0引言
电力系统的无功补偿与无功平衡是保证电压质量的基本条件,进行合理的无功补偿和有效地无功补偿自动控制,不仅能保证电压质量,而且会提高电力系统运行的稳定性和安全性,降低电能损耗,充分发挥电网经济运行效益。
电压是电能质量的重要指标,电压质量对电力系统的安全与经济运行,对保证用户安全生产和产品质量以及电器设备的安全与寿命有重要的影响,而电压质量和无功功率的分布有着不可分割的关系。随着经济的发展和人民生活水平的提高,各类用户对电能质量的要求越来越高,供电企业每年处理的客户投诉日渐增多,根据国外发达国家的经验,国家经济越发达,对电能质量的要求也越高,电力监管企业的监管和惩罚力度也越大,因此实现无功补偿设备的自动控制是很有必要的。
所谓电压无功自动控制,就是由计算机软件或者嵌入式软件,通过通信信道获取电网的遥测遥信数据,经过优化分析后形成无功补偿设备和有载分接开关的设备动作指令,最终达到电压合格、无功潮流合理的控制目标,从而提高电网安全稳定性。地区级电网的电压无功控制的主要手段为并联电容器和有载分接开关,也包含少量的发电机组和电抗器。
1968年,日本Kyushu电力公司首先在AGC系统上增加了系统电压自动控制功能,这可以看作是从全局观点出发进行电压/无功控制的第一步。在1972年国际大电网会议上,Bertigny等人提出了在系统范围内实现协调性电压控制的必要性,详细介绍了法国EDF以“先导节点”、“控制区域”为基础的二级电压控制方案的结构。现在这种电压分级控制方案已在法国、意大利等国家付诸实施。由于国外电力公司电网较小、全网统一调度、电网网架变化不大且研究较早等特点,其中部分电压控制器为硬件机构,所以不适合国内电网的电压无功控制。
我国幅员辽阔,电力系统结构庞大。已建成的跨省电力系统有五个,即华东系统、东北系统、华中系统、华北系统和西北系统。对于如此庞大而复杂的电网系统,由一个调度中心监视、管理和控制所有设备显然是不可能的。我国的电网调度管理机构基本上分为五级垂直管理模式。国调通过计算机数据通信网与各大区电网控制中心相连,协调、确定大区域级电网之间的联络线潮流和运行方式,监视、统计和分析全国电网的运行情况。大区网调按统一调度分级管理的原则,负责超高压电网的安全运行并按照规定的发用电计划及监控原则进行管理,提高电能质量和经济运行水平。省级电网调度负责地区间及有关省网的供受电量计划的编制和分析,负荷预测、经济调度等。地区调度对其所辖地区的电网安全监控,对有关站点(直接站点和集控站点)的开关远方操作、变压器分接头调节、无功补偿设备投切等。县级调度主要监控110kV及以下农村电网的运行。由国调到县调,随着管辖范围的变小,其电网电压等级逐步降低。显而易见,电压无功自动控制系统的设计必须得考虑国内电网调度运行管理模式的特点。
1变电站电压无功自动控制装置(VQC装置)
在调度
自动化系统未实用化的时候,地区电网采用就地平衡、分散调整的方式使用VQC装置,实现仅仅面向单个变电站的运行控制。
国内第一台VQC装置由清华大学于1984年研制成功,并在北京供电局投运成功。目前
市场上常用的VQC电压无功控制装置基本上是以九区域图及其衍生图进行单厂站的电压无功自动控制。九区域图法直观明了,简单易行,可以在一定成都上就单个站一定的电压合格率和功率因数。但是,以九区域图法为基本策略的VQC装置为
信息孤岛,同时也是控制孤岛,不能实现全网的无功电压最优控制。在二级有载调压电网,会出现电压频繁调整,容易造成电压调节不合理现象或者设备无谓动作;由于每个变电所都必须安装无
功电压控制装置,投资大,设备维护量显著增加。
2主站集中式自动电压控制系统软件(AVC)
随着计算机技术和通讯技术的迅速发展,电力系统调度
自动化技术已经基本在地区级电网都做到了实用化,在此基础上出现了主站集中式自动电压控制系统软件(AVC)。
“AVC系统”通过调度自动化SCADA系统采集全网各节点遥测、遥信等实时数据进行在线分析和计算,在确保电网与设备安全运行的前提下,以各节点电压合格、节点功率因数为约束条件,从全网角度进行电压无功优化闭环控制,实现无功补偿设备投入合理和无功分层就地平衡与稳定电压,实现主变分接开关调节次数最少和电容器投切最合理、电压合格率最高和全网网损率最小的综合优化目标。本系统最终形成有载调压变压器分接开关调节、无功补偿设备投切控制指令,借助调度
自动化系统的“四遥”功能,依据计算机技术和网络技术,通过SCADA系统自动执行,从而实现对电网内各变电所的有载调压装置和无功补偿设备的集中监视、集中管理和集中控制,实现了地区电网电压无功优化运行闭环控制。即在调度中心安装一套软件即解决了地区级电网的电压无功优化控制的问题。AVC系统软件在国内得到推广应用,取得了可观的经济效益和社会效益。