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

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

目前，對無無壓電壓的控制存在兩個問題：（1）由于大規(guī)模的實時控制和多進程中的監(jiān)測，操作人員難以實現(xiàn)高精度控制和多進程的現(xiàn)時控制。（2）vqc（病變電流綜合控制）的控制只能實現(xiàn)“最合適的地方”，而無法實現(xiàn)“最佳網(wǎng)絡”。投資高、運營維護成本高。近年來,隨著變電站一二次設備的更新改造,調(diào)度自動化“四遙”功能已日益完善。泰州供電公司利用調(diào)度自動化“四遙”功能,開發(fā)了“泰州城區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化運行集中控制系統(tǒng)”,它可以實現(xiàn)全電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化運行實時閉環(huán)控制。1地區(qū)電網(wǎng)的無線電壓優(yōu)化1.1電網(wǎng)設備動作次數(shù)及運行要求無功電壓優(yōu)化的“4個原則”:(1)實現(xiàn)全電網(wǎng)最大范圍的電壓合格(優(yōu)先條件);(2)實現(xiàn)全電網(wǎng)電能損耗盡可能小;(3)實現(xiàn)全電網(wǎng)設備動作次數(shù)盡可能少;(4)所有的操作符合安規(guī)、運規(guī)、調(diào)規(guī)。這4個原則是一組相互矛盾的目標和條件。針對實際電網(wǎng)的無功電壓優(yōu)化運行控制不是簡單的理論計算問題,而是要充分考慮電網(wǎng)實際,堅持理論結合實際,在理論上尋求最優(yōu)解不切實際的情況下,尋求實際電網(wǎng)運行能接受的次優(yōu)解?；蛘哒f,針對實際電網(wǎng)的無功電壓優(yōu)化就是尋求一個“平衡點”,使得4個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目標函數(shù)(1)網(wǎng)絡的最小能量損失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應處檔位數(shù);Qi——變電站應投無功補償容量;KT——主變當前分接開關檔位數(shù);Qc——變電站所配電容器容量;n——變電站個數(shù)。1.2.2合同規(guī)定母線電壓不越限,有載調(diào)壓開關每天動作次數(shù)不越限,電容器每天投切次數(shù)不越限,供電電源關口功率因數(shù)合格。1.3基于潮流計算的專家系統(tǒng)庫對目標函數(shù)的快速求解是實現(xiàn)全電網(wǎng)實時閉環(huán)控制的前提。對目標函數(shù)的直接求解相當復雜,費時費力,無法實現(xiàn)實時控制。必須充分利用地區(qū)電網(wǎng)是開式電網(wǎng)的運行特性和無功電壓控制“專家系統(tǒng)”,對無功電壓優(yōu)化控制數(shù)學模型進行簡化和分解,再利用潮流計算和專家系統(tǒng)等方法進行求解。專家系統(tǒng)庫除了積累大批專家提供的知識與經(jīng)驗外,還必須根據(jù)實際電網(wǎng)利用電力系統(tǒng)潮流計算方法進行靈敏度校驗,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,理論上講對全電網(wǎng)所有節(jié)點電壓均有影響,實際上根據(jù)靈敏度校驗可知,主要對本變電站各母線電壓有影響,對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動態(tài)補償方法無功電壓優(yōu)化系統(tǒng)首先從調(diào)度SCADA采集全電網(wǎng)實時運行數(shù)據(jù),然后以全電網(wǎng)電能損耗最小為目標函數(shù),利用潮流計算、專家系統(tǒng)、數(shù)值分析等方法,求解主變分接開關最佳檔位數(shù)、電容器最佳投入容量和電網(wǎng)最優(yōu)運行電壓等。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,再計算出電容器與主變分接開關動作次數(shù)。當動作次數(shù)最少時對應的解即為最優(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調(diào)節(jié)操作。計算流程如圖1。1.5無功補償設備控制指令無功電壓優(yōu)化服務器通過采集多個調(diào)度SCADA系統(tǒng)全電網(wǎng)各節(jié)點運行電壓、無功功率、有功功率等實時運行數(shù)據(jù)以及各工作站“設置參數(shù)”,進行無功優(yōu)化計算、電壓優(yōu)化計算、無功電壓綜合優(yōu)化計算后,形成有載調(diào)壓變壓器分接開關調(diào)節(jié)指令、無功補償設備投切指令及相關控制信息,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。同時各管理部門專職、生產(chǎn)單位可以通過WEB服務器查詢各設備的運行狀態(tài)、動作次數(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?shù)貐^(qū)電網(wǎng)內(nèi)各級變電所電壓處在合格范圍內(nèi)時,控制本級電網(wǎng)內(nèi)無功功率流向合理,達到無功功率分層就地平衡,提高受電功率因數(shù)。同電壓等級不同變電所電容器組根據(jù)計算決策誰優(yōu)先投入。同變電所不同容量電容器組根據(jù)計算決策誰優(yōu)先投入。2.2逆調(diào)主變電壓當無功功率流向合理,變電站母線電壓超上限或超下限運行時,分析同電源、同電壓等級變電所和上級變電所電壓情況,決定是調(diào)節(jié)本變電所有載主變分接開關還是調(diào)節(jié)上級電源變電所有載主變分接開關檔位。電壓合格范圍內(nèi),實施逆調(diào)壓。實現(xiàn)減少主變并聯(lián)運行臺數(shù)以降低低谷期間母線電壓。實施有載調(diào)壓變壓器分接開關調(diào)節(jié)次數(shù)優(yōu)化分配。實現(xiàn)熱備用有載調(diào)壓變壓器分接開關檔位聯(lián)調(diào)。2.3電容器投入量過當變電所10kV母線電壓超上限時,先降低主變分接開關檔位,如達不到要求,再切除電容器。當變電所10kV母線電壓超下限時,先投入電容器,達不到要求時,再提高主變分接開關檔位,盡可能保證電容器投入量達到最合理。實現(xiàn)預算10kV母線電壓,防止無功補償設備投切振蕩。實現(xiàn)雙主變經(jīng)濟運行,支持投入10kV電抗器,增加無功負荷,達到降低電壓的目的。2.4電容器容量配置根據(jù)電網(wǎng)實際負荷,計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)。實現(xiàn)電網(wǎng)電能損耗在線計算,并實時報告,為電網(wǎng)實現(xiàn)經(jīng)濟調(diào)度提供理論支持。2.5開關動作次數(shù)及電壓曲線分析表設備動作記錄表,此表記錄了無功電壓優(yōu)化運行自動控制系統(tǒng)每一次動作的執(zhí)行時間和執(zhí)行原因。開關動作次數(shù)匯總表,此表記錄了主變分接開關、無功補償設備開關每年每月每日動作次數(shù),為最大限度發(fā)揮設備潛力和設備檢修提供依據(jù)。設備動作失敗或不正常動作情況表,此表提供了設備“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設備正常工作工況3.1.1預算10kV母線電壓,防止電容器投切振蕩;預算無功負荷隨電壓變化量,防止主變有載分接開關調(diào)節(jié)振蕩。3.1.2雙主變并聯(lián)運行,先調(diào)節(jié)可能發(fā)生拒動的主變有載分接開關,以免發(fā)生另一臺主變有載分接開關往返調(diào)節(jié)。3.1.3根據(jù)負荷變化趨勢,決定是否實施逆調(diào)壓,以減少設備動作次數(shù)。3.1.4設備每日容許動作次數(shù)及動作間隔可進行人工設置。并在此基礎上實現(xiàn)設備動作次數(shù)按時段和負荷優(yōu)化分配。3.1.5電容器、主變及有載調(diào)壓開關異常變位系統(tǒng)進行自動閉鎖,且必須人工解鎖。電網(wǎng)、設備運行數(shù)據(jù)異常自動閉鎖。10kV發(fā)生單相接地電容器自動閉鎖。系統(tǒng)數(shù)據(jù)不刷新自動閉鎖。3.1.6采用“遙測”與“遙信”聯(lián)判方式,確信“遙信”量的真?zhèn)?避免誤動作。3.2多線程技術在網(wǎng)絡數(shù)據(jù)安全中的應用3.2.1使用“內(nèi)存數(shù)據(jù)庫技術”,極大提高了數(shù)據(jù)存取速度,為無功優(yōu)化的快速計算提供了可能。同時,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”,實現(xiàn)無功優(yōu)化系統(tǒng)并發(fā)事件的執(zhí)行,達到實時控制的效果。3.2.3動態(tài)使用好定時器的個數(shù),防止計算機系統(tǒng)運行性能的下降。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。對于量大的重要數(shù)據(jù)傳送采用TCP/IP協(xié)議,對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)絡傳輸數(shù)據(jù)接受方向必須再向傳輸方進行一次數(shù)據(jù)返送校驗,以核實數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。3.3前置系統(tǒng)功能開放與改進3.3.1深入掌握調(diào)度SCADA系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)傳輸與安全控制機制,做好無功優(yōu)化系統(tǒng)“接口軟件”。3.3.2為實現(xiàn)多條控制指令的并發(fā)執(zhí)行,確保系統(tǒng)控制的實時性,調(diào)度SCADA系統(tǒng)的前置系統(tǒng)必須進行相關功能開放與改進。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、遙測值不變,則不進行傳輸,以減少系統(tǒng)資源的占用。3.4現(xiàn)場設備的安全策略變壓器有載調(diào)壓開關、電容器投切開關,要進行更新改造,確?？煽縿幼鳌６卧O備采集量要完整、準確,且可靠傳輸。3.5站、點號的調(diào)整3.5.1制定“地區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化運行集中控制系統(tǒng)”運行管理規(guī)程,并進行操作培訓。3.5.2廠、站、點號的調(diào)整必須嚴格保證無功優(yōu)化系統(tǒng)與調(diào)度SCADA系統(tǒng)的一致性。手動操作時,應先對無功優(yōu)化系統(tǒng)進行閉鎖。3.5.3實施用戶級別控制,使不同的用戶具有不同的權限。同時,用戶對系統(tǒng)的修改,系統(tǒng)將自動保存用戶名稱、修改時間、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典型實踐的效果“泰州城區(qū)電網(wǎng)無功電壓優(yōu)化運行集中控制系統(tǒng)”已安全運行3年多時間。實踐表明該控制系統(tǒng)設計先進合理,運行穩(wěn)定可靠,產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益,歸納起來有以下幾個方面:4.1減少了有載調(diào)壓變壓器分接開關動作次數(shù)近50%,提高了設備使用壽命,減輕了檢修勞動強度。4.2提高了地區(qū)受電功率因數(shù),增加了輸電設備出力。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個百分點,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個百分點,用戶B、C、D類電壓合格率同比提高了0.67個百分點。4.5減輕了集控中心值班人員勞動強度,避免了人為誤差,真正實現(xiàn)了全網(wǎng)無功電壓實時控制,完善并提高了無人值班變電所自動化水平。4.6本系統(tǒng)由純計算機軟件構成,免