無功優(yōu)化的典型問題

無功優(yōu)化的典型問題摘要：該文首先介紹了地區(qū)電網(wǎng)無功優(yōu)化功能的含義，重點(diǎn)論述了地區(qū)電網(wǎng)無功優(yōu)化功能實(shí)用化過程中出現(xiàn)問題的解決方法，最后提出了地區(qū)電網(wǎng)無功優(yōu)化系統(tǒng)的最佳方案。

關(guān)鍵字：VQC地區(qū)電網(wǎng)檔位變送器電力系統(tǒng)電壓/無功優(yōu)化控制是指在保證滿足運(yùn)行約束的同時(shí)，用盡量少的無功投入（或盡量少的無功補(bǔ)償設(shè)備投資），最大限度地改善電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)損。電力系統(tǒng)電壓無功優(yōu)化控制主要是通過調(diào)整發(fā)電機(jī)的端電壓、變壓器分接頭位置、無功補(bǔ)償設(shè)備等手段來實(shí)現(xiàn)的。電力系統(tǒng)電壓/無功優(yōu)化問題分成規(guī)劃和運(yùn)行優(yōu)化與控制兩類。規(guī)劃問題計(jì)算無功補(bǔ)償設(shè)備的最優(yōu)安裝位置、類型和容量，以達(dá)到節(jié)省投資費(fèi)用的目的。運(yùn)行優(yōu)化與控制問題認(rèn)為無功補(bǔ)償設(shè)備的配置已定，需要根據(jù)實(shí)際負(fù)荷的變化，確定無功補(bǔ)償設(shè)備的投切方案和變壓器分接頭位置等，以達(dá)到在滿足電壓質(zhì)量要求的情況下，網(wǎng)損最小，或能耗最小，或運(yùn)行費(fèi)用最小的目的。1目前存在的問題首先，過分強(qiáng)調(diào)主站功能,對(duì)站端監(jiān)控裝置缺乏重視。目前投入運(yùn)行的地區(qū)電網(wǎng)無功優(yōu)化系統(tǒng)的控制過程是：通過SCADA系統(tǒng)收集信息，由主站根據(jù)分析結(jié)果發(fā)出控制命令，通過站端監(jiān)控裝置執(zhí)行。站端監(jiān)控裝置只要實(shí)現(xiàn)四遙功能即可，即站端監(jiān)控裝置本身不具備分析功能。其次，信息量采集不全,尤其是主變檔位信號(hào)。2解決方案2.1站端監(jiān)控裝置的問題站端監(jiān)控裝置應(yīng)該是一個(gè)有多輸入/多輸出的閉環(huán)系統(tǒng)。該系統(tǒng)需要連續(xù)地對(duì)各母線電壓和主變各側(cè)電流進(jìn)行交流采樣，計(jì)算出電壓、有功功率、無功功率和功率因數(shù)，分析電壓水平和無功平衡狀況。同時(shí)采集變電站內(nèi)相關(guān)斷路器和隔離開關(guān)的狀態(tài)信息，能夠在失去上級(jí)控制后，分析本變電站運(yùn)行方式和結(jié)線狀況，得出投切電容器組、調(diào)節(jié)分接頭開關(guān)檔位的控制策略，達(dá)到保證電壓合格率和無功就地平衡的目的。對(duì)站端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的基本要求如下：數(shù)據(jù)精度和準(zhǔn)確性要對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波處理，以及真?zhèn)闻袛嗟瓤垢蓴_措施，保證進(jìn)入策略的數(shù)據(jù)正確無誤。控制策略正確、合理分析電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)，以及變電站運(yùn)行方式和結(jié)線狀況，確定符合當(dāng)時(shí)運(yùn)行方式的控制策略。延長控制設(shè)備的使用壽命保證對(duì)控制設(shè)備的動(dòng)作次數(shù)不能超過限值，同時(shí)要使動(dòng)作次數(shù)盡量地少?？刂撇僮鞯陌踩院涂煽啃钥刂撇僮鞯陌踩院涂煽啃詰?yīng)在裝置的硬件、軟件和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等各個(gè)環(huán)節(jié)加以保證，保證控制操作正確無誤。控制故障的閉鎖及提示在輸出控制命令之前，必須檢測(cè)各類閉鎖條件（如總告警信號(hào)、諧波超標(biāo)、執(zhí)行電路出錯(cuò)、遙信變位、主變過流、系統(tǒng)電壓嚴(yán)重超標(biāo)等）。當(dāng)閉鎖條件滿足時(shí)，立即取消控制命令，并給出閉鎖提示信息。拒動(dòng)和滑檔處理當(dāng)對(duì)電容器組和主變分接頭的控制命令發(fā)出后，監(jiān)測(cè)電容器組的狀態(tài)和主變分接頭開關(guān)檔位是否變化,如果沒有變化，則提示該設(shè)備拒動(dòng)。如果主變分接頭開關(guān)檔位越過了預(yù)定的控制檔位，則提示該主變分接頭滑動(dòng)，同時(shí)發(fā)生控制命令，切斷分接頭開關(guān)操作機(jī)構(gòu)的電源。運(yùn)行方式的自適應(yīng)變電站中主變的個(gè)數(shù)可以是1臺(tái)、2臺(tái)甚至3臺(tái)，母線有單母、雙母、雙母帶旁路等不同的運(yùn)行方式，對(duì)控制設(shè)備的使用不同，控制策略也不同。因此，要能自動(dòng)地識(shí)別不同的運(yùn)行方式，制定不同的控制策略。自診斷和自恢復(fù)裝置要做到板級(jí)故障診斷，板內(nèi)部分部件故障自診斷，當(dāng)干擾使軟件運(yùn)行異常時(shí)，能自動(dòng)恢復(fù)正常工作。預(yù)留通信接口預(yù)留的通信接口可以用RS-232/422/485方式與站內(nèi)的RTU、綜合自動(dòng)化系統(tǒng)以及調(diào)度中心進(jìn)行通信，使得該裝置既可以獨(dú)立工作，又可統(tǒng)一管理。2.2檔位問題根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，地區(qū)一級(jí)電網(wǎng)無功優(yōu)化系統(tǒng)110kV以上等級(jí)的變電站主變檔位必須采集。在衡水電網(wǎng)無功優(yōu)化功能實(shí)用化過程中，出于對(duì)現(xiàn)場原運(yùn)行設(shè)備的可靠性及安裝改造的方便性的需要，更考慮到改造后原設(shè)備及增加設(shè)備的安全運(yùn)行可靠性的需要，筆者自行設(shè)計(jì)一套檔位變送器，現(xiàn)將主變分接頭改造方案綜述如下:原現(xiàn)場運(yùn)行檔位顯示器不予改造，可正常使用。在檔位信號(hào)輸入端子處并出信號(hào)（AC24V電壓信號(hào)），接入主變分頭信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置輸入端子，AC24V變壓器檔位信號(hào)經(jīng)過PTC、TVS防過壓、過流保護(hù)電路，進(jìn)入整流橋整流濾波輸出20V至30V直流信號(hào)，經(jīng)過1kW電阻限流驅(qū)動(dòng)直流24V繼電器，使流過繼電器線圈的電流為12mA，使繼電器吸合。其兩組開接點(diǎn)可分別單獨(dú)送出兩組空接點(diǎn)，一組變壓器檔位分接頭接點(diǎn)供RTU遙信采集使用，另一組變壓器檔位分頭接點(diǎn)還可以供VQC遙信采集使用。其工作原理見圖1。檔位變送器的技術(shù)要點(diǎn)·PTC：電子拒合開關(guān)，也稱“電子保險(xiǎn)”，是防止過壓、過流保護(hù)運(yùn)行設(shè)備及元器件免受沖擊，隔離故障點(diǎn)，故障恢復(fù)時(shí)能自動(dòng)接通運(yùn)行設(shè)備及元器件?！VS：防浪涌元件，保護(hù)元器件以防沖擊損壞，吸收過流、過壓能量?！び性葱盘?hào)轉(zhuǎn)換：將交流電壓信號(hào)經(jīng)過特殊整流、穩(wěn)壓、限流處理，轉(zhuǎn)換成恒定直流量，供信號(hào)驅(qū)動(dòng)使用?！の⑿托盘?hào)傳感器：將直流信號(hào)轉(zhuǎn)換成雙開接點(diǎn)供VQC及RTU采樣使用。·檔位指示燈：并在分頭檔位顯示器前端，用來指示檔位信號(hào)供參考、維護(hù)。檔位變送器的優(yōu)點(diǎn)·首先在設(shè)計(jì)上筆者先后征求了設(shè)計(jì)、保護(hù)、變電站值班員及廠家的意見，保證了設(shè)計(jì)的合理性。其次施工方便、簡單，不用停電和打孔（如果更換市場現(xiàn)有的產(chǎn)品就不會(huì)如此）?！び糜跓o人值班站就更有優(yōu)勢(shì)（比遙測(cè)和BCD碼方式），因?yàn)橹髯冋{(diào)檔時(shí)會(huì)滑檔，表現(xiàn)為檔位消失或連動(dòng)，遙控程序一般是當(dāng)檔位消失或有兩個(gè)檔位時(shí)禁止遙控，這時(shí)可用人工置位遙信使檔位恢復(fù)，繼續(xù)調(diào)檔，不必到現(xiàn)場人工處理。主站軟件應(yīng)避免出現(xiàn)的情況首先，采用遠(yuǎn)動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)采集保護(hù)信號(hào)，對(duì)無功優(yōu)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)故障情況下的閉鎖。由于現(xiàn)場保護(hù)信號(hào)的采集與傳輸需要時(shí)間，可能會(huì)出現(xiàn)閉鎖不及時(shí)的情況。其次，對(duì)于變電站負(fù)荷出線的不平衡引起的三相電壓出現(xiàn)偏差的情況，不能妥善處理。因?yàn)闊o功優(yōu)化系統(tǒng)采用單相計(jì)算方式，在電壓采集上只收集單相電壓，對(duì)其它二相電壓情況未考慮，因此，在小電流接地系統(tǒng)中出現(xiàn)的單相接地運(yùn)行方式下，優(yōu)化系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)整方式會(huì)出現(xiàn)較大偏差。第三，未考慮系統(tǒng)諧波含量超標(biāo)應(yīng)閉鎖電容器的投切問題。第四，很難保證系統(tǒng)在各種運(yùn)行方式下無功優(yōu)化系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)電壓的正常調(diào)整。3結(jié)論通過運(yùn)行實(shí)踐，理想的地區(qū)電網(wǎng)無功優(yōu)化功能應(yīng)具備如下特點(diǎn)：首先，上層協(xié)調(diào)層與下層執(zhí)行層VQC共同形成雙閉環(huán)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在控制系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，上層協(xié)調(diào)層以全局優(yōu)化為主，定值下達(dá)給執(zhí)行層，執(zhí)行層在經(jīng)過一系列糾錯(cuò)，校正及檢測(cè)無誤后執(zhí)行控制；在控制系統(tǒng)不正常運(yùn)行時(shí)，執(zhí)行層具有自閉環(huán)控制功能，這時(shí)的VQC按所處局部的信息得出控制規(guī)律，然后校驗(yàn)后執(zhí)行。雙層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)體系清晰，理論和功能分明，具有突出的全程可控特點(diǎn)。其次，上層協(xié)調(diào)層的理論設(shè)計(jì)以安全約束機(jī)制下的經(jīng)濟(jì)觀念來建模，提出了兩類目標(biāo)函數(shù)：一是越限下用最小控制代價(jià)恢復(fù)正常運(yùn)行；二是采用正常情況下網(wǎng)損最小來使系統(tǒng)運(yùn)行成本優(yōu)化。兩類目標(biāo)函數(shù)的建立及其實(shí)現(xiàn)，充分考慮了地區(qū)電網(wǎng)缺乏發(fā)電類控制手段的特點(diǎn)，主要對(duì)電容器組和有載調(diào)壓分接頭進(jìn)行了計(jì)算，分別考慮了以下問題：優(yōu)化的啟動(dòng)條件：事件啟動(dòng)、運(yùn)行方式轉(zhuǎn)化啟動(dòng)、定時(shí)啟動(dòng)及召喚啟動(dòng)；調(diào)壓方式：逆調(diào)壓、順調(diào)壓和常調(diào)壓；電網(wǎng)外部實(shí)時(shí)等值：計(jì)及了外部電網(wǎng)變化的影響；電網(wǎng)內(nèi)部分區(qū)控制：用靈敏度解耦控制區(qū)域，符合無功就地平衡；控制順序：按對(duì)目標(biāo)函數(shù)的控制系統(tǒng)效力貢獻(xiàn)決定效果，有效克服了系統(tǒng)的沖擊及震蕩；控制中斷決策及控制效果對(duì)比分析；優(yōu)化算法的可行性和收斂性策略：“軟”約束和多級(jí)約束措施。再次，下層VQC執(zhí)行層具有如下特點(diǎn)：對(duì)變電站網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥赃m應(yīng)能力；電容器和分接頭的協(xié)調(diào)控制順序；避免控制裝置在限值邊緣來回反復(fù)啟動(dòng)控制；可設(shè)定控制次數(shù)，有效地延長裝置壽命和保障安全；可