農網電壓的無功優(yōu)化控制系統(tǒng)

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一、農網電壓及無功優(yōu)化控制系統(tǒng)研究的目的和意義

隨著我國電力系統(tǒng)的發(fā)展，對電力系統(tǒng)的要求也越來越高。我國從自70年代以來，已經因為電壓失穩(wěn)導致了許多電網瓦解事故。每次都會因為電壓的失穩(wěn)導致了大面積、長時間的停電，為國家和人民造成了巨大的經濟損傷。近年來，隨著社會的發(fā)展，人們對電力質量的要求在不斷提高。在電力系統(tǒng)市場化的今天，開展有效的方法，降低電網損失，改善電壓水平，已成為現(xiàn)在最關心的課題，得到了電力工作人員的高度重視。在我國，目前依然還有很多地方使用的是分散調整的方法來實現(xiàn)農網電壓的無功優(yōu)化控制。在各自的變電所利用自身的無功優(yōu)化資源對變電所電壓實現(xiàn)無功優(yōu)化控制，一般采用調節(jié)變壓器分接頭的檔位。這樣的辦法雖然操作簡單，但是相對分散不能實現(xiàn)全范圍內的電壓無功優(yōu)化控制。從單個變電站來說，是提高了電氣利用率和電壓合格率，但會造成在二極的調壓電網引起電壓頻繁的調整，會引發(fā)電壓的不合理調節(jié)現(xiàn)象出現(xiàn)。隨著電網改造的不斷進行，許多電網中的電容器補償裝置和有載調壓分接開關被大量使用。為了達到充分發(fā)揮此類設備作用的目的，就要求必須從現(xiàn)在的人工調整模式轉變成使用專家決策系統(tǒng)進行自動調節(jié)的模式。伴隨著調度自動化的發(fā)展，怎樣在原有的條件下進行功能再擴充，在農網中發(fā)展電壓無功優(yōu)化控制系統(tǒng)，不僅可以減少電網系統(tǒng)網損耗，增加系統(tǒng)電壓合格率，而且會使自動化系統(tǒng)的效益更直觀、明顯。目前我國許多農網中的無功優(yōu)化系統(tǒng)容量不夠或者格局分布很不合理，導致很多地區(qū)不僅電壓水平偏低，而且穩(wěn)定性能差，使用中電網損耗很大。由于系統(tǒng)的調壓手段不合理，導致了電力系統(tǒng)在負載高峰時電壓偏低，負荷低谷時電壓偏高。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的增加，無功優(yōu)化調節(jié)手段也越來越豐富。以前單憑經驗調節(jié)的方式已經不能適應社會的需要，要求在工作中不斷創(chuàng)新，利用現(xiàn)代科技，建立農網的無功優(yōu)化系統(tǒng)。隨著農電電網自動化程度的提高，通過網絡實現(xiàn)電力檢測和遙控已經成為可能，為農網電壓無功優(yōu)化的建設提供了有利條件。

二、現(xiàn)有農網電壓及無功優(yōu)化控制系統(tǒng)存在的一些問題

1.控制還沒有實現(xiàn)自動化

我國目前的農網電壓無功優(yōu)化控制，只是簡單地將當?shù)刂苯尤斯た刂妻D變成遠方的人工控制，在監(jiān)控上仍然以人力監(jiān)視盤面為主，一般發(fā)現(xiàn)問題后才進行調節(jié)。這種發(fā)現(xiàn)問題后再去進行人工控制的方式，往往會影響調節(jié)的及時性，始終沒有擺脫人工控制的問題。2.沒有實現(xiàn)農網全網的優(yōu)化控制現(xiàn)在的電壓無功優(yōu)化控制主要還是立足在各變電所內的就地補償原則。在以前沒有先進的自動化系統(tǒng)時，還可以滿足電力系統(tǒng)的安全運行需要，但隨著整個電力系統(tǒng)自動化的提高，就已經不能滿足現(xiàn)在的發(fā)展需要了。當出現(xiàn)高壓變電所的電壓不合格，同時涉及到多個變電所時，這種就地調節(jié)的辦法就不能實現(xiàn)從全網范圍內進行調節(jié)，只能增加廠站設備的調節(jié)次數(shù)，無形中增加了電網的損耗。

3.不利于實施最佳的控制方案

及時準確地判斷電壓運行狀態(tài)來決定采用什么方式控制是實施控制的前提，現(xiàn)在的集中控制方式，只是根據自動化系統(tǒng)掃描監(jiān)控點的運行參數(shù)，對越限地進行報警提醒。但是不是達到適時地綜合分析電壓運行狀態(tài)的目的，這樣會使調節(jié)設備不能夠充分地合理利用，加大了設備調節(jié)的頻繁度，嚴重影響設備的使用壽命。所以，無功優(yōu)化控制的前提是在自動化的系統(tǒng)中定義相應的控制原則，并實現(xiàn)控制規(guī)則表的自動產生。目前這種遠方集中控制雖然還有一些不足，但只要把自動化技術和科學的管理思維合理組合，還是能實現(xiàn)網損的最小化和電容器的最佳補償量以及變壓器分頭的合體調節(jié)位置。

三、農網電壓及無功優(yōu)化控制系統(tǒng)的控制方法

農網的電壓及無功優(yōu)化控制很多是采用分區(qū)分層控制的原則，一般情況下，電力系統(tǒng)都會根據時間和空間將電壓控制分為一級控制、二極控制和三級控制。這樣做的好處是可以控制各級控制之間因為交互作用的影響，帶來震蕩和不穩(wěn)定。

1.一級農網電壓及無功控制系統(tǒng)一級農網電壓及無功控制是指反應快速的閉環(huán)系統(tǒng)，如：同步電機的無功率控制、靜止無功補償器控制和自動快速投切電抗器、電容器等，一般的響應時間都是在幾秒內。在電網的運行中，一般由電網切換和負載波動導致的電壓快速變化，都是通過一級農網電壓及無功控制進行調整。變壓器有載分接開關自動切換就是一級電壓的控制設備，但是在使用過程中，它的控制速度一般比較慢，都在幾十秒，主要是在負載幅度變化大時保持電壓穩(wěn)定。同時，他會對電力系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定會產生一定的消極影響。

2.二級農網電壓及無功控制二級農網電壓及無功控制響應時間在幾分鐘以內，它主要是協(xié)調此區(qū)域內一級農網電壓及無功控制設備的工作。例如改變發(fā)電機、投切電抗器和電容器以及切負荷等，一般在控制過程中是通過自動閉環(huán)進行的。這些問題出現(xiàn)后，短時間內值班人員還來不及干預，二級農網電壓及無功控制系統(tǒng)就可以將各種安全問題信息傳送給值班人員，同時將控制命令送至執(zhí)行地點。

3.三級農網電壓及無功控制三級農網電壓及無功控制，響應的時間會在幾十分鐘，一級農網電壓及無功控制主要是在發(fā)現(xiàn)電壓穩(wěn)定性劣化時及時采取必要的措施。它主要是控制和協(xié)調二級農網電壓及無功控制，指導值班人員進行干預。三級農網電壓及無功控制系統(tǒng)除了要考慮安全監(jiān)視外，還要考慮到經濟問題，是降低農網電力系統(tǒng)運行成本的關鍵。

四、現(xiàn)有農網電壓及無功優(yōu)化控制系統(tǒng)的一些主要方法

農網電壓及無功優(yōu)化控制系統(tǒng)一直就是研究的主要方向，多年來通過不斷探索和實踐，已經總結出了一些切實有效的辦法，但也都存在相應的缺點和不足，還需要在以后的工作中不斷地創(chuàng)新、完善。

1.廠站的農網電壓及無功優(yōu)化控制在變電所內部，都會根據一定的原則，利用一定的硬件和軟件資源來實現(xiàn)電壓及無功優(yōu)化控制，來實現(xiàn)對電壓的調節(jié)，列入使用并聯(lián)電容器投切或者無功出力等辦法。這些方法都相對簡單，易于操作，可以在一定程度上保證電壓的穩(wěn)定。但是它還不能滿足全范圍農網電壓及無功優(yōu)化控制需要，控制中出現(xiàn)的頻繁調整會導致電壓調節(jié)不合理。在新增設變電站時，還要重新添加相應的硬件和軟件，提高了投資。

2.基于SCADA主站系統(tǒng)的農網電壓及無功優(yōu)化控制基于SCADA主站系統(tǒng)同上一種方法在控制原則上基本相同，不同的是它利用SCADA數(shù)據采集系統(tǒng)對母線的電壓進行采集后傳送到主站，通過主站的系統(tǒng)軟件給出相應的方案，然后使用SCADA的遙控調節(jié)口將方案傳送給廠站。這種方法可以充分利用SCADA的有效功能，如果新建變電站將來不需要重新添置設施，就可以節(jié)省開支，但對農網全范圍內的電壓無功控制不能實現(xiàn)。

3.基于EMS優(yōu)化潮流功能的農網電壓及無功優(yōu)化控制EMS優(yōu)化潮流功能控制，主要是利用EMS的狀態(tài)評估和在線潮流，由SCADA將數(shù)據發(fā)送給EMS，通過在線潮流運行和狀態(tài)評估后，對整個電網的無功優(yōu)化問題利用EMS優(yōu)化算法求解，并根據結果提出準確的控制方案。最后由SCADA系統(tǒng)下行命令通道進行執(zhí)行，實現(xiàn)閉環(huán)控制。在通過EMS控制中，主要還是要注意無功優(yōu)化的核心算法和實時控制部分。從電力系統(tǒng)的總體設計來看，這種方案有效地利用了SCADA的“四遙”功能來進行數(shù)據采集和控制方案執(zhí)行。同時又有效利用了EMS的在線潮流和狀態(tài)評估功能來對全網進行潮流分析，這樣就可以有效地降低電網損耗，充分發(fā)揮兩套系統(tǒng)的優(yōu)勢綜合利用，有助于最大限度地發(fā)揮現(xiàn)有自動化調節(jié)系統(tǒng)的功能。

五、總結

近年來隨著我國電力行業(yè)的飛速發(fā)展，對電力質量的要求也越來越高。提高電壓穩(wěn)定水平，降低電網損耗，一直就是業(yè)內十分關注的課題。尤其是在農網領域，越來越多的人投入到了農網電壓及無功優(yōu)化控制系統(tǒng)的研究，提出了大量有建設性的建議。筆者根據多年的生產實踐和工作經驗，對農網電壓及無功優(yōu)化控制系統(tǒng)的研究進行了分析，提出了自己的看法，對未來我國農網電壓及無功優(yōu)化控制系統(tǒng)的發(fā)展，做出了有意義的探索。

作者：許蘇躍單位：蘇州供電公司營銷部