前言

近年來，電網(wǎng)規(guī)模的急劇擴大和信息技術(shù)的高速發(fā)展帶來的最為顯著的變化是：對電網(wǎng)的控制和管理已經(jīng)越來越依靠計算機系統(tǒng)，發(fā)電廠的機控逐步與網(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，基本上已經(jīng)無人值守。電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中的計算機，已經(jīng)從輔助操作變成獨擋一面。系統(tǒng)中的計算機已經(jīng)由過去陪練的角色轉(zhuǎn)變?yōu)橹髁\動員，這時候人們發(fā)現(xiàn)，原來這些運動員的素質(zhì)，就整體來說，是跟不上作為主力運動員的要求的。

電壓(V)和頻率(F)是電網(wǎng)運行中最重要的兩個參數(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)完全交給計算機去管理，就是稱之為AVC的自動電壓控制系統(tǒng)。但計算機中運行著的應用程序，還是以前輔助決策時期的版本，這就難免會出現(xiàn)以前不會出現(xiàn)的問題。要在實時運行的系統(tǒng)中把這些程式一次性更換是不現(xiàn)實的，但我們必須充分注意到這些問題的存在，在運行管理中考慮到這些因素，以避免故障事件的擴大。同時，不失時機地改進或更新這些軟體的版本，使它真正有能力承擔所賦予的職責。

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，希望對于國內(nèi)的同行具有參考價值。

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，可方便地共享SCADA/EMS的實時數(shù)據(jù)信息和PAS網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，通過采集母線電壓、線路潮流、開關(guān)、刀閘等實時信息，對全網(wǎng)電壓、無功進行綜合分析和計算。以各節(jié)點電壓合格率、關(guān)口功率因數(shù)為約束條件，進行在線電壓無功優(yōu)化控制，達到主變分接開關(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)上下限可分時段設置或以計劃曲線的方式給出，系統(tǒng)自動根據(jù)負荷水平實現(xiàn)電網(wǎng)的逆調(diào)壓運行。

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。三個主要功能的優(yōu)先級可根據(jù)實際情況設置。該模式下實時自動接收省調(diào)主站的無功指令，并根據(jù)無功指令和相應控制策略制定調(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。

當電網(wǎng)部分遙信、遙測數(shù)據(jù)出現(xiàn)問題使優(yōu)化計算不能完成時，系統(tǒng)自動切換運行方式為基于規(guī)則的分區(qū)控制模式。這種運行模式下，系統(tǒng)可以根據(jù)設定的電壓、功率因數(shù)限值進行變電站級別的無功、電壓控制，保證系統(tǒng)的連續(xù)穩(wěn)定運行。在該模式下可根據(jù)自定義的控制規(guī)則實現(xiàn)對廠站功率因數(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)運行分析

1、電網(wǎng)情況簡介

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)運行。

2、問題實例及分析

對于系統(tǒng)設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)限值錯誤或者失效，導致不斷調(diào)節(jié)檔位，致使用戶電梯損壞的事故。雖然沒有進一步惡化，但必須引起系統(tǒng)維護人員、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。程序顯然沒有應用1800秒投切間隔時間，經(jīng)檢查，為一外網(wǎng)等值開關(guān)狀態(tài)的錯誤改變導致EMS系統(tǒng)狀態(tài)估計計算不收斂，狀態(tài)估計合格率返送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，這是因為程序有缺陷。

實例2：運行方式人員反映，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，對另外兩組很少操作，這會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)對電容器投切只是自動找到具備可投切條件的設備進行操作，而沒有根據(jù)電網(wǎng)《變電站設備定期試驗輪換制度》中規(guī)定的“一條母線上有多組無功補償裝置時，各組無功補償裝置的投切次數(shù)應盡量趨于平衡的輪換運行要求”。系統(tǒng)找到母線上排序第一的電容器，只要未超過當日投切上限10次，就不會推出投切下一臺的方案。還有另一個缺陷是：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算，卻未考慮母聯(lián)開關(guān)合閘，電源點由另一主變送入的情況。

實例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)也已設置無誤。但系統(tǒng)存在有時寫庫失敗的問題，當時參數(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母線限值很可能會自動改為220kV母線限值!這樣就極可能導致一些嚴重后果。

實例4、某變電站35kV線路負荷用戶為鋼廠，屬沖擊性負荷，造成電壓波動很大，電壓在限值周圍跳變厲害，導致遙控次數(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)果每天上午幾個小時內(nèi)就達到了設備操作上限，被系統(tǒng)禁用。這樣該電容器每天只是做了無謂的操作，失去其應有的意義。

實例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)因延時未到將其禁用，原因為升檔后檔位變化反映到畫面上再被AVC獲取需要一定的時間。也就是說，電壓預判不精確或變化遙測上送太慢，也會造成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，導致主變分接頭或電容器頻繁循環(huán)動作，甚至使10kV母線電壓越限。

實例7：某110kV變電站2#變當日升降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)估計模塊異常退出運行，計算停止。EMS系統(tǒng)未在模塊退出類中報警，因而造成和實例1相同的問題。

三、程序改進措施

根據(jù)以上AVC系統(tǒng)運行中的實例分析，可將無功電壓控制設備的頻繁動作原因歸納為七個方面：

①是狀態(tài)估計模塊的影響(不收斂、異常、退出)導致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)暫時應用了參數(shù)，而當程序重讀或重啟后參數(shù)丟失;

③是對于電網(wǎng)較特殊運行方式下，AVC對于控制策略考慮不足;

④是未按《設備輪換制度》中要求實現(xiàn)無功補償裝置的投切次數(shù)應盡量趨于平衡的輪換運行要求;

⑤是沖擊性負荷使母線電壓跳變，導致控制方案頻出;

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

⑦是電壓預判不精確或變化遙測、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，提出軟件相應改進辦法如下：

1、增加狀態(tài)估計異常告警

當外網(wǎng)等值數(shù)據(jù)、內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)錯誤導致狀態(tài)估計運算不收斂、模塊停止計算時;當合格率數(shù)據(jù)在10分鐘內(nèi)(可根據(jù)情況設置)不變化時;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)自動開環(huán)運行并發(fā)出告警信號，提醒及時維護狀態(tài)估計模塊，保證其能正常運行。AVC系統(tǒng)中設置的參數(shù)、安全策略應獨立于高級應用的其他參數(shù)設置，當狀態(tài)估計模塊運行異常退出運行時，參數(shù)應仍然有效。

2、及時關(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)運行中打開數(shù)據(jù)庫聯(lián)接過多，而程序未考慮及時關(guān)閉，使得數(shù)據(jù)阻塞，不能更新到數(shù)據(jù)庫。因此應在軟件中修改數(shù)據(jù)庫讀寫機制，在寫庫完畢后，及時關(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，也不能自動默認限值參數(shù)而是顯示為空值。這樣，當參數(shù)不完全時，系統(tǒng)自動將該變電站退出，并發(fā)出“參數(shù)不完全告警”，提示維護人員注意。

3、外網(wǎng)等值錯誤自動排除功能

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)當外網(wǎng)數(shù)據(jù)錯誤時，應能自動判斷并將外網(wǎng)排除后，保證內(nèi)網(wǎng)正常運算并發(fā)出告警。確保狀態(tài)估計模塊的正常運行。

4、實現(xiàn)無功補償設備的設備輪流切換

在AVC系統(tǒng)中加入操作次數(shù)判別，對電容器控制方式作適當調(diào)整，可以實現(xiàn)同一電氣島中相同容量無功補償設備的設備輪流切換，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、增加特殊運行方式的考慮

在AVC軟件中加入運行方式判別，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)判斷主變的運行方式，增加考慮某一段母線退出運行、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、實現(xiàn)運行方式和操作次數(shù)聯(lián)合判別

通過自動判斷電氣連接方式，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)先考慮投入時間在前的電容器。當任意一組或幾組電容器退出自動控制方式時，本模塊仍能根據(jù)需要，自動確定新的投切順序，實行循環(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，投切的時間間隔不小于規(guī)定時間，每天投切次數(shù)不超過規(guī)定次數(shù)。并列運行母線可以按同一條母線進行電容器組的投切。

7、引入負荷曲線預測功能

為了消除特殊負荷跳變情況造成的不必要的投切。除了采用各類措施加強對諧波的治理外。在軟件上可以充分利用變壓器允許短時間的過負荷能力，減少不必要的投切和調(diào)整。再將調(diào)度自動化系統(tǒng)負荷預測功能引入AVC的運行判斷中。通過預測值與實時數(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)典型日的負荷曲線預測設備投入或切除后至下一次切除或投入的時間，來實現(xiàn)投切和調(diào)整的優(yōu)化。在保障安全的前提下實現(xiàn)最優(yōu)運行方案，防止在負荷波動較頻繁區(qū)域設備頻繁動作。

8、引用設備操作成本分析功能協(xié)調(diào)控制

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

表1變壓器調(diào)整費用

電壓

等級分接頭開關(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)整成本費用每次調(diào)整風險費用每次調(diào)整總費用

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)整費用

容量價格(包括輔助設備)分接開關(guān)價格使用次數(shù)限制使用年限

(每天10次)事故

概率事故

損失每次調(diào)整費用每次調(diào)整風險每次調(diào)整總費用

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、推出方案間隔時間設置為可調(diào)節(jié)

對于遙測、遙信變化上送慢的問題，在系統(tǒng)中可將閉環(huán)控制同一設備推出方案間隔設置為可調(diào)節(jié)(一般情況下，AVC系統(tǒng)中設備操作連續(xù)三次失敗，將被禁用)。由用戶根據(jù)實際情況確定下一次方案的間隔時間，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)無功過補和無功缺失。這也是造成個別電容器不動作而其它容量較小的電容器頻繁投切的一個原因。如母線上配置兩組容量不同的電容器或電容器分組運行。根據(jù)現(xiàn)場投入組數(shù)的實際容量情況，人工修改容量參數(shù)，由系統(tǒng)控制投切，會取得更好的效果。

四、結(jié)束語

無功電壓控制(VQC)同樣遵循安全、經(jīng)濟兩個根本性指標，這兩個指標是我們工作的指揮棒、約束條件。在此前提之下，要做到合格(中樞點電壓、關(guān)口功率因數(shù));穩(wěn)定(上下波動不能越限);可靠(無拒動、誤動、抖動);經(jīng)濟(少動、均衡使用設備);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)人員對軟件控制策略、告警、控制安全等幾個部分進行了修改，改進后的無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)與以前的控制方式相比安全性大大提高，經(jīng)過驗證，此舉在電網(wǎng)安全、電壓質(zhì)量優(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)的成功應用，為地區(qū)供電局電網(wǎng)調(diào)度由經(jīng)驗型向分析型、智能型轉(zhuǎn)變提供了科學的依據(jù)，為調(diào)度自動化系統(tǒng)的精細化發(fā)展提供了新的空間。

參考文獻

[1] 實時電壓無功優(yōu)化自動控制(AVC)系統(tǒng)技術(shù)說明.南瑞科技股份有限公司 2011年

[2] 蚌埠供電公司電壓無功優(yōu)化自動控制系統(tǒng)技術(shù)協(xié)議蚌埠供電公司 2010年

[3] 蚌埠地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度規(guī)程 蚌埠供電公司 2010年