劉文旭 廣東電網公司 江門供電局
摘 要：從市區電網范圍的角度，以全網網損盡量小、各節點電壓合格、有載調壓分接頭調節次數盡量少和補償電容器設備動作最合理為目標，進行電壓無功控制，達到全網無功潮流流向最合理的效果。
關鍵詞：無功補償 電壓調整
1 前言
電力系統電壓和無功功率控制是一個關系到保證供電質量、滿足用戶無功功率需求和系統電壓穩定的問題，同時也是減少線損、提高電網運行經濟性的十分有效的措施。
傳統的電壓無功控制是基于經驗理論的控制模式，裝設在變電站的VQC系統是基于“九區圖”原理進行調整的電壓無功控制系統，只能實現無功就地補償，無法從全局網絡層次上兼顧潮流的合理分布，因此，我們迫切需要一種新的調控手段提高電網系統的無功調控能力。
2003年10月在省中試領導的指導下，我們在江門組建了全省第一套區域電壓無功優化控制系統（VarCS系統），利用高效穩定的計算機算法在監控中心集中對電網電壓進行調控，達到預期的控制效果。
電壓無功優化控制系統（VarCS系統）的總體設計就是借助現有的調度自動化系統，采集全網實時數據，以全網網損最小為目標，以各節點電壓合格為約束條件，保證無功補償設備投入最合理和變壓器分接頭動作次數最少的自動控制系統。它不但提高了全網各節點電壓的合格率，而且對全網無功配置進行優化控制，達到全網無功潮流流向最合理，較大幅度地降低線損百分點。
由于VarCS系統的實時數據由SCADA系統轉發得到，其控制命令借助現有SCADA系統的下行通道。不需要另行增加通訊設備即可解決優化控制系統通訊問題，大大降低了整個工程的工作量和資金投入。
2 VarCS主站系統的控制目標與優勢
2.1 控制目標
（1）．保持區域電網所有變電站負荷側母線電壓在規定水平；
（2）．有效地利用并補及調壓措施，使所有變電站無功盡可能就地平衡，減少因遠距離輸送無功而引起的網損，
（3）、在全網無功電壓閉環控制條件下，使各變電站的電容器投入最合理和有載變壓器分接頭檔位動作次數盡可能少。
2.2VarCS系統的優勢
（1）．VarCS系統從地區電網范圍的角度，以全網網損盡量小、各節點電壓合格、有載調壓分接頭調節次數盡量少和補償電容器設備動作最合理為目標的無功電壓閉環控制系統。
（2）．VarCS系統借助于現有電網的調度自動化系統中的“四遙”功能，不必增加任何硬件設備，僅需一套軟件就可以實現本網范圍內所有變電站的無功電壓閉環控制，節省投資。
（3）．VarCS系統采用獨特的技術思路，使得在電容器、電抗器投入之前能進行電容器投入后的電壓值是否越限的預算，避免了電容器投切振蕩。
（4）．VarCS系統將變電站內無功功率“就地平衡”變為“全網平衡”，在不向上一級電壓等級倒送無功的前提下，實現本級電力網內無功流向合理、線損率趨于最小的目標。
3 技術難點
雖然對地區電網無功電壓的閉環控制目標是明確的，但是由于地區電網內各變電站的運行方式多種多樣，運行情況隨時間變化，分接開關的檔位調整和電容器組的分組投切導致無功功率及電壓的變化不連續。
（1）．常規的控制方法只能根據固定邊界的無功電壓運行狀態采取相應的控制規則進行控制，而無功的調節邊界應是受電壓狀態影響并在一定范圍內服務于電壓調節的模糊邊界。
（2）．對無功電壓實施控制的規則受各種因素的影響，控制規律變化多樣。
（3）．由于變壓器分接頭和電容器組與無功電壓之間的耦合關系比較復雜。
4 控制方案
4.1實時數據獲取
實時數據由SCADA系統轉發得到，因此優化控制系統實時數據獲取速度基本上和SCADA系統保持一致，充分滿足實時監控和實時計算的需要。
4.2 控制流程
進行全網無功優化控制時首先從SCADA系統獲得電網數據，然后判斷電壓或功率因數是否越限，如果有電壓或功率因數越限，則首先進入電壓或功率因數校正模塊處理；如果沒有越限則進入全網優化模塊。最后輸出遙控遙調命令。其優化控制計算流程如下圖所示：
對于n層與n+1層之間的樹枝ij，其節點信息為
，其中
是在第n-1層中已估計的值，用節點i的信息計算出的電流為：
設第n層的節點集合為Ci，第n+1層的節點集合為Cj，則目標函數為：
約束條件為：
令
求解：
這樣第n層的直接估計可得，
，可推算出
。
4.3控制規則
（1）優化的規則：建立符合全網網損盡量最小、電壓合格的閉環控制判斷規則。
電網中每個節點裝設的補償電容器的容量不同，其具有的電壓無功控制能力也不同，節點電壓變化對整個系統無功潮流的分布有明顯影響。因此在某種運行狀態下總有一些電壓無動控制設備的調整會顯著改善潮流分布，應該先控制那些對系統優化影響大的電壓無功補償設備，這樣做的好處是盡量減少控制的設備，保障網絡運行穩定性。
（2）優先級選擇：優化目標與電容器和有載變壓器分接頭檔位動作綜合分析，以保持各變電站的無功平衡，采用循環投切的原則，減少對電容器的傷害，如果被控設備在某一時間內動作次數超過限定值，則在這一時段內禁止該設備動作。
（3）閉鎖的規則：
設備閉鎖的狀態是由主變保護及電容器保護傳遞上來的，優化算法必須及時識別每個控制設備的閉鎖狀態。若收到被控設備故障的信號（若有載變壓器滑擋、被控設備保護動作）立即閉鎖；采集壞數據或遙測數據不刷新的閉鎖。
4.4電壓合格率、功率因數與網損間的協調
盡管在數學模型中是以網損最小為優化目標，但目前電力系統部門考核的是電壓合格率和功率因數，所以，當電壓功率因數越限時，必須果斷終止尋優過程，直接轉人靈敏度直接法的電壓校正計算，并通過電容器的投切實現電壓和功率因數越限的校正；當無功優化程序運行的優化效果不明顯時，應當避免發遙控、遙調命令以減少補償設備的動作次數。
4.5技術方案
（1）、電壓預算。例如，某變電站因為缺無功，要投入補償電容器，而母線電壓本身已較高，如不考慮投入電容器后母線電壓變化量，則盲目投入電容器有可能造成電壓越上限，若此時主變分接頭已調至下限，則按要求切除電容器。如此反復，造成設備“投切振蕩”。為此，在對有載調壓變壓器分接頭和電容器動作前，要進行電壓預算。
（2）．網損計算。依據電力網絡SCADA系統采集數據和用戶提供的線路、變壓器參數，計算獲得地區電網中所有輸電線路、變壓器進行電容器補償，變壓器分接頭檔位調節前后的有功功率損耗，以此輔助確認對電容器投切、變壓器分接頭檔位調節操作指令的正確性。
（3）．被控設備動作次數優化分配。統計有載調壓變壓器分接頭和電容器的動作次數，以確保設備的動作次數不超過國家有關電力法規規定的標準。根據變電站設備的歷史動作次數，優化分配當天各時段的允許動作次數，切實解決好有載調壓變壓器分接頭和電容器的動作次數的動態優化配置。
5結語
VarCS系統較好地滿足用戶無功功率需求和系統電壓穩定的問題，同時也大大減少線損，既無需改變江門調度自動化系統現有的模式，又能實施無功電壓優化控制，取得了良好的效果。
參考文獻：
[1] 孫樹勤.無功補償的矢量控制.中國電力出版社.
