就地分層平衡，提高功率因數(shù)。電容器組根據(jù)計(jì)算決策誰優(yōu)先投入。

2.實(shí)現(xiàn)無功電壓綜合控制

當(dāng)變電站10kV母線電壓超上限時(shí)，先降低主變分接開關(guān)檔位，如達(dá)不到要求，再切除電容器; 當(dāng)變電站10kV母線電壓超下限時(shí)，先投入電容器，達(dá)不到要求時(shí)，再提高主變分接開關(guān)檔位，盡可能提高電容器投入利用率。

3.相對(duì)完善的報(bào)表功能

系統(tǒng)自動(dòng)記錄系統(tǒng)控制下有載開關(guān)、電容器開關(guān)每一次動(dòng)作的執(zhí)行時(shí)間、執(zhí)行原因和執(zhí)行結(jié)果，記錄主變分接開關(guān)、無功補(bǔ)償設(shè)備開關(guān)每年每月每日動(dòng)作次數(shù)、監(jiān)控人員登錄及修改記錄。系統(tǒng)還根據(jù)變電所負(fù)荷實(shí)際情況，提供了本變電站電容器單組或多組容量最優(yōu)配置值。

二、系統(tǒng)應(yīng)用

1.系統(tǒng)用戶主界面：提供給用戶的監(jiān)視和操作界面（如圖1所示）

圖1 系統(tǒng)用戶主界面：提供給用戶的監(jiān)視和操作界面

2.報(bào)表應(yīng)用

報(bào)表應(yīng)用分為報(bào)表和曲線兩部分應(yīng)用。其中，報(bào)表部分可以提供設(shè)備動(dòng)作次數(shù)表（可以查詢某一天或某一段時(shí)間內(nèi)的設(shè)備動(dòng)作次數(shù)，給用戶提供設(shè)備檢修的依據(jù)）、設(shè)備動(dòng)作表（對(duì)每天設(shè)備動(dòng)作都有詳細(xì)的記錄，用戶可導(dǎo)入EXCEL表中作為記錄）最佳配置（系統(tǒng)可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)對(duì)變電所配置的電容器容量給出優(yōu)化建議）、事件記錄（記錄每天人工解鎖封鎖的情況）、投運(yùn)時(shí)間（記錄電容器每天的投運(yùn)情況）、異常封鎖（記錄設(shè)備每天操作異常封鎖的情況）、220功率因數(shù)（記錄220KV變電所功率因數(shù)的合格率）、10KV電壓合格率（記錄變電所每天的10KV電壓合格率）等多項(xiàng)功能應(yīng)用。

曲線圖：可以查詢某天，某個(gè)變電所的電壓、有功、無功、和功率因數(shù)的曲線

三、省地協(xié)調(diào)系統(tǒng)建設(shè)

協(xié)調(diào)模式：

（1）網(wǎng)地協(xié)調(diào)側(cè)控制模式

網(wǎng)地協(xié)調(diào)總體上采用“全局優(yōu)化+雙向交互”的技術(shù)路線。

從協(xié)調(diào)變量的選擇上，根據(jù)現(xiàn)有的調(diào)度職能劃分，采用網(wǎng)地之間的關(guān)口，即220kV主變高壓側(cè)無功功率（功率因數(shù)）作為協(xié)調(diào)變量。選擇網(wǎng)地關(guān)口無功作為協(xié)調(diào)變量，更容易體現(xiàn)無功分層分區(qū)平衡的原則。地調(diào)側(cè)的主要控制手段為電容電抗器及主變分接頭，與關(guān)口無功之間的關(guān)系更加清晰，從策略制定和策略執(zhí)行上都更加方便。

（2）本地控制模式

地調(diào)側(cè)AVC系統(tǒng)主要采用 “全局優(yōu)化+專家規(guī)則”的技術(shù)路線。

在地調(diào)AVC系統(tǒng)中，全局無功優(yōu)化做為自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的最高層，擔(dān)負(fù)著為系統(tǒng)提供全網(wǎng)優(yōu)化方案的決策任務(wù)。它以全系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行為優(yōu)化目標(biāo)，綜合考慮安全性指標(biāo)，給出母線電壓優(yōu)化的設(shè)定參考值，供控制決策使用。因此地調(diào)AVC中包含了全網(wǎng)的無功優(yōu)化計(jì)算，作為系統(tǒng)核心的決策模塊。

因此，本項(xiàng)目結(jié)合地調(diào)AVC系統(tǒng)的實(shí)際情況，采用了“全局優(yōu)化+專家規(guī)則”的技術(shù)路線，全局無功優(yōu)化計(jì)算僅給出全網(wǎng)的優(yōu)化控制方向，而具體的控制策略由專家規(guī)則來確定，當(dāng)全局優(yōu)化可用時(shí)，控制規(guī)則以全局無功優(yōu)化給出的目標(biāo)作為控制目標(biāo)，在規(guī)則中考慮各種離散設(shè)備投切控制的規(guī)程和約束條件;當(dāng)全局優(yōu)化不可用時(shí)，控制規(guī)則以消除電壓越限、關(guān)口功率因數(shù)合格為基本目標(biāo)進(jìn)行控制，同時(shí)可以以人工指定的默認(rèn)運(yùn)行曲線作為優(yōu)化控制目標(biāo)。采用這種方式既保證了全網(wǎng)優(yōu)化控制、電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，同時(shí)也保證了系統(tǒng)的魯棒性和可用性。由于地區(qū)電網(wǎng)具有輻射運(yùn)行的特點(diǎn)，通過在地調(diào)AVC的控制規(guī)則中引入每個(gè)輻射電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)上下級(jí)控制的協(xié)調(diào)規(guī)則，可以有效地實(shí)現(xiàn)面向電網(wǎng)分區(qū)的變電站協(xié)調(diào)控制。

在實(shí)現(xiàn)地區(qū)電網(wǎng)內(nèi)部的協(xié)調(diào)優(yōu)化控制基礎(chǔ)上，地調(diào)AVC系統(tǒng)能夠響應(yīng)和追隨網(wǎng)調(diào)下發(fā)的關(guān)口無功協(xié)調(diào)控制指令。在地調(diào)AVC系統(tǒng)中，通過在控制目標(biāo)中引入網(wǎng)地協(xié)調(diào)控制關(guān)口的功率因數(shù)合格的目標(biāo)，可以實(shí)現(xiàn)地調(diào)AVC與網(wǎng)調(diào)AVC的協(xié)調(diào)控制。

（3）網(wǎng)地協(xié)調(diào)的總體控制模式如圖2所示：

圖2 網(wǎng)地協(xié)調(diào)的總體控制模式圖

網(wǎng)地之間選擇一些特征量作為上下級(jí)無功控制的協(xié)調(diào)變量，通過上級(jí)電網(wǎng)的無功優(yōu)化，實(shí)時(shí)計(jì)算出下級(jí)電網(wǎng)中協(xié)調(diào)變量的最優(yōu)設(shè)定值，該設(shè)定值通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)下發(fā)到下級(jí)電網(wǎng)調(diào)度機(jī)構(gòu)，在下級(jí)電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制決策中，除了滿足本級(jí)電網(wǎng)的控制目標(biāo)外，還需要實(shí)時(shí)追隨由上級(jí)電網(wǎng)給出的協(xié)調(diào)變量的最優(yōu)設(shè)定值。