SCADAbased VQC Program Design for District Power Network
任 冬，邊少輝，王占輝，孫海新
（滄州供電公司，河北滄州061001）
摘 要：電網的電壓控制和無功優化是提高電壓合格率，降低網損，提高系統穩定性的有效手段。基于SCADA的地區級電網VQC程序是在現有設備基礎上，通過編制軟件實現的一種無功優化和電壓控制方法。以一個地區級電網VQC程序設計為例，對區域電網VQC的控制原則進行了詳細探討，并對其實用化提出了一些處理方法。
關鍵詞：電網；電壓無功優化；集中控制
Abstract：Voltage control and reactive power optimization are effective means to increase rate of qualified voltage, reduce grid losses, and improve the system stability. The SCADAbased voltage qualification control (VQC) program for district network is a reactive power optimization and voltage control method based on existing equipment and realized through programmed software. Using a district network as an example, this paper discusses control strategy of district network VQC and proposes some applicable treatment methods.
Keywords：power network;voltage reactive power optimization; centralized control
0引言
近年來，負荷曲線峰谷差逐漸加大，電壓與無功的調節很頻繁，如果全部由值班人員進行，不僅大量增加值班人員的工作量，而且很難做到調節的及時性；對于無人值班變電站,人工調節顯得更為困難。
研究人員根據等網損微增率提出了許多電網的無功優化算法，但由于工程復雜，這一典型問題的解決始終未能盡如人意�，F在，大多數工作都是通過投切電容器和調節有載變壓器分接頭，達到使流經主變壓器的無功潮流盡可能小和二次側母線電壓盡量維持在期望電壓值附近的目的。近年來，單一變電站的電壓無功控制（VQC）技術逐漸成熟，已經大量地應用到實際電力系統中。這一裝置雖然解決了在一個變電站內的電壓無功優化控制，但由于其僅僅采集一個變電站的運行參數，不能實現對全網范圍內各變電站的電容器和有載調壓變壓器分接檔位進行綜合考慮協調控制，并且如果每個變電站都安裝VQC，必將大量增加投資。目前SCADA已經穩定運行多年，為全網VQC的開發提供了良好的基礎；而且EMS系統中的電網無功優化模塊部分功能還不完善，執行策略中還存在一些自相矛盾的問題。因此，有必要研發一套基于電力系統已有設備的無功電壓優化控制軟件。
1基于SCADA的地區級電網VQC
1.1實現條件
這是一個設想在地區級電網范圍內實現的全網VQC，它仍然依據著名的九區圖原理，只是更多地考慮電力系統無功電壓調節的內在關聯性和各變電站之間的相互影響。
全網VQC能在地區級電網實現是由地區級電網自身特點決定的。以滄州電網為例，首先沒有大的發電廠，不涉及發電機無功出力控制，這就使得調節手段簡單；其次，110 kV變電站以220 kV變電站為中心，形成相對獨立的供電小區，系統結構比較簡單；最后，調度SCADA、EMS系統已經穩定運行多年，變電站中綜合自動化站占有相當比例，具備了實現全網VQC的硬件條件。
1.2程序設計總體思路
本程序以全網網損盡量小、各節點電壓合格為目標，以集控中心（調度中心）為核心，以各變電站有載調壓變壓器分接檔位調節與電容器投切協調控制為手段。即利用調度SCADA采集到的變電站主變高中低三側有功、無功、電壓、電流、有載調壓主變分頭位置以及主變三側開關、母聯開關、電容器開關的遙信值，計算功率因數cosφ，判斷運行方式、主變壓器和電容器狀態，然后按照給定的電壓曲線和功率因數控制值對變壓器分頭、電容器組形成相關指令，通過遠動裝置自動調節，或者形成執行策略表，通過在主站端手動遙控，從而實現控制目標，并盡量減少調節次數。
1.3主程序流程
主程序流程圖見圖1。
a. 從“程序啟動”到“讀控制定值”主要實現量測數據監測、不良數據檢測、狀態監視、閉鎖告警、讀取控制定值、啟動核心分析模塊等功能。
b. “電容分析模塊”和“電壓分析模塊”以及“運行方式判斷模塊”是本程序的核心模塊，下文將仔細分析。
c. 執行策略表將把分析得到的電容器投退和主變分接頭調節結果列表給出，形成相關操作指令，但并不出口執行。
d. EMS潮流返校是利用能量管理系統的“調度員潮流”功能先進行模擬操作，結果正確后再出口執行。
1.4主要功能
a. 全網電壓和全網無功的在線監視、計算、調整，提高電力系統電壓合格率，盡最大可能滿足無功就地平衡。
b. 集中自動控制。無需值班人員干預，滿足無人值守站的要求，實現“四遙”功能。
c. 操作管理。程序每一次操作命令發出后，都有控制操作的記錄，保存分析。
d. 每個變電站根據不同季節不同時段有不同的電壓曲線和功率因數控制值。
e. 系統采用了開放分布式結構,易于擴充和升級。
f. 系統軟件具有在線線損計算功能，能夠保存調整前后潮流斷面和線損計算結果，進行電力系統分析。
g. 用戶可以選擇控制模式：模擬控制模式或實際控制模式，人工干涉模式或自動控制模式�？梢赃x擇控制區域：全地區或個別供電小區。
h. 完善的運行方式判別功能。
i. 完善的閉鎖功能。
j. 系統具有良好的可維護性：友好細致的輸入輸出界面參數輸入維護界面，以及各種結果的輸出報表。
2核心程序模塊及其控制原則
2.1運行方式判別模塊
其程序流程圖如圖2所示。
本模塊對運行方式判別能力的高低對VQC的實用化至關重要。其根據變電站內主變高中低壓三側受總開關、高中低壓母線母聯開關的狀態判斷主變的運行方式。正常運行方式包括：高壓側并列、分裂運行，中壓側并列、分裂運行，低壓側并列、分裂運行；考慮了某一段母線退出運行或通過母聯由另一主變供電的特殊方式。主變分裂運行方式，應判別各段母線分別由哪一臺主變供電。以上的判斷結果都置相應記錄，以備“電壓分析模塊”和“電容分析模塊”調用。本模塊主要應用于地區級典型變電站接線方式。
2.2電壓分析模塊
本模塊采用“逆調壓”原則。在電壓合格范圍內，高峰負荷時電壓偏上限運行，低谷負荷時電壓偏下限運行。如果電網無功潮流合理，當某變電站低壓側母線電壓偏離合格范圍時，分析同電源同電壓等級變電站和上級變電站電壓情況，自行決定是調節本站主變分接頭還是調節上級電源變電站主變分接頭。考慮了220 kV站110 kV母線電壓調整對該供電區各110 kV站母線電壓的影響。電容器組投切后對電壓的變化量ΔU用以下經驗公式計算：
ΔU=Q/Sd×U
式中ΔU——電壓變化量；
Q——投入電容量；
Sd——母線短路容量；
U——運行電壓近似計算。
主變并列運行時分接頭的調節要聯調，并考慮變壓器有載調壓步長不一致時的相互配合問題。從參數采集上避免振蕩調節和越限調節，并保證動作次數最少。分析計算時，考慮主變分接頭是否為有載。當功率因數合格、電壓不合格時，如果投入電容器能達到要求，優先考慮投電容器，考慮沖擊負荷對變電站母線電壓的影響，考慮因閉鎖操作或操作失敗導致計算結果與執行結果不一致的情況。110 kV變電站調整電壓時兼顧中壓側和低壓側電壓情況，如2組電壓調整發生矛盾時，則首先保證低壓側的電壓合格率。220 kV變電站調整電壓時兼顧中壓側和低壓側電壓情況，如2組電壓調整發生矛盾時，則首先保證中壓側的電壓合格率�？蓪⑷我庖慌_變壓器的調壓控制設置為自動控制方式或手動控制方式。主變分接頭每天調節次數不大于規定次數。如果主變分接頭調到死點，電壓仍不合格，則考慮投入或切除電容器組，即遵循電壓優先的原則。
2.3電容分析模塊
如果電壓在合格范圍內，本模塊先考慮本變電站內無功潮流是否合理，再考慮同級電網內無功潮流是否合理，在不向上一級電網倒送無功的前提下，允許同級電網內變電站之間部分無功倒送。無功分析首先從110 kV站開始，分析220 kV站時考慮本供電區內110 kV站的電容器投切情況。當電容器組串以不等百分電抗值的電抗器時，系統可以根據大小電抗器搭配的需要，自動確定投切順序，并在此基礎上實行循環投切。當任意一組或幾組電容器退出自動控制方式時，本模塊仍能按照大小電抗器搭配的需要，自動確定新的投切順序，并在此基礎上實行循環投切。當運行中某組電容器故障跳閘時，本模塊將根據大小電抗器搭配的需要，自動確定是否需要切除其他電容器。除有投切順序的電容器組外，其余電容器組本著輪換投切，先投先切，后投后切的原則投切，投切的時間間隔不小于規定時間，每天投切次數不超過規定次數�？蓪⑷我庖唤M電容器的投切控制設置為自動控制方式或手動控制方式。對于主變中、低壓側都有電容器組的情況，要考慮無功功率的分配情況，使中、低壓側無功功率達到最優分配。220 kV站盡量使110 kV母線無功平衡分配。并列運行母線可以按同一條母線進行電容器組的投切。為求準確性，將要投切電容器的實際無功量不用電容器標稱電容量，而由下式計算：實際無功量=（電容器所在母線實際電壓/電容器標稱電壓）2×電容器額定容量。
3系統實用化處理
本系統不是進行全網潮流計算，而是試圖建立符合全網網損盡量小，電壓合格率盡量高的優化及控制判斷規則。為保證操作指令在相應的元件中可靠地執行，本系統十分注意處理好與原來的調度自動化系統的數據、指令接口問題。
3.1系統設置的參數
本系統的控制參數整定和上下限值整定十分方便靈活，具體參數設置項目有：變電站表（序號、變電站名、所屬區域、上行通道狀態、下行通道狀態），母線表（電壓范圍、短路容量、[WTBX]K[WTBZ]值表、調整前后電壓實際值和計算值、電壓歷史曲線、接地告警、時間），開關刀閘表（遙信情況、人工置位、時間），變壓器表（參數、量測、功率因數控制值和計算值、繞組損耗、時間），電容器表（參數、量測、時間），分接頭表，線路表（參數、量測、功率因數、損耗、時間），峰谷表，測量信息表，遙測計算表，遙信計算表等。
3.2自閉鎖功能
安全性如何是VQC能否用于實際的關鍵，本系統具有以下自閉鎖功能：
a. 中壓側或低壓側母線電壓低于額定電壓的75％或高于標稱電壓的120%時，閉鎖該站所有操作。
b. 中壓側或低壓側母線三相電壓不平衡，有接地故障時，不進行電容器的投切操作。
c. 變壓器的高壓側電流大于額定電流時，不進行主變調壓操作。
d. 變壓器故障跳閘時以及本體或調壓輕瓦斯動作時，閉鎖所有操作。
e. 變壓器有載調壓裝置出現連調故障時閉鎖調檔指令并報警。
f. 當變壓器并列運行，出現分頭不同步時，閉鎖調壓操作并報警。
g. 主變分接頭檔位動作次數達到當天限值或總次數達到限值時，閉鎖調壓操作。
h. 電容器動作次數達到當天限值，閉鎖電容器投切操作。
i. 電容器保護跳閘時，閉鎖跳閘電容器的投切操作。
j. 系統發出電容器投切或變壓器調壓指令后，被控設備未完成預期的操作，則閉鎖該設備的操作并報警。
k. 系統自檢異常時閉鎖所有操作并報警。
l. 在規定時間間隔內（可設），對同一控制對象發出相反的操作指令時閉鎖操作。
m. 控制對象處于停運或檢修狀態時閉鎖相應設備的操作。
n. 信息通道或者遠動裝置故障，閉鎖該站所有操作。
本系統還具有完善的系統數據采集(包括不良數據的監測)、圖形系統、報表工具等功能。
5結論
全網VQC軟件對無功電壓優化與控制實現了從離線處理到實時處理，從就地平衡到全網平衡，從單獨控制到集中控制，優化過程不依賴于無功潮流計算，控制過程無需增加任何硬件設備，使系統軟件具有實用性和可靠性。
