控制网

    （杭州市电力局，浙江 杭州 310009）张 黎 

                    

    张黎（1979-）女，浙江浦江人，硕士研究生，工程师，现就职于杭州市电力局调度所，从事电力系统自动化运行管理工作。

    摘要：本文主要根据省地协调系统要求及杭州电网目前AVC系统的实际应用情况，对相关系统进行升级改造。强化地调DF8002AVC系统的优化计算功能、开发地调AVC系统与省调/县区AVC系统协调控制功能、将地调AVC系统中原有的操作中心功能和遥控遥调出口转移到市区AVC系统上、开发县区调AVC系统的协调控制功能，从而完成省地县三级AVC协调控制功能。本方案考虑省地县三级协调控制项目中地调AVC系统功能的实现、县区调AVC系统功能的实现、市区AVC系统功能实现。

    关键词：AVC系统；省地互联；无功；优化

    Abstract: With the development of Zhejiang Province’s electric Power and the improvement of the dispatching automation, a coordinated system of AVC is promoted by Zhejiang Power Grid Corporation. This paper mainly introduces the AVC system upgrade according to the provincial requirements and the current system. This paper focuses on how to strengthen the reactive power optimization calculation function of regional DF8002AVC network, how to exploit the multi-level cooperation function between the provincial system and county AVC system, how to transfer the operation center function and remote control function to urban monitoring center, and how to study the county AVC system’s coordinate control function.

    Key words: AVC system; Reactive power optimization; Reactive; Interconnected

    1 引言

    随着我国电网的飞速发展，电力系统的经济运行一直是电力部门所关注的问题，而无功优化是其中一项重要措施，它是降低电网损耗和提高电网运行电压水平的最有效手段。无功优化就是在城市电网规划的基础上，确定无功补偿设备的补偿位置和容量，以最经济的投资保证系统维持合理的电压水平，同时降低系统的网损，实现系统的安全经济运行。

    随着浙江电网的发展和调度自动化水平的提高，浙江省电网公司要求建立一套AVC省地协调系统。省地协调系统要求根据杭州电网目前AVC系统的实际应用情况，对相关系统进行升级改造。强化地调DF8002AVC系统的优化计算功能、开发地调AVC系统与省调/县区AVC系统协调控制功能、将地调AVC系统中原有的操作中心功能和遥控遥调出口转移到市区AVC系统上、开发县区调AVC系统的协调控制功能，从而完成省地县三级AVC协调控制功能。本方案考虑省地县三级协调控制项目中地调AVC系统功能的实现、县区调AVC系统功能的实现、市区AVC系统功能实现。

    电力系统的无功优化问题属于OPF（Optimal Power Flow）的一个组成部分，是一个动态、多目标、多约束、不确定性的非线形混合规划问题，涉及到无功补偿地点的选择、无功补偿容量的确定、变压器分接头的调节和发电机机端电压配合等方面。

    电网无功优化，即在以网损最小为目标函数的情况下，得到无功的最优潮流，在电厂侧是最优无功出力，在变电所侧是无功最优负荷。无功优化的结果确定了各个站点的优化电压，按此电压运行，无功也就是优化状态。无功优化的目标函数是线损最小，要使线损最小，必须使线路电流尽可能小，就应当避免无功在线路中的流动。在理想情况下，线路中没有无功流动，就意味着各个站点无功实现了就地平衡。因此把实现无功就地平衡作为AVC运行的基本原则，实际上也就体现了无功优化的要求。

    2 无功优化目标

    无功优化问题中的变量可分为控制变量和状态变量。在高压电网中分接头可调变压器变比T、补偿电容量Ｃ和发电机机端电压为控制变量，节点电压和发电机注入无功为状态变量，每个变量都要考虑到各自上、下限的限制。

    无功规划优化目标包括技术性能目标和经济目标，确定目标函数为：
  
     

    式中， —电压越界和无功越界罚函数；

    —补偿设备安装地点数；

    —无功补偿容量的等值系数。

    目标函数第1项为网损，第2项为电压越界罚函数，第3项为无功越界罚函数，第4项为无功补偿容量。无功运行优化目标主要为技术性能目标，确定目标函数为

   目标函数中第1项为有功网损，第2项为节点电压约束，第3项为由功率因数约束转换而来的无功功率约束， ， 的含义同上。

    3 杭州局改造前AVC系统结构

    改造前的AVC系统是基于DF8002调度自动化系统平台，采用先进合理的算法和友好人机界面实时监测受控点的电压水平和功率因数，根据不同时间段、不同运行方式、不同负荷水平等条件给出相应的电压无功控制方案。提供的方案能实现区域、厂站的闭环控制、开环控制、仅监视等不同控制方式。同时还具有记录存储、查询、统计、打印等功能，实现电压无功控制全过程自动化。该系统的应用对减轻运行人员工作强度、降低网损、提高电压合格率、保证系统安全经济运行发挥积极作用。

    4 AVC的现状及需求

    改造后杭州电网的的自动电压无功优化控制由多个AVC系统共同完成，包括地调DF8002AVC系统、多个县区调AVC系统目前实现了杭州整个电网自动电压无功优化控制功能，AVC系统的运行完善了对电网无功电压分步的综合决策、调度和管理，提高了系统电能质量、电网安全水平。减轻计划、调度和运行人员的工作量，提高杭州电网的调度自动化水平。这些系统目前均是独立运行系统，完成杭州电网中的某些区域电网的电压无功优化控制，相互之间未实现互联，未实现省地县协调控制。

    4.1 数据组成

    地调侧AVC系统主要由以下两部分组成。

    实时控制平台

    实时控制平台基于地调实时数据库，它获取的实时信息主要包括：

    （1）从EMS系统接收模型(连接关系)及实时数据；

    （2）通过省地协调通讯接口从省调获取下行数据；

    （3）从地调模型库（商用数据库DBMS）获取省地协调模型和地县协调模型。

    通过收集的数据计算省地协调各关口区域调节能力数据上行等上行数据，并将准备好的上行数据通过省地协调通讯接口上送到省调。根据实时数据、省地协调模型和省调下行数据指令，完成策略计算，并通过县区AVC系统和市区AVC系统实现电网的电压无功优化控制和省地协调目标。如图1所示。
                      
    省地协调通讯接口与建模平台

    建模平台主要基于商用数据库。通过建模平台对省地协调模型进行维护。

    协调系统中地调侧相关数据组成包括：

    （1）省地协调系统中满足协调控制所需的数据，主要包括220kV关口变量及相关的数据；

    （2）地县协调模型中协调所需的数据，主要包括110kV关口变量及相关的数据；

    （3）地调与市区AVC系统协调控制所需的数据，主要包括市区AVC系统的相关数据。

    4.2 数据接口

    4.2.1 与现有EMS系统接口

    本方案采取在原有的DF8002地调AVC系统上升级的方式实现省地协调系统地调侧系统，所以本模块将继续使用原有数据接口，原有的DF8002地调EMS相关接口不进行重新开发设计。

    4.2.2 与省调侧AVC系统数据接口

    （1）数据接口：通过互传E语言格式文件格式实现，主要包括遥信信息、遥测信息和协调请求。

    （2）通信接口：负责上行数据文件的定时上送和下行指令文件的定时获取。

    （3）文本解析与生成接口：将接收到的下行指令Etxt文本解析为地调可用的格式，并导入到地调侧AVC系统。将准备好的上行数据组织成Etxt文本。

    （4）上行数据准备接口：负责从地调AVC系统中收集与计算出上行数据并将得到的上行数据保存到本地内存。

    4.2.3 与市区AVC系统协调接口

    （1）CIS数据接口：用CIS数据接口来实现地调与市区之间的信息交互。

    （2）通信接口：负责处理由CIS接口市区AVC运行情况/实时设备人工闭锁信息/控制指令执行结果和下发地调AVC系统控制指令。

    （3） 控制结果处理接口：负责处理从CIS接口接收到的市区AVC运行情况及控制指令执行结果，将相关数据保存到本地内存库或者关系库供实时查询或者历史查询。

    （4）下行策略计算接口：负责从地调AVC系统中收集与计算出市区控制指令并将数据保存到本地，由CIS接口完成通讯。

    4.3 市区AVC数据传输
              
    HZVQC1和HZVQC2（VQC服务器）作为地调AVC的服务器节点，运行VQCCIS服务器程序。HZWH1和HZWH2作为市区AVC的接口机节点，运行VQCCIS客户端程序。客户端将与自己判断的主服务器建立连接并且传输数据，主接口机与备用机都将地调AVC的数据读到市区AVC系统中，但是只有主接口机可以将市区AVC的数据回传到地调AVC系统中去。

    5 省地互联优化效果

    5.1 改造后市区电压月合格率如表1所示。

                      表1 （10kV母线上下限设置：10.15kV～10.58kV）
     

    5.2 按省调下发的边界条件进行无功优化调节

    increase：切电抗、投电容或不投退补偿设备keep：尽可能不投退补偿设备decrease：切电容、投电抗或不投退补偿设备time=20100325_08:58:00)

    如表2所示。
     

    5.3 杭调上发实际电压和无功情况

    单位：Mvar

    总补偿容量下限：感性补偿容量取负数

    总补偿容量上限：容性补偿容量取正数

    time=2010-3-30_04:58:00

    如表3所示。
    

    5.4 区域调节策略（如表4所示）

      

    6 难点及解决方案

    （1）因现场设备问题，无法满足省局无功要求，如220kVA站因天气原因，电抗器被闭锁，禁止调节，导致该站无功设备不足，在没有调节能力的情况下，向省调提出支援请求。

    （2）无功优化算法对PAS的网络拓扑和状态估计要求较高，无功优化之地县联调部分工作的难点是：如何确定好模型以及针对于模型的数据准备部分。虽然主要的算法在进入实际应用时通过数据文件的方式都调试通过了，但在实际应用中还是有很多要注意的实际问题，比如一些没有填入的线路参数，错误的变压器参数等都能给算法的应用带来问题，这些要做一些处理，比如当检查到参数有问题时，就需要用一些默认的较为合理的参数来代替。在用内点法的过程中，针对于各种需要计算的矩阵，在生成时间上需要注意用稀疏矩阵的方法，避免计算那些为零的矩阵元素，同时避免累加为0的那些计算式子的值，这样计算时间上就能相应的减少些。如果不注意这些地方，杭州电网的计算节点比较多，在生成雅克比矩阵和海瑟矩阵时候就会耗费很多的时间。

    （3）市区的遥控操作对CIS的要求较高，依靠CIS的稳定性，解决方案为增加市区的PAS模块，由地调AVC发边界条件，市区AVC自己策略生成。

    （4）因现场设备问题，无法满足胜局无功要求，如220kVA站因天气原因，电抗器被闭锁，禁止调节，导致该站无功设备不足。

    参考文献：

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     摘自《自动化博览》2010年第八期