电力系统及其自动化技术在供电企业中的应用

2018-02-04戴玲利王明月

智能城市 2018年13期

戴玲利王明月

亳州市谯城阳光电力维修工程有限责任公司，安徽亳州 236800

在市场经济发展背景下，供电企业将自动化技术与电力系统相结合，使输电系统能够更加灵活、稳定地运转以满足当代电力资源供需状况，降低电损，辅助供电企业获取利益，减少用户的用电损失。

1 运用互联输电系统优化电力结构

从狭义视角来讲，供电企业电力系统是用于以安全、可靠、经济的方式来生产、传输和分配电力资源，一般情况下，发电和输电通常采用三相交流系统，而配电则可能使用的是单相或者两相系统。在信息时代，运用互联输电系统优化电力结构可以有效提升电力系统的自动化功能，辅助供电企业提高生产服务水平与经济效益，全面优化供电企业在电力系统及其自动化技术中的应用方案。在借助自动化技术组建互联输电系统的过程中，应注重发挥以下五大优势。

1.1 大容量输电

目前，影响在某特定位置成立供电企业的因素很多，主要因素包括燃料可用性、燃料价格、燃料运输成本、融资、冷却水、土地可用性以及输电系统消费水平。如果存在不利因素的制约，就很难在负荷中心附近成立供电企业和组建电力系统。对此，可以运用互联输电系统来解决，该系统的第一优势是能够将远方供电企业大量的电力资源远距离传输给负荷中心。此外，高压输电比低压输电的效率更高，因其具有更低的单位容量传输成本、功率损耗和电压降落。

1.2 经济运行和自动化电力交易

互联输电系统可以在所有市场动员（包括发电和需求）之间建立国家级电力网架，从而全面优化发电组合，提供最廉价的电力资源。此外，在电力市场环境下，互联输电系统能够辅助市场成员进行最有效的自动化交易，并为不同区域提供跨区发电优化组合平台。

1.3 供电安全性和可靠性

对于供电企业的发展和用户的用电需求来讲，安全性与可靠性是电力系统运转的关键问题。在电厂故障、输电停运或者天气原因而导致大范围的电力缺额，互联输电系统依然能够自动持续供电，充分保证系统的完整性和电能质量（由电压、波形和频率来确定）。相比单机供电，具有输电回路的供电可靠性更高，因此，互联输电系统能够在个别发电机故障的情况下提高供电的安全性与可靠性。

1.4 减少电厂容量裕度

在电力系统运行中，发电机容量不能小于最大负荷预测。如果一个电厂由于常规检修或者故障而停运，或者因极端天气而引发额外电力需求以及遇到输电线路检修时间，就要基于安全性考虑，需要额外的容量来满足由此产生的电力缺额。互联输电系统就能够用某区域的剩余发电量来弥补系统中其他地方的容量缺额。因此，互联系统发电安全性所需的容量裕度要小于系统未曾互联时各区域的容量裕度之和。

1.5 降低频率响应和有功备用要求

电力企业有责任将电力系统频率保持在规定的限制范围内，因为频率偏差过大会导致大范围的甩负荷、发电机解列甚至电力系统崩溃。如果用电需求大于发电量，频率就会下降；反之，如果用电需求小于发电量，频率就会上升。互联输电系统的频率响应基本上应小于各单独系统的频率响应之和。

2 组建灵活交流输电系统

现时代的电网是由同步发电机、输电线路、变压器和负荷构成，输电线路可由串联阻抗和并联电容来等效表示。一般情况下，输电线路的串联阻抗和端电压的相角以及幅值决定了其最大传输功率，而电容则影响系统的电压分布。为了使交流电力系统正常运行，至少应满足三项基本要求：第一，同步发电机自动发出的功率与负荷消耗的功率应保持实时平衡；第二，同步发电机应该与电力系统同步运行；第三，系统的母线电压应维持在运行限值以内。

组建灵活交流输电系统（FACTS），提升供电企业经济效益，企业管理人员首先要引导全体施工技术人员在实践工作中遵循该系统的基本控制原理，即通过对交流输电系统（FACTS）的适当控制来改变电力系统的阻抗以控制系统潮流与电压。其次，组建灵活交流输电系统（FACTS）还可用于控制电压稳定性、动态稳定性、暂态稳定性和功角态稳定性。再次，根据灵活交流输电系统的基本控制原理，可以将该系统控制器分为两类。第一类包括静止无功补偿器（SVC）、晶闸管控制的串联电容器（TCSC）、晶闸管投切串联电容器（TSSC）和就不可关断晶闸管技术的移相器（PS）。这些基于晶闸管的灵活交流输电系统（FACTS）可以自动控制好电压、阻抗与相角。第二类是基于自换相电压源开关转换技术来实现同步交流电压源和电流源的自动化控制。除此之外，基于同步电压源的FACTS控制器有静止同步补偿器（STATCOM）、静止同步串联变换器（SSSC）、统一潮流控制器（UPFC）和线间潮流控制器（IPFC）。

另一方面，供电企业应借助新一代FACTS控制设备——可转换静止补偿器（CSC）来提升电力系统的自动化水平和功率传输能力，改善输电网装备。目前，可转换静止补偿器（CSC）的显著特性是其可转换性和可扩展性，所谓的“可转换性”是指可转换静止补偿器（CSC）能够让电力系统自动适应不断变化的运行要求与潮流模式；“可扩展性”则是指可转换静止补偿器（CSC）能够自动运行连接在同一直流母线上的多个电压变换器。而且，兼容的变换器会自动接到同一直流母线上，以此扩展可转换静止补偿器（CSC）的能力。

3 加强基于FACTS的电力系统控制

加强基于FACTS的电力系统控制是促进电力系统自动化高效运转的重要支撑，通常，大多数并联FACTS控制器（例如SVC和STATCOM）都可以提供电压和无功控制，而串联FACTS控制器则能够加强潮流控制。此外，FACTS控制器可以用来提高电力系统的功角稳定性，增强电力系统的电压稳定性。

从微观角度来看，SVC和STATCOM这两种控制器具有不同的控制性能。其中，SVC（由晶闸管组成的开关电容TSC和晶闸管控制电抗器TCR构成）和STATCOM具有非常相似的自动化实用补偿能力，但因为存在运行原理差异，所以STATCOM具有更强的整体性能和更好的应用灵活性。此外，由于STATCOM的系统在电压较低时能够维持全部的容性输出电流，因此，它比SVC更能改善电力系统的功角稳定性。而且，STATCOM的时间响应速度远远高于SVC，相反STATCOM与储能系统可通过其直流电线路连接，从而进一步增强电力系统的自动化补偿。

4 实现电压与无功的最优化

实现电压与无功的最优化是基于电力系统及其自动化技术控制的优化问题，在此过程中，首先要选择最优潮流（OPF），在满足电力系统特定运行约束的条件下安排运行方式，使目标函数达到最小。目前，大多数OPF程序具有实现多种目标函数的功能。能量管理系统中的OPF应用之一是通过安排和协调发电机、补偿装置及调压变压器的无功控制，以最大限度地减少有功功率传输损耗，而且，OPF的电压控制和无功管理通过减少无功潮流而改善电压分布。

其次，要注意的是，在电网系统中，调压变压器可用于电压控制，而变压器是被用来控制连接端母线的电压，它并不是无功装置。相比之下，调压变压器可以通过改变其分接头位置来改变电网的无功分布，使电力系统的有功损耗和无功损耗达到最低，从而有效改善电压分布。再次，需要立足于联合优化的目标，在满足电力负荷预测与需求的情况下，充分借助自动化技术，努力实现供电企业服务和电能供应总成本的最小化，全面改善电力系统的发电系统、输电系统和配电系统。

另一方面，做好安全回路控制，着重优化配网的两地控制电路，引入自动化技术配置，这样能够便于操控，实现多点控制。而且，自动化技术配备结构须简单，能够迅速而及时地发出控制信号以控制配网线路、继电器和启动器等。此外，配网安全回路开关应该能够自动完成起动、停止、调节等基本控制，这样能够做好整个电力系统的过载保护与短路保护工作，深化安全回路配置，确保高压线路的安全运转，构建完善的配网运行一体化管理体系，避免设备缺陷积压事件。