無功電壓優化控制系統的分析

無功電壓優化控制是保證縣級電網安全經濟運行的一項重要手段，是提高電能質量的有效措施。本文分析了無功電壓化控制系統。希望本文的研究能為相關領域的研究帶來新的啟示。

要解決電網無功電壓優化控制的問題，就是要研制一套系統，來實時調節電網中各變電所主變有載調壓開關與電容器投切。該系統從調度SCADA系統采集全電網實時運行數據，利用專家系統、潮流計算等方法進行計算，形成控制指令。

無功電壓化控制系統的組成、實現方法和計算流程

一、系統的組成

調度自動化系統、變電所綜合自動化系統和信息網的實施，實現了實時數據的采集和傳輸，為縣級無功電壓優化控制打下了基礎，無功電壓優化控制系統結線圖，該系統采用一臺無功電壓優化工作站從調度SCADA系統采集全網各變電所實時運行數據，進行無功電壓優化計算，無功潮流計算，無功電壓潮流綜合優化計算后，形成主變有載調壓開關調節指令、電容器開關投切指令以及相關控制信息，然后將控制信息發送至調度自動化系統執行，此后循環往復。

二、實現方法

電網主要由變電所和輸電線路構成，電網一般有220kV、110kV和35kV三個電壓等級的變電所，主變一般均為有載調壓，變電所低壓側母線上均配有無功補償裝置。

在電網正常運行時，假設電網中各變電所無功功率均在合理的范圍內，此時若1(或2)變電所10kV母線電壓偏移合格范圍，此時應分析同電源同電壓等級的2變電所(或1變電所)和上一級3變電所電壓情況，若1(或2)變電所10kV母線電壓越限，則僅調節1(或2)變電所主變有載調壓開關檔位，若1、2、3變電所10kV母線電壓同時越上限或超下限，則應調節3變電所主交主交有載調壓開關檔位，使電壓恢復到正常范圍之內。

若所有變電所電壓都在合格范圍之內，當流經1(或2)變電所主變10kV側無功加上流經變電所主變空載無功功率大于本變電所1OkV電容器容量一半時(具體大到多少可以設定)，若該電容器投入后流經3變電所1tOkV側A點無功功率不發生向220kV變電所倒送，此時1(或2)變電所的電容器即可投入，對于3、4、5、6這4個變電所的10kV電容器投入條件同1(或2)變電所，但要求220kV變電所B點無功不發生向220kV側電網倒送，從而實現無功分層平衡。

在電網中，4變電所內為二臺主變，如果此時電壓偏高，4變電所內主變有載調壓開關檔位已調至1檔，而且上一級變電所主變有載調壓開關檔位也已調至1檔，4變電所內電容器已切除，此時4變電所10kV母線電壓仍越上限，此時如果4變電所中1臺主變能承擔全部負荷，則可退出4臺變電所一臺主變，即降低了4變電所10kV母線電壓，同時又實現了變壓器的經濟運行。

三、計算流程

無功電壓優化系統首先從調度SCADA采集全電網實時運行數據，然后以全電網電能損耗最小為目標函數，利用數學模型，求解主變分接開關最佳檔位數、電容器最佳投入容量和電網最優運行電壓等。再利用已求最優解，求得電容器投切次數和主變有載調壓開關調節次數。

限定全電網電能損耗最小數值范圍，在最小數值范圍內，多次求得次優解，再計算出電容器與主變有載調壓開關動作次數。當動作次數最少時對應的解即為最優解。然后發出控制指令，執行電容器投切與主變有載調壓開關調節操作。

四、運行數據的采集與傳輸

無功電壓優化控制系統數據采集和控制出口都通過調度自動化系統，將分布在各個變電所的控制、保護、測量等實時信息迅速、準確、可靠地采集并傳輸到調度中心。這些信息可分為兩大類，一類是縣級電網的結構狀態信息，包括變壓器、輸電線路的等值參數、開關位置等，另一類是運行狀態信息，包括變電所母線電壓、變壓器、線路、電容器有功、無功功率等。

調度自動化系統主網采用雙100M以太網結構。通過100M的集線器/交換機構建主網，運用調度自動化系統軟件，對各變電所實時數據進行采集處理。

各變電所實時數據的采集是通過各變電所綜合自動化系統來完成的。變電所綜合自動化系統是調度自動化系統的基礎設備，負責各種信息的“上傳下達”工作，是縣級電網實時運行數據采集與傳輸的一個重要的環節。它集數據采集、微機監控、微機保護于一體，對變電所設備實施遙測、遙信、遙控、遙調，即“四遙”。

信息的傳輸是一個非常重要的環節，變電所的各種實時信息要上傳給調度中心，由調度中心轉發給監控中心、監控中心的各種命令要下達到各個變電所，這種信息交換時刻都在進行著，因此信息的傳輸環節必須準確可靠，縣級電網一般依靠光纖通信去完成變電所綜合自動化系統與調度中心信息傳輸。

五、系統安全控制

無功電壓優化控制系統的安全策略。預算10kV母線電壓，防止電容器投切振蕩：預算無功負荷隨電壓交化量，防止主變有載分接開關調節振蕩；雙主變并聯運行，先調節可能發生拒動的主變有載分接開關，以免發生另一臺主變有載分接開關往返調節：根據負荷變化趨勢，決定是否實施逆調壓，以減少設備動作次數；設備每日容許動作次數及動作間隔可迸行人工設置。并在此基礎上實現設備動作次數按時段和負荷優化分配；電容器、主變及有載調壓開關異常變位系統進行自動閉鎖，且必須人工解鎖。電網、設備運行數據異常自動閉鎖。10KV發生單相接地電容器自動閉鎖。系統數據不刷新自動閉鎖；

計算機與網絡傳輸的安全策略。使用了“內存數據庫技術”，極大的提高了數據存取速度，為無功優化的快速計算提供了可能。同時，由于大量數據只與內存交互而不存取硬盤，防止了硬盤的早損；使用了“多線程技術”，實現了無功優化系統并發事件的執行，達到實時控制的效果；動態使用好定時器的個數，防止計算機系統運行性能的下降；根據傳輸數據的類型和要求的不同，采用不同的傳輸協議。對于量大的重要的數據傳送采用TCP/IP協議，對于量少的需要廣播的數據傳輸采用UDP協議，這樣提高了網絡數據的傳輸效率和安全性；采用數據傳輸“回校”功能，即網絡傳輸數據接受方向必須再向傳輸方進行一次數據返送校驗，以核實數據傳輸的正確性。

無功電壓優化運行管理的安全策略。制定“縣級電網無功電壓優化運行集中控制系統”運行管理規程，并進行操作培訓；廠、站、點號的調整必須嚴格保證無功優化系統與調度SCADA系統的一致性。手動操作時，應先對無功優化系統進行閉鎖；實施用戶級別控制，使不同的用戶具有不同的權限。同時，用戶對系統的修改，系統將自動保存用戶名稱、修改時間、修改內容等；無功優化系統所作的操作記錄，必須妥善保管，以各安全分析。