基于无功监控精益化系统的浅析与实践

金海东　王琛　吴斌

【摘 要】众所周知，电压崩溃事故会造成重大的经济损失，因此，各大电力公司都非常重视建立优化监控系统来解决电压无功监控的问题。本文分析了我国当前电网监控的现状，阐明了无功监控精益化系统的特点，最后提出了基于无功监控精益化系统的实现。

【关键词】无功监控；电网；安全

以往不少电力公司通过EMS系统或者SCADA系统来监控电网电压。众所周知，电压崩溃事故会造成重大的经济损失，因此，各大电力公司都非常重视建立精益化的监控系统来解决电压无功监控的问题。无功监控精益化系统的实现，可以使我们在正常条件下改善全系统的电压分布，从整个电网角度出发来进行控制，以维持电压和电流在允许的范围之内，避免系统崩溃。

1.当前我国电网监控的现状分析

1.1没有真正实现自动控制

目前，我国大部分地区的电网电压监测方式仍以人监视盘面控制方式为主，只是简单地将现场人工控制方式改为远程监控方式。这种监控方式产生的实时矛盾会让自动化系统产生瓶颈效应。这种方式仅利用自动化系统的传输媒介，在发现电压越限后再实施调节。处理过程中的人工确认会影响调节的客观性和及时性。

1.2无法实现全网优化控制

目前，大多数电力企业的无功控制方式基于变电站站内就地补偿，从整个电网运行的角度出发，在用电高峰时我们无法从全网范围对电压进行合理调节，这可能会导致在调节过程中出现振荡现象，增加变电站设备的调节次数，而又无法达到合格范围或。我们需要从电源点合理补偿无功，原因之一就是各负荷点无功配置不平衡，以及负荷变电站无功补偿设备利用不充分，网损较高。

1.3无法实施最佳控制方案

在我们决定采用何种控制方案进行调节之前，我们要及时判断电网电压的运行状态。优化控制的前题是在自动化系统中定义具体的控制规则表并实现自动生成。远程集中控制的方式仅能调节自动化系统监控点的实时运行参数，不能实时分析电压运行状态，以便监控人员判断那种调节方式最为合理。因此，我们的调节设备不能得到合理、充分的利用，影响其使用寿命。

2.无功监控精益化系统的特点

2.1确保安全的多种控制模式

一些站内电压自动控制装置的自动控制模块运行在无人值班时，出现故障时不能及时退出自动控制，这给电网的安全运行留下了隐患。安全核心是在出现故障时及时中止相应自动控制功能，安全是对无人值班站实施无功自动控制的前提。无功监控的目是尽可能使无功补偿设备发挥最大作用当设备出现故障时，可在调度端自动退出闭环控制，确保运行设备安全。现在，这种缺陷判断设置能够利用状态估计发现设备故障，力求达到提高力率、降低损耗的目标，使电网电压调节科学化。

2.2统一的电压管理

无功自动控制软件需以统一模式处理，为确保电压合格率，我们应该根据峰、谷、平三个时段制定适应不同季节的系统负荷变化的监测方案。数据库使各监控点在不同时段可以使用统一的分区控制原则来处理测值。各变电站母线电压曲线数据文件经数据转化程序自动转化后，存在相应的电压限值数据库中，其统计数据的真实性、可靠性得到了很大的提高。独立装置能够满足电网运行的需求，但调节方式比较简单，难以适应具有复杂主接线方式变电站。无功自动控制软件应能实时判断这种电网运行的变化，并合理使用电容器循环投、切操作、变压器等调节设备，这样即可对厂站进行合理的状态组合编号。在保证电容器可用率情况下，避免单个电容器的频繁操作。

3.基于无功监控精益化系统的实现

为了满足用户电压的需求，供电部门常常会采取一些补偿措施。电网运行中，电容器无功补偿装置的应用一直按各变电站就地调节方式实施。无功监控精益化系统可以实现电网电压无人监控，一改以往人工控制方式为自动化的集中控制方式。系统通过自动化设备来控制电容器投切和电网中的有载变压器分接头调节，同时为运行人员提供方面监控的人机界面，它具有传统监控方式无法比拟的优越性。为了以使整个电网更加安全、可靠、经济的运行，我们要改进无功控制模式，实施面向全网的无功自动控制。

3.1分离原理和分层分散系统结构

运行人员通常是先监控系统的电压分布，然后再发出无功控制命令。电力系统电压无功监控系统有集中控制和分层分散控制两种类型。集中控制模式需要每个控制器掌握全系统的动态信息。这样要求控制人员对全系统运行机制有透彻的了解，投资大、能过于集中，因此不建议采用这种控制方式。

电力系统本身就分为网调中心、地调中心、发电厂、变电站等层次，因此分层控制比较适合于电力系统的物理特点。分层控制系统主要控制对象是发电机电压调节、有载调压变压器抽头、电容器投切等等。分层控制系统也有两层、三层甚至四层结构，我们采用得较多的是两层结构，这种结构基于分离原理。第一级控制根据当地信息对动态变化作出响应，第二级控制根据全系统信息来设定所希望的静态整定点。第一级控制是自动的，反应迅速，第二级控制处理则比较慢。

3.2实时无功优化算法

利用经验数据进行离线计算的无功算法，无法保证电网和经济运行，只能为电网无功设备的规划提供参考。已有的电压无功控制装置大多依靠电压无功九区图，它以固定不变的方式对电容器组和有载调压变压器进行调节。这种控制策略没有考虑实际的运行负荷变化和各变电站参数的差异，就难以达到预期的效果。我们知道电压的高低和功率因数的大小都是模糊量，因此，开发的智能电压无功自动控制装置采用了先进的由输入量模糊化、模糊算法器、模糊判决和去模糊四部分组成的模糊逻辑控制算法。在能提供电网实时运行数据的情况下，为了达到网损最小的目的，我们可以采用实时无功优化算法。无功监控精益化系统采用一种不求灵敏度矩阵的无功优化LP算法，它是一个典型的带上、下界变量的线性规划算法。

3.3超前在线电压安全监视

系统调度员重要的职责是了解最大负荷所余下的运行极限。电压崩溃事故虽然少有发生，若一旦出现就会导致严重的后果，因此在线安全监视很重要。足够的电压无功控制能力可以在任何负荷情况下保持电压恒定。我们通过在线监测，及早发现问题，并提出预防和事故后补救控制对策。紧急情况下调度员采取的补救措施有：尽可能投入无功补偿设备、闭锁有载调压分接头、在迫不得已时制订切负荷方案等等。

总之，电网无功监控问题必将得到越来越多的重视，建立功能完善的无功监控精益化系统不仅能保证电网安全、正常的运行，还能提高电能质量以促进电网的经济运行。因此，无功监控精益化系统的实现无疑将会产生巨大的社会效益和经济效益。

【参考文献】

[1]谢崇宇，刘翔宇.基于瞬时无功功率理论的动态无功补偿控制装置.电测与仪表，2010，（S2）.

[2]全茜，郑雪峰.基于GPRS 的电力线路监控系统.计算机工程与设计，2005，（11）.