汪 清

（深圳供電局有限公司電力技術(shù)研究中心，廣東 深圳 518000）

1 地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計

1.1 地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

某地區(qū)電網(wǎng)有無人值守的自動化變電站7 座，調(diào)度通過SCADA 系統(tǒng)來實時監(jiān)控所有變電站的運行情況，遙測、遙信和遙控都能可靠實現(xiàn)，因此在系統(tǒng)設(shè)計中可以借助調(diào)度SCADA 系統(tǒng)來實現(xiàn)無功電壓優(yōu)化。

1）系統(tǒng)的架構(gòu)

在區(qū)調(diào)遠動機房安裝1 臺Web 服務(wù)器，2 臺系統(tǒng)主備服務(wù)器，在調(diào)度中心安裝1 臺監(jiān)控工作站。運行時，SCADA 系統(tǒng)采集的全網(wǎng)實時數(shù)據(jù)（包括檔位、電壓、無功、功率因數(shù)等遙測數(shù)據(jù)，刀閘信息、斷路器等遙信數(shù)據(jù)）通過接口程序傳輸給主服務(wù)器，主服務(wù)器根據(jù)分析得到的無功電壓情況來發(fā)出相應的調(diào)節(jié)指令。當主服務(wù)器發(fā)生故障而無法正常運行時，備服務(wù)器自動投入運行（見圖1）。

在上述架構(gòu)中，地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)通過Web 服務(wù)器與辦公MIS 網(wǎng)連接，以此便于系統(tǒng)管理人員的瀏覽設(shè)備的動作記錄、有功功率分析表、無功功率分析表、電壓曲線等。本系統(tǒng)采取的隔離措施為“防火墻、單向隔離器和Web 服務(wù)器”，主要是為了對電網(wǎng)的運行狀態(tài)進行準確的數(shù)據(jù)采集和傳輸[1]。

圖1 地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)的架構(gòu)

2）系統(tǒng)的運行流程

SCADA 系統(tǒng)將采集到的全網(wǎng)實時數(shù)據(jù)（包括檔位、電壓、無功、功率因數(shù)等遙測數(shù)據(jù)，刀閘信息、斷路器等遙信數(shù)據(jù)）通過接口程序傳輸給內(nèi)存數(shù)據(jù)庫，然后主控程序計算分析后（包括電壓優(yōu)化計算、無功優(yōu)化計算和無功電壓綜合優(yōu)化計算等），得出無功補償設(shè)備投切指令、有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)調(diào)節(jié)指令和相關(guān)控制信息，然后經(jīng)工作站傳輸給SCADA系統(tǒng)執(zhí)行，達到全網(wǎng)無功電壓優(yōu)化的目的[2-3]。

1.2 地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)的功能設(shè)計

1）全網(wǎng)無功優(yōu)化。全網(wǎng)無功優(yōu)化主要通過以下幾種途徑實現(xiàn)：①如果省網(wǎng)關(guān)口的功率因數(shù)不合格，系統(tǒng)通過對220kV 及下級變電站的無功補償設(shè)備進行控制來改善功率因數(shù)；②如果系統(tǒng)各級變電站的電壓都處在合理運行范圍，系統(tǒng)通過對電網(wǎng)無功功率的流向進行調(diào)節(jié)來改善功率因數(shù)。

2）全網(wǎng)電壓優(yōu)化。當變電所電壓處于不合理運行范圍時，系統(tǒng)對電壓、同電源等級變電站和上一級變電站的電壓進行綜合分析，根據(jù)分析結(jié)果來對上級變電站全部調(diào)壓主變壓器分接頭開關(guān)檔位或本地變電站全部調(diào)壓主變壓器分接頭開關(guān)位置進行調(diào)整，從而實現(xiàn)良好的全網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)效果。

3）網(wǎng)損優(yōu)化。當功率因數(shù)和電壓都處在合理運行范圍時，系統(tǒng)通過對電壓、網(wǎng)損靈敏度分析和綜合費用管理辦法來對調(diào)控設(shè)備進行控制，從而對調(diào)控頻度和調(diào)控優(yōu)先級進行限制[4]。

4）無功電壓綜合優(yōu)化。當變電站10kV 母線電壓越下限時，系統(tǒng)如果通過投電容器而無法將電壓調(diào)節(jié)至合理范圍，此時將變壓器分接開關(guān)檔位進行提升；當變電站10kV 母線電壓越上限時，系統(tǒng)如果通過下降主變分接開關(guān)檔位而無法將電壓調(diào)節(jié)至合理范圍，此時投電容器。

5）其他功能。除了上述功能外，系統(tǒng)還需要具備如下功能：允許操作人員在線修改各種參數(shù)；同一變壓器分頭調(diào)控時刻間隙＞3min，同一電容器投切時刻間隙＞5min；對控制指令、控制方案和控制設(shè)備的動作情況進行自動記載，對控制設(shè)備動作前后的網(wǎng)損進行統(tǒng)計；能夠覺察SCADA 數(shù)據(jù)中的錯誤量，并且對主要數(shù)據(jù)錯誤進行自動報警；對多個設(shè)備進行協(xié)調(diào)管理；當控制設(shè)備每日動作次數(shù)超過限定最大次數(shù)、控制指令超過設(shè)定時間而控制設(shè)備沒有工作、變壓器檔位每次控制變化超過上一檔時，要閉鎖相關(guān)設(shè)備控制系統(tǒng)。

2 地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)的安全策略

地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)的安全策略包括無功電壓優(yōu)化控制系統(tǒng)、系統(tǒng)安全防護、設(shè)備封鎖、調(diào)度SCADA 系統(tǒng)及無功電壓優(yōu)化運行管理的安全策略，具體說來：

1）無功電壓優(yōu)化控制系統(tǒng)的安全策略。雙主變并聯(lián)運行時，控制系統(tǒng)通過聯(lián)調(diào)主變分接頭來減少環(huán)流，降檔時限對負荷輕的主變進行調(diào)節(jié)，升檔時先對負荷重的主變進行調(diào)節(jié)；根據(jù)負荷的變化趨勢，系統(tǒng)通過是否實施逆調(diào)壓來減少設(shè)備的動作次數(shù)；設(shè)備每日允許動作次數(shù)和動作間隔可以由管理人員根據(jù)實際需求來設(shè)置，并實現(xiàn)設(shè)備動作次數(shù)按負荷和時段優(yōu)化分配；通過遙信和遙測聯(lián)判方式，系統(tǒng)對要遙信量的真?zhèn)芜M行辨別；在規(guī)定時間段內(nèi)，同一電容器組只能投切一次。

2）系統(tǒng)安全防護。為了確保數(shù)據(jù)及運行安全，系統(tǒng)與外界要采用可靠的隔離措施，并位于安全 Ⅰ區(qū)。

3）設(shè)備封鎖。地區(qū)電網(wǎng)運行中會出現(xiàn)各種突發(fā)事件，因此可能需要設(shè)定不同的封鎖方式來對系統(tǒng)進行控制（見表1）。

4）調(diào)度SCADA 系統(tǒng)的安全策略。地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是調(diào)度SCADA 系統(tǒng)通過接口傳來的，由于系統(tǒng)實際運行中會有多條指令同時執(zhí)行，因此需要對調(diào)度SCADA 系統(tǒng)的前置系統(tǒng)進行遙控、采集遙測和遙信數(shù)據(jù)。

5）無功電壓優(yōu)化運行管理的安全策略。系統(tǒng)所有的操作動作都要準確記錄和保管，以便日后進行安全分析；調(diào)整廠、站、點號的時候，要確保調(diào)度SCADA 系統(tǒng)與無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)的一致性，如果手動調(diào)整則要首先閉鎖無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)；為確保無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)的可靠運行，企業(yè)要制定相應的運行管理規(guī)程并組織相關(guān)員工進行學習；無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)應實施用戶級別控制，確保不同用戶只能進行權(quán)限范圍內(nèi)的相應操作。

表1 地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)備封鎖

3 系統(tǒng)投入運行后的效益分析

1）無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)運行后極大地減少了設(shè)備的動作次數(shù)

在地區(qū)電網(wǎng)中投入無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)后，原有的電容器開關(guān)、有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)等手動操作變?yōu)榱俗詣硬僮鳎瑯O大地減少了設(shè)備的動作次數(shù)，這不僅使檢修人員從繁重的檢修任務(wù)中解脫出來，而且延長了設(shè)備的使用壽命（表2為某地區(qū)電網(wǎng)投入無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)后，7 座變電站設(shè)備動作次數(shù)的具體情況，從結(jié)果可知，系統(tǒng)運行后原有的電容器、有載調(diào)壓變壓器等的動作次數(shù)減少了35%以上，這使得其受到了調(diào)度人員的極大歡迎）。

表2 某地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)運行前后的 設(shè)備動作次數(shù)

2）無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)運行后極大地提高了地區(qū)平均功率因數(shù)

在地區(qū)電網(wǎng)中投入無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)后，極大地改善了以往由調(diào)度人員憑借經(jīng)驗操作所造成的滯后性和局限性，使得無功功率的控制更加準確和及時，從而提高了設(shè)備出力和地區(qū)平均功率因數(shù)（表3為某地區(qū)電網(wǎng)投入無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)后，7 座變電站平均功率因數(shù)的具體情況，從結(jié)果可知，系統(tǒng)的運行使得平均功率因數(shù)得以提高）。

表3 某地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)運行前后的 平均功率因數(shù)

3）無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)運行后的其他作用。具體表面為：①在地區(qū)電網(wǎng)中投入無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)后，使得閉環(huán)控制變電站10kV 母線的電壓合格率同比提高了1.69 個百分點；②在地區(qū)電網(wǎng)中投入無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)后，該地供電公司在2015年上半年的月平均網(wǎng)損為1.4%，同比下降0.3%，每年可為供電公司增加額外的經(jīng)濟收益百萬以上；③在地區(qū)電網(wǎng)中投入無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)后，能夠?qū)﹄娙萜鏖_關(guān)動作次數(shù)、主變分接開關(guān)動作次數(shù)進行準確統(tǒng)計，為設(shè)備檢修和設(shè)備更新提供數(shù)據(jù)支撐；④在地區(qū)電網(wǎng)中投入無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)后，不會因指令發(fā)出錯誤而導致電網(wǎng)和主設(shè)備的安全受到影響。

4 結(jié)論

綜上所述，地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)的使用有助于減少設(shè)備的動作次數(shù)、提高地區(qū)平均功率因數(shù)和閉環(huán)控制變電站10kV 母線的電壓合格率，為供電公司增加額外經(jīng)濟收益并為設(shè)備檢修和設(shè)備更新提供數(shù)據(jù)支撐，因此非常值得在各地推廣和應用。

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