邱陶歆 广东电网公司 潮州供电局，广东 潮州 521011
[摘 要]分析了目前广东电网电压无功控制存在的不足，介绍了分布式电压无功全局优化控制系统的结构原理、技术难点。系统由主站系统、变电站电压无功实时控制子系统(VQC)和通信子系统构成。各子站系统的电压和无功控制范围通过全网离散无功优化计算获得，可实现对电网电压无功全局优化和分布式实时控制。
[关键词] 电压无功控制；全局优化；分布式控制；主站系统；数据通信
电压的稳定可以确保各种电气设备的正常运行并延长其使用寿命，控制电网合理的无功潮流可以降低网损，从而达到电网经济运行的目的，因此在电力系统中实现电压无功优化控制具有广泛和重要的经济效益和社会效益。
基于电网全局无功优化计算的实时无功最优控制集安全性和经济性于一体，可以保证全网电压质量和满足安全性约束的经济性的闭环控制，被认为是电力系统调度发展的最高阶段。目前，在国内市级电网实现这种无功控制的实例较少，国内常见电网电压无功控制属于变电站级电压无功分散控制，这种分散控制方式是以变电站为中心，通过调节有载调压变压器的分接头位置或其它电压调节器，控制无功补偿设备如并联电容器组或电抗器的工作状态，维持受控母线电压和注入电网的无功功率在规定的范围内。自20世纪70年代以来，国内外对此有大量研究。国内已有不少变电站级电压无功自动调节装置开发成功，并在35～220 kV变电站得到了广泛的应用，如广东电网公司在110 kV变电站普遍装设了电压无功实时控制子系统（VQC）系列电压无功局部优化综合控制装置。这种变电站级电压无功局部优化综合控制技术已比较成熟，但仍有不足：
a)只能实现局部的优化，不能实现全系统的最优控制。并且仅能保证受控母线电压合格，不能达到全网功率损耗最小的目的。
b)VQC装置的调节控制是基于给定的电压无功上下限值，电压无功上下限值的确定要依赖维护人员的经验，缺少一套有效的计算方法。如果上下限值给定不合理，无论调节措施多么完美，都不可能得到合理的控制。
c)闭锁问题是指VQC装置在检测并判断到在变电所或系统异常以及装置本身出现异常的情况下，能及时停止自动调节，它也是VQC装置能否投运的最大问题。如果VQC装置没有完善的闭锁系统或闭锁速度达不到运行要求时，就会对变电所的安全运行带来严重威胁。VQC装置的闭锁功能必须达到以下几个要求：①闭锁条件必须全面：一般来说，VQC应考虑的主要闭锁条件有：主变保护动作；电容器保护动作；PT断线；系统电压异常；主变并列运行时的错档；装置故障；电容器开关或主变分接开关日动作次数达到最大值；目标对象拒动；主变滑档；远动信号指令或手动闭锁等。②闭锁限值设置必须合理。③闭锁速度应足够快。
d)VQC的人机界面对运行和管理人员十分重要。VQC的人机界面不友好或不完善，则可能造成使用不方便或不当。一般来说，VQC人机界面应满足以下要求：
(1) 参数设置方便，对用户开放的参数要足够充分和全面。有关部门对变电所电压无功的考核常常会有新的要求，有时甚至对峰谷时段的定义都会有变化。VQC参数若不能方便设置，则会使厂方和用户都感到麻烦。
(2) 闭锁条件应能在人机界面中反映出来：VQC是一项涉及面颇广的
自动化装置，变电所的许多异常和变化都会引起它的闭锁。如果VQC的闭锁情况和闭锁原因不能在人机界面上反映出来，则会使用户对它的闭锁分析变得十分困难。
(3) VQC动作记录应全面：详细的VQC动作记录有利于VQC的运行和故障分析。
为了解决上述几方面问题，提高电网电压无功控制水平，相关部门组织研制了分布式电压无功全局优化控制系统。与传统意义上的集中控制方式不同的是，本项目在实现变电站级电压无功局部优化综合控制的基础上，探索全局电压无功在线优化计算及分散协调控制的理论和方法，实现电网的电压无功分散协调控制。
该系统具有很好的开放性和可扩展性，具有较大的推广应用价值，可以考虑用于整个地区供电网络的电压无功控制。
1系统总体思路
本项目的基本思路是：建立主站系统，根据未来一天各母线有功和无功负荷曲线（由短期负荷预测获得）及开关状态
信息，以控制整个电网节点电压在允许范围内和有功损耗最小为优化目标，进行地区电网离散无功优化计算，并以此为基础计算出各VQC的控制范围（限值）。利用技术上已成熟的VQC装置，研究可支持全网优化控制和本地控制模式的VQC控制策略，即建立变电站电压无功实时控制子系统，负责监控变压器和电容器状态、采集电网运行参数及根据主站系统提供的电压无功限值（或自定义的电压无功限值）实施电压无功控制，并可实现在全网优化状态下和本地状态下电压无功控制模式的切换。建立通信子系统（也可以利用现有调度
自动化系统的通信通道），以实现主站系统后台程序与子站系统VQC控制程序之间的数据通信。该系统可应用于整个地区电网的电压无功控制，也可用于地区电网的某一个区域的电压无功控制。
参考欧美国家的全网电压无功三级控制方式，本控制系统在功能上包含二级和三级控制。主站系统属于二级控制，根据电网近期内的历史负荷水平，预测短期内的电网负荷，以保证电网内各节点电压在允许范围内；以实现全网有功损耗最小为系统优化目标，计算各节点电压、无功分布并转换为实际控制定值。主站在实际运行中包括优化计算模块、电网数据处理模块、实时拓扑模块和控制定值计算模块。系统中的子站系统实现三级控制，以传统九区域控制原理为算法核心，实时监测电网数据，执行主站系统的控制定值，是整个系统安全运行的关键。
2主要理论研究
系统研制过程中主要的理论研究有以下两方面：
a)全电网离散无功优化计算方法
通过对离散变量构造函数并将其直接嵌入到非线性原对偶内点法中形成扩展内点算法。其原理详见文献[1，2]。
b)变电站电压无功控制范围的整定计算方法
利用上述全网离散无功优化计算结果，计算出每个变电站变压器高压侧无功功率和低压侧母线电压的最佳变化曲线。通过跟踪无功和电压最佳变化曲线，确定变压器高压侧无功功率和低压侧母线电压的上下限值。
3系统结构
该系统由主站系统、变电站电压无功实时控制子站系统(VQC)和通信子系统三个子系统构成。系统结构原理图见图1。
图1 分布式电压无功全乙实时优化控制系统结构原理图
通信子系统实现主站系统与子站系统VQC控制程序之间的数据通信，主站系统通过通信子系统与各变电站的电压无功实时控制子系统联系，进行数据传递和控制。
主站系统通过由子站系统采集并按一定时间间隔上送的220 kV及110 kV变电站低压侧（10 kV侧）有功和无功负荷的实时数据及开关状态
信息，进行全电网离散无功优化计算，然后根据优化计算结果，形成每个变电站的无功功率上下限（指变压器高压侧从系统吸收的无功功率）及低压侧电压上下限的控制策略表，并通过通信子系统传到变电站电压无功实时控制子系统。
系统中的子站系统以传统九区域控制原理为算法核心，实时监测电网数据，执行主站系统的控制定值，是整个系统安全运行的关键。子站系统存放在各变电站，各子站系统装置负责监控变压器和电容器状态，采集电网运行参数，并根据主站系统提供的电压无功限值按九区分割图实施具体控制策略。子站系统在原有变电站VQC的基础上进行了改进，支持按全网优化电压无功限值和本地电压无功限值两种模式控制，当通信中断或电网出现异常时，子站系统将自动切换控制状态，即从执行全网优化电压无功限值自动转换成执行本地预设的电压无功限值，保证电网安全运行。
4应用
4.1应用环境介绍 把主站系统放置在市级调度中心，每个变电站（包括220KV、110 kV变电站）都安装了子站系统，整个分布式电压无功全局优化控制系统的控制范围为从220 kV变电站的进线端到110 kV变电站的10 kV侧出线端。
4.2几种数据刷新频率
在系统运行过程中，主站存在以下几种数据刷新频率：
a)遥信数据
遥信数据包括断路器开关量数据、电容器投切开关状态
信息，采用子站实时主动上传、子站同时存储的开关事件发生数据以供历史查询。
b)遥测数据
遥测数据包括变压器电压、电流、无功、有功数据，数据不主动上传，由主站根据系统设定向子站定时查询，也提供实时数据查询。
c)报警事件
报警事件包括变压器、母线、电容器、电抗器等控制对象的故障报警
信息，子站实时主动上传。
d)控制定值数据
控制定值数据由主站根据系统设定向子站定时下传或实时下传。实际运行中数据传输间隔为24 h，即每天定时刷新一次。当电网运行方式发生改变时，各子站转为就地优化，执行预设的就地运行定值。主站需在下一数据刷新周期到来后查询数据，重新下行定值。
4.3应用效果 a) 系统运行稳定可靠，运行效果良好；
b) 该系统实现了全电网在线无功优化调度和无功控制装置的局部优化自动控制协调，改善了整个电网的电压质量，降低了电网有功损耗；
c) 在系统运行期间，各变电站的电压合格，调节动作及时准确，可满足实际运行需求；
d) 在各变电站的实际运行中，各无功补偿设备得到充分利用，有效地降低了变电站在负荷高峰期从系统所吸取的无功，补偿了系统无功，同时起到了很好的电压调节功能；
e) 在变电站的运行中代替人工调节工作，实现了变电站电压无功调节的
自动化控制，保证了无人值班变电站的电压无功调节安全运行；
f) 具有很好的开放性和可扩展性，具有推广应用价值。
5结束语 本文介绍的分布式电压无功全局实时优化控制系统项目不仅实现了区域电网的全网电压无功实时优化控制，而且在项目研发过程中还提出了一套变电站VQC控制范围的整定计算方法。系统经过实践检验，运行稳定可靠，效果良好，能满足电网的全网电压无功优化协调控制的要求，有效地降低变电站在负荷高峰期从系统所吸取的无功，补偿了系统无功，同时起到很好的电压调节功能。该系统可用于某个供电网络的某一个区域的电压无功控制，也可用于整个地区供电网络的电压无功控制，具有较大的推广应用价值。
参考文献
［1］程莹，刘明波.含离散控制变量的大规模电力系统无功优化[J]. 中国电机工程学报，2002，22(5)：54—60.
[2］程莹，刘明波.含离散控制变量的大规模电力系统无功优化[J]. 中国电机工程学报，2002，22(5)：54—60.
［3］朱春明，刘明波，裴爱华，等. 变电站电压无功控制范围的[LL]整定计算方法[J]. 电力系统自动化，2003，27(8)：70—74.
［4］霍锦强. DWKⅢ型电压无功综合控制装置[J]. 电力系统自动化, 1999，23(9)：50—50，53.
[5］孙宏斌，张伯明，郭庆来，等. 基于软分区的全局电压优化控制系统设计[J].电力系统自动化，2003，27(8)：16—20.
简历：邱陶歆，1979年出生，男，汉族，广东省潮州市，2002年毕业于华北电力大学动力工程系测控技术及仪器，学士学位，助理工程师，2002年就业潮州供电局。 
