电力系统电压无功优化的典型问题 - 文章

电力系统电压无功优化的典型问题

作者：常华王津

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电力系统电压/无功优化控制是指在保证满足运行约束的同时，用尽量少的无功投入（或尽量少的无功补偿设备投资），最大限度地改善电压质量、降低网损。电力系统电压无功优化控制主要是通过调整发电机的端电压、变压器分接头位置、无功补偿设备等手段来实现的。电力系统电压/无功优化问题分成规划和运行优化与控制两类。规划问题计算无功补偿设备的最优安装位置、类型和容量，以达到节省投资费用的目的。运行优化与控制问题认为无功补偿设备的配置已定，需要根据实际负荷的变化，确定无功补偿设备的投切方案和变压器分接头位置等，以达到在满足电压质量要求的情况下，网损最小，或能耗最小，或运行费用最小的目的。

1、目前存在的问题

首先，过分强调主站功能,对站端监控装置缺乏重视。目前投入运行的地区电网无功优化系统的控制过程是：通过SCADA系统收集信息，由主站根据分析结果发出控制命令，通过站端监控装置执行。站端监控装置只要实现四遥功能即可，即站端监控装置本身不具备分析功能。

其次，信息量采集不全,尤其是主变档位信号。

2、解决方案

2.1 站端监控装置的问题

站端监控装置应该是一个有多输入/多输出的闭环系统。该系统需要连续地对各母线电压和主变各侧电流进行交流采样，计算出电压、有功功率、无功功率和功率因数，分析电压水平和无功平衡状况。同时采集变电站内相关断路器和隔离开关的状态信息，能够在失去上级控制后，分析本变电站运行方式和结线状况，得出投切电容器组、调节分接头开关档位的控制策略，达到保证电压合格率和无功就地平衡的目的。

对站端执行机构的基本要求如下：

(1) 数据精度和准确性

要对采集到的数据进行数字滤波处理，以及真伪判断等抗干扰措施，保证进入策略的数据正确无误。

(2) 控制策略正确、合理

分析电压、有功功率、无功功率、功率因数，以及变电站运行方式和结线状况，确定符合当时运行方式的控制策略。

(3) 延长控制设备的使用寿命

保证对控制设备的动作次数不能超过限值，同时要使动作次数尽量地少。

(4) 控制操作的安全性和可靠性

控制操作的安全性和可靠性应在装置的硬件、软件和执行机构等各个环节加以保证，保证控制操作正确无误。

(5) 控制故障的闭锁及提示

在输出控制命令之前，必须检测各类闭锁条件（如总告警信号、谐波超标、执行电路出错、遥信变位、主变过流、系统电压严重超标等）。当闭锁条件满足时，立即取消控制命令，并给出闭锁提示信息。

(6) 拒动和滑档处理

当对电容器组和主变分接头的控制命令发出后，监测电容器组的状态和主变分接头开关档位是否变化,如果没有变化，则提示该设备拒动。如果主变分接头开关档位越过了预定的控制档位，则提示该主变分接头滑动，同时发生控制命令，切断分接头开关操作机构的电源。

(7) 运行方式的自适应

变电站中主变的个数可以是1台、2台甚至3台，母线有单母、双母、双母带旁路等不同的运行方式，对控制设备的使用不同，控制策略也不同。因此，要能自动地识别不同的运行方式，制定不同的控制策略。

(8) 自诊断和自恢复

装置要做到板级故障诊断，板内部分部件故障自诊断，当干扰使软件运行异常时，能自动恢复正常工作。

(9) 预留通信接口

预留的通信接口可以用RS-232/422/485方式与站内的RTU、综合自动化系统以及调度中心进行通信，使得该装置既可以独立工作，又可统一管理。

2.2 档位问题

根据现场经验，地区一级电网无功优化系统110 kV以上等级的变电站主变档位必须采集。在衡水电网无功优化功能实用化过程中，出于对现场原运行设备的可靠性及安装改造的方便性的需要，更考虑到改造后原设备及增加设备的安全运行可靠性的需要，笔者自行设计一套档位变送器，现将主变分接头改造方案综述如下：

原现场运行档位显示器不予改造，可正常使用。在档位信号输入端子处并出信号（AC 24 V电压信号），接入主变分头信号转换装置输入端子，AC 24 V变压器档位信号经过 PTC、TVS防过压、过流保护电路，进入整流桥整流滤波输出20 V至30 V直流信号，经过1 kW电阻限流驱动直流 24 V继电器，使流过继电器线圈的电流为12 mA，使继电器吸合。其两组开接点可分别单独送出两组空接点，一组变压器档位分接头接点供RTU遥信采集使用，另一组变压器档位分头接点还可以供VQC遥信采集使用。其工作原理见图1。

图1 分头转换装置原理图

(1) 档位变送器的技术要点

·PTC：电子拒合开关，也称“电子保险”，是防止过压、过流保护运行设备及元器件免受冲击，隔离故障点，故障恢复时能自动接通运行设备及元器件。
·TVS：防浪涌元件，保护元器件以防冲击损坏，吸收过流、过压能量。有源信号转换：将交流电压信号经过特殊整流、稳压、限流处理，转换成恒定直流量，供信号驱动使用。
·微型信号传感器：将直流信号转换成双开接点供VQC及RTU采样使用。
·档位指示灯：并在分头档位显示器前端，用来指示档位信号供参考、维护。

(2) 档位变送器的优点

首先在设计上笔者先后征求了设计、保护、变电站值班员及厂家的意见，保证了设计的合理性。其次施工方便、简单，不用停电和打孔（如果更换市场现有的产品就不会如此）。

用于无人值班站就更有优势（比遥测和BCD码方式），因为主变调档时会滑档，表现为档位消失或连动，遥控程序一般是当档位消失或有两个档位时禁止遥控，这时可用人工置位遥信使档位恢复，继续调档，不必到现场人工处理。

(3) 主站软件应避免出现的情况

首先，采用远动自动化系统采集保护信号，对无功优化系统实现在系统故障情况下的闭锁。由于现场保护信号的采集与传输需要时间，可能会出现闭锁不及时的情况。

其次，对于变电站负荷出线的不平衡引起的三相电压出现偏差的情况，不能妥善处理。因为无功优化系统采用单相计算方式，在电压采集上只收集单相电压，对其它二相电压情况未考虑，因此，在小电流接地系统中出现的单相接地运行方式下，优化系统的运行调整方式会出现较大偏差。

第三，未考虑系统谐波含量超标应闭锁电容器的投切问题。

第四，很难保证系统在各种运行方式下无功优化系统对系统电压的正常调整。

3、结论

通过运行实践，理想的地区电网无功优化功能应具备如下特点：

首先，上层协调层与下层执行层VQC共同形成双闭环的系统结构。在控制系统正常运行时，上层协调层以全局优化为主，定值下达给执行层，执行层在经过一系列纠错，校正及检测无误后执行控制；在控制系统不正常运行时，执行层具有自闭环控制功能，这时的VQC按所处局部的信息得出控制规律，然后校验后执行。双层结构的设计体系清晰，理论和功能分明，具有突出的全程可控特点。

其次，上层协调层的理论设计以安全约束机制下的经济观念来建模，提出了两类目标函数：一是越限下用最小控制代价恢复正常运行；二是采用正常情况下网损最小来使系统运行成本优化。两类目标函数的建立及其实现，充分考虑了地区电网缺乏发电类控制手段的特点，主要对电容器组和有载调压分接头进行了计算，分别考虑了以下问题：

·优化的启动条件：事件启动、运行方式转化启动、定时启动及召唤启动；
·调压方式：逆调压、顺调压和常调压；
·电网外部实时等值：计及了外部电网变化的影响；
·电网内部分区控制：用灵敏度解耦控制区域，符合无功就地平衡；
·控制顺序：按对目标函数的控制系统效力贡献决定效果，有效克服了系统的冲击及震荡；
·控制中断决策及控制效果对比分析；
·优化算法的可行性和收敛性策略：“软”约束和多级约束措施。

再次，下层VQC执行层具有如下特点：对变电站网络拓扑自适应能力；电容器和分接头的协调控制顺序；避免控制装置在限值边缘来回反复启动控制；可设定控制次数，有效地延长装置寿命和保障安全；可设置不同调压方式和控制点定值，拓展控制区域，可保证用户的电能质量；考虑了投切电容器的间隔问题以保证不产生过电压；考虑了投切电容器时的谐波以避免谐振；考虑了两台以上主变分接头控制滑档及变压器环流问题；考虑了按功率因数或按无功功率控制的两种选择；考虑了四种下层执行层的现场实现方式：完全VQC， RTU+后台软件，综自单元+后台软件，完全软VQC。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (8/24/2006)


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