基于自动化网络的区域电压无功控制系统

无功电力是保证电力系统电能质量、电压质量、网络损耗以及安全运行所不可缺少的部分。因而电压无功的优化，尤其是区域电压无功优化受到了越来越多的重视。 城乡电网的改造成功，为实现整个区域电压无功控制系统创造了条件。在整个电网的改造当中，调度自动化系统日益普及，在大部分地区已经实现了计算机自动化网络系统的光纤千兆环网，在系统主站通过网络型RTU的数据采集能够监视控制电网调度范围所有变电所和一些主要调峰电厂的所有信息。区域电压无功控制系统就是在这样的网络系统平台上进行潮流计算和电压无功的优化，以保证电网安全经济运行。 1 区域电压无功控制系统的体系结构 电压无功在线控制系统目标是：在正常运行的情况下，电网的网损最小；在系统故障或异常的情况下，控制的代价最小；系统应有电压稳定性和预防性，以防止电网的电压崩溃。结合自动化网络的这一特点，电压无功控制系统可以采用二层控制结构设计，其中第一层是分布当地（执行）层；第二层是全局优化层，其中全局优化的结果送到第一层的电压设定整定值，然后在第一层中再确定哪些控制能使主节点达到整定要求。系统的结构设计思想是： （1）在正常和紧急运行情况下，分布执行层主要执行全局协调层的调控命令，但所有调控命令的真正执行须经各种核算和检查；全局协调层收集全局信息，按最优化方式给出各分布控制层的整定值，并得出修正和监视命令的完成情况和效果。 （2）在电网发生重大故障或系统故障时，全局协调层只是起到监视作用，而分布执行层及时响应并担负起小系统的自动控制电压和无功功能。 2 自动化网络型RTU系统 自动化计算机网络系统，是将整个电网调度范围内自动化系统（网络型RTU），通过光纤和交换机形成千兆环网与主站控制系统连接，构成一个自动化网络系统整体，采集大量的数据信息和电网运行的状态工况，实时上送到主站系统。整个网络系统如图1所示。 　 从整个自动化网络系统中可以看出，分布变电所中所有信息（有功、无功、电压、断路器、隔离开关、保护信息等）可以通过千兆网络实时送至主站系统进行电力系统网络拓扑和系统潮流分析计算，并且根据收到的保护信息来判断整个电网的安全运行情况，达到实时监视控制的目的。 3 区域电压无功控制系统的功能及特点 3.1 全局协调层 全局协调层主要是收集自动化网络系统转发的全网运行情况数据，根据收集的实时遥信进行网络拓扑分析，以实现区域VQC控制系统运行方式自适应。根据网络拓扑的分析结果，建立电力网络的母线模型，同时对收集的实时遥测数据进行状态估计分析以纠正错误的量测值，最终通过优化算法确定正常运行情况下全网网损最优和紧急情况下控制量最小，使系统电压恢复到正常的两种目标函数。然后将各个变电所的分接头调档数和电容器投切量发布到各个分布控制层，并随时通过潮流计算监视和修正执行的情况。整个执行流程形成闭环结构，如图2所示，算法的起动方式可以分为三类：按整定值时段起动、按事件起动、人为干预起动，其中事件起动包括： （1）遥信变位 用户指定的遥信变化为给定状态启动，如电网运行方式的变化等。 （2）遥测越限 用户指定的遥测变化超出了给定的限值范围时启动，如电网负荷的变化、电压越限、无功越限时启动计算。 （3）定点启动 在一天内指定若干时刻，到达该时刻启动计算。 在进行电网的网络拓扑状态估计、潮流计算、电压无功优化时，对建立等效的电力网运行方式是必不可少的，只有将电力系统转化为数学模型才能进行计算分析。因此在全局协调层建立和维护好电力系统数据模型是整套区域电压无功控制系统的前提条件。 3.2 分布控制层 分布控制系统实际上就是指分布变电所中网络型RTU系统中用以VQC控制的子模块系统，利用实时采集数据进行综合计算，得出电网系统运行的区域图，并根据全局协调层下发的整定值和控制调节命令通过RTU对主变、电容器、电抗器等设备进行控制。在系统正常情况下将严格执行全局协调层命令，但须在动作出口之前检查一系列条件，在控制系统解列或电网运行不太稳定时，VQC系统将按照当地自身的电压和功率因数设定值独立运行。 4 区域电压无功控制系统实现方法 区域电压无功控制系统是在自动化网络系统的基础上实现的，因此，在主站系统的集成当中要充分考虑到整套电压无功控制系统的运行要求，由于控制系统又要完成电网数据的潮流计算和状态估计计算，应该与实际的调度自动化系统（SCADA/EMS）保持一致，尤其是操作系统和数据库底层数据管理系统（DBMS），一般采用WINDOWS 2000 SERVER作为操作系统。数据库采用实时数据库和商用数据库的方式，以适应整套自动化系统的要求。商用数据库系统采用Microsoft SQL Server数据库系统，结合电网调度自动化系统其它一些软件，完成整个电网安全经济运行的功能。如图3所示，作为一套完整的系统，应提供与主站自动化系统的接口，通过这一接口完成实时数据的接收和处理计算，并将整个VQC控制系统的控制结果和一些调节指令通过自动化网络系统转发给变电所的每个电压无功控制系统子模块，实现系统和每个节点的电压无功的正常。在计算机网络的建设过程中，应充分利用现有的千兆交换网络，在一些较为偏远的变电所可以采用2 M和其他方式挂网，融入到整个自动化系统当中。 5 结论 本文主要探讨了基于自动化网络的区域电压无功控制系统，依据电网的电压无功控制设计要求采用两层闭环控制模式。在功能上互相协调，避免了集中式控制系统结构缺陷，有较大的发展和应用空间。从衢州电力局的几个分布变电所的实际运行情况来看，系统可靠性强，整个系统的投资性价比较高，并且在不同厂家的分布变电所自动化软件系统中具有兼容性强等特点。电网在使用了区域电压无功优化控制系统后，电网电压稳定，无功分布良好，功率因数高。充分说明区域电压无功优化系统优化全网电压/无功的作用明显，对衢州电力局电网实施区域电压无功优化控制和电能质量提高起到积极作用。 参考文献 [1]励刚, 尤海波, 陈陈. 面向对象技术在电力系统中的应用[J]. 微型计算机应用,1988. [2]任小娟,邓佑满,周立国,张学敏.高中压配电网的无功优化算法. 电力系统自动化,2002(7). [3]I.Hano,Y. Tamura,S. Narita,K.Matsumoto,Real Time Control of System Voltage and Reactive Power,IEEE Trans.On Power Apparatus & Systems.1969(PAS-88)10,1544-1559. 信息来源于：电力爱科网