全电网无功优化技术报告

邱清华

[摘 要]电压的稳定可以确保各种电气设备的正常运行并延长其使用寿命，控制电网合理的无功潮流可以降低网损，从而达到电网经济运行的目的，因此在电力系统中实现全电网电压无功优化控制具有广泛和重要的经济效益和社会效益。

[关键词]全电网 无功优化 技术

中图分类号：TM715 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）25-0313-01

全电网无功优化计算的实时无功最优控制集安全性和经济性于一体，可以保证全网电压质量和满足安全性约束的经济性的闭环控制，被认为是电力系统调度发展的最高阶段。

一、全网无功优化的背景

在国内市级电网实现无功控制的实例较少，国内常见电网电压无功控制属于变电站级电压无功分散控制，这种分散控制方式是以变电站为中心，通过调节有载调压变压器的分接头位置或其它电压调节器，控制无功补偿设备如并联电容器组或电抗器的工作状态，维持受控母线电压和注入电网的无功功率在规定的范围内。自20世纪70年代以来，国内外对此有大量研究。国内已有不少变电站级电压无功自动调节装置开发成功，并在35～220 kV变电站得到了广泛的应用。

二、全网无功优化系统总体思路

本方案的基本思路是：配备一台计算机（后台服务器）建立主站系统，根据未来一天各母线有功和无功负荷曲线（由短期负荷预测获得）及开关状态信息，以控制整个电网节点电压在允许范围内和有功损耗最小为优化目标，进行地区电网离散无功优化计算，并以此为基础计算出各VQC的控制范围（限值）。利用技术上已成熟的VQC装置，研究可支持全网优化控制和本地控制模式的VQC控制策略，即建立变电站电压无功实时控制子系统，负责监控变压器和电容器状态、采集电网运行参数及根据主站系统提供的电压无功限值（或自定义的电压无功限值）实施电压无功控制，并可实现在全网优化状态下和本地状态下电压无功控制模式的切换。建立通信子系统（也可以利用现有调度自动化系统的通信通道），以实现主站系统后台程序与子站系统VQC控制程序之间的数据通信。该系统可应用于整个地区电网的电压无功控制，也可用于地区电网的某一个区域的电压无功控制。

主站系统根据电网近期内的历史负荷水平，预测短期内的电网负荷，以保证电网内各节点电压在允许范围内；以实现全网有功损耗最小为系统优化目标，计算各节点电压、无功分布并转换为实际控制定值。主站在实际运行中包括优化计算模块、电网数据处理模块、实时拓扑模块和控制定值计算模块；通信子系统用来保证和实现数据的传输；系统中的子站系统或10KV线路补偿系统实现末级控制，以传统九区域控制原理为算法核心并加以扩展，实时监测电网数据，执行主站系统的控制定值，是整个系统安全运行的关键。

三、系统结构

该系统由主站系统、变电站电压无功实时控制子站系统（VQC）和通信子系统三个子系统构成。系统结构原理图见图1：

通信子系统实现主站系统与子站系统VQC控制系统或10kV线路补偿系统程序之间的数据通信，主站系统通过通信子系统与各变电站的电压无功实时控制子系统联系，进行数据传递和控制。

主站系统通过由子站系统采集并按一定时间间隔上送的110 kV及35 kV变电站低压侧（10 kV侧）有功和无功负荷的实时数据及开关状态信息，进行全电网离散无功优化计算，然后根据优化计算结果，形成每个变电站的无功功率上下限（指变压器高压侧从系统吸收的无功功率）及低压侧电压上下限的控制策略表，并通过通信子系统传到变电站电压无功实时控制子系统或10kV线路补偿系统。

系统中的子站系统以传统九区域控制原理为算法核心，实时监测电网数据，执行主站系统的控制定值，是整个系统安全运行的关键。子站系统存放在各变电站，各子站系统装置负责监控变压器和电容器状态，采集电网运行参数，并根据主站系统提供的电压无功限值按九区分割图实施具体控制策略。子站系统在原有变电站VQC的基础上进行了改进，支持按全网优化电压无功限值和本地电压无功限值两种模式控制，当通信中断或电网出现异常时，子站系统将自动切换控制状态，即从执行全网优化电压无功限值自动转换成执行本地预设的电压无功限值，保证电网安全运行。

四、系统功能

1、在线监测电网中的数据

主站软件系统自动监测并显示电网中各变电站的运行情况，包括：

*变压器的运行状态，各母线侧电压；分接头档位；流经变压器或线路的有功功率、无功功率、电流；变压器各测开关状态；母线开关状态。

*电容器开关状态：进线开关状态以及有功、无功、电流

*影响电容器投切与变压器分接头升降的相关保护信号。

2、母线电压越限建议或控制

当母线电压越限时，软件系统将会及时给出相应的解决方案：调解相关有载调压变压器分接头或投切相关电容器，根据系统的实际运行给出建议或控制命令。

3、无功潮流合理流向建议或控制

当全网无功潮流流向不合理时，系统将会给出相关电容投切、相关有载调压变压器分接头调节的建议或控制命令。

4、逆调压功能

主站软件系统可以根据当前的负荷水平，在保证母线电压合格、省网关口功率因数合格的前提下，自动实现高峰负荷电压偏上限，低谷负荷电压偏下限运行的逆调压功能。

5、运行方式设置

系统支持开环、闭环、退出运行方式。监控人员可以根据电网实际运行情况，对单个装置设置运行方式：对全网整体设置运行方式。

6、事故告警及自动闭锁

在电网中出现不正常状态时，主站软件系统发出警报声。例如：变压器出现滑车、电容器保护动作、相关设备故障、电容器开关、通讯线路及系统中出现的各种异常状态等故障报警信息（包括文字提示和语音告警），提醒监控人员注意和处理，并自动将相应设备退出控制，防止误动。

7、统计报表及数据曲线

系统可以很方便地制作出电压曲线、有功负荷曲线图、功率因数曲线图和变压器档位曲线图；对所有动作信息自动存档并可生成各种报表，以供值班人员查阅和分析。

8、功能设置

系统能够提供多种功能参数设置。

母线电压上下限设置、设备动作次数分时段设置、负荷分时段设置、电网关口功率因数分时段设置、逆调压功能选择等。

五、全网无功优化系统实施方案

为实现全网优化方案，结合电网实际情况，针对变电站和线路进行整改：

（1）对变电站建立电压无功综合自动控制系统：建立变电站电压无功实时自动控制子系统，负责监控变压器和电容器状态、采集电网运行参数及根据主站系统提供的电压无功限值（或自定义的电压无功限值）实现对变压器分接头及无功补偿电容器组进行综合自动控制，实现在全网优化状态下和本地状态下电压无功控制模式的切换。

（2）在无功缺额较大的10kV线路、功率因数较低的10kV线路加装无功补偿电容器，减少线路无功传输，减少线路损耗，提高电压质量。

六、效益分析

全网无功优化方案实施后，保证了全网电压质量和满足安全性约束的经济性的闭环控制，提高了年度综合电压合格率；电压的稳定可以确保各种电气设备的正常运行并延长其使用寿命，控制电网合理的无功潮流可以降低网损，从而达到电网经济运行的目的，降低网损。因此在电力系统中实现电压无功优化控制具有广泛和重要的经济效益和社会效益。