前言

近年來，電網(wǎng)規(guī)模的急劇擴(kuò)大和信息技術(shù)的高速發(fā)展帶來的最為顯著的變化是：對(duì)電網(wǎng)的控制和管理已經(jīng)越來越依靠計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，發(fā)電廠的機(jī)控逐步與網(wǎng)控合并，網(wǎng)控則基本上是執(zhí)行調(diào)度中心的指令。變電站則從10kV一直到500kV等級(jí)，基本上已經(jīng)無人值守。電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)，已經(jīng)從輔助操作變成獨(dú)擋一面。系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)已經(jīng)由過去陪練的角色轉(zhuǎn)變?yōu)橹髁\(yùn)動(dòng)員，這時(shí)候人們發(fā)現(xiàn)，原來這些運(yùn)動(dòng)員的素質(zhì)，就整體來說，是跟不上作為主力運(yùn)動(dòng)員的要求的。

電壓(V)和頻率(F)是電網(wǎng)運(yùn)行中最重要的兩個(gè)參數(shù)。

過去的電壓無功管理，是有人為因素加入之下的決策，而現(xiàn)在，已經(jīng)完全交給計(jì)算機(jī)去管理，就是稱之為AVC的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)。但計(jì)算機(jī)中運(yùn)行著的應(yīng)用程序，還是以前輔助決策時(shí)期的版本，這就難免會(huì)出現(xiàn)以前不會(huì)出現(xiàn)的問題。要在實(shí)時(shí)運(yùn)行的系統(tǒng)中把這些程式一次性更換是不現(xiàn)實(shí)的，但我們必須充分注意到這些問題的存在，在運(yùn)行管理中考慮到這些因素，以避免故障事件的擴(kuò)大。同時(shí)，不失時(shí)機(jī)地改進(jìn)或更新這些軟體的版本，使它真正有能力承擔(dān)所賦予的職責(zé)。

下面是筆者所在地區(qū)在無功電壓管理方面所出現(xiàn)問題的案例，希望對(duì)于國(guó)內(nèi)的同行具有參考價(jià)值。

一、AVC系統(tǒng)原理及控制模式

蚌埠電網(wǎng)AVC系統(tǒng)基于南瑞科技OPEN3000平臺(tái)，可方便地共享SCADA/EMS的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息和PAS網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過采集母線電壓、線路潮流、開關(guān)、刀閘等實(shí)時(shí)信息，對(duì)全網(wǎng)電壓、無功進(jìn)行綜合分析和計(jì)算。以各節(jié)點(diǎn)電壓合格率、關(guān)口功率因數(shù)為約束條件，進(jìn)行在線電壓無功優(yōu)化控制，達(dá)到主變分接開關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)最少、電容器投切最合理、電壓合格率最高和輸電網(wǎng)損率最小的目的。其中電壓上下限和功率因數(shù)上下限可分時(shí)段設(shè)置或以計(jì)劃曲線的方式給出，系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)負(fù)荷水平實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的逆調(diào)壓運(yùn)行。

蚌埠地區(qū)電網(wǎng)無功/電壓優(yōu)化控制系統(tǒng)具有兩種控制模式：優(yōu)化控制模式和分區(qū)控制模式。

全網(wǎng)優(yōu)化控制模式下，主要功能有電壓校正控制、功率因數(shù)校正控制、網(wǎng)損優(yōu)化控制。三個(gè)主要功能的優(yōu)先級(jí)可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置。該模式下實(shí)時(shí)自動(dòng)接收省調(diào)主站的無功指令，并根據(jù)無功指令和相應(yīng)控制策略制定調(diào)壓控制方案，在調(diào)度中心完成電容器投切和變壓器分接頭升降等遙控、遙調(diào)操作。

當(dāng)電網(wǎng)部分遙信、遙測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題使優(yōu)化計(jì)算不能完成時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換運(yùn)行方式為基于規(guī)則的分區(qū)控制模式。這種運(yùn)行模式下，系統(tǒng)可以根據(jù)設(shè)定的電壓、功率因數(shù)限值進(jìn)行變電站級(jí)別的無功、電壓控制，保證系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。在該模式下可根據(jù)自定義的控制規(guī)則實(shí)現(xiàn)對(duì)廠站功率因數(shù)或全網(wǎng)功率因數(shù)以及電壓的控制。

二、蚌埠地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)運(yùn)行分析

1、電網(wǎng)情況簡(jiǎn)介

蚌埠市區(qū)電網(wǎng)有220kV變電站10座、110kV變電站21座、35kV變電站3座, 變壓器總?cè)萘繛?197000kVA，全網(wǎng)無功(電容器)容量為339560kVar。系統(tǒng)基本上是輻射狀連接，所有變電站均具備和省網(wǎng)的閉環(huán)控制條件。目前，市轄34座變電站全部接入AVC系統(tǒng)閉環(huán)運(yùn)行。

2、問題實(shí)例及分析

對(duì)于系統(tǒng)設(shè)備頻繁操作這一涉及到電網(wǎng)安全的問題，據(jù)了解在某省出現(xiàn)過多次：因AVC系統(tǒng)限值錯(cuò)誤或者失效，導(dǎo)致不斷調(diào)節(jié)檔位，致使用戶電梯損壞的事故。雖然沒有進(jìn)一步惡化，但必須引起系統(tǒng)維護(hù)人員、程序開發(fā)人員足夠的重視。以下是此類問題的若干案例：

實(shí)例1：某集控站反映所轄受控變電站312電容器有頻繁投切現(xiàn)象，2分鐘一次，共有8次分合。程序顯然沒有應(yīng)用1800秒投切間隔時(shí)間，經(jīng)檢查，為一外網(wǎng)等值開關(guān)狀態(tài)的錯(cuò)誤改變導(dǎo)致EMS系統(tǒng)狀態(tài)估計(jì)計(jì)算不收斂，狀態(tài)估計(jì)合格率返送SCADA數(shù)據(jù)保持在98%不刷新，在這種情況下，AVC所有限值失效。顯然，這是因?yàn)槌绦蛴腥毕荨?/p>

實(shí)例2：運(yùn)行方式人員反映，某220kV變電站35kV的四組電容器，AVC系統(tǒng)常常只操作其中兩組，對(duì)另外兩組很少操作，這會(huì)影響電容器使用壽命。分析發(fā)現(xiàn)AVC 系統(tǒng)中的電容器的控制策略存在問題。該系統(tǒng)對(duì)電容器投切只是自動(dòng)找到具備可投切條件的設(shè)備進(jìn)行操作，而沒有根據(jù)電網(wǎng)《變電站設(shè)備定期試驗(yàn)輪換制度》中規(guī)定的“一條母線上有多組無功補(bǔ)償裝置時(shí)，各組無功補(bǔ)償裝置的投切次數(shù)應(yīng)盡量趨于平衡的輪換運(yùn)行要求”。系統(tǒng)找到母線上排序第一的電容器，只要未超過當(dāng)日投切上限10次，就不會(huì)推出投切下一臺(tái)的方案。還有另一個(gè)缺陷是：AVC系統(tǒng)根據(jù)母線上主變開關(guān)，確定該母線上電容器是否加入運(yùn)算，卻未考慮母聯(lián)開關(guān)合閘，電源點(diǎn)由另一主變送入的情況。

實(shí)例3：某集控站反映，所轄110kV變電站檔位連續(xù)下調(diào)幾次，其下級(jí)變電站10kV母線電壓已降到8.9kV。經(jīng)查證，系統(tǒng)推出方案的目的是為優(yōu)化電網(wǎng)網(wǎng)損，檢查后發(fā)現(xiàn)PAS、AVC數(shù)據(jù)庫填寫正確，母線上下限值參數(shù)也已設(shè)置無誤。但系統(tǒng)存在有時(shí)寫庫失敗的問題，當(dāng)時(shí)參數(shù)檢查已經(jīng)生效，但模塊重啟，或重讀數(shù)據(jù)庫，填寫參數(shù)丟失，參數(shù)默認(rèn)為上次同一字段修改成功的限值，這樣的10kV母線限值很可能會(huì)自動(dòng)改為220kV母線限值!這樣就極可能導(dǎo)致一些嚴(yán)重后果。

實(shí)例4、某變電站35kV線路負(fù)荷用戶為鋼廠，屬?zèng)_擊性負(fù)荷，造成電壓波動(dòng)很大，電壓在限值周圍跳變厲害，導(dǎo)致遙控次數(shù)過多。AVC中電容器日投切上限為10次，變壓器調(diào)節(jié)次數(shù)為10次，結(jié)果每天上午幾個(gè)小時(shí)內(nèi)就達(dá)到了設(shè)備操作上限，被系統(tǒng)禁用。這樣該電容器每天只是做了無謂的操作，失去其應(yīng)有的意義。

實(shí)例5：變電人員常反映電壓在合格范圍內(nèi)，但電容器、變壓器檔位還有較頻繁的操作。詢問原因，變電人員反映，電壓合格時(shí)AVC系統(tǒng)仍有操作，原因是AVC系統(tǒng)正在執(zhí)行中調(diào)無功指令，從省網(wǎng)角度統(tǒng)一平衡無功，達(dá)到電網(wǎng)安全、力率合格、降低損耗的目的。但從地區(qū)角度，也要推出自己的降損方案，兩者不完全一致是肯定的。

實(shí)例6：某變電站1#主變已由AVC系統(tǒng)升為8檔，又連續(xù)調(diào)為9檔。然后系統(tǒng)因延時(shí)未到將其禁用，原因?yàn)樯龣n后檔位變化反映到畫面上再被AVC獲取需要一定的時(shí)間。也就是說，電壓預(yù)判不精確或變化遙測(cè)上送太慢，也會(huì)造成AVC區(qū)域無功優(yōu)化控制模式與電壓校正控制模式相沖突，導(dǎo)致主變分接頭或電容器頻繁循環(huán)動(dòng)作，甚至使10kV母線電壓越限。

實(shí)例7：某110kV變電站2#變當(dāng)日升降16次，超過每日升降次數(shù)限值(10次 )，AVC系統(tǒng)卻未將其禁用。經(jīng)查為狀態(tài)估計(jì)模塊異常退出運(yùn)行，計(jì)算停止。EMS系統(tǒng)未在模塊退出類中報(bào)警，因而造成和實(shí)例1相同的問題。

三、程序改進(jìn)措施

根據(jù)以上AVC系統(tǒng)運(yùn)行中的實(shí)例分析，可將無功電壓控制設(shè)備的頻繁動(dòng)作原因歸納為七個(gè)方面：

①是狀態(tài)估計(jì)模塊的影響(不收斂、異常、退出)導(dǎo)致AVC系統(tǒng)限值參數(shù)失效;

②是修改AVC參數(shù)后只改到界面卻寫庫失敗，系統(tǒng)暫時(shí)應(yīng)用了參數(shù)，而當(dāng)程序重讀或重啟后參數(shù)丟失;

③是對(duì)于電網(wǎng)較特殊運(yùn)行方式下，AVC對(duì)于控制策略考慮不足;

④是未按《設(shè)備輪換制度》中要求實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償裝置的投切次數(shù)應(yīng)盡量趨于平衡的輪換運(yùn)行要求;

⑤是沖擊性負(fù)荷使母線電壓跳變，導(dǎo)致控制方案頻出;

⑥是在保證系統(tǒng)力率、電壓合格之外，系統(tǒng)還會(huì)出降低網(wǎng)損的方案，也會(huì)導(dǎo)致設(shè)備操作有所增加;

⑦是電壓預(yù)判不精確或變化遙測(cè)、遙信上送慢，使AVC誤讀為操作失敗，而繼續(xù)推出了執(zhí)行方案。

根據(jù)上述原因，提出軟件相應(yīng)改進(jìn)辦法如下：

1、增加狀態(tài)估計(jì)異常告警

當(dāng)外網(wǎng)等值數(shù)據(jù)、內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤導(dǎo)致狀態(tài)估計(jì)運(yùn)算不收斂、模塊停止計(jì)算時(shí);當(dāng)合格率數(shù)據(jù)在10分鐘內(nèi)(可根據(jù)情況設(shè)置)不變化時(shí);在這些情況下，需在AVC系統(tǒng)程序中增加判別條件，使AVC系統(tǒng)自動(dòng)開環(huán)運(yùn)行并發(fā)出告警信號(hào)，提醒及時(shí)維護(hù)狀態(tài)估計(jì)模塊，保證其能正常運(yùn)行。AVC系統(tǒng)中設(shè)置的參數(shù)、安全策略應(yīng)獨(dú)立于高級(jí)應(yīng)用的其他參數(shù)設(shè)置，當(dāng)狀態(tài)估計(jì)模塊運(yùn)行異常退出運(yùn)行時(shí)，參數(shù)應(yīng)仍然有效。

2、及時(shí)關(guān)閉數(shù)據(jù)庫聯(lián)接

關(guān)于修改AVC參數(shù)后只改到界面上卻寫庫失敗問題，經(jīng)檢查分析發(fā)現(xiàn)屬于系統(tǒng)運(yùn)行中打開數(shù)據(jù)庫聯(lián)接過多，而程序未考慮及時(shí)關(guān)閉，使得數(shù)據(jù)阻塞，不能更新到數(shù)據(jù)庫。因此應(yīng)在軟件中修改數(shù)據(jù)庫讀寫機(jī)制，在寫庫完畢后，及時(shí)關(guān)閉數(shù)據(jù)庫聯(lián)接，避免此類問題的發(fā)生。即使參數(shù)修改不成功，也不能自動(dòng)默認(rèn)限值參數(shù)而是顯示為空值。這樣，當(dāng)參數(shù)不完全時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)將該變電站退出，并發(fā)出“參數(shù)不完全告警”，提示維護(hù)人員注意。

3、外網(wǎng)等值錯(cuò)誤自動(dòng)排除功能

搜集最新的與本電網(wǎng)有聯(lián)系的外網(wǎng)結(jié)構(gòu)模型及數(shù)據(jù)，需要重新確定更精確的模型。AVC系統(tǒng)當(dāng)外網(wǎng)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)判斷并將外網(wǎng)排除后，保證內(nèi)網(wǎng)正常運(yùn)算并發(fā)出告警。確保狀態(tài)估計(jì)模塊的正常運(yùn)行。

4、實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償設(shè)備的設(shè)備輪流切換

在AVC系統(tǒng)中加入操作次數(shù)判別，對(duì)電容器控制方式作適當(dāng)調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)同一電氣島中相同容量無功補(bǔ)償設(shè)備的設(shè)備輪流切換，以解決電容器頻繁投切這一問題，大大提高這類設(shè)備的使用壽命。

電容器投切方案優(yōu)化流程圖如圖所示

5、增加特殊運(yùn)行方式的考慮

在AVC軟件中加入運(yùn)行方式判別，根據(jù)變電站內(nèi)主變高中低壓三側(cè)受總開關(guān)、高中低壓母線、母聯(lián)開關(guān)的狀態(tài)判斷主變的運(yùn)行方式，增加考慮某一段母線退出運(yùn)行、或通過母聯(lián)由另一主變供電的特殊方式。讓以上的判斷結(jié)果等待“靈敏度分析模塊”調(diào)用。

6、實(shí)現(xiàn)運(yùn)行方式和操作次數(shù)聯(lián)合判別

通過自動(dòng)判斷電氣連接方式，尋找在同一電氣島中，符合方案執(zhí)行條件的所有電容器。如可投電容器大于一組則優(yōu)先考慮本日投切次數(shù)較少的;如投切次數(shù)相同則優(yōu)先考慮投入時(shí)間在前的電容器。當(dāng)任意一組或幾組電容器退出自動(dòng)控制方式時(shí)，本模塊仍能根據(jù)需要，自動(dòng)確定新的投切順序，實(shí)行循環(huán)投切。除有投切順序的電容器組外，其余電容器組本著輪換投切，先投先切，后投后切的原則投切，投切的時(shí)間間隔不小于規(guī)定時(shí)間，每天投切次數(shù)不超過規(guī)定次數(shù)。并列運(yùn)行母線可以按同一條母線進(jìn)行電容器組的投切。

7、引入負(fù)荷曲線預(yù)測(cè)功能

為了消除特殊負(fù)荷跳變情況造成的不必要的投切。除了采用各類措施加強(qiáng)對(duì)諧波的治理外。在軟件上可以充分利用變壓器允許短時(shí)間的過負(fù)荷能力，減少不必要的投切和調(diào)整。再將調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)負(fù)荷預(yù)測(cè)功能引入AVC的運(yùn)行判斷中。通過預(yù)測(cè)值與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的比較，將結(jié)果作為電壓無功綜合控制策略的重要參考量，根據(jù)典型日的負(fù)荷曲線預(yù)測(cè)設(shè)備投入或切除后至下一次切除或投入的時(shí)間，來實(shí)現(xiàn)投切和調(diào)整的優(yōu)化。在保障安全的前提下實(shí)現(xiàn)最優(yōu)運(yùn)行方案，防止在負(fù)荷波動(dòng)較頻繁區(qū)域設(shè)備頻繁動(dòng)作。

8、引用設(shè)備操作成本分析功能協(xié)調(diào)控制

設(shè)備操作的成本主要分設(shè)備損耗成本和操作風(fēng)險(xiǎn)成本。設(shè)備損耗成本主要考慮主設(shè)備和所有附屬設(shè)備的成本，設(shè)計(jì)使用次數(shù)。設(shè)備操作風(fēng)險(xiǎn)成本主要考慮設(shè)備操作事故概率和事故損失的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)。在AVC中引用設(shè)備操作成本分析功能進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，提供設(shè)置界面，人工進(jìn)行修改。根據(jù)這一特性，在系統(tǒng)推出降低網(wǎng)損方案前，結(jié)合設(shè)備的操作費(fèi)用，統(tǒng)籌考慮，運(yùn)行維護(hù)中提高或降低操作費(fèi)用，達(dá)到人為增加或減少設(shè)備操作的目的。每次調(diào)整總費(fèi)用見下表所示。

表1變壓器調(diào)整費(fèi)用

電壓

等級(jí)分接頭開關(guān)使用次數(shù)限制使用年限(每天10次)事故

概率事故

損失每次調(diào)整成本費(fèi)用每次調(diào)整風(fēng)險(xiǎn)費(fèi)用每次調(diào)整總費(fèi)用

220KV50萬元10000027年0.0001100萬元5元100元105元

110KV25萬元10000027年0.000110萬元2.5元10元12.5元

表2 電容器調(diào)整費(fèi)用

容量?jī)r(jià)格(包括輔助設(shè)備)分接開關(guān)價(jià)格使用次數(shù)限制使用年限

(每天10次)事故

概率事故

損失每次調(diào)整費(fèi)用每次調(diào)整風(fēng)險(xiǎn)每次調(diào)整總費(fèi)用

10Mvar30萬元12萬元20000次6年0.00011萬元21元1元22元

8Mvar24萬元12萬元20000次6年0.00011萬元18元1元19元

5Mvar15萬元12萬元20000次6年0.00011萬元13.5元1元14.5元

3MVar9萬元12萬元20000次6年0.00011萬元10.5元1元11.5元

9、推出方案間隔時(shí)間設(shè)置為可調(diào)節(jié)

對(duì)于遙測(cè)、遙信變化上送慢的問題，在系統(tǒng)中可將閉環(huán)控制同一設(shè)備推出方案間隔設(shè)置為可調(diào)節(jié)(一般情況下，AVC系統(tǒng)中設(shè)備操作連續(xù)三次失敗，將被禁用)。由用戶根據(jù)實(shí)際情況確定下一次方案的間隔時(shí)間，防止因數(shù)據(jù)刷新慢，使AVC 誤以為操作失敗繼續(xù)出方案而導(dǎo)致過調(diào)。

10、合理配置電容器的容量

目前蚌埠地區(qū)電網(wǎng)部分電容器組容量較大，靈敏度分析結(jié)果表明，電容器投切后容易出現(xiàn)無功過補(bǔ)和無功缺失。這也是造成個(gè)別電容器不動(dòng)作而其它容量較小的電容器頻繁投切的一個(gè)原因。如母線上配置兩組容量不同的電容器或電容器分組運(yùn)行。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)投入組數(shù)的實(shí)際容量情況，人工修改容量參數(shù)，由系統(tǒng)控制投切，會(huì)取得更好的效果。

四、結(jié)束語

無功電壓控制(VQC)同樣遵循安全、經(jīng)濟(jì)兩個(gè)根本性指標(biāo)，這兩個(gè)指標(biāo)是我們工作的指揮棒、約束條件。在此前提之下，要做到合格(中樞點(diǎn)電壓、關(guān)口功率因數(shù));穩(wěn)定(上下波動(dòng)不能越限);可靠(無拒動(dòng)、誤動(dòng)、抖動(dòng));經(jīng)濟(jì)(少動(dòng)、均衡使用設(shè)備);低成本(最少的操作次數(shù)、最低的線損、最低的工作成本)。

根據(jù)以上思路，聯(lián)合廠家開發(fā)人員對(duì)軟件控制策略、告警、控制安全等幾個(gè)部分進(jìn)行了修改，改進(jìn)后的無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)與以前的控制方式相比安全性大大提高，經(jīng)過驗(yàn)證，此舉在電網(wǎng)安全、電壓質(zhì)量?jī)?yōu)化、電網(wǎng)損耗降低等方面均取得了良好的效果。AVC系統(tǒng)在蚌埠電網(wǎng)的成功應(yīng)用，為地區(qū)供電局電網(wǎng)調(diào)度由經(jīng)驗(yàn)型向分析型、智能型轉(zhuǎn)變提供了科學(xué)的依據(jù)，為調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的精細(xì)化發(fā)展提供了新的空間。

參考文獻(xiàn)

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