邱陶歆 廣東電網公司 潮州供電局，廣東 潮州 521011
[摘 要]分析了目前廣東電網電壓無功控制存在的不足，介紹了分布式電壓無功全局優化控制系統的結構原理、技術難點。系統由主站系統、變電站電壓無功實時控制子系統(VQC)和通信子系統構成。各子站系統的電壓和無功控制范圍通過全網離散無功優化計算獲得，可實現對電網電壓無功全局優化和分布式實時控制。
[關鍵詞] 電壓無功控制；全局優化；分布式控制；主站系統；數據通信
電壓的穩定可以確保各種電氣設備的正常運行并延長其使用壽命，控制電網合理的無功潮流可以降低網損，從而達到電網經濟運行的目的，因此在電力系統中實現電壓無功優化控制具有廣泛和重要的經濟效益和社會效益。
基于電網全局無功優化計算的實時無功最優控制集安全性和經濟性于一體，可以保證全網電壓質量和滿足安全性約束的經濟性的閉環控制，被認為是電力系統調度發展的最高階段。目前，在國內市級電網實現這種無功控制的實例較少，國內常見電網電壓無功控制屬于變電站級電壓無功分散控制，這種分散控制方式是以變電站為中心，通過調節有載調壓變壓器的分接頭位置或其它電壓調節器，控制無功補償設備如并聯電容器組或電抗器的工作狀態，維持受控母線電壓和注入電網的無功功率在規定的范圍內。自20世紀70年代以來，國內外對此有大量研究。國內已有不少變電站級電壓無功自動調節裝置開發成功，并在35～220 kV變電站得到了廣泛的應用，如廣東電網公司在110 kV變電站普遍裝設了電壓無功實時控制子系統（VQC）系列電壓無功局部優化綜合控制裝置。這種變電站級電壓無功局部優化綜合控制技術已比較成熟，但仍有不足：
a)只能實現局部的優化，不能實現全系統的最優控制。并且僅能保證受控母線電壓合格，不能達到全網功率損耗最小的目的。
b)VQC裝置的調節控制是基于給定的電壓無功上下限值，電壓無功上下限值的確定要依賴維護人員的經驗，缺少一套有效的計算方法。如果上下限值給定不合理，無論調節措施多么完美，都不可能得到合理的控制。
c)閉鎖問題是指VQC裝置在檢測并判斷到在變電所或系統異常以及裝置本身出現異常的情況下，能及時停止自動調節，它也是VQC裝置能否投運的最大問題。如果VQC裝置沒有完善的閉鎖系統或閉鎖速度達不到運行要求時，就會對變電所的安全運行帶來嚴重威脅。VQC裝置的閉鎖功能必須達到以下幾個要求：①閉鎖條件必須全面：一般來說，VQC應考慮的主要閉鎖條件有：主變保護動作；電容器保護動作；PT斷線；系統電壓異常；主變并列運行時的錯檔；裝置故障；電容器開關或主變分接開關日動作次數達到最大值；目標對象拒動；主變滑檔；遠動信號指令或手動閉鎖等。②閉鎖限值設置必須合理。③閉鎖速度應足夠快。
d)VQC的人機界面對運行和管理人員十分重要。VQC的人機界面不友好或不完善，則可能造成使用不方便或不當。一般來說，VQC人機界面應滿足以下要求：
(1) 參數設置方便，對用戶開放的參數要足夠充分和全面。有關部門對變電所電壓無功的考核常常會有新的要求，有時甚至對峰谷時段的定義都會有變化。VQC參數若不能方便設置，則會使廠方和用戶都感到麻煩。
(2) 閉鎖條件應能在人機界面中反映出來：VQC是一項涉及面頗廣的
自動化裝置，變電所的許多異常和變化都會引起它的閉鎖。如果VQC的閉鎖情況和閉鎖原因不能在人機界面上反映出來，則會使用戶對它的閉鎖分析變得十分困難。
(3) VQC動作記錄應全面：詳細的VQC動作記錄有利于VQC的運行和故障分析。
為了解決上述幾方面問題，提高電網電壓無功控制水平，相關部門組織研制了分布式電壓無功全局優化控制系統。與傳統意義上的集中控制方式不同的是，本項目在實現變電站級電壓無功局部優化綜合控制的基礎上，探索全局電壓無功在線優化計算及分散協調控制的理論和方法，實現電網的電壓無功分散協調控制。
該系統具有很好的開放性和可擴展性，具有較大的推廣應用價值，可以考慮用于整個地區供電網絡的電壓無功控制。
1系統總體思路
本項目的基本思路是：建立主站系統，根據未來一天各母線有功和無功負荷曲線（由短期負荷預測獲得）及開關狀態
信息，以控制整個電網節點電壓在允許范圍內和有功損耗最小為優化目標，進行地區電網離散無功優化計算，并以此為基礎計算出各VQC的控制范圍（限值）。利用技術上已成熟的VQC裝置，研究可支持全網優化控制和本地控制模式的VQC控制策略，即建立變電站電壓無功實時控制子系統，負責監控變壓器和電容器狀態、采集電網運行參數及根據主站系統提供的電壓無功限值（或自定義的電壓無功限值）實施電壓無功控制，并可實現在全網優化狀態下和本地狀態下電壓無功控制模式的切換。建立通信子系統（也可以利用現有調度
自動化系統的通信通道），以實現主站系統后臺程序與子站系統VQC控制程序之間的數據通信。該系統可應用于整個地區電網的電壓無功控制，也可用于地區電網的某一個區域的電壓無功控制。
參考歐美國家的全網電壓無功三級控制方式，本控制系統在功能上包含二級和三級控制。主站系統屬于二級控制，根據電網近期內的歷史負荷水平，預測短期內的電網負荷，以保證電網內各節點電壓在允許范圍內；以實現全網有功損耗最小為系統優化目標，計算各節點電壓、無功分布并轉換為實際控制定值。主站在實際運行中包括優化計算模塊、電網數據處理模塊、實時拓撲模塊和控制定值計算模塊。系統中的子站系統實現三級控制，以傳統九區域控制原理為算法核心，實時監測電網數據，執行主站系統的控制定值，是整個系統安全運行的關鍵。
2主要理論研究
系統研制過程中主要的理論研究有以下兩方面：
a)全電網離散無功優化計算方法
通過對離散變量構造函數并將其直接嵌入到非線性原對偶內點法中形成擴展內點算法。其原理詳見文獻[1，2]。
b)變電站電壓無功控制范圍的整定計算方法
利用上述全網離散無功優化計算結果，計算出每個變電站變壓器高壓側無功功率和低壓側母線電壓的最佳變化曲線。通過跟蹤無功和電壓最佳變化曲線，確定變壓器高壓側無功功率和低壓側母線電壓的上下限值。
3系統結構
該系統由主站系統、變電站電壓無功實時控制子站系統(VQC)和通信子系統三個子系統構成。系統結構原理圖見圖1。
圖1 分布式電壓無功全乙實時優化控制系統結構原理圖
通信子系統實現主站系統與子站系統VQC控制程序之間的數據通信，主站系統通過通信子系統與各變電站的電壓無功實時控制子系統聯系，進行數據傳遞和控制。
主站系統通過由子站系統采集并按一定時間間隔上送的220 kV及110 kV變電站低壓側（10 kV側）有功和無功負荷的實時數據及開關狀態
信息，進行全電網離散無功優化計算，然后根據優化計算結果，形成每個變電站的無功功率上下限（指變壓器高壓側從系統吸收的無功功率）及低壓側電壓上下限的控制策略表，并通過通信子系統傳到變電站電壓無功實時控制子系統。
系統中的子站系統以傳統九區域控制原理為算法核心，實時監測電網數據，執行主站系統的控制定值，是整個系統安全運行的關鍵。子站系統存放在各變電站，各子站系統裝置負責監控變壓器和電容器狀態，采集電網運行參數，并根據主站系統提供的電壓無功限值按九區分割圖實施具體控制策略。子站系統在原有變電站VQC的基礎上進行了改進，支持按全網優化電壓無功限值和本地電壓無功限值兩種模式控制，當通信中斷或電網出現異常時，子站系統將自動切換控制狀態，即從執行全網優化電壓無功限值自動轉換成執行本地預設的電壓無功限值，保證電網安全運行。
4應用
4.1應用環境介紹 把主站系統放置在市級調度中心，每個變電站（包括220KV、110 kV變電站）都安裝了子站系統，整個分布式電壓無功全局優化控制系統的控制范圍為從220 kV變電站的進線端到110 kV變電站的10 kV側出線端。
4.2幾種數據刷新頻率
在系統運行過程中，主站存在以下幾種數據刷新頻率：
a)遙信數據
遙信數據包括斷路器開關量數據、電容器投切開關狀態
信息，采用子站實時主動上傳、子站同時存儲的開關事件發生數據以供歷史查詢。
b)遙測數據
遙測數據包括變壓器電壓、電流、無功、有功數據，數據不主動上傳，由主站根據系統設定向子站定時查詢，也提供實時數據查詢。
c)報警事件
報警事件包括變壓器、母線、電容器、電抗器等控制對象的故障報警
信息，子站實時主動上傳。
d)控制定值數據
控制定值數據由主站根據系統設定向子站定時下傳或實時下傳。實際運行中數據傳輸間隔為24 h，即每天定時刷新一次。當電網運行方式發生改變時，各子站轉為就地優化，執行預設的就地運行定值。主站需在下一數據刷新周期到來后查詢數據，重新下行定值。
4.3應用效果 a) 系統運行穩定可靠，運行效果良好；
b) 該系統實現了全電網在線無功優化調度和無功控制裝置的局部優化自動控制協調，改善了整個電網的電壓質量，降低了電網有功損耗；
c) 在系統運行期間，各變電站的電壓合格，調節動作及時準確，可滿足實際運行需求；
d) 在各變電站的實際運行中，各無功補償設備得到充分利用，有效地降低了變電站在負荷高峰期從系統所吸取的無功，補償了系統無功，同時起到了很好的電壓調節功能；
e) 在變電站的運行中代替人工調節工作，實現了變電站電壓無功調節的
自動化控制，保證了無人值班變電站的電壓無功調節安全運行；
f) 具有很好的開放性和可擴展性，具有推廣應用價值。
5結束語 本文介紹的分布式電壓無功全局實時優化控制系統項目不僅實現了區域電網的全網電壓無功實時優化控制，而且在項目研發過程中還提出了一套變電站VQC控制范圍的整定計算方法。系統經過實踐檢驗，運行穩定可靠，效果良好，能滿足電網的全網電壓無功優化協調控制的要求，有效地降低變電站在負荷高峰期從系統所吸取的無功，補償了系統無功，同時起到很好的電壓調節功能。該系統可用于某個供電網絡的某一個區域的電壓無功控制，也可用于整個地區供電網絡的電壓無功控制，具有較大的推廣應用價值。
參考文獻
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簡歷：邱陶歆，1979年出生，男，漢族，廣東省潮州市，2002年畢業于華北電力大學動力工程系測控技術及儀器，學士學位，助理工程師，2002年就業潮州供電局。 
