基于调度自动化系统的无功优化实用探讨

2015-03-17潘文洪

通信电源技术 2015年3期

潘文洪

（广东电网有限责任公司茂名供电局，广东茂名525000）

电力行业为了实现对运行过程中无功功率的控制、提高电压的运行质量、降低网损的目标，可以在电网调度自动化系统的基础上建立无功优化系统，该系统可以更加有效地控制电力系统的无功，提高电压品质。从电力角度分析，无功优化系统涉及系统结构、设备动作、控制手段等内容，通过运用原对偶内点方法，在调度自动化系统的基础上实现电网的无功优化。

1 相关概念简述

1.1 调度自动化系统

电网中的调度自动化系统通过对电网运行状态及服务信息和数据的采集，来提高电力系统运行的可靠性及合理性。该系统的功能主要包括三方面：第一，调度功能。该功能是指对电网运行过程的调度，设备若出现故障，系统将会自动跳过该设备而对下一个设备进行数据的采集控制；第二，监督功能。该功能是指监督电网的调度，保证电网调度的有效性及准确性；第三，权限管理功能。该功能可以确保电网的运行能够在系统的权限范围内进行，增强调度工作的正规性及合理性。该系统功能的实现基于多种应用软件的使用，实时监督和收集变电所的运行状态和数据，优化电网。

1.2 无功优化

无功优化（RPO）是减少电网损耗、保证电压运行质量、促进整个电网正常运行的关键手段和措施。其中，电网中的电压指数是评价电能质量的重要指标，比如，若电压变化幅度大，不仅会干扰整个电网的安全运行，造成电网崩塌和电网事故，还会危及到用户电气设备的正常运行和使用寿命。为了更加经济安全的运行整个电力系统，保证用电客户的生产安全，应当重视电压方面的无功优化，特别是区域电压的无功优化。

电力系统的无功优化是指在电力运行过程中的控制条件下，尽可能地使用最少的无功补偿装置投资或者是最少的无功功率投入来获得最大程度的电压质量、减少电网损耗、提高整个电网运行的安全性。无功电压优化又可分为运行控制优化和规划优化两种。运行控制优化是指根据电网潮流、负荷、电压的变化，在具备无功补偿装置的条件下，遵循无功电压优化方案来调整主变压器分接头的档位及无功补偿设备的投切，实现电力输送合格、电网损耗小、潮流分布合理及成本少的目的；后者则是通过对无功补偿设备的运行类型、电力设备容量、设备配置位置的优化，从而实现网损少和耗资低的目标。

2 无功优化系统的解决方案

实现一个特定电力系统的无功优化，不仅要考虑设备的调节原则问题，还要考虑到系统的架构问题，因此，综合考虑到现实需要，必须从工程应用的角度出发来制定解决方案。

2.1 无功优化系统结构

在设计无功优化方案时，需收集电网调度自动化（SCADA）数据库的数据以及网架参数，包括电压数据、母线有功数据及无功数据，初步处理后转换成需要的格式，然后输送到无功优化的SQL数据库进行计算，上述工作完成后调度员便可以得到明确的潮流数据及优化控制方案。图1为无功优化系统结构图。

图1 RPO系统结构图

2.2 电压越限检测模块

该控制模块是RPO系统中的关键模块，是RPO计算的前提，通过它可以判断节点处的电压是否越限。在电压没有越限的情况下，是否采取无功优化还要根据优化的安全经济效益状况来确定，当无功优化的降损收益低于设备的调节成本时，则无需采取无功优化措施，此时，若对电网运行状态进行频繁调整，不仅威胁到电力系统的稳定性，还会对设备造成损害。

2.3 数据检测模块

调度自动化系统中的电网数据每10分钟会重新刷新数据断面，因此为了确保数据适应RPO计算系统，在录入前还需检测数据断面，内容主要包括：状态量测值和估计数据的比较；电网的基本数据（如状态估计合格率）、状态估计数据的拓扑分析检查。

2.4 RPO及控制命令形成模块

RPO系统运行的核心模块是其中的无功优化部分，通过实时状态评估来获取运行的初始状态，启动方式为周期性、事件性或工作人员人工性方式，经过无功优化分析整合后得出电网运行方案，决定是否实行开环或闭环。无功优化后给出的工作指令包括：电容器设备的投切组数、发电厂的高压母线电压、变电站有载主变分接头档位等，目的是保证电压运行的合格率在96%以上，从而保证供电质量；其次是减少网损，获得更大的经济效益。

3 调度自动化系统的发展

调动自动化系统在电力系统中的应用取得了巨大的效果，在整个电网中担负着重要的责任，尤其是在电力系统的及时性方面，因此，调动自动化系统本身应具备较高的时效性和安全性，且不会随着外界环境的变化而变动。近年来，该技术也得到了快速的发展：（1）智能化。其与计算机技术的结合推动了智能化的发展，该内容以综合性的数据集成手段为依托，能够快速有效地整理和运用电网运行中存在形式的数据信息，对电力系统的状态进行实时监控，除此之外还增加了防御控制功能、报警功能、故障分辨功能、故障处理功能以及自我修复功能等；（2）面向对象。系统的设计过程分为面向过程和面向对象两种类型，面向对象的设计方式更加贴近系统的实际需求，能够及时获得电力系统中的隐性数据，同时，还能更好结合相关的手段和方式，未来调动自动化系统发展的理想目标便是面向对象的发展；（3）可视化。该功能是在图形图像处理工艺和处理技术的相关内容不断发展和完善的基础上形成的，能够增强调度工作的透明度和可视化。可视化功能可以将离线信息总结成直观、准确的图形图像信息，其中，离线数据的表现方式主要为文字、表格、数字等形式，生成直观的图形图像信息需要综合利用图形设计技术以及图形显示技术，提供的图形信息可以帮助调度人员判断出故障的位置、类型等信息，以便及时采取相应的解决措施。

4 RPO系统的实现

4.1 控制方式

在电力系统中，控制手段可以分为两种：开环方式和闭环方式。在电网运行开环控制的基础上，对应的优化控制方案仅仅提供给调度工作人员进行参考分析，此时工作人员需要结合优化控制方案和成功的运行调度实践经验来采取人工控制措施，整个过程都离不开调度工作人员的人工操作干预。开环运行一定的时间后，电力系统在运行状态符合工作标准的条件下才能逐步转换为闭环运行方式。此时应注意，调度人员在接受到优化方案后应直接下达SCADA方面的执行命令，调度人员在整个过程中不得随意进行干预。图2为无功优化闭环实时控制系统图。

图2 无功优化闭环实时控制系统图

4.2 变量处理与算法选择

连续变量转为离散变量，即变压器变比，将优化后的结果数据进行就近规整后换算成相对应的分接头档位；将无功补偿设备即电容器在优化后的补偿容量作为计算相应电容器投切组数的依据；调整投切电容器组、变压器分接头以及发电机端的电量信息来推动电力系统的无功优化。通过上述计算发现，电力系统中的无功优化问题是涉及多变量的、约束性和规模大的非线性规划问题，为了进一步提高无功优化的效率，需要结合能够有效解决非线性问题的原对偶内点法来设计模块核心程序。

4.3 运行设备的动作次序

由于改变变压器的分接开关本身并不会产生无功，只是使无功的分布发生变动，无功功率缺额被转换到其它的电网中。动作无功补偿设备优化无功与变压器变比优化无功在根本上是不同的，因此如果在电网无功不足时调整变压器有载分接头，主电网电压下降严重，则有可能会产生电压崩溃的状况。因此，在电网中出现无功不足和电压过低的现象时，首先应当投入使用无功功率电源，然后才能考虑对变压器分接头进行调整。运行设备动作次序工作要充分结合就近原则和无功控制设备的控制效力，同时要适应社会、经济的发展趋势。在无功过剩、电压值偏高、负荷减小的情况下，运行设备动作次序为：去除电容器、调整变压器分接头档位、发电机进行进相运行；在无功不足、电压值偏低、负荷增大的情况下，运行设备动作次序为：增加电容器、调整变压器分接头档位、调整发电机端的电压。