輸電網絡的分層分區電壓無功調節方法

史彩英

摘要：無功電壓控制系統關系到電網的安全經濟優質運行，電網無功電壓控制系統是實現全局無功電壓優化分布的關鍵，本文主要分析地區電壓控制系統的作用以及主要功能，提出設計無功電壓控制系統的措施。

關鍵詞：地區電壓;無功電壓;控制系統;設計

1無功電壓控制簡介

電壓是電力質量的重要指標之一，對電網的穩定運行具有重大的影響作用，無功電壓又是影響電壓質量的重要因素，對此，各級變電站擔負著電壓和無功調節的重要任務，電力系統的無功優化問題在數學上是一個多目標、多變量、多約束的混合非線性規劃問題。在實際的工作當中，無功電壓控制系統一般分為兩個問題進行研究，一個是無功電源最優分布，一個是無功負荷最優補償，因此其控制的目標概括為：（1）在正常運行條件下，改善全系統電壓分布，從而使得網損最小。（2）當運行條件改變時，維持電壓和電流在允許范圍內。（3）在緊急情況下，通過電壓控制和其他措施避免整個電力系統崩潰。

2電網無功電壓控制管理存在的問題

2.1高峰負荷期間，無功補償不足，變電所母線電壓普遍偏低在低谷負荷期間，無功過剩，引起變電所母線電壓升高。

2.2并聯電容器分組和有載調壓變壓器分接頭檔位組合不合理。有的并聯電容器每組容量過大，投運后母線電壓偏高，切除后母線電壓又偏低。有的有載調壓變壓器分接頭每檔調壓過大，不能滿足運行電壓平穩調節的需要。

2.3無功調節設備質量不過硬。電容器損壞率較高有載調壓變壓器的頻繁調壓也易造成分接頭故障，從而使變壓器被迫退出運行。

2.4無功計量誤差較大，測量數據不完整，給電壓無功分析帶來困難。

2.5缺乏有效的電壓無功實時分析計算手段。電容器的投切和有載調壓變壓器的調壓基本上憑經驗，調節不夠及時、準確。

正是由于以上問題的存在，電網電壓與無功優化控制才顯得更有實際意義。電壓與無功電壓優化控制對保證電壓質量、提高系統的安全性和經濟性都是十分重要的，隨著調度自動化系統在地調中的廣泛投入運行，根據全網系統的運行信息，實現全網的電壓無功控制成為可能。只要在調度主站端安裝全局無功優化控制軟件，不但為電力企業節省設備投資，且可給出一個合理的控制措施，從而保證全網范圍內的電壓質量合格和無功功率的合理分布。

3 AVC系統概述

電網無功電壓閉環控制系統（以下簡稱AVC系統）是通過監視關口的無功和變電站母線電壓，保證關口無功和母線電壓合格的條件下進行無功電壓優化計算，通過改變電網中可控無功電源的出力，無功補償設備的投切，變壓器分接頭的調整來滿足安全經濟運行條件，提高電壓質量，降低網損。系統優化的目標為關口無功合格，母線電壓合格，網損最優。

它是通過地區變電站內的RTU與系統服務器及SCADA工作站通信的，所以每個變電站內都要有遠方終端，它是電網調度自動化系統的重要組成部分，它的主要任務是將變電站的實時運行信息送給調度控制中心，把調度的控制、調節等命令送給廠站執行。

通過與省網主站AVC系統的連接通信，地區電網可根據省局下發的無功指令對電容器和變壓器分接頭進行調節，對各變電站進行電壓無功的調整，進而實現對地區電網的無功優化控制。

4 AVC系統的設計

4.1系統的設計原則

系統的控制原則是首先保證電網安全穩定運行，其次是保證電壓和功率因數合格，當電網內各級變電所電壓處在合格范圍內，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，以達到降低網損的目標。控制包括有電壓校正控制、功率因數校正控制、網損優化控制三種模式。對控制設備的選擇主要根據電壓、功率因數、網損的靈敏度分析和設備控制費用綜合評估計算得到的綜合指標進行選擇，實現優化控制。

系統的控制模式：具有兩種控制模式，優化控制和分區控制。優化控制的主要功能有電壓校正控制、功率因數校正控制、網損優化控制。當電網部分遙信、遙測數據出現問題使優化計算不能完成時，系統自動切換為基于規則的分區控制。在這種控制方式下，系統可以根據設定的電壓、功率因數限值進行變電站級的局部無功、電壓控制，保證系統的連續穩定運行。

4.2系統的控制流程及實現方法

4.2.1系統流程

系統開始運行時首先讀取拓撲數據庫，啟動三個獨立的線程一個用于保護信號的監視，當保護動作時閉鎖對應的設備一個用于電壓、功率因數的監視，產生優化控制方案，當越限時產生最優校正控制方案另一個用于執行控制方案。

每一個獨立的監控母線的電壓受考核為一個電壓監控點，每個220kV變電所高壓側關口作為一個單獨的功率因素監控點。控制方案的可行性是通過計算分析嚴格驗證的，保證控制后消除越限或有更好的運行狀態。可行方案中包括本變電站的控制方案，上級變電站的控制方案，同級變電站的控制方案，可以很好的解決不同監控點的協調控制如三圈變壓器的控制，上、下級變電站的聯合控制，同級變電站的協調控制等問題。

主要控制過程為循環監控，包括以下主要步驟：

（1）取實時數據并進行濾波。當有非電容器開關變位時重新進行拓撲分析生成監控點，并進行靈敏度掃描計算。

（2）運行時獲取狀態估計數據，進行拓撲分析產生監控點，并進行靈敏度掃描計算。

（3）控制時如果靈敏度掃描周期到，獲取狀態估計數據，進行網損、功率因數、電壓的靈敏度掃描計算。

（4）根據掃描結果進行電壓、功率因數、網損的設備操作靈敏度分析。

（5）根據靈敏度分析結果計算各個設備的綜合指標，利用濾波后的實時量測進行監視，當有越限時進行方案的綜合評估和排序，產生最優方案。在產生方案時考慮設備的各種制約因素及保護信號，如設備不可用則進行閉鎖。

如果有最優控制方案，執行該方案，否則進行報警。

4.2.2系統的控制方案

（1）變電站母線電壓的校正控制

對監控點的電壓進行監視，當出現電壓越限時，根據優化計算的結果產生校正控制方案，通過并聯補償設備的投切和變壓器分接頭的調整來保證監控點的電壓在規定的運行區間內。

（2）關口功率因數的校正控制

對系統關口的功率因數進行監視，當超過給定的運行范圍時，根據優化計算的結果選擇投切某個并聯補償設備來控制功率因數，保證電壓變化不大，網損增加最少或減少最多。

（3）網損的優化控制

在電壓和功率因數都合格的情況下，通過對設備的電壓、網損、關口功率因數的靈敏度分析和綜合調整指標來選擇控制設備。當網損減少小于控制死區值時不控制，根據典型日的負荷曲線預測設備投入或切除后至下一次切除或投入的時間，根據此計算優化電量，如果節約的費用大于設備的控制費和死區時才提出方案。對設備的控制保證電壓合格，同時不引起電壓的太大變化

4.2.3系統的安全控制

為保證控制的安全，采取了以下措施：實時監視變壓器、電容器等控制設備的主保護信號，一旦有保護動作時立即閉鎖該設備的控制，并進行報警。當設備的控制多次失敗時，即閉鎖對該設備的控制，并進行報警。對量測進行數字濾波，監視量測的質量，當主要監視量測出現質量問題時，即閉鎖相關設備的控制，并進行報警。當狀態估計合格率低于設定的限值時立即閉鎖所有控制，并進行報警。對電壓采用實時測量加計算偏移量的方式進行控制后的越限判斷，保證與考核電壓的一致。

參考文獻：

[1]何俊峰.地區電網電壓無功優化控制系統研究及框架設計[D].華中科技大學2005

[2]王巍.地區電網電壓無功優化控制研究[D].內蒙古科技大學2012

[3]李婷婷.對地區電網電壓無功控制方案的研究[D].華北電力大學（北京）2007

[4]張磊.地區電網電壓無功優化控制的研究[D].山東大學2006