企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)經(jīng)濟運行實踐

2019-07-12 10:07:10耿憲東徐開彬張兆華孫廣鵬

煤炭加工與綜合利用 2019年6期

耿憲東，徐開彬，張兆華，孫廣鵬

(山東華聚能源股份有限公司，山東鄒城 273500)

隨著電力行業(yè)售電市場的放開，越來越多的電力企業(yè)成立了內(nèi)部售電公司，同時也建立了更多的內(nèi)部電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如何保證內(nèi)部電網(wǎng)的安全經(jīng)濟運行，確保售電用戶的電能質(zhì)量，已經(jīng)成為許多企業(yè)面臨的關鍵技術(shù)難題。開展企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)變壓器與線路經(jīng)濟運行工作是電力企業(yè)與市場發(fā)展的必然選擇。變壓器與線路經(jīng)濟運行涉及到備用容量、無功支持、合理經(jīng)濟安全的運行方式等內(nèi)容，在現(xiàn)有環(huán)境下，單純依靠國家電網(wǎng)公司的調(diào)度命令以及峰、谷、平電網(wǎng)調(diào)節(jié)等手段很難達到有效地的經(jīng)濟運行模式，這就必須運用一些先進的技術(shù)、資源、管控等手段，進一步優(yōu)化變壓器與線路的運行方式，實行經(jīng)濟管控，從而實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)的經(jīng)濟運行。

1 現(xiàn)場問題

舊的變壓器經(jīng)濟運行沒有進行損益分析，只從負荷角度對變壓器經(jīng)濟運行進行了分析，忽略了設備的運行成本，不是完整的經(jīng)濟運行；對線路經(jīng)濟運行的應用，主要還是側(cè)重在離線分析和定性分析方面，具體實用化應用和效益最大化應用方面，仍然存在很大的可挖掘和提升的內(nèi)容和空間；另外，盡管變壓器經(jīng)濟運行和線路經(jīng)濟運行在研究方面已經(jīng)具備了較高的水平和基礎，但是在實際生產(chǎn)過程中仍然未受到真正的重視和應用。因此，開展企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)變壓器與線路經(jīng)濟運行的研究與應用，一方面對于企業(yè)挖潛節(jié)能和提高運營效益有顯著效果；另一方面對促進企業(yè)向內(nèi)挖潛，依托技術(shù)進步實現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟管控是非常必要和迫切的一項工作。

2 應用實踐方向

隨著時代的進步和科技的發(fā)展，目前全球和國內(nèi)的計算機編程技術(shù)非常先進，通信技術(shù)也非常成熟，在此基礎上，實現(xiàn)電網(wǎng)調(diào)度自動化和配網(wǎng)自動化，能夠?qū)崿F(xiàn)電網(wǎng)和設備的“四遙”功能，通過自動化系統(tǒng)采集電網(wǎng)運行實時數(shù)據(jù)，結(jié)合電網(wǎng)靜態(tài)模型，實現(xiàn)網(wǎng)絡拓撲和狀態(tài)估計，建立用于優(yōu)化計算的電網(wǎng)實時模型，在此基礎之上，進行如變壓器經(jīng)濟運行、線路經(jīng)濟運行的分析和控制、無功優(yōu)化自動控制、線損在線計算等高級應用已經(jīng)具備非常成熟和可靠的基礎。

本次應用實踐主要是針對企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)結(jié)構(gòu)通過創(chuàng)新與改造，依據(jù)電網(wǎng)調(diào)度自動化平臺、先進的計算機技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)+技術(shù)，充分利用現(xiàn)有的設備、元件，進行技術(shù)論證，選取最優(yōu)運行方式、對負荷進行合理調(diào)整、提高功率因數(shù)、提出更換或調(diào)整變壓器、電網(wǎng)改造優(yōu)化方案等，在傳輸同樣電量的基礎上，以達到減少損耗，減少浪費為目的，實現(xiàn)電網(wǎng)在供電成本率低及網(wǎng)損率最小的條件下運行，提高電能利用水平。

3 應用實踐內(nèi)容

以某企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)系統(tǒng)運行方式為研究對象，實時分析變壓器及線網(wǎng)的損耗，制定經(jīng)濟運行方案。重點對系統(tǒng)運行方式、變壓器、線路運行損耗，無功補償?shù)冗\行方式進行研究，指導調(diào)度運行人員開展線網(wǎng)經(jīng)濟運行調(diào)度管理工作。利用變壓器經(jīng)濟運行與線路經(jīng)濟運行系統(tǒng)接駁與調(diào)度自動化系統(tǒng)，通過調(diào)度自動化系統(tǒng)獲取全網(wǎng)數(shù)據(jù)，進行在線網(wǎng)路拓撲與狀態(tài)估計，實現(xiàn)經(jīng)濟運行策略的在線決策與輔助執(zhí)行，同時實現(xiàn)在線線損與仿真分析功能。軟件架構(gòu)如圖1所示，流程如圖2所示。

圖1 軟件架構(gòu)示意

圖2 電網(wǎng)系統(tǒng)運行流程示意

(1)建立實時變壓器、線路經(jīng)濟運行優(yōu)化算法及模型，確定運行方案；從內(nèi)部電網(wǎng)選取典型線路經(jīng)濟運行模式，指導內(nèi)部電網(wǎng)經(jīng)濟調(diào)度運行。

(2)采用專家系統(tǒng)決策與最優(yōu)化算法相結(jié)合，在最優(yōu)化算法求解失敗時，啟動專家系統(tǒng)求解，有效保證解的確定性和可靠性。同時，專家系統(tǒng)也可以用來對最優(yōu)化算法策略進行校驗，最終給出運行方案。

(3)對主網(wǎng)狀態(tài)、配網(wǎng)狀態(tài)進行分析估計，實現(xiàn)對運行數(shù)據(jù)可靠處理。同時對電網(wǎng)經(jīng)濟性相關數(shù)據(jù)進行收集，主要是基于實時數(shù)據(jù)的潮流計算所得，采用潮流法計算電網(wǎng)損耗。

(4)采用負荷預測體系，保障給出的運行策略平穩(wěn)，并滿足設備動作次數(shù)要求。在主變經(jīng)濟運行系統(tǒng)中，主要采用負荷預測技術(shù)，短期預測未來24 h 96點的負荷數(shù)據(jù)，超短期預測未來15 min的負荷數(shù)據(jù)。

(5)采用標準電網(wǎng)建模和圖形格式，建立正確的電網(wǎng)靜態(tài)模型，能夠與標準的系統(tǒng)模型文件兼容，同時系統(tǒng)支持自動填參數(shù)和針對性修正參數(shù)，提供參數(shù)修正和計算工具，并提供強大的網(wǎng)絡拓撲分析功能，進行電網(wǎng)模型的檢驗和糾錯，保證入庫電網(wǎng)模型的正確性。同時在圖形用戶界面實現(xiàn)對數(shù)據(jù)和圖元的修改、增加、刪除、移動和查詢功能。

(6)依據(jù)電網(wǎng)計算模型，自動進行周期性地網(wǎng)絡建模與數(shù)據(jù)處理，生成電網(wǎng)實時計算模型并啟動線損自適應算法計算模塊，計算完畢后自動進行統(tǒng)計，生成在線監(jiān)視曲線。同時將計算結(jié)果保存到歷史數(shù)據(jù)庫，以便查詢和分析與線損有關的曲線、棒圖、餅圖、報表和報告等基礎數(shù)據(jù)。

(7)建立仿真分析平臺。在數(shù)據(jù)分析基礎上進行假想分析，通過人工設置，改變網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)、無功、有功潮流的分布，查看網(wǎng)損變化情況。利用改變變壓器分接頭位置和電容器電抗器的投切狀態(tài)，改變發(fā)電機組負荷、重要線路潮流、重要設備節(jié)點電壓值、無功值、有功值，改變設備運行參數(shù)，調(diào)整或切除負荷，模擬運行中的電網(wǎng)等。進而通過統(tǒng)計、計算、對比、排序，以曲線或報表等形式顯示結(jié)果，并進行統(tǒng)計、分析。

(8)在保證電網(wǎng)供電量和安全運行的基礎上，計算電網(wǎng)允許變壓器的運行方式，通過計算不同方式下的電網(wǎng)損耗，與當前運行方式進行比較，如果滿足電網(wǎng)降損閥值約束和可持續(xù)運行時間約束，則給出優(yōu)化決策方案，同時將降損量化到具體數(shù)據(jù)，指出新的運行方式供選擇調(diào)整。以電壓合格、功率因數(shù)合格為約束條件，通過動作次數(shù)及多條件閉鎖約束，在線優(yōu)化計算與控制，從而實現(xiàn)變壓器分接頭的合理調(diào)節(jié)、無功補償?shù)暮侠硗肚?、電壓最佳合格率、網(wǎng)損率最低的綜合目標。實時控制主變分接頭調(diào)節(jié)、變電站電容器投切，通過調(diào)度自動化SCADA自動執(zhí)行，實現(xiàn)主網(wǎng)無功優(yōu)化閉環(huán)控制。

(9)通過分析計算，參考指導配電網(wǎng)運行的經(jīng)濟電壓策略，調(diào)節(jié)變電站變壓器檔位、變電站電容器、線路無功補償設備投切開關，實現(xiàn)企業(yè)供配電網(wǎng)的運行經(jīng)濟電壓，降低企業(yè)供配電網(wǎng)的損耗。通過進一步優(yōu)化分析計算，最終得到供電線路的電容器規(guī)劃方案，其中包含電路電容器的安裝位置、安裝容量、分組方式，從而指導用戶合理調(diào)整配電變壓器的最佳匹配檔位，達到優(yōu)化企業(yè)供配電網(wǎng)無功潮流分布，優(yōu)化電網(wǎng)運行電壓，降低損耗的目的。

(10)通過在配電變壓器低壓側(cè)進行實時補償，固定補償+動態(tài)補償，集中補償+分相補償，達到平衡三相無功，優(yōu)化三相無功不平衡電流的目的。不但補償用戶所需無功，更是補償配電變壓器所需無功，實現(xiàn)配電變壓器高壓側(cè)無功零交換。這樣供電線路上幾乎沒有無功流動，只有有功損耗，輔以經(jīng)濟電壓，即可實現(xiàn)企業(yè)供配電網(wǎng)的最經(jīng)濟運行。

4 經(jīng)濟效益

變壓器電能損耗占整個電網(wǎng)系統(tǒng)總損耗的50%，通過調(diào)整優(yōu)化，節(jié)電比例約為系統(tǒng)損耗的2.5%，考慮設備動作代價、優(yōu)化方案可持續(xù)時間占全天所占的比例，預計節(jié)電比例為0.3 %，效益明顯。根據(jù)變壓器變化規(guī)律調(diào)整變壓器、電網(wǎng)的運行方式；通過分配變壓器負荷率，使電網(wǎng)經(jīng)濟負荷始終處于最佳經(jīng)濟運行狀態(tài)。通過重點降低損耗，加強電網(wǎng)運行管控，從而提高了企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)的經(jīng)濟運行效率，實現(xiàn)了經(jīng)濟效益和社會效益雙豐收。目前該企業(yè)內(nèi)部管轄范圍內(nèi)的電網(wǎng)年供電量約1.5 億kW·h，以企業(yè)內(nèi)部協(xié)議電價0.65 元/(kW·h)為例，按照經(jīng)濟運行管理最保守減少的損耗0.3%計算，則該企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)年減少供電損耗45萬kW·h，年可節(jié)約資金292 500 元。

5 結(jié) 論

實踐表明，合理調(diào)整變壓器經(jīng)濟運行和供配電線路的經(jīng)濟運行，實現(xiàn)了與企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)的有機結(jié)合。通過調(diào)度自動化系統(tǒng)獲取全網(wǎng)數(shù)據(jù)，進行在線網(wǎng)路拓撲與狀態(tài)估計，實現(xiàn)經(jīng)濟運行策略的在線決策與輔助執(zhí)行，同時實現(xiàn)了在線線損與仿真分析功能。為企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)提供了運行方式調(diào)整建議方案和自動執(zhí)行決策，進一步降低了企業(yè)內(nèi)部供配電網(wǎng)的損耗，實現(xiàn)了企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)的安全穩(wěn)定經(jīng)濟運行。