基于調(diào)度自動(dòng)化四遙功能的無功電壓優(yōu)化運(yùn)行集中控制系統(tǒng)

基于調(diào)度自動(dòng)化四遙功能的無功電壓優(yōu)化運(yùn)行集中控制系統(tǒng)

目前，對(duì)無無壓電壓的控制存在兩個(gè)問題：（1）由于大規(guī)模的實(shí)時(shí)控制和多進(jìn)程中的監(jiān)測(cè)，操作人員難以實(shí)現(xiàn)高精度控制和多進(jìn)程的現(xiàn)時(shí)控制。（2）vqc（病變電流綜合控制）的控制只能實(shí)現(xiàn)“最合適的地方”，而無法實(shí)現(xiàn)“最佳網(wǎng)絡(luò)”。投資高、運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本高。近年來,隨著變電站一二次設(shè)備的更新改造,調(diào)度自動(dòng)化“四遙”功能已日益完善。泰州供電公司利用調(diào)度自動(dòng)化“四遙”功能,開發(fā)了“泰州城區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化運(yùn)行集中控制系統(tǒng)”,它可以實(shí)現(xiàn)全電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化運(yùn)行實(shí)時(shí)閉環(huán)控制。1地區(qū)電網(wǎng)的無線電壓優(yōu)化1.1電網(wǎng)設(shè)備動(dòng)作次數(shù)及運(yùn)行要求無功電壓優(yōu)化的“4個(gè)原則”:(1)實(shí)現(xiàn)全電網(wǎng)最大范圍的電壓合格(優(yōu)先條件);(2)實(shí)現(xiàn)全電網(wǎng)電能損耗盡可能小;(3)實(shí)現(xiàn)全電網(wǎng)設(shè)備動(dòng)作次數(shù)盡可能少;(4)所有的操作符合安規(guī)、運(yùn)規(guī)、調(diào)規(guī)。這4個(gè)原則是一組相互矛盾的目標(biāo)和條件。針對(duì)實(shí)際電網(wǎng)的無功電壓優(yōu)化運(yùn)行控制不是簡(jiǎn)單的理論計(jì)算問題,而是要充分考慮電網(wǎng)實(shí)際,堅(jiān)持理論結(jié)合實(shí)際,在理論上尋求最優(yōu)解不切實(shí)際的情況下,尋求實(shí)際電網(wǎng)運(yùn)行能接受的次優(yōu)解。或者說,針對(duì)實(shí)際電網(wǎng)的無功電壓優(yōu)化就是尋求一個(gè)“平衡點(diǎn)”,使得4個(gè)相互矛盾的問題能得到妥善的解決。1.2無效電壓優(yōu)化1.2.1目標(biāo)函數(shù)(1)網(wǎng)絡(luò)的最小能量損失ΔP=min∑i=1nf1(Ui,Ki,Qi)ΔΡ=min∑i=1nf1(Ui,Κi,Qi)其中Ui=f2(K1…Ki,Q1…Qi)(2)變壓器母線電壓計(jì)算N=min∑i=1n[f3(Ki?KT)+f4(Qi?Qc)]Ν=min∑i=1n[f3(Κi-ΚΤ)+f4(Qi-Qc)]式中Ui——變電站母線電壓;Ki——變電站主變分接開關(guān)應(yīng)處檔位數(shù);Qi——變電站應(yīng)投無功補(bǔ)償容量;KT——主變當(dāng)前分接開關(guān)檔位數(shù);Qc——變電站所配電容器容量;n——變電站個(gè)數(shù)。1.2.2合同規(guī)定母線電壓不越限,有載調(diào)壓開關(guān)每天動(dòng)作次數(shù)不越限,電容器每天投切次數(shù)不越限,供電電源關(guān)口功率因數(shù)合格。1.3基于潮流計(jì)算的專家系統(tǒng)庫對(duì)目標(biāo)函數(shù)的快速求解是實(shí)現(xiàn)全電網(wǎng)實(shí)時(shí)閉環(huán)控制的前提。對(duì)目標(biāo)函數(shù)的直接求解相當(dāng)復(fù)雜,費(fèi)時(shí)費(fèi)力,無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。必須充分利用地區(qū)電網(wǎng)是開式電網(wǎng)的運(yùn)行特性和無功電壓控制“專家系統(tǒng)”,對(duì)無功電壓優(yōu)化控制數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化和分解,再利用潮流計(jì)算和專家系統(tǒng)等方法進(jìn)行求解。專家系統(tǒng)庫除了積累大批專家提供的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)外,還必須根據(jù)實(shí)際電網(wǎng)利用電力系統(tǒng)潮流計(jì)算方法進(jìn)行靈敏度校驗(yàn),并以此產(chǎn)生系統(tǒng)規(guī)則庫。例如某變電站10kV電容器的投入,理論上講對(duì)全電網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)電壓均有影響,實(shí)際上根據(jù)靈敏度校驗(yàn)可知,主要對(duì)本變電站各母線電壓有影響,對(duì)其他變電站影響幾乎可以忽略。1.4電容器投切與主變分接開關(guān)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償方法無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)首先從調(diào)度SCADA采集全電網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù),然后以全電網(wǎng)電能損耗最小為目標(biāo)函數(shù),利用潮流計(jì)算、專家系統(tǒng)、數(shù)值分析等方法,求解主變分接開關(guān)最佳檔位數(shù)、電容器最佳投入容量和電網(wǎng)最優(yōu)運(yùn)行電壓等。再利用已求最優(yōu)解,求得電容器投切次數(shù)和主變分接開關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)。限定全電網(wǎng)電能損耗最小數(shù)值范圍,在最小數(shù)值范圍內(nèi),多次求得次優(yōu)解,再計(jì)算出電容器與主變分接開關(guān)動(dòng)作次數(shù)。當(dāng)動(dòng)作次數(shù)最少時(shí)對(duì)應(yīng)的解即為最優(yōu)解。然后發(fā)出控制指令,執(zhí)行電容器投切與主變分接開關(guān)調(diào)節(jié)操作。計(jì)算流程如圖1。1.5無功補(bǔ)償設(shè)備控制指令無功電壓優(yōu)化服務(wù)器通過采集多個(gè)調(diào)度SCADA系統(tǒng)全電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)運(yùn)行電壓、無功功率、有功功率等實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)以及各工作站“設(shè)置參數(shù)”,進(jìn)行無功優(yōu)化計(jì)算、電壓優(yōu)化計(jì)算、無功電壓綜合優(yōu)化計(jì)算后,形成有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)調(diào)節(jié)指令、無功補(bǔ)償設(shè)備投切指令及相關(guān)控制信息,然后將控制信息發(fā)送至各集控中心Top3000工作站,各工作站再將控制指令交SCADA系統(tǒng)執(zhí)行。此后循環(huán)往復(fù)。同時(shí)各管理部門專職、生產(chǎn)單位可以通過WEB服務(wù)器查詢各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、動(dòng)作次數(shù)等信息。2地區(qū)電網(wǎng)的有效電壓優(yōu)化2.1電容器組投入量增加當(dāng)?shù)貐^(qū)電網(wǎng)內(nèi)各級(jí)變電所電壓處在合格范圍內(nèi)時(shí),控制本級(jí)電網(wǎng)內(nèi)無功功率流向合理,達(dá)到無功功率分層就地平衡,提高受電功率因數(shù)。同電壓等級(jí)不同變電所電容器組根據(jù)計(jì)算決策誰優(yōu)先投入。同變電所不同容量電容器組根據(jù)計(jì)算決策誰優(yōu)先投入。2.2逆調(diào)主變電壓當(dāng)無功功率流向合理,變電站母線電壓超上限或超下限運(yùn)行時(shí),分析同電源、同電壓等級(jí)變電所和上級(jí)變電所電壓情況,決定是調(diào)節(jié)本變電所有載主變分接開關(guān)還是調(diào)節(jié)上級(jí)電源變電所有載主變分接開關(guān)檔位。電壓合格范圍內(nèi),實(shí)施逆調(diào)壓。實(shí)現(xiàn)減少主變并聯(lián)運(yùn)行臺(tái)數(shù)以降低低谷期間母線電壓。實(shí)施有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)優(yōu)化分配。實(shí)現(xiàn)熱備用有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)檔位聯(lián)調(diào)。2.3電容器投入量過當(dāng)變電所10kV母線電壓超上限時(shí),先降低主變分接開關(guān)檔位,如達(dá)不到要求,再切除電容器。當(dāng)變電所10kV母線電壓超下限時(shí),先投入電容器,達(dá)不到要求時(shí),再提高主變分接開關(guān)檔位,盡可能保證電容器投入量達(dá)到最合理。實(shí)現(xiàn)預(yù)算10kV母線電壓,防止無功補(bǔ)償設(shè)備投切振蕩。實(shí)現(xiàn)雙主變經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,支持投入10kV電抗器,增加無功負(fù)荷,達(dá)到降低電壓的目的。2.4電容器容量配置根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際負(fù)荷,計(jì)算各變電站電容器單組或多組容量最優(yōu)配置值,為改造或新增電容器數(shù)量和容量提供理論依據(jù)。實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)電能損耗在線計(jì)算,并實(shí)時(shí)報(bào)告,為電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)調(diào)度提供理論支持。2.5開關(guān)動(dòng)作次數(shù)及電壓曲線分析表設(shè)備動(dòng)作記錄表,此表記錄了無功電壓優(yōu)化運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)每一次動(dòng)作的執(zhí)行時(shí)間和執(zhí)行原因。開關(guān)動(dòng)作次數(shù)匯總表,此表記錄了主變分接開關(guān)、無功補(bǔ)償設(shè)備開關(guān)每年每月每日動(dòng)作次數(shù),為最大限度發(fā)揮設(shè)備潛力和設(shè)備檢修提供依據(jù)。設(shè)備動(dòng)作失敗或不正常動(dòng)作情況表,此表提供了設(shè)備“四遙”功能執(zhí)行情況。電壓曲線分析表。有功功率、無功功率、功率因數(shù)分析表。3無線電壓安全3.1設(shè)備正常工作工況3.1.1預(yù)算10kV母線電壓,防止電容器投切振蕩;預(yù)算無功負(fù)荷隨電壓變化量,防止主變有載分接開關(guān)調(diào)節(jié)振蕩。3.1.2雙主變并聯(lián)運(yùn)行,先調(diào)節(jié)可能發(fā)生拒動(dòng)的主變有載分接開關(guān),以免發(fā)生另一臺(tái)主變有載分接開關(guān)往返調(diào)節(jié)。3.1.3根據(jù)負(fù)荷變化趨勢(shì),決定是否實(shí)施逆調(diào)壓,以減少設(shè)備動(dòng)作次數(shù)。3.1.4設(shè)備每日容許動(dòng)作次數(shù)及動(dòng)作間隔可進(jìn)行人工設(shè)置。并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)設(shè)備動(dòng)作次數(shù)按時(shí)段和負(fù)荷優(yōu)化分配。3.1.5電容器、主變及有載調(diào)壓開關(guān)異常變位系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)閉鎖,且必須人工解鎖。電網(wǎng)、設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)異常自動(dòng)閉鎖。10kV發(fā)生單相接地電容器自動(dòng)閉鎖。系統(tǒng)數(shù)據(jù)不刷新自動(dòng)閉鎖。3.1.6采用“遙測(cè)”與“遙信”聯(lián)判方式,確信“遙信”量的真?zhèn)?避免誤動(dòng)作。3.2多線程技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全中的應(yīng)用3.2.1使用“內(nèi)存數(shù)據(jù)庫技術(shù)”,極大提高了數(shù)據(jù)存取速度,為無功優(yōu)化的快速計(jì)算提供了可能。同時(shí),由于大量數(shù)據(jù)只與內(nèi)存交互而不存取硬盤,防止了硬盤的早損。3.2.2使用“多線程技術(shù)”,實(shí)現(xiàn)無功優(yōu)化系統(tǒng)并發(fā)事件的執(zhí)行,達(dá)到實(shí)時(shí)控制的效果。3.2.3動(dòng)態(tài)使用好定時(shí)器的個(gè)數(shù),防止計(jì)算機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行性能的下降。3.2.4根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)的類型和要求的不同,采用不同的傳輸協(xié)議。對(duì)于量大的重要數(shù)據(jù)傳送采用TCP/IP協(xié)議,對(duì)于量少的需要廣播的數(shù)據(jù)傳輸采用UDP協(xié)議,這樣提高了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸效率和安全性。3.2.5采用數(shù)據(jù)傳輸“回?！惫δ?即網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)接受方向必須再向傳輸方進(jìn)行一次數(shù)據(jù)返送校驗(yàn),以核實(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。3.3前置系統(tǒng)功能開放與改進(jìn)3.3.1深入掌握調(diào)度SCADA系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸與安全控制機(jī)制,做好無功優(yōu)化系統(tǒng)“接口軟件”。3.3.2為實(shí)現(xiàn)多條控制指令的并發(fā)執(zhí)行,確保系統(tǒng)控制的實(shí)時(shí)性,調(diào)度SCADA系統(tǒng)的前置系統(tǒng)必須進(jìn)行相關(guān)功能開放與改進(jìn)。3.3.3大量減少與調(diào)度SCADA系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸,如果遙信、遙測(cè)值不變,則不進(jìn)行傳輸,以減少系統(tǒng)資源的占用。3.4現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安全策略變壓器有載調(diào)壓開關(guān)、電容器投切開關(guān),要進(jìn)行更新改造,確?？煽縿?dòng)作。二次設(shè)備采集量要完整、準(zhǔn)確,且可靠傳輸。3.5站、點(diǎn)號(hào)的調(diào)整3.5.1制定“地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化運(yùn)行集中控制系統(tǒng)”運(yùn)行管理規(guī)程,并進(jìn)行操作培訓(xùn)。3.5.2廠、站、點(diǎn)號(hào)的調(diào)整必須嚴(yán)格保證無功優(yōu)化系統(tǒng)與調(diào)度SCADA系統(tǒng)的一致性。手動(dòng)操作時(shí),應(yīng)先對(duì)無功優(yōu)化系統(tǒng)進(jìn)行閉鎖。3.5.3實(shí)施用戶級(jí)別控制,使不同的用戶具有不同的權(quán)限。同時(shí),用戶對(duì)系統(tǒng)的修改,系統(tǒng)將自動(dòng)保存用戶名稱、修改時(shí)間、修改內(nèi)容等。3.5.4無功優(yōu)化系統(tǒng)所做的操作記錄,必須妥善保管,以備安全分析。4典型實(shí)踐的效果“泰州城區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化運(yùn)行集中控制系統(tǒng)”已安全運(yùn)行3年多時(shí)間。實(shí)踐表明該控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)先進(jìn)合理,運(yùn)行穩(wěn)定可靠,產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,歸納起來有以下幾個(gè)方面:4.1減少了有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)動(dòng)作次數(shù)近50%,提高了設(shè)備使用壽命,減輕了檢修勞動(dòng)強(qiáng)度。4.2提高了地區(qū)受電功率因數(shù),增加了輸電設(shè)備出力。220kV泰州變電所主變220kV側(cè)峰期功率因數(shù)由以前的0.89提高到0.98,釋放了線路和變壓器輸送容量7.3%左右。4.3減少電能損耗,取得了明顯的降損節(jié)能效益。2000年泰州城區(qū)電網(wǎng)網(wǎng)損率同比降低0.38個(gè)百分點(diǎn),節(jié)電301萬kW·h。4.4提高了電壓質(zhì)量。2000年泰州城區(qū)電網(wǎng)10kV母線電壓合格率同比提高了1.09個(gè)百分點(diǎn),用戶B、C、D類電壓合格率同比提高了0.67個(gè)百分點(diǎn)。4.5減輕了集控中心值班人員勞動(dòng)強(qiáng)度,避免了人為誤差,真正實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)無功電壓實(shí)時(shí)控制,完善并提高了無人值班變電所自動(dòng)化水平。4.6本系統(tǒng)由純計(jì)算機(jī)軟件構(gòu)成,免