地区电网无功电压优化系统的研究与设计

汪 清

（深圳供电局有限公司电力技术研究中心，广东 深圳 518000）

1 地区电网无功电压优化系统的设计

1.1 地区电网无功电压优化系统的体系结构

某地区电网有无人值守的自动化变电站7 座，调度通过SCADA 系统来实时监控所有变电站的运行情况，遥测、遥信和遥控都能可靠实现，因此在系统设计中可以借助调度SCADA 系统来实现无功电压优化。

1）系统的架构

在区调远动机房安装1 台Web 服务器，2 台系统主备服务器，在调度中心安装1 台监控工作站。运行时，SCADA 系统采集的全网实时数据（包括档位、电压、无功、功率因数等遥测数据，刀闸信息、断路器等遥信数据）通过接口程序传输给主服务器，主服务器根据分析得到的无功电压情况来发出相应的调节指令。当主服务器发生故障而无法正常运行时，备服务器自动投入运行（见图1）。

在上述架构中，地区电网无功电压优化系统通过Web 服务器与办公MIS 网连接，以此便于系统管理人员的浏览设备的动作记录、有功功率分析表、无功功率分析表、电压曲线等。本系统采取的隔离措施为“防火墙、单向隔离器和Web 服务器”，主要是为了对电网的运行状态进行准确的数据采集和传输[1]。

图1 地区电网无功电压优化系统的架构

2）系统的运行流程

SCADA 系统将采集到的全网实时数据（包括档位、电压、无功、功率因数等遥测数据，刀闸信息、断路器等遥信数据）通过接口程序传输给内存数据库，然后主控程序计算分析后（包括电压优化计算、无功优化计算和无功电压综合优化计算等），得出无功补偿设备投切指令、有载调压变压器分接开关调节指令和相关控制信息，然后经工作站传输给SCADA系统执行，达到全网无功电压优化的目的[2-3]。

1.2 地区电网无功电压优化系统的功能设计

1）全网无功优化。全网无功优化主要通过以下几种途径实现：①如果省网关口的功率因数不合格，系统通过对220kV 及下级变电站的无功补偿设备进行控制来改善功率因数；②如果系统各级变电站的电压都处在合理运行范围，系统通过对电网无功功率的流向进行调节来改善功率因数。

2）全网电压优化。当变电所电压处于不合理运行范围时，系统对电压、同电源等级变电站和上一级变电站的电压进行综合分析，根据分析结果来对上级变电站全部调压主变压器分接头开关档位或本地变电站全部调压主变压器分接头开关位置进行调整，从而实现良好的全网电压调节效果。

3）网损优化。当功率因数和电压都处在合理运行范围时，系统通过对电压、网损灵敏度分析和综合费用管理办法来对调控设备进行控制，从而对调控频度和调控优先级进行限制[4]。

4）无功电压综合优化。当变电站10kV 母线电压越下限时，系统如果通过投电容器而无法将电压调节至合理范围，此时将变压器分接开关档位进行提升；当变电站10kV 母线电压越上限时，系统如果通过下降主变分接开关档位而无法将电压调节至合理范围，此时投电容器。

5）其他功能。除了上述功能外，系统还需要具备如下功能：允许操作人员在线修改各种参数；同一变压器分头调控时刻间隙＞3min，同一电容器投切时刻间隙＞5min；对控制指令、控制方案和控制设备的动作情况进行自动记载，对控制设备动作前后的网损进行统计；能够觉察SCADA 数据中的错误量，并且对主要数据错误进行自动报警；对多个设备进行协调管理；当控制设备每日动作次数超过限定最大次数、控制指令超过设定时间而控制设备没有工作、变压器档位每次控制变化超过上一档时，要闭锁相关设备控制系统。

2 地区电网无功电压优化系统的安全策略

地区电网无功电压优化系统的安全策略包括无功电压优化控制系统、系统安全防护、设备封锁、调度SCADA 系统及无功电压优化运行管理的安全策略，具体说来：

1）无功电压优化控制系统的安全策略。双主变并联运行时，控制系统通过联调主变分接头来减少环流，降档时限对负荷轻的主变进行调节，升档时先对负荷重的主变进行调节；根据负荷的变化趋势，系统通过是否实施逆调压来减少设备的动作次数；设备每日允许动作次数和动作间隔可以由管理人员根据实际需求来设置，并实现设备动作次数按负荷和时段优化分配；通过遥信和遥测联判方式，系统对要遥信量的真伪进行辨别；在规定时间段内，同一电容器组只能投切一次。

2）系统安全防护。为了确保数据及运行安全，系统与外界要采用可靠的隔离措施，并位于安全 Ⅰ区。

3）设备封锁。地区电网运行中会出现各种突发事件，因此可能需要设定不同的封锁方式来对系统进行控制（见表1）。

4）调度SCADA 系统的安全策略。地区电网无功电压优化系统的数据是调度SCADA 系统通过接口传来的，由于系统实际运行中会有多条指令同时执行，因此需要对调度SCADA 系统的前置系统进行遥控、采集遥测和遥信数据。

5）无功电压优化运行管理的安全策略。系统所有的操作动作都要准确记录和保管，以便日后进行安全分析；调整厂、站、点号的时候，要确保调度SCADA 系统与无功电压优化系统的一致性，如果手动调整则要首先闭锁无功电压优化系统；为确保无功电压优化系统的可靠运行，企业要制定相应的运行管理规程并组织相关员工进行学习；无功电压优化系统应实施用户级别控制，确保不同用户只能进行权限范围内的相应操作。

表1 地区电网无功电压优化系统的设备封锁

3 系统投入运行后的效益分析

1）无功电压优化系统运行后极大地减少了设备的动作次数

在地区电网中投入无功电压优化系统后，原有的电容器开关、有载调压变压器分接开关等手动操作变为了自动操作，极大地减少了设备的动作次数，这不仅使检修人员从繁重的检修任务中解脱出来，而且延长了设备的使用寿命（表2为某地区电网投入无功电压优化系统后，7 座变电站设备动作次数的具体情况，从结果可知，系统运行后原有的电容器、有载调压变压器等的动作次数减少了35%以上，这使得其受到了调度人员的极大欢迎）。

表2 某地区电网无功电压优化系统运行前后的 设备动作次数

2）无功电压优化系统运行后极大地提高了地区平均功率因数

在地区电网中投入无功电压优化系统后，极大地改善了以往由调度人员凭借经验操作所造成的滞后性和局限性，使得无功功率的控制更加准确和及时，从而提高了设备出力和地区平均功率因数（表3为某地区电网投入无功电压优化系统后，7 座变电站平均功率因数的具体情况，从结果可知，系统的运行使得平均功率因数得以提高）。

表3 某地区电网无功电压优化系统运行前后的 平均功率因数

3）无功电压优化系统运行后的其他作用。具体表面为：①在地区电网中投入无功电压优化系统后，使得闭环控制变电站10kV 母线的电压合格率同比提高了1.69 个百分点；②在地区电网中投入无功电压优化系统后，该地供电公司在2015年上半年的月平均网损为1.4%，同比下降0.3%，每年可为供电公司增加额外的经济收益百万以上；③在地区电网中投入无功电压优化系统后，能够对电容器开关动作次数、主变分接开关动作次数进行准确统计，为设备检修和设备更新提供数据支撑；④在地区电网中投入无功电压优化系统后，不会因指令发出错误而导致电网和主设备的安全受到影响。

4 结论

综上所述，地区电网无功电压优化系统的使用有助于减少设备的动作次数、提高地区平均功率因数和闭环控制变电站10kV 母线的电压合格率，为供电公司增加额外经济收益并为设备检修和设备更新提供数据支撑，因此非常值得在各地推广和应用。

[1] Wen Jy,Wu Qh,Chen Sj,et al.Optimal coordinated voltage control for power system voltage stability[J].IEEE Trans On PowerSystems,2004,19(2): 1191- 1203.

[2] 颜伟,高峰,王芳,等.考虑区域负荷无功裕度的无功电压优化分区方法[J].电力系统自动化,2015,39(2): 61-66.

[3] 于汀,王伟.湖南电网电压协调控制方案[J].电网技术,2011,35(4): 82-86.

[4] 李钦,温柏坚.广东电网电厂AVC 子站建设研究[J].电力系统保护与控制,2008,21(21): 38-42.