油田配电网无功控制技术应用

许锋

（中国石油长庆油田公司水电厂，甘肃 庆阳 745100）

电力系统的无功补偿与无功平衡是确保电压质量的基本条件，进行有效和合理的无功补偿，不但能够确保电压的质量，还能保证电力系统安全、稳定的运行，将电能损耗降低，提高电网的经济效益。油田电网所带负荷大多为转动设备,这些设备在不同的时刻既可能是无功源,也可能是无功消耗元件,因此对于油田电网来说,就会有功率因数低、网络损耗大、负荷不稳定等种种问题。针对这样复杂的网络,改善电能质量最好的方式就是分散就地无功补偿,这样可以有效提高供电线路各点的功率因数,减少无功传输量,增大有功传输容量,减少线径,从而减少线路投资。

1 电压无功自动控制系统

分散调整、就地平衡是调度自动化系统还没有实用化时地区电网电压无功控制采用的方式，变电站电压无功自动控制装置（VQC）是主要的使用装置，其实现只面对单个变电站的控制运行。九区域图及其衍生图进行单厂站的电压无功自动控制，是目前市场上常用的VQC电压无功控制装置。九区域图简单、直观、使用方便，能在一定程度上将单个站的功率因数和电压合格率提高。但是，以九区域图法为基础的VQC装置无法达到全网的无功电压最优控制。在二级有载调压电网中，有些要频繁调整电压，这就很容易出现设备无动作或不合理的调节电压的现象，同时，无功电压控制装置一定要在每个变电所中安装，这样就增大了投资成本，也无形中增加了设备维护量。

2 自动电压控制系统设计

伴随着通讯技术和计算机技术的飞速发展，调度自动化技术已经基本上在地区级电力系统中使用，主站集中式自动电压控制系统软件（AVC）就是在这个基础上出现的。"AVC系统"通过调度自动化SCADA系统，对全网每个节点的实时数据（如遥测、遥信数据）进行采集，并进行分析和计算，在确保设备和电网安全运行的前提下，以节点功率因数、节点电压合格作为约束条件，从全网的角度控制电压无功优化闭环，达到稳定电压及无功分层就地平衡和无功补偿设备投入合理的目的，使电容器投切最合理、电压有最高的合格率，主变分接开关调节次数最少和全网有最小的网损率。这个系统最终形成无功补偿设备投切控制指令、有载调压变压器分接开关调节，并根据网络和计算机技术，借助调度自动化系统的功能，通过SCADA系统的自动运行，实现无功补偿设备和有载调压装置的集中监视、管理、控制，达到地区电网电压无功优化运行闭环控制。地区级电网的电压无功优化控制问题，可以通过安装一套软件来解决，节约了成本，减少了维护次数。AVC系统软件在国内逐渐被应用，并收到了良好的经济和社会效益。

3 AVC与VQC装置联合协调控制方案探讨

综合AVC和VQC的特点，国内有些专家提出了AVC和VQC装置综合协调控制的技术思路。从目前看，调度自动化系统在地区电网这一级已经普遍使用，在经济发达地区，已经升级到三代或三代以上，调度自动化系统已经发展到成熟的EMS系统，而不再是原来单纯的SCADA系统，光纤通讯作为底层通讯方式，保证了容量、速度和可靠性。根据全国使用的AVC系统情况来看，稳定性和可靠性比较好的是主站式AVC控制系统。我们知道，如果采用AVC和VQC综合协调控制的方式，一定会出现下列情况：VQC装置在每个变电站都要安装，这样就增加了投资和维护成本；地区电网规模较大的，可能会有使用的VQC装置不是同一厂家的情况，这就增大了控制风险，并且降低了接口的可靠性，工程实施时还可能还需要协调不容厂家；根据可靠性原则，模块和设备使用的越少，系统就会越稳定、越可靠。进一步分析，AVC系统能从SCADA系统中获取VQC采集的遥测遥信数据，并且油田电网的电压无功优化计算，在目前的普通商用电脑上就可以完成。随着综合自动化技术的发展，具备四遥功能的地区电网，主站AVC软件可靠性高、投资少、维护量小、建设周期短，所以，AVC与VQC装置的综合协调控制的技术思路不具备优势，目前为止也没有相应的实时案例。

4 电压无功控制的发展趋势

4.1 分布式AVC系统

伴随变电站综合自动化技术的发展，广泛采用了无人值班变电站。建立多个集控站在电网调度的层次下，这样集控站人员就可以完成原来需要站内值班人员做的工作，因此，调度中心+多个集控站、设备监视控制与调度管理分离逐步成为电力系统运行管理的模式。并且集控站不是根据电网结构的耦合程度来划分，二是根据地域划分的，每个集控站管理的变电所之间可能是联系紧密的，但在电网结构上，解耦不能根据行政区域划分进行，所以，单靠集中式自动电压控制系统，无法将调度权与多个集控权之间的优先级、组织、责任归属等问题解决掉。

4.2 不同调度管理的AVC分级协调控制

4.2.1 油田电网内部AVC系统协调控制。环网设计、开环运行时配电网的特点，从调度的角度看，电网呈纵向紧密耦合，上级电网分级头调节对下级电网的电压水平有很大的影响，一定要将上下级电网联合调压的合理方案考虑好，防止下级电网调压时设备调节振荡。另外，根据调度管理的分工和责任归属，上级调度中心的AVC系统，不允许直接对下级的所有主变分接头和无功补偿设备进行分析和控制。而且无论是上级电网还是下级电网，全网的功率因数会受任何一个节点无功的变化而变化。因此，从无功和电压的角度看，有必要对上级AVC系统和下级AVC系统进行协调控制。

4.2.2 主干电网AVC系统与油田电网。AVC系统的细条控制如果主干电网建有AVC系统，那么油田AVC系统有必要和主干AVC系统进行协调控制。根据目前无功补偿的现状看，感性无功补偿是较充足的。加之220kV以上的电网充电功率较大，所以，主干电网的电压在低谷负荷时普遍较高，这就有可能导致发电机组都运行，进而对电网的安全运行产生威胁，因此，要将地区电网220kV母线的功率因数调节在一定范围内。为了降低主网发电机组调节的压力，主干AVC系统要向油田电网AVC系统下达合理的无功指标或功率因数指标，油田电网AVC系统要做好调整功率因数的工作。发生事故时，如果主网的220kV母线电压不在警戒线范围内，一定要对AVC系统进行限制，对220kV分接头的部分功能进行调节。假如220kV母线电压低于警戒下限，就要将220kV分接头往上调节的功能要闭锁；假如220kV母线电压高于警戒上限，就要将220kV分接头往下调节的功能闭锁。这样就防止了主网的电压继续恶化，同时，油田电网AVC系统要采取一定的措施，将无功投入减少或增加。主干AVC系统和油田电网AVC系统的协调控制还需要对220kV母线等值、无功限值的推导，电压稳定的裕度分析等很多方面需要研究，相信今后在这些方面会产生很多研究成果。

结束语。通过对近年来电压无功自动控制技术的发展进行分析，对变电站电压无功控制装置（VQC装置）、电压无功集中分析集中控制（AVC）系统的技术思路重点进行介绍，提出了采用分布式AVC系统作为调度自动化主站+若干集控站的调度运行管理模式，要考虑主干电网、油田电网、油田内部电网的电压无功分区分层分级联合协调控制。作为电力工程界的研究热点，电压无功自动控制将会在现在和将来产生大量成果，并为降低电网的维护、运行成本。

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