電力係統電壓無功優化

電力係統電壓／無功優化控製是指在保證滿足運行約束的同時，用儘量少的無功投入（或儘量少的無功補償設備投資），*大限度地改善電壓質量、降低網損。電力係統電壓無功優化控製主要是通過調整發電機的端電壓、變壓器分接頭位置、無功補償設備等手段來實現的。電力係統電壓／無功優化問題分成規劃和運行優化與控製兩類。規劃問題計算無功補償設備的*優安裝位置、類型和容量，以達到節省投資費用的目的。運行優化與控製問題認為無功補償設備的配置已定，需要根據實際負荷的變化，確定無功補償設備的投切方案和變壓器分接頭位置等，以達到在滿足電壓質量要求的情況下，網損*小，或能耗*小，或運行費用*小的目的。

1.目前存在的問題先，過分強調主站功能，對站端監控裝置缺乏重視。目前投入運行的地區電網無功優化係統的控製過程是：通過SCADA係統收集信息，由主站根據分析結果發出控製命令，通過站端監控裝置執行。站端監控裝置隻要實現四遙功能即可，即站端監控裝置本身不具備分析功能。其次，信息量采集不全，尤其是主變檔位信號。

2.解決方案

2.1站端監控裝置的問題站端監控裝置應該是一個有多輸入／多輸出的閉環係統。該係統需要連續地對各母線電壓和主變各側電流進行交流采樣，計算出電壓、有功功率、無功功率和功率因數，分析電壓水平和無功平衡狀況。同時采集變電站內相關斷路器和隔離開關的狀態信息，能夠在失去上級控製後，分析本變電站運行方式和結線狀況，得出投切電容器組、調節分接頭開關檔位的控製策略，達到保證電壓合格率和無功就地平衡的目的。對站端執行機構的基本要求如下：

2.1.1數據精度和準確性要對采集到的數據進行數字濾波處理，以及真偽判斷等抗乾擾措施，保證進入策略的數據正確無誤。

2.1.2控製策略正確、合理分析電壓、有功功率、無功功率、功率因數，以及變電站運行方式和結線狀況，確定符合當時運行方式的控製策略。

2.1.3延長控製設備的使用壽命保證對控製設備的動作次數不能超過限值，同時要使動作次數儘量地少。

2.1.4控製操作的**性和可靠性控製操作的**性和可靠性應在裝置的硬件、軟件和執行機構等各個環節加以保證，保證控製操作正確無誤。

2.1.5控製故障的閉鎖及提示在輸出控製命令之前，必須檢測各類閉鎖條件（如總告警信號、諧波超標、執行電路出錯、遙信變位、主變過流、係統電壓嚴重超標等）。當閉鎖條件滿足時，立即取消控製命令，並給出閉鎖提示信息。

2.1.6拒動和滑檔處理當對電容器組和主變分接頭的控製命令發出後，監測電容器組的狀態和主變分接頭開關檔位是否變化，如果冇有變化，則提示該設備拒動。如果主變分接頭開關檔位越過了預定的控製檔位，則提示該主變分接頭滑動，同時發生控製命令，切斷分接頭開關操作機構的電源。

2.1.7運行方式的自適應變電站中主變的個數可以是1台、2台甚至3台，母線有單母、雙母、雙母帶旁路等不同的運行方式，對控製設備的使用不同，控製策略也不同。因此，要能自動地識彆不同的運行方式，製定不同的控製策略。

2.1.8自診斷和自恢複裝置要做到板級故障診斷，板內部分部件故障自診斷，當乾擾使軟件運行異常時，能自動恢複正常工作。

2.1.9預留通信接口預留的通信接口可以用RS－232／422／485方式與站內的RTU、綜合自動化係統以及調度中心進行通信，使得該裝置既可以獨立工作，又可統一管理。

2.2檔位問題根據現場經驗，地區**電網無功優化係統110KV以上等級的變電站主變檔位必須采集。在衡水電網無功優化功能實用化過程中，出於對現場原運行設備的可靠性及安裝改造的方便性的需要，更考慮到改造後原設備及增加設備的**運行可靠性的需要，筆者自行設計一套檔位變送器，現將主變分接頭改造方案綜述如下：原現場運行檔位顯示器不予改造，可正常使用。在檔位信號輸入端子處並出信號（AC24V電壓信號），接入主變分頭信號轉換裝置輸入端子，AC24V變壓器檔位信號經過PTC、TVS防過壓、過流保護電路，進入整流橋整流濾波輸出20V至30V直流信號，經過1KW電阻限流驅動直流24V繼電器，使流過繼電器線圈的電流為12MA，使繼電器吸合。其兩組開接點可分彆單獨送出兩組空接點，一組變壓器檔位分接頭接點供RTU遙信采集使用，另一組變壓器檔位分頭接點還可以供VQC遙信采集使用。其工作原理見圖1。

2.2.1檔位變送器的技術要點·PTC：電子拒合開關，也稱“電子保險”，是防止過壓、過流保護運行設備及元器件免受衝擊，隔離故障點，故障恢複時能自動接通運行設備及元器件。·TVS：防浪湧元件，保護元器件以防衝擊損壞，吸收過流、過壓能量。·有源信號轉換：將交流電壓信號經過特殊整流、穩壓、限流處理，轉換成恒定直流量，供信號驅動使用。·微型信號傳感器：將直流信號轉換成雙開接點供VQC及RTU采樣使用。·檔位指示燈：並在分頭檔位顯示器前端，用來指示檔位信號供參考、維護。

2.2.2檔位變送器的優點·先在設計上筆者先後征求了設計、保護、變電站值班員及廠家的意見，保證了設計的合理性。其次施工方便、簡單，不用停電和打孔（如果更換市場現有的產品就不會如此）。·用於無人值班站就更有優勢（比遙測和BCD碼方式），因為主變調檔時會滑檔，表現為檔位消失或連動，遙控程序一般是當檔位消失或有兩個檔位時禁止遙控，這時可用人工置位遙信使檔位恢複，繼續調檔，不必到現場人工處理。

2.2.3主站軟件應避免出現的情況先，采用遠動自動化係統采集保護信號，對無功優化係統實現在係統故障情況下的閉鎖。由於現場保護信號的采集與傳輸需要時間，可能會出現閉鎖不及時的情況。其次，對於變電站負荷出線的不平衡引起的三相電壓出現偏差的情況，不能妥善處理。因為無功優化係統采用單相計算方式，在電壓采集上隻收集單相電壓，對其它二相電壓情況未考慮，因此，在小電流接地係統中出現的單相接地運行方式下，優化係統的運行調整方式會出現較大偏差。第三，未考慮係統諧波含量超標應閉鎖電容器的投切問題。第四，很難保證係統在各種運行方式下無功優化係統對係統電壓的正常調整。3結論通過運行實踐，理想的地區電網無功優化功能應具備如下特點：先，上層協調層與下層執行層VQC共同形成雙閉環的係統結構。在控製係統正常運行時，上層協調層以全局優化為主，定值下達給執行層，執行層在經過一係列糾錯，校正及檢測無誤後執行控製；在控製係統不正常運行時，執行層具有自閉環控製功能，這時的VQC按所處局部的信息得出控製規律，然後校驗後執行。雙層結構的設計體係清晰，理論和功能分明，具有突出的全程可控特點。其次，上層協調層的理論設計以**約束機製下的經濟觀念來建模，提出了兩類目標函數：一是越限下用*小控製代價恢複正常運行；二是采用正常情況下網損*小來使係統運行成本優化。兩類目標函數的建立及其實現，充分考慮了地區電網缺乏發電類控製手段的特點，主要對電容器組和有載調壓分接頭進行了計算，分彆考慮了以下問題：優化的啟動條件：事件啟動、運行方式轉化啟動、定時啟動及召喚啟動；調壓方式：逆調壓、順調壓和常調壓；電網外部實時等值：計及了外部電網變化的影響；電網內部分區控製：用靈敏度解耦控製區域，符合無功就地平衡；控製順序：按對目標函數的控製係統效力貢獻決定效果，有效克服了係統的衝擊及震蕩；控製中斷決策及控製效果對比分析；優化算法的可行性和收斂性策略：“軟”約束和多級約束措施。再次，下層VQC執行層具有如下特點：對變電站網絡拓撲自適應能力；電容器和分接頭的協調控製順序；避免控製裝置在限值邊緣來回反複啟動控製；可設定控製次數，有效地延長裝置壽命和保障**；可設置不同調壓方式和控製點定值，拓展控製區域，可保證用戶的電能質量；考慮了投切電容器的間隔問題以保證不產生過電壓；考慮了投切電容器時的諧波以避免諧振；考慮了兩台以上主變分接頭控製滑檔及變壓器環流問題；考慮了按功率因數或按無功功率控製的兩種選擇；考慮了四種下層執行層的現場實現方式：完全VQC，RTU＋後台軟件，綜自單元＋後台軟件，完全軟VQC。