自动化技术|无功电压优化控制系统的分析

水暖之家讯：无功电压优化控制是保证县级电网安全经济运行的一项重要手段，是提高电能质量的有效措施。本文分析了无功电压化控制系统。希望本文的研究能为相关领域的研究带来新的启示。

要解决电网无功电压优化控制的问题，就是要研制一套系统，来实时调节电网中各变电所主变有载调压开关与电容器投切。该系统从调度SCADA系统采集全电网实时运行数据，利用专家系统、潮流计算等方法进行计算，形成控制指令。

无功电压化控制系统的组成、实现方法和计算流程

一、系统的组成

调度自动化系统、变电所综合自动化系统和信息网的实施，实现了实时数据的采集和传输，为县级无功电压优化控制打下了基础，无功电压优化控制系统结线图，该系统采用一台无功电压优化工作站从调度SCADA系统采集全网各变电所实时运行数据，进行无功电压优化计算，无功潮流计算，无功电压潮流综合优化计算后，形成主变有载调压开关调节指令、电容器开关投切指令以及相关控制信息，然后将控制信息发送至调度自动化系统执行，此后循环往复。

二、实现方法

电网主要由变电所和输电线路构成，电网一般有220kV、110kV和35kV三个电压等级的变电所，主变一般均为有载调压，变电所低压侧母线上均配有无功补偿装置。

在电网正常运行时，假设电网中各变电所无功功率均在合理的范围内，此时若1(或2)变电所10kV母线电压偏移合格范围，此时应分析同电源同电压等级的2变电所(或1变电所)和上一级3变电所电压情况，若1(或2)变电所10kV母线电压越限，则仅调节1(或2)变电所主变有载调压开关档位，若1、2、3变电所10kV母线电压同时越上限或超下限，则应调节3变电所主交主交有载调压开关档位，使电压恢复到正常范围之内。

若所有变电所电压都在合格范围之内，当流经1(或2)变电所主变10kV侧无功加上流经变电所主变空载无功功率大于本变电所1OkV电容器容量一半时(具体大到多少可以设定)，若该电容器投入后流经3变电所1tOkV侧A点无功功率不发生向220kV变电所倒送，此时1(或2)变电所的电容器即可投入，对于3、4、5、6这4个变电所的10kV电容器投入条件同1(或2)变电所，但要求220kV变电所B点无功不发生向220kV侧电网倒送，从而实现无功分层平衡。

在电网中，4变电所内为二台主变，如果此时电压偏高，4变电所内主变有载调压开关档位已调至1档，而且上一级变电所主变有载调压开关档位也已调至1档，4变电所内电容器已切除，此时4变电所10kV母线电压仍越上限，此时如果4变电所中1台主变能承担全部负荷，则可退出4台变电所一台主变，即降低了4变电所10kV母线电压，同时又实现了变压器的经济运行。

三、计算流程

无功电压优化系统首先从调度SCADA采集全电网实时运行数据，然后以全电网电能损耗最小为目标函数，利用数学模型，求解主变分接开关最佳档位数、电容器最佳投入容量和电网最优运行电压等。再利用已求最优解，求得电容器投切次数和主变有载调压开关调节次数。

限定全电网电能损耗最小数值范围，在最小数值范围内，多次求得次优解，再计算出电容器与主变有载调压开关动作次数。当动作次数最少时对应的解即为最优解。然后发出控制指令，执行电容器投切与主变有载调压开关调节操作。

四、运行数据的采集与传输

无功电压优化控制系统数据采集和控制出口都通过调度自动化系统，将分布在各个变电所的控制、保护、测量等实时信息迅速、准确、可靠地采集并传输到调度中心。这些信息可分为两大类，一类是县级电网的结构状态信息，包括变压器、输电线路的等值参数、开关位置等，另一类是运行状态信息，包括变电所母线电压、变压器、线路、电容器有功、无功功率等。

调度自动化系统主网采用双100M以太网结构。通过100M的集线器/交换机构建主网，运用调度自动化系统软件，对各变电所实时数据进行采集处理。

各变电所实时数据的采集是通过各变电所综合自动化系统来完成的。变电所综合自动化系统是调度自动化系统的基础设备，负责各种信息的“上传下达”工作，是县级电网实时运行数据采集与传输的一个重要的环节。它集数据采集、微机监控、微机保护于一体，对变电所设备实施遥测、遥信、遥控、遥调，即“四遥”。

信息的传输是一个非常重要的环节，变电所的各种实时信息要上传给调度中心，由调度中心转发给监控中心、监控中心的各种命令要下达到各个变电所，这种信息交换时刻都在进行着，因此信息的传输环节必须准确可靠，县级电网一般依靠光纤通信去完成变电所综合自动化系统与调度中心信息传输。

五、系统安全控制

无功电压优化控制系统的安全策略。预算10kV母线电压，防止电容器投切振荡：预算无功负荷随电压交化量，防止主变有载分接开关调节振荡；双主变并联运行，先调节可能发生拒动的主变有载分接开关，以免发生另一台主变有载分接开关往返调节：根据负荷变化趋势，决定是否实施逆调压，以减少设备动作次数；设备每日容许动作次数及动作间隔可迸行人工设置。并在此基础上实现设备动作次数按时段和负荷优化分配；电容器、主变及有载调压开关异常变位系统进行自动闭锁，且必须人工解锁。电网、设备运行数据异常自动闭锁。10KV发生单相接地电容器自动闭锁。系统数据不刷新自动闭锁；

计算机与网络传输的安全策略。使用了“内存数据库技术”，极大的提高了数据存取速度，为无功优化的快速计算提供了可能。同时，由于大量数据只与内存交互而不存取硬盘，防止了硬盘的早损；使用了“多线程技术”，实现了无功优化系统并发事件的执行，达到实时控制的效果；动态使用好定时器的个数，防止计算机系统运行性能的下降；根据传输数据的类型和要求的不同，采用不同的传输协议。对于量大的重要的数据传送采用TCP/IP协议，对于量少的需要广播的数据传输采用UDP协议，这样提高了网络数据的传输效率和安全性；采用数据传输“回校”功能，即网络传输数据接受方向必须再向传输方进行一次数据返送校验，以核实数据传输的正确性。

无功电压优化运行管理的安全策略。制定“县级电网无功电压优化运行集中控制系统”运行管理规程，并进行操作培训；厂、站、点号的调整必须严格保证无功优化系统与调度SCADA系统的一致性。手动操作时，应先对无功优化系统进行闭锁；实施用户级别控制，使不同的用户具有不同的权限。同时，用户对系统的修改，系统将自动保存用户名称、修改时间、修改内容等；无功优化系统所作的操作记录，必须妥善保管，以各安全分析。

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