分布式電壓無功全局優(yōu)化控制系統(tǒng)的研制與應(yīng)用

分布式電壓無功全局優(yōu)化控制系統(tǒng)的研制與應(yīng)用
[摘要]分析了目前廣東電網(wǎng)電壓,電壓無功控制存在的不足，先容了分布式電壓,電壓無功全局優(yōu)化控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理、技術(shù)難點(diǎn)。系統(tǒng)由主站系統(tǒng)、變電站電壓無功實(shí)時(shí)控制子系統(tǒng)(VQC)和通訊子系統(tǒng)構(gòu)成。各子站系統(tǒng)的電壓和無功控制范圍通過全網(wǎng)離散無功優(yōu)化計(jì)算獲得，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電壓無功全局優(yōu)化和分布式實(shí)時(shí)控制。��

　　電壓的穩(wěn)定可以確保各種電氣設(shè)備的正常運(yùn)行并延長(zhǎng)其使用壽命，控制電網(wǎng)公道的無功潮流可以降低網(wǎng)損，從而達(dá)到電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的，因此在電力系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)電壓無功優(yōu)化控制具有廣泛和重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。電池測(cè)試儀| 相序表| 萬用表| 功率計(jì)| 示波器| 電阻測(cè)試儀| 電阻計(jì)| 電表| 鉗表| 高斯計(jì)| 電磁場(chǎng)測(cè)試儀
　　基于電網(wǎng)全局無功優(yōu)化計(jì)算的實(shí)時(shí)無功最優(yōu)控制集安全性和經(jīng)濟(jì)性于一體，可以保證全網(wǎng)電壓質(zhì)量和滿足安全性約束的經(jīng)濟(jì)性的閉環(huán)控制，被以為是電力系統(tǒng)調(diào)度發(fā)展的最高階段。目前，在國(guó)內(nèi)市級(jí)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)這種無功控制的實(shí)例較少，國(guó)內(nèi)常見電網(wǎng)電壓無功控制屬于變電站級(jí)電壓無功分散控制，這種分散控制方式是以變電站為中心，通過調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器’>變壓器的分接頭位置或其它電壓調(diào)節(jié)器，控制無功補(bǔ)償設(shè)備如并聯(lián)電容器組或電抗器的工作狀態(tài)，維持受控母線電壓和注進(jìn)電網(wǎng)的無功功率在規(guī)定的范圍內(nèi)。自20世紀(jì)70年代以來，國(guó)內(nèi)外對(duì)此有大量研究。國(guó)內(nèi)已有不少變電站級(jí)電壓無功自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置開發(fā)成功，并在35～220kV變電站得到了廣泛的應(yīng)用，如廣東電網(wǎng)公司在110kV變電站普遍裝設(shè)了電壓無功實(shí)時(shí)控制子系統(tǒng)（VQC）系列電壓無功局部?jī)?yōu)化綜合控制裝置。這種變電站級(jí)電壓無功局部?jī)?yōu)化綜合控制技術(shù)已比較成熟，但仍有不足：��
　　a)只能實(shí)現(xiàn)局部的優(yōu)化，不能實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的最優(yōu)控制。并且僅能保證受控母線電壓合格，不能達(dá)到全網(wǎng)功率損耗最小的目的。
     b)VQC裝置的調(diào)節(jié)控制是基于給定的電壓無功上下限值，電壓無功上下限值的確定要依靠維護(hù)職員的經(jīng)驗(yàn)，缺少一套有效的計(jì)算方法。假如上下限值給定不公道，無論調(diào)節(jié)措施多么完美，都不可能得到公道的控制。
　　c)閉鎖題目是指VQC裝置在檢測(cè)并判定到在變電所或系統(tǒng)異常以及裝置本身出現(xiàn)異常的情況下，能及時(shí)停止自動(dòng)調(diào)節(jié)，它也是VQC裝置能否投運(yùn)的最大題目。假如VQC裝置沒有完善的閉鎖系統(tǒng)或閉鎖速度達(dá)不到運(yùn)行要求時(shí)，就會(huì)對(duì)變電所的安全運(yùn)行帶來嚴(yán)重威脅。VQC裝置的閉鎖功能必須達(dá)到以下幾個(gè)要求：
①閉鎖條件必須全面：一般來說，VQC應(yīng)考慮的主要閉鎖條件有：主變保護(hù)動(dòng)作；電容器保護(hù)動(dòng)作；PT斷線；系統(tǒng)電壓異常；主變并列運(yùn)行時(shí)的錯(cuò)檔；裝置故障；電容器開關(guān)或主變分接開關(guān)日動(dòng)作次數(shù)達(dá)到最大值；目標(biāo)對(duì)象拒動(dòng)；主變滑檔；遠(yuǎn)動(dòng)信號(hào)指令或手動(dòng)閉鎖等。
②閉鎖限值設(shè)置必須公道。
③閉鎖速度應(yīng)足夠快。d)VQC的人機(jī)界面對(duì)運(yùn)行和治理職員十分重要。
VQC的人機(jī)界面不友好或不完善，則可能造成使用不方便或不當(dāng)。一般來說，VQC人機(jī)界面應(yīng)滿足以下要求：
(1)參數(shù)設(shè)置方便，對(duì)用戶開放的參數(shù)要足夠充分和全面。有關(guān)部分對(duì)變電所電壓無功的考核經(jīng)常會(huì)有新的要求，有時(shí)甚至對(duì)峰谷時(shí)段的定義都會(huì)有變化。VQC參數(shù)若不能方便設(shè)置，則會(huì)使廠方和用戶都感到麻煩。
(2)閉鎖條件應(yīng)能在人機(jī)界面中反映出來：VQC是一項(xiàng)涉及面頗廣的自動(dòng)化裝置，變電所的很多異常和變化都會(huì)引起它的閉鎖。假如VQC的閉鎖情況和閉鎖原因不能在人機(jī)界面上反映出來，則會(huì)使用戶對(duì)它的閉鎖分析變得十分困難。��
(3)VQC動(dòng)作記錄應(yīng)全面：具體的VQC動(dòng)作記錄有利于VQC的運(yùn)行和故障分析。為了解決上述幾方面題目，進(jìn)步電網(wǎng)電壓無功控制水平，相關(guān)部分組織研制了分布式電壓無功全局優(yōu)化控制系統(tǒng)’>控制系統(tǒng)。與傳統(tǒng)意義上的集中控制方式不同的是，本項(xiàng)目在實(shí)現(xiàn)變電站級(jí)電壓無功局部?jī)?yōu)化綜合控制的基礎(chǔ)上，探索全局電壓無功在線優(yōu)化計(jì)算及分散協(xié)調(diào)控制的理論和方法，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的電壓無功分散協(xié)調(diào)控制。該系統(tǒng)具有很好的開放性和可擴(kuò)展性，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值，可以考慮用于整個(gè)地區(qū)供電網(wǎng)絡(luò)的電壓無功控制。1系統(tǒng)總體思路
　　本項(xiàng)目的基本思路是：建立主站系統(tǒng)，根據(jù)未來一天各母線有功和無功負(fù)荷曲線（由短期負(fù)荷猜測(cè)獲得）及開關(guān)狀態(tài)信息，以控制整個(gè)電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)電壓在答應(yīng)范圍內(nèi)和有功損耗最小為優(yōu)化目標(biāo)，進(jìn)行地區(qū)電網(wǎng)離散無功優(yōu)化計(jì)算，并以此為基礎(chǔ)計(jì)算出各VQC的控制范圍（限值）。利用技術(shù)上已成熟的VQC裝置，研究可支持全網(wǎng)優(yōu)化控制和本地控制模式的VQC控制策略，即建立變電站電壓無功實(shí)時(shí)控制子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)監(jiān)控變壓器’>變壓器和電容器狀態(tài)、采集電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)及根據(jù)主站系統(tǒng)提供的電壓無功限值（或自定義的電壓無功限值）實(shí)施電壓無功控制，并可實(shí)現(xiàn)在全網(wǎng)優(yōu)化狀態(tài)下和本地狀態(tài)下電壓無功控制模式的切換。建立通訊子系統(tǒng)（也可以利用現(xiàn)有調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的通訊通道），以實(shí)現(xiàn)主站系統(tǒng)后臺(tái)程序與子站系統(tǒng)VQC控制程序之間的數(shù)據(jù)通訊。該系統(tǒng)可應(yīng)用于整個(gè)地區(qū)電網(wǎng)的電壓無功控制，也可用于地區(qū)電網(wǎng)的某一個(gè)區(qū)域的電壓無功控制。��
　　參考?xì)W美國(guó)家的全網(wǎng)電壓無功三級(jí)控制方式，本控制系統(tǒng)在功能上包含二級(jí)和三級(jí)控制。主站系統(tǒng)屬于二級(jí)控制，根據(jù)電網(wǎng)近期內(nèi)的歷史負(fù)荷水平，猜測(cè)短期內(nèi)的電網(wǎng)負(fù)荷，以保證電網(wǎng)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)電壓在答應(yīng)范圍內(nèi)；以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)有功損耗最小為系統(tǒng)優(yōu)化目標(biāo)，計(jì)算各節(jié)點(diǎn)電壓、無功分布并轉(zhuǎn)換為實(shí)際控制定值。主站在實(shí)際運(yùn)行中包括優(yōu)化計(jì)算模塊、電網(wǎng)數(shù)據(jù)處理模塊、實(shí)時(shí)拓?fù)淠�塊和控制定值計(jì)算模塊。系統(tǒng)中的子站系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三級(jí)控制，以傳統(tǒng)九區(qū)域控制原理為算法核心，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)數(shù)據(jù)，執(zhí)行主站系統(tǒng)的控制定值，是整個(gè)系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵。2主要理論研究��
　　系統(tǒng)研制過程中主要的理論研究有以下兩方面：��
　　a)全電網(wǎng)離散無功優(yōu)化計(jì)算方法��
　　通過對(duì)離散變量構(gòu)造函數(shù)并將其直接嵌進(jìn)到非線性原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法中形成擴(kuò)展內(nèi)點(diǎn)算法。其原理詳見文獻(xiàn)[1，2]。
　　b)變電站電壓無功控制范圍的整定計(jì)算方法��
　　利用上述全網(wǎng)離散無功優(yōu)化計(jì)算結(jié)果，計(jì)算出每個(gè)變電站變壓器高壓側(cè)無功功率和低壓側(cè)母線電壓的最佳變化曲線。通過跟蹤無功和電壓最佳變化曲線，確定變壓器高壓側(cè)無功功率和低壓側(cè)母線電壓的上下限值。3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　該系統(tǒng)由主站系統(tǒng)、變電站電壓無功實(shí)時(shí)控制子站系統(tǒng)(VQC)和通訊子系統(tǒng)三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖見圖1。

圖1分布式電壓無功全乙實(shí)時(shí)優(yōu)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖通訊子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主站系統(tǒng)與子站系統(tǒng)VQC控制程序之間的數(shù)據(jù)通訊，主站系統(tǒng)通過通訊子系統(tǒng)與各變電站的電壓無功實(shí)時(shí)控制子系統(tǒng)聯(lián)系，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞和控制。
　　主站系統(tǒng)通過由子站系統(tǒng)采集并按一定時(shí)間間隔上送的220kV及110kV變電站低壓側(cè)（10kV側(cè)）有功和無功負(fù)荷的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及開關(guān)狀態(tài)信息，進(jìn)行全電網(wǎng)離散無功優(yōu)化計(jì)算，然后根據(jù)優(yōu)化計(jì)算結(jié)果，形成每個(gè)變電站的無功功率上下限（指變壓器高壓側(cè)從系統(tǒng)吸收的無功功率）及低壓側(cè)電壓上下限的控制策略表，并通過通訊子系統(tǒng)傳到變電站電壓無功實(shí)時(shí)控制子系統(tǒng)。
　　系統(tǒng)中的子站系統(tǒng)以傳統(tǒng)九區(qū)域控制原理為算法核心，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)數(shù)據(jù)，執(zhí)行主站系統(tǒng)的控制定值，是整個(gè)系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵。子站系統(tǒng)存放在各變電站，各子站系統(tǒng)裝置負(fù)責(zé)監(jiān)控變壓器和電容器狀態(tài)，采集電網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)，并根據(jù)主站系統(tǒng)提供的電壓無功限值按九區(qū)分割圖實(shí)施具體控制策略。子站系統(tǒng)在原有變電站VQC的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，泄露氣體檢測(cè)儀| 毒性氣體| 氧氣檢測(cè)| VOC檢測(cè)儀支持按全網(wǎng)優(yōu)化電壓無功限值和本地電壓無功限值兩種模式控制，當(dāng)通訊中斷或電網(wǎng)出現(xiàn)異常時(shí)，子站系統(tǒng)將自動(dòng)切換控制狀態(tài)，即從執(zhí)行全網(wǎng)優(yōu)化電壓無功限值自動(dòng)轉(zhuǎn)換成執(zhí)行本地預(yù)設(shè)的電壓無功限值，保證電網(wǎng)安全運(yùn)行。4應(yīng)用
4.1應(yīng)用環(huán)境先容
　　把主站系統(tǒng)放置在市級(jí)調(diào)度中心，每個(gè)變電站（包括220KV、110kV變電站）都安裝了子站系統(tǒng)，整個(gè)分布式電壓無功全局優(yōu)化控制系統(tǒng)的控制范圍為從220kV變電站的進(jìn)線端到110kV變電站的10kV側(cè)出線端。��
4.2幾種數(shù)據(jù)刷新頻率
　　在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，主站存在以下幾種數(shù)據(jù)刷新頻率：��
　　a)遠(yuǎn)信數(shù)據(jù)��
　　遠(yuǎn)信數(shù)據(jù)包括斷路器開關(guān)量數(shù)據(jù)、電容器投切開關(guān)狀態(tài)信息，采用子站實(shí)時(shí)主動(dòng)上傳、子站同時(shí)存儲(chǔ)的開關(guān)事件發(fā)生數(shù)據(jù)以供歷史查詢。��
　　b)遠(yuǎn)測(cè)數(shù)據(jù)��
　　遠(yuǎn)測(cè)數(shù)據(jù)包括變壓器電壓、電流、無功、有功數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不主動(dòng)上傳，由主站根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定向子站定時(shí)查詢，也提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查詢。��
　　c)報(bào)警事件��
　　報(bào)警事件包括變壓器、母線、電容器、電抗器等控制對(duì)象的故障報(bào)警信息，子站實(shí)時(shí)主動(dòng)上傳。��
　　d)控制定值數(shù)據(jù)��
　　控制定值數(shù)據(jù)由主站根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定向子站定時(shí)下傳或?qū)崟r(shí)下傳。實(shí)際運(yùn)行中數(shù)據(jù)傳輸間隔為24h，即天天定時(shí)刷新一次。當(dāng)電網(wǎng)運(yùn)行方式發(fā)生改變時(shí)，各子站轉(zhuǎn)為就地優(yōu)化，執(zhí)行預(yù)設(shè)的就地運(yùn)行定值。主站需在下一數(shù)據(jù)刷新周期到來后查詢數(shù)據(jù)，重新下行定值。��4.3應(yīng)用效果
　　a)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，運(yùn)行效果良好；��
　　b)該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了全電網(wǎng)在線無功優(yōu)化調(diào)度和無功控制裝置的局部?jī)?yōu)化自動(dòng)控制協(xié)調(diào)，改善了整個(gè)電網(wǎng)的電壓質(zhì)量，降低了電網(wǎng)有功損耗；��
　　c)在系統(tǒng)運(yùn)行期間，各變電站的電壓合格，調(diào)節(jié)動(dòng)作及時(shí)正確，可滿足實(shí)際運(yùn)行需求；��
　　d)在各變電站的實(shí)際運(yùn)行中，各無功補(bǔ)償設(shè)備得到充分利用，有效地降低了變電站在負(fù)荷高峰期從系統(tǒng)所吸取的無功，補(bǔ)償了系統(tǒng)無功，同時(shí)起到了很好的電壓調(diào)節(jié)功能；��
　　e)在變電站的運(yùn)行中代替人工調(diào)節(jié)工作，實(shí)現(xiàn)了變電站電壓無功調(diào)節(jié)的自動(dòng)化控制，保證了無人值班變電站的電壓無功調(diào)節(jié)安全運(yùn)行；��
　　f)具有很好的開放性和可擴(kuò)展性，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。��

5結(jié)束語
　　本文先容的分布式電壓無功全局實(shí)時(shí)優(yōu)化控制系統(tǒng)項(xiàng)目不僅實(shí)現(xiàn)了區(qū)域電網(wǎng)的全網(wǎng)電壓無功實(shí)時(shí)優(yōu)化控制，而且在項(xiàng)目研發(fā)過程中還提出了一套變電站VQC控制范圍的整定計(jì)算方法。系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，效果良好，能滿足電網(wǎng)的全網(wǎng)電壓無功優(yōu)化協(xié)調(diào)控制的要求，有效地降低變電站在負(fù)荷高峰期從系統(tǒng)所吸取的無功，補(bǔ)償了系統(tǒng)無功，同時(shí)起到很好的電壓調(diào)節(jié)功能。該系統(tǒng)可用于某個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)的某一個(gè)區(qū)域的電壓無功控制，也可用于整個(gè)地區(qū)供電網(wǎng)絡(luò)的電壓無功控制，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。