楊曉雷，錢 嘯

（嘉興電力局，浙江 嘉興 314033）

由于無功/電壓的控制可以合理地改善地區(qū)電網(wǎng)的無功潮流，提升地區(qū)電網(wǎng)整體電壓穩(wěn)定水平，有效降低電網(wǎng)總體損耗，所以地區(qū)電網(wǎng)一般都將電壓無功控制作為電網(wǎng)調(diào)度中的重要控制任務(wù)。但是，隨著電網(wǎng)范圍的擴(kuò)大，原來的人工操作控制模式或者單個(gè)站點(diǎn)自動(dòng)控制模式已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前電網(wǎng)調(diào)度的需要，所以，越來越多的地區(qū)電網(wǎng)都開始了基于全網(wǎng)范圍的無功電壓自動(dòng)控制系統(tǒng)（AVC）的研究和應(yīng)用。

本文根據(jù)嘉興電網(wǎng)的現(xiàn)狀，提出了一種基于地區(qū)調(diào)度層面進(jìn)行全網(wǎng)無功電壓優(yōu)化，由各級(jí)監(jiān)控分區(qū)校核執(zhí)行的AVC系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)，既可以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)范圍的無功電壓優(yōu)化，確保全局性，又便于各級(jí)監(jiān)控分區(qū)協(xié)調(diào)控制，兼顧了運(yùn)行靈活性和可靠性。

1 嘉興電網(wǎng)現(xiàn)狀及AVC系統(tǒng)優(yōu)化原則

1.1 嘉興電網(wǎng)調(diào)度、監(jiān)控模式

嘉興電網(wǎng)采取按照電壓等級(jí)分層和按照行政區(qū)域分區(qū)控制的電網(wǎng)調(diào)度、監(jiān)控管理模式。其中地區(qū)調(diào)度管轄所有110 kV及以上變電站和部分城網(wǎng)內(nèi)35 kV變電站；縣級(jí)調(diào)度管轄各縣行政區(qū)域內(nèi)110 kV變電站的10 kV設(shè)備、35 kV變電站和10 kV配網(wǎng)。而監(jiān)控范圍的劃分，則根據(jù)電壓等級(jí)，形成了按照地理位置劃分的220 kV集控站和按照各縣級(jí)行政區(qū)域劃分的110 kV集控站，兩級(jí)分層分區(qū)的監(jiān)控結(jié)構(gòu)。全網(wǎng)無功優(yōu)化的范圍包括地區(qū)所有220 kV及以下變電站。

1.2 AVC系統(tǒng)優(yōu)化原則

地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)從全網(wǎng)角度進(jìn)行無功優(yōu)化控制，應(yīng)當(dāng)遵循以下4個(gè)原則：

（1）實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)最大范圍的電壓合格。

（2）實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)電能損耗盡可能小。

（3）實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)調(diào)節(jié)設(shè)備動(dòng)作次數(shù)盡可能少。

（4）所有的控制操作必須符合各種規(guī)程。

為了使優(yōu)化程序易于實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)采用以全網(wǎng)電能損耗最小為目標(biāo)，其它原則及電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行約束作為約束條件的優(yōu)化模型進(jìn)行軟件開發(fā)，系統(tǒng)優(yōu)化計(jì)算流程見圖1所示。

圖1 AVC系統(tǒng)優(yōu)化計(jì)算流程圖

2 AVC系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

2.1 總體層級(jí)劃分

根據(jù)嘉興電網(wǎng)現(xiàn)行的管理控制模式，地區(qū)調(diào)度（以下簡(jiǎn)稱地調(diào)）AVC系統(tǒng)總體應(yīng)劃分為以下3個(gè)層級(jí)[1-3]：

（1）地區(qū)調(diào)度層面：作為AVC系統(tǒng)的主站，進(jìn)行全網(wǎng)AVC建模、維護(hù)、監(jiān)控；基于地調(diào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）采集全網(wǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，按照預(yù)先設(shè)定的考核指標(biāo)，進(jìn)行全網(wǎng)無功電壓的優(yōu)化計(jì)算，并形成調(diào)節(jié)控制指標(biāo)。

（2）220 kV監(jiān)控層面：作為AVC系統(tǒng)的子站，接收地調(diào)AVC主站的調(diào)節(jié)指標(biāo)，并基于監(jiān)控SCADA進(jìn)行區(qū)域范圍的校核計(jì)算，形成本監(jiān)控范圍內(nèi)220 kV站的調(diào)節(jié)控制指令并可靠執(zhí)行相關(guān)操作，同時(shí)將110 kV相關(guān)節(jié)點(diǎn)的調(diào)節(jié)控制指令反饋給地調(diào)AVC主站。

（3）110 kV監(jiān)控層面：作為AVC系統(tǒng)的子站，接收地調(diào)AVC主站的控制指令，可靠執(zhí)行相關(guān)變壓器分接頭的調(diào)節(jié)及電容器投切的操作。

系統(tǒng)體現(xiàn)了分級(jí)逐層推進(jìn)的控制思路，同時(shí)遵循“層次越高，智能越高，控制精度越低；層次越低，智能越低，控制精度越高”的控制原則[1]，各層權(quán)責(zé)明確，相互協(xié)調(diào)，從而使整個(gè)控制系統(tǒng)的運(yùn)行達(dá)到最佳效果。

2.2 擴(kuò)展功能

為了使地調(diào)AVC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與上下級(jí)調(diào)度的統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，并使其具有較好的運(yùn)行靈活性，地調(diào)AVC系統(tǒng)還需要實(shí)現(xiàn)以下擴(kuò)展功能：

（1）地調(diào)AVC主站系統(tǒng)應(yīng)具有周期啟動(dòng)、人工啟動(dòng)及事件觸發(fā)啟動(dòng)幾種方式。

（2）地調(diào)AVC系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)不同層次內(nèi)的開、閉環(huán)運(yùn)行[4]：如整個(gè)系統(tǒng)的開、閉環(huán)；各個(gè)子站范圍的開、閉環(huán)；各個(gè)具體站的開、閉環(huán)運(yùn)行等。

（3）要預(yù)留與省級(jí)調(diào)度AVC系統(tǒng)主站的接口，以實(shí)現(xiàn)與省級(jí)調(diào)度AVC系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)，并可以按照省調(diào)下達(dá)的考核指標(biāo)或通過人工手動(dòng)設(shè)定相關(guān)指標(biāo)來自行優(yōu)化。

（4）地調(diào)AVC主站系統(tǒng)要預(yù)留與縣級(jí)調(diào)度AVC系統(tǒng)的接口，以便實(shí)現(xiàn)與縣級(jí)調(diào)度AVC系統(tǒng)的聯(lián)調(diào)及對(duì)縣級(jí)調(diào)度相關(guān)指標(biāo)的考核。在110 kV監(jiān)控子站開環(huán)運(yùn)行狀態(tài)下，可將相關(guān)控制指標(biāo)傳遞給縣級(jí)調(diào)度AVC系統(tǒng)進(jìn)行校核，由其決定是否執(zhí)行相應(yīng)控制指令[5]。

（5）對(duì)于含有電廠聯(lián)絡(luò)線的監(jiān)控站，由于地調(diào)AVC系統(tǒng)不能直接對(duì)電廠進(jìn)行聯(lián)動(dòng)的調(diào)整控制，需要系統(tǒng)能夠?qū)⒈匾恼{(diào)節(jié)指標(biāo)信息反饋到AVC主站監(jiān)控界面，供調(diào)度運(yùn)行人員參考。

另外，AVC還應(yīng)具有狀態(tài)監(jiān)控、參數(shù)曲線查詢及報(bào)表統(tǒng)計(jì)等管理功能。圖2說明了地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)的控制流程和功能結(jié)構(gòu)。

圖2 AVC系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)

3 AVC系統(tǒng)的可靠性

AVC系統(tǒng)作為實(shí)際電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行的一種輔助管理系統(tǒng)，必須以保證電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行為前提。結(jié)合本系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)情況，需要從以下兩個(gè)方面保證AVC系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

3.1 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的處理

由于地調(diào)AVC主站是基于電網(wǎng)設(shè)備的靜態(tài)參數(shù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行的在線優(yōu)化計(jì)算和控制，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在傳輸過程中存在干擾，維護(hù)時(shí)也可能出現(xiàn)人為錯(cuò)誤或誤差。所以，必須對(duì)從SCADA中獲得的實(shí)時(shí)遙測(cè)、遙信數(shù)據(jù)或死數(shù)據(jù)按照一定策略做必要的判斷和處理，以避免發(fā)出錯(cuò)誤的控制指令，提高AVC系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。

3.2 AVC的閉鎖功能

AVC系統(tǒng)閉環(huán)運(yùn)行時(shí)，必須及時(shí)、正確地判斷電網(wǎng)或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中出現(xiàn)的各類異常或故障情況，并實(shí)施可靠快速閉鎖。

（1）主站系統(tǒng)閉鎖。當(dāng)AVC主站系統(tǒng)出現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫或SCADA接口中斷等異?，F(xiàn)象時(shí)，必須閉鎖整套系統(tǒng)，并發(fā)出告警信號(hào)，直至異常情況解除，由人工解鎖，重啟系統(tǒng)。

（2）子站系統(tǒng)閉鎖。當(dāng)個(gè)別子站出現(xiàn)與監(jiān)控SCADA接口中斷等異常，不能執(zhí)行遙控指令時(shí)，閉鎖相關(guān)子站系統(tǒng)，并發(fā)出告警信號(hào)，直至異常情況解除，由人工解鎖，重新投入。

（3）設(shè)備閉鎖。當(dāng)出現(xiàn)變壓器或電容器保護(hù)動(dòng)作、變壓器分接開關(guān)或電容器開關(guān)拒動(dòng)或主變分接開關(guān)滑檔等異常時(shí)，可靠閉鎖相關(guān)設(shè)備，不再對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化控制，并發(fā)出告警信號(hào)。

4 系統(tǒng)開環(huán)運(yùn)行情況

基于地區(qū)調(diào)度主站進(jìn)行全網(wǎng)優(yōu)化計(jì)算、各級(jí)監(jiān)控分層分區(qū)控制的AVC系統(tǒng)開發(fā)和構(gòu)建已經(jīng)完成，并正式開環(huán)運(yùn)行。為了保證AVC系統(tǒng)閉環(huán)后可靠、安全運(yùn)行，將進(jìn)行必要的遙控、遙調(diào)控制試驗(yàn)，以驗(yàn)證系統(tǒng)遙控、遙調(diào)號(hào)的正確性、控制通道的穩(wěn)定性及遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約的正確性，以確保對(duì)所控設(shè)備控制指令執(zhí)行的正確性。

開環(huán)運(yùn)行期間，AVC系統(tǒng)分別針對(duì)功率因數(shù)越限、電壓越限、無功總體優(yōu)化3個(gè)方面的7種控制方式，提出了10 178條控制建議。從考核AVC系統(tǒng)運(yùn)行可靠性和穩(wěn)定性考慮，開環(huán)期間并未要求按照控制建議進(jìn)行操作。但經(jīng)結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)具體建議進(jìn)行效果分析來看，除351條由于死數(shù)據(jù)造成建議無效外，其它建議均有效，有效率達(dá)到96.6%。同時(shí)，從AVC系統(tǒng)開環(huán)運(yùn)行的效果分析預(yù)知，系統(tǒng)閉環(huán)運(yùn)行后，將使因無功設(shè)備人工投切不及時(shí)引起的功率因數(shù)越限點(diǎn)減少70%左右，從而可使全網(wǎng)功率因數(shù)總體合格率在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高約2%，達(dá)到98%以上。

5 結(jié)語

基于地區(qū)調(diào)度主站進(jìn)行全網(wǎng)優(yōu)化計(jì)算、各級(jí)監(jiān)控分層分區(qū)控制的AVC系統(tǒng)，體現(xiàn)了分級(jí)逐層的控制思路，較好地適應(yīng)了無功應(yīng)按照電壓等級(jí)分層平衡的原則，也符合嘉興電網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行和管理模式，同時(shí)具有較好的靈活性和可靠性。投入閉環(huán)運(yùn)行后，將會(huì)進(jìn)一步提升嘉興電網(wǎng)無功電壓控制和管理水平。

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