基于调度自动化四遥功能的无功电压优化运行集中控制系统

基于调度自动化四遥功能的无功电压优化运行集中控制系统

目前，对无无压电压的控制存在两个问题：（1）由于大规模的实时控制和多进程中的监测，操作人员难以实现高精度控制和多进程的现时控制。（2）vqc（病变电流综合控制）的控制只能实现“最合适的地方”，而无法实现“最佳网络”。投资高、运营维护成本高。近年来,随着变电站一二次设备的更新改造,调度自动化“四遥”功能已日益完善。泰州供电公司利用调度自动化“四遥”功能,开发了“泰州城区电网无功电压优化运行集中控制系统”,它可以实现全电网无功电压优化运行实时闭环控制。1地区电网的无线电压优化1.1电网设备动作次数及运行要求无功电压优化的“4个原则”:(1)实现全电网最大范围的电压合格(优先条件);(2)实现全电网电能损耗尽可能小;(3)实现全电网设备动作次数尽可能少;(4)所有的操作符合安规、运规、调规。这4个原则是一组相互矛盾的目标和条件。针对实际电网的无功电压优化运行控制不是简单的理论计算问题,而是要充分考虑电网实际,坚持理论结合实际,在理论上寻求最优解不切实际的情况下,寻求实际电网运行能接受的次优解。或者说,针对实际电网的无功电压优化就是寻求一个“平衡点”,使得4个相互矛盾的问题能得到妥善的解决。1.2无效电压优化1.2.1目标函数(1)网络的最小能量损失ΔP=min∑i=1nf1(Ui,Ki,Qi)ΔΡ=min∑i=1nf1(Ui,Κi,Qi)其中Ui=f2(K1…Ki,Q1…Qi)(2)变压器母线电压计算N=min∑i=1n[f3(Ki−KT)+f4(Qi−Qc)]Ν=min∑i=1n[f3(Κi-ΚΤ)+f4(Qi-Qc)]式中Ui——变电站母线电压;Ki——变电站主变分接开关应处档位数;Qi——变电站应投无功补偿容量;KT——主变当前分接开关档位数;Qc——变电站所配电容器容量;n——变电站个数。1.2.2合同规定母线电压不越限,有载调压开关每天动作次数不越限,电容器每天投切次数不越限,供电电源关口功率因数合格。1.3基于潮流计算的专家系统库对目标函数的快速求解是实现全电网实时闭环控制的前提。对目标函数的直接求解相当复杂,费时费力,无法实现实时控制。必须充分利用地区电网是开式电网的运行特性和无功电压控制“专家系统”,对无功电压优化控制数学模型进行简化和分解,再利用潮流计算和专家系统等方法进行求解。专家系统库除了积累大批专家提供的知识与经验外,还必须根据实际电网利用电力系统潮流计算方法进行灵敏度校验,并以此产生系统规则库。例如某变电站10kV电容器的投入,理论上讲对全电网所有节点电压均有影响,实际上根据灵敏度校验可知,主要对本变电站各母线电压有影响,对其他变电站影响几乎可以忽略。1.4电容器投切与主变分接开关动态补偿方法无功电压优化系统首先从调度SCADA采集全电网实时运行数据,然后以全电网电能损耗最小为目标函数,利用潮流计算、专家系统、数值分析等方法,求解主变分接开关最佳档位数、电容器最佳投入容量和电网最优运行电压等。再利用已求最优解,求得电容器投切次数和主变分接开关调节次数。限定全电网电能损耗最小数值范围,在最小数值范围内,多次求得次优解,再计算出电容器与主变分接开关动作次数。当动作次数最少时对应的解即为最优解。然后发出控制指令,执行电容器投切与主变分接开关调节操作。计算流程如图1。1.5无功补偿设备控制指令无功电压优化服务器通过采集多个调度SCADA系统全电网各节点运行电压、无功功率、有功功率等实时运行数据以及各工作站“设置参数”,进行无功优化计算、电压优化计算、无功电压综合优化计算后,形成有载调压变压器分接开关调节指令、无功补偿设备投切指令及相关控制信息,然后将控制信息发送至各集控中心Top3000工作站,各工作站再将控制指令交SCADA系统执行。此后循环往复。同时各管理部门专职、生产单位可以通过WEB服务器查询各设备的运行状态、动作次数等信息。2地区电网的有效电压优化2.1电容器组投入量增加当地区电网内各级变电所电压处在合格范围内时,控制本级电网内无功功率流向合理,达到无功功率分层就地平衡,提高受电功率因数。同电压等级不同变电所电容器组根据计算决策谁优先投入。同变电所不同容量电容器组根据计算决策谁优先投入。2.2逆调主变电压当无功功率流向合理,变电站母线电压超上限或超下限运行时,分析同电源、同电压等级变电所和上级变电所电压情况,决定是调节本变电所有载主变分接开关还是调节上级电源变电所有载主变分接开关档位。电压合格范围内,实施逆调压。实现减少主变并联运行台数以降低低谷期间母线电压。实施有载调压变压器分接开关调节次数优化分配。实现热备用有载调压变压器分接开关档位联调。2.3电容器投入量过当变电所10kV母线电压超上限时,先降低主变分接开关档位,如达不到要求,再切除电容器。当变电所10kV母线电压超下限时,先投入电容器,达不到要求时,再提高主变分接开关档位,尽可能保证电容器投入量达到最合理。实现预算10kV母线电压,防止无功补偿设备投切振荡。实现双主变经济运行,支持投入10kV电抗器,增加无功负荷,达到降低电压的目的。2.4电容器容量配置根据电网实际负荷,计算各变电站电容器单组或多组容量最优配置值,为改造或新增电容器数量和容量提供理论依据。实现电网电能损耗在线计算,并实时报告,为电网实现经济调度提供理论支持。2.5开关动作次数及电压曲线分析表设备动作记录表,此表记录了无功电压优化运行自动控制系统每一次动作的执行时间和执行原因。开关动作次数汇总表,此表记录了主变分接开关、无功补偿设备开关每年每月每日动作次数,为最大限度发挥设备潜力和设备检修提供依据。设备动作失败或不正常动作情况表,此表提供了设备“四遥”功能执行情况。电压曲线分析表。有功功率、无功功率、功率因数分析表。3无线电压安全3.1设备正常工作工况3.1.1预算10kV母线电压,防止电容器投切振荡;预算无功负荷随电压变化量,防止主变有载分接开关调节振荡。3.1.2双主变并联运行,先调节可能发生拒动的主变有载分接开关,以免发生另一台主变有载分接开关往返调节。3.1.3根据负荷变化趋势,决定是否实施逆调压,以减少设备动作次数。3.1.4设备每日容许动作次数及动作间隔可进行人工设置。并在此基础上实现设备动作次数按时段和负荷优化分配。3.1.5电容器、主变及有载调压开关异常变位系统进行自动闭锁,且必须人工解锁。电网、设备运行数据异常自动闭锁。10kV发生单相接地电容器自动闭锁。系统数据不刷新自动闭锁。3.1.6采用“遥测”与“遥信”联判方式,确信“遥信”量的真伪,避免误动作。3.2多线程技术在网络数据安全中的应用3.2.1使用“内存数据库技术”,极大提高了数据存取速度,为无功优化的快速计算提供了可能。同时,由于大量数据只与内存交互而不存取硬盘,防止了硬盘的早损。3.2.2使用“多线程技术”,实现无功优化系统并发事件的执行,达到实时控制的效果。3.2.3动态使用好定时器的个数,防止计算机系统运行性能的下降。3.2.4根据传输数据的类型和要求的不同,采用不同的传输协议。对于量大的重要数据传送采用TCP/IP协议,对于量少的需要广播的数据传输采用UDP协议,这样提高了网络数据的传输效率和安全性。3.2.5采用数据传输“回校”功能,即网络传输数据接受方向必须再向传输方进行一次数据返送校验,以核实数据传输的正确性。3.3前置系统功能开放与改进3.3.1深入掌握调度SCADA系统内部数据传输与安全控制机制,做好无功优化系统“接口软件”。3.3.2为实现多条控制指令的并发执行,确保系统控制的实时性,调度SCADA系统的前置系统必须进行相关功能开放与改进。3.3.3大量减少与调度SCADA系统的数据传输,如果遥信、遥测值不变,则不进行传输,以减少系统资源的占用。3.4现场设备的安全策略变压器有载调压开关、电容器投切开关,要进行更新改造,确保可靠动作。二次设备采集量要完整、准确,且可靠传输。3.5站、点号的调整3.5.1制定“地区电网无功电压优化运行集中控制系统”运行管理规程,并进行操作培训。3.5.2厂、站、点号的调整必须严格保证无功优化系统与调度SCADA系统的一致性。手动操作时,应先对无功优化系统进行闭锁。3.5.3实施用户级别控制,使不同的用户具有不同的权限。同时,用户对系统的修改,系统将自动保存用户名称、修改时间、修改内容等。3.5.4无功优化系统所做的操作记录,必须妥善保管,以备安全分析。4典型实践的效果“泰州城区电网无功电压优化运行集中控制系统”已安全运行3年多时间。实践表明该控制系统设计先进合理,运行稳定可靠,产生了巨大的经济效益和社会效益,归纳起来有以下几个方面:4.1减少了有载调压变压器分接开关动作次数近50%,提高了设备使用寿命,减轻了检修劳动强度。4.2提高了地区受电功率因数,增加了输电设备出力。220kV泰州变电所主变220kV侧峰期功率因数由以前的0.89提高到0.98,释放了线路和变压器输送容量7.3%左右。4.3减少电能损耗,取得了明显的降损节能效益。2000年泰州城区电网网损率同比降低0.38个百分点,节电301万kW·h。4.4提高了电压质量。2000年泰州城区电网10kV母线电压合格率同比提高了1.09个百分点,用户B、C、D类电压合格率同比提高了0.67个百分点。4.5减轻了集控中心值班人员劳动强度,避免了人为误差,真正实现了全网无功电压实时控制,完善并提高了无人值班变电所自动化水平。4.6本系统由纯计算机软件构成,免