摘 要：根據(jù)我國(guó)電網(wǎng)存在電壓失穩(wěn)的隱患，本文提出了一種基于經(jīng)濟(jì)壓差(△UJ)無功功率優(yōu)化潮流的電力系統(tǒng)無功功率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制方法，并提出了從此逐步過渡到全網(wǎng)無功功率優(yōu)化運(yùn)行的實(shí)施措施。作為預(yù)防電壓穩(wěn)定破壞事故的第一道防線，本文的方法具有重要的科學(xué)性、實(shí)用性、可操作性。

關(guān)鍵詞： 經(jīng)濟(jì)壓差;無功功率優(yōu)化;電壓;實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制

　　0　引 言

　　如果電力系統(tǒng)中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)(母線)的電壓實(shí)時(shí)值隨時(shí)都靠攏額定值運(yùn)行，即不超出規(guī)定的電壓上、下限運(yùn)行，節(jié)點(diǎn)的電壓穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)就有最大值，這是預(yù)防電力系統(tǒng)電壓穩(wěn)定破壞事故的根本措施[1]。要使電力系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的電壓穩(wěn)定儲(chǔ)備系數(shù)具有最大值，就必須隨時(shí)維持節(jié)點(diǎn)無功功率的動(dòng)態(tài)就地平衡，因此，要求每個(gè)發(fā)電廠、變電站，尤其是那些具有關(guān)鍵意義的節(jié)點(diǎn)必須裝有足夠的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償容量，這個(gè)容量應(yīng)該等于穩(wěn)態(tài)無功電壓調(diào)整需要的補(bǔ)償容量加上事故發(fā)生時(shí)應(yīng)對(duì)電壓支撐所需要的無功補(bǔ)償容量。中、外電網(wǎng)發(fā)展史上的電壓穩(wěn)定破壞事故都證明了這一點(diǎn)。

　　雖然我國(guó)電網(wǎng)的調(diào)度管理體制比國(guó)外優(yōu)越，給防止發(fā)生電壓穩(wěn)定破壞事故提供了先決的良好條件，但是我國(guó)電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償基礎(chǔ)卻比較差：

①長(zhǎng)距離、跨層次輸送無功[2]，無功就地平衡差;

②高、中、低壓電網(wǎng)中的動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償容量很少，又基本上沒有可控性，事故時(shí)無法及時(shí)投入運(yùn)行;

③電網(wǎng)末端即需求側(cè)的無功補(bǔ)償更差，用電功率因數(shù)很低，缺少動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償與受端電壓支撐，因此很難應(yīng)對(duì)電網(wǎng)高峰負(fù)荷、重點(diǎn)是夏季高峰負(fù)荷到來時(shí)的無功動(dòng)態(tài)平衡[3];

④ 缺少無功補(bǔ)償?shù)氖鹿蕚溆萌萘浚€路跳閘后不能有效的減小潮流轉(zhuǎn)移通道上的電壓損失，容易導(dǎo)致電力系統(tǒng)事故的擴(kuò)大[4]。

　　幾年前，清華大學(xué)做的“電力大系統(tǒng)仿真計(jì)算的若干問題探討”及“我國(guó)電網(wǎng)的安全穩(wěn)定隱患及其對(duì)策”研究中指出，我國(guó)電網(wǎng)面臨防止重點(diǎn)地區(qū)動(dòng)態(tài)電壓崩潰的形勢(shì)已很嚴(yán)峻，主要有：

①由于能源、環(huán)保及土地資源的制約，負(fù)荷中心的發(fā)電廠越來越少，區(qū)外輸電的比例越來越大;

②空調(diào)負(fù)荷越來越多;

③使用成組電容(抗)器補(bǔ)償?shù)亩啵褂脛?dòng)態(tài)補(bǔ)償裝置的少;

④對(duì)電壓變化靈敏度低的負(fù)荷越來越多，不利于電壓穩(wěn)定;

⑤不少調(diào)相機(jī)、有些SVC被從電網(wǎng)撤除。

京、滬、穗地區(qū)存在著電壓失穩(wěn)的隱患。

　　上述事實(shí)，要求人們反思傳統(tǒng)的無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)方法與無功電壓調(diào)整控制工作，電力系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)際需要無功功率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制[5]，目的是為了促進(jìn)無功補(bǔ)償設(shè)計(jì)與調(diào)整控制工作的改進(jìn)與創(chuàng)新，進(jìn)一步提升電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。

　　1　電力系統(tǒng)無功功率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制方法

　　1.1　電力系統(tǒng)無功功率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制方法

　　用SCADA采集來的U、P、Q等數(shù)據(jù)，用ΔUJ潮流算法，按照監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)要求的刷新速度，以給定電壓約束下的全網(wǎng)無功優(yōu)化潮流為目標(biāo)，求出發(fā)電廠、變電站應(yīng)該注入電網(wǎng)的實(shí)時(shí)無功優(yōu)化值(Qopt)，然后與無功實(shí)時(shí)值(Qret)進(jìn)行比較，以無功偏差值(±ΔQ)決策無功補(bǔ)償裝置的調(diào)整行為;按電壓實(shí)時(shí)值(Qret)與目標(biāo)值(Uref)的偏差(±ΔU)決策變壓器分接頭的調(diào)整行為;Uret、Pret與其臨界值Ucrit、Pcrit比較;根據(jù)現(xiàn)有無功補(bǔ)償裝置的運(yùn)行狀況，分析當(dāng)前運(yùn)行方式下無功電壓調(diào)整所需要無功補(bǔ)償裝置容量的余缺及本母線上所連接線路的N-1方式下事故電壓調(diào)整無功補(bǔ)償裝置容量的余缺。

　　1.2　目的

　　通過監(jiān)測(cè)分析，改進(jìn)無功補(bǔ)償運(yùn)行方式，在不花錢或少花錢的情況盡量提高安全優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)水平與供電經(jīng)濟(jì)效益;替代離線計(jì)算的無功功率補(bǔ)償規(guī)劃，準(zhǔn)確及時(shí);花最少的錢實(shí)施動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償，對(duì)全網(wǎng)無功功率進(jìn)行集約式調(diào)整控制;進(jìn)一步提升電力系統(tǒng)安全優(yōu)質(zhì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。

　　1.3　ΔUJ的定義與計(jì)算方法

　　1.3.1　定義

　　維持輸電線路無功功率潮流的分點(diǎn)恰恰位于線路中點(diǎn)的線路首、末兩端的電壓之差，稱為經(jīng)濟(jì)壓差[6]。

　　1.3.2　算法

　　ΔUJ無功功率潮流算法，全稱為“電力系統(tǒng)無功功率自動(dòng)控制方法”算法。

　　(1) 計(jì)算網(wǎng)絡(luò)與模型。簡(jiǎn)化計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，升、降變壓器不直接參與潮流計(jì)算;計(jì)算網(wǎng)絡(luò)按電壓分層計(jì)算。數(shù)學(xué)模型、目標(biāo)函數(shù)為電力系統(tǒng)無功功率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制方法

　　(2) 變量及約束。控制變量為Q1、Q2，無約束;狀態(tài)變量為電力系統(tǒng)無功功率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制方法;調(diào)整變量Qf(發(fā)電機(jī)無功連續(xù)調(diào)節(jié))、Q (L、C) (補(bǔ)償電容或電抗)、K1、K2(變壓器變比)等不直接參與OPF最優(yōu)無功功率控制計(jì)算，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)控策略中靠檔運(yùn)行。并假定Q (L、C) 、K為連續(xù)調(diào)節(jié)。

　　1.3.3　效益分析

　　線路在ΔUJ支持下，只有有功功率在電阻上的電壓降落[ΔUJ=(PR+QX)/U=PR/U]電壓質(zhì)量最好，接近直流線路運(yùn)行;線路傳輸無功造成的有功損耗最小，它為無功功率分點(diǎn)在首(或末)端母線上時(shí)有功功率損耗的1/4，而且也使線路兩端所接的主變壓器有功損失之和為最小或接近最小。

　　2　實(shí)施措施

　　(1) 電網(wǎng)按電壓分層、分區(qū)實(shí)施。為了減少無功功率的穿越流動(dòng)，無功功率應(yīng)該做到分層平衡。在接線方式確定之后，電網(wǎng)的無功潮流決定于連接在電網(wǎng)上每個(gè)節(jié)點(diǎn)注入電網(wǎng)的無功功率，為了保證無功潮流的完整性，應(yīng)該分區(qū)進(jìn)行完整實(shí)施。

　　(2) 集中(調(diào)度室)與分散(當(dāng)?shù)?實(shí)施。ΔUJ無功功率潮流算法分集中(調(diào)度室)算法與分散(當(dāng)?shù)?算法2種。

①集中實(shí)施。在電網(wǎng)調(diào)度中心實(shí)施。用SCADA采集的相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過狀態(tài)估計(jì)及ΔUJ無功潮流程序計(jì)算，得出優(yōu)化無功功率潮流及每個(gè)廠站注入電網(wǎng)的無功優(yōu)化值等。調(diào)度端和執(zhí)行端之間經(jīng)過長(zhǎng)距離的通道形成閉環(huán)控制，有全網(wǎng)的整體概念。需要數(shù)據(jù)多，數(shù)據(jù)傳輸要求嚴(yán)。

②分散實(shí)施。推薦方法，稱全網(wǎng)無功優(yōu)化分散協(xié)調(diào)控制方法。每個(gè)發(fā)電廠和變電站分別進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、計(jì)算、就地形成閉環(huán)控制，受通道影響小，計(jì)算精度高。這種實(shí)施方法是以全網(wǎng)整體優(yōu)化為基礎(chǔ)，通過預(yù)先確定分散的計(jì)算法則，把確定各個(gè)控制器控制模型作為約束條件來實(shí)現(xiàn)的。按照這種設(shè)計(jì)方法所設(shè)計(jì)出的子系統(tǒng)的控制規(guī)律可完成全電網(wǎng)的整體優(yōu)化性能指標(biāo)，在給定的電壓約束下達(dá)到全網(wǎng)無功潮流最優(yōu)。

　　(3) 優(yōu)點(diǎn)。這種實(shí)時(shí)的優(yōu)化無功功率補(bǔ)償容量的計(jì)算方法，完全適合于豐大、豐小、枯大、枯小及其中間的任何同步運(yùn)行方式下無功功率補(bǔ)償容量的需要，甚至對(duì)輸電線路掉閘后潮流轉(zhuǎn)移過程中補(bǔ)償容量的計(jì)算也可以滿足。既滿足穩(wěn)態(tài)方式下的無功電壓調(diào)整的需要，也適合事故中對(duì)電壓支撐的補(bǔ)償要求，防止事故擴(kuò)大。

(4) 實(shí)施無功優(yōu)化監(jiān)測(cè)與調(diào)控的方式。可以先實(shí)施監(jiān)測(cè)，再與變電(調(diào)度)自動(dòng)化裝置接口逐步走向控制，也可以直接進(jìn)入實(shí)施監(jiān)測(cè)與控制同步進(jìn)行。就調(diào)整的精度而言分2種：

①粗放式。用成組電容(抗)器調(diào)控。因?yàn)椴荒苓B續(xù)、平滑、動(dòng)態(tài)、準(zhǔn)確的調(diào)控?zé)o功功率，實(shí)時(shí)值與目標(biāo)值的差距大，安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)效果差，故稱粗放式。

②集約式。利用發(fā)電機(jī)微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器和SVC的連續(xù)、平滑、動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)特性精確調(diào)控?zé)o功功率，實(shí)時(shí)無功功率潮流優(yōu)化效果好、電壓質(zhì)量好、線損率低，故稱為節(jié)約式。

電力系統(tǒng)無功功率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制方法

　　復(fù)雜電網(wǎng)可分步實(shí)施集約式無功調(diào)控方式。必須有N-1個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)施無功功率控制才能達(dá)到全網(wǎng)無功優(yōu)化。為此，可以先行實(shí)施部分輸電網(wǎng)絡(luò)無功優(yōu)化潮流的精細(xì)調(diào)控。如川渝電網(wǎng)(其接線圖見圖2)，只要控制石板箐變電站注入電網(wǎng)的無功功率達(dá)到要求，就優(yōu)化了石板箐—二灘線路無功潮流;接著控制二灘發(fā)電廠注入電網(wǎng)的無功達(dá)到要求，即可控制二灘—普提變電站線路的無功潮流優(yōu)化運(yùn)行;控制普提變電站注入電網(wǎng)的無功達(dá)到要求，即可控制普提—洪溝線路的無功潮流優(yōu)化運(yùn)行;……以次類推。逐步向全網(wǎng)無功優(yōu)化運(yùn)行過渡發(fā)展。

電力系統(tǒng)無功功率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制方法

　　3　結(jié)束語

　　以電壓為目標(biāo)值的無功電壓調(diào)控模式早已不能適應(yīng)正在發(fā)展中的全國(guó)統(tǒng)一大電網(wǎng)的電壓需要，因?yàn)樵诖箅娋W(wǎng)中系統(tǒng)的短路阻抗很小，因此任何一個(gè)廠站的無功功率的調(diào)控都不可能較大幅度改變其母線電壓的有效值。推廣在電壓約束下，以注入電網(wǎng)無功優(yōu)化值為目標(biāo)的無功電壓調(diào)整模式是電網(wǎng)發(fā)展的客觀需要。全網(wǎng)的電壓調(diào)整問題，是接入電網(wǎng)中的每個(gè)發(fā)電廠、變電站共同的任務(wù)，每一個(gè)發(fā)電廠、變電站只能承擔(dān)應(yīng)該承擔(dān)的便注入電網(wǎng)的無功為優(yōu)化無功值的調(diào)整任務(wù)。

　　長(zhǎng)期以來，我國(guó)電網(wǎng)在無功就地補(bǔ)償設(shè)計(jì)、基建、運(yùn)行方面遺留下來的問題較多，存在著電壓失穩(wěn)的隱患。通過實(shí)施電力系統(tǒng)無功功率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制，可以使遺留下來的無功補(bǔ)償問題逐步得到解決，帶動(dòng)一系列技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的提高，加強(qiáng)電網(wǎng)的無功電壓支撐，促進(jìn)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的電力系統(tǒng)的建設(shè)。

　　4　參考文獻(xiàn)
 

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