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    （杭州市電力局，浙江 杭州 310009）張 黎 

                    

    張黎（1979-）女，浙江浦江人，碩士研究生，工程師，現(xiàn)就職于杭州市電力局調(diào)度所，從事電力系統(tǒng)自動化運行管理工作。

    摘要：本文主要根據(jù)省地協(xié)調(diào)系統(tǒng)要求及杭州電網(wǎng)目前AVC系統(tǒng)的實際應(yīng)用情況，對相關(guān)系統(tǒng)進行升級改造。強化地調(diào)DF8002AVC系統(tǒng)的優(yōu)化計算功能、開發(fā)地調(diào)AVC系統(tǒng)與省調(diào)/縣區(qū)AVC系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制功能、將地調(diào)AVC系統(tǒng)中原有的操作中心功能和遙控遙調(diào)出口轉(zhuǎn)移到市區(qū)AVC系統(tǒng)上、開發(fā)縣區(qū)調(diào)AVC系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制功能，從而完成省地縣三級AVC協(xié)調(diào)控制功能。本方案考慮省地縣三級協(xié)調(diào)控制項目中地調(diào)AVC系統(tǒng)功能的實現(xiàn)、縣區(qū)調(diào)AVC系統(tǒng)功能的實現(xiàn)、市區(qū)AVC系統(tǒng)功能實現(xiàn)。

    關(guān)鍵詞：AVC系統(tǒng)；省地互聯(lián)；無功；優(yōu)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

    隨著我國電網(wǎng)的飛速發(fā)展，電力系統(tǒng)的經(jīng)濟運行一直是電力部門所關(guān)注的問題，而無功優(yōu)化是其中一項重要措施，它是降低電網(wǎng)損耗和提高電網(wǎng)運行電壓水平的最有效手段。無功優(yōu)化就是在城市電網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)上，確定無功補償設(shè)備的補償位置和容量，以最經(jīng)濟的投資保證系統(tǒng)維持合理的電壓水平，同時降低系統(tǒng)的網(wǎng)損，實現(xiàn)系統(tǒng)的安全經(jīng)濟運行。

    隨著浙江電網(wǎng)的發(fā)展和調(diào)度自動化水平的提高，浙江省電網(wǎng)公司要求建立一套AVC省地協(xié)調(diào)系統(tǒng)。省地協(xié)調(diào)系統(tǒng)要求根據(jù)杭州電網(wǎng)目前AVC系統(tǒng)的實際應(yīng)用情況，對相關(guān)系統(tǒng)進行升級改造。強化地調(diào)DF8002AVC系統(tǒng)的優(yōu)化計算功能、開發(fā)地調(diào)AVC系統(tǒng)與省調(diào)/縣區(qū)AVC系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制功能、將地調(diào)AVC系統(tǒng)中原有的操作中心功能和遙控遙調(diào)出口轉(zhuǎn)移到市區(qū)AVC系統(tǒng)上、開發(fā)縣區(qū)調(diào)AVC系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制功能，從而完成省地縣三級AVC協(xié)調(diào)控制功能。本方案考慮省地縣三級協(xié)調(diào)控制項目中地調(diào)AVC系統(tǒng)功能的實現(xiàn)、縣區(qū)調(diào)AVC系統(tǒng)功能的實現(xiàn)、市區(qū)AVC系統(tǒng)功能實現(xiàn)。

    電力系統(tǒng)的無功優(yōu)化問題屬于OPF（Optimal Power Flow）的一個組成部分，是一個動態(tài)、多目標、多約束、不確定性的非線形混合規(guī)劃問題，涉及到無功補償?shù)攸c的選擇、無功補償容量的確定、變壓器分接頭的調(diào)節(jié)和發(fā)電機機端電壓配合等方面。

    電網(wǎng)無功優(yōu)化，即在以網(wǎng)損最小為目標函數(shù)的情況下，得到無功的最優(yōu)潮流，在電廠側(cè)是最優(yōu)無功出力，在變電所側(cè)是無功最優(yōu)負荷。無功優(yōu)化的結(jié)果確定了各個站點的優(yōu)化電壓，按此電壓運行，無功也就是優(yōu)化狀態(tài)。無功優(yōu)化的目標函數(shù)是線損最小，要使線損最小，必須使線路電流盡可能小，就應(yīng)當避免無功在線路中的流動。在理想情況下，線路中沒有無功流動，就意味著各個站點無功實現(xiàn)了就地平衡。因此把實現(xiàn)無功就地平衡作為AVC運行的基本原則，實際上也就體現(xiàn)了無功優(yōu)化的要求。

    2 無功優(yōu)化目標

    無功優(yōu)化問題中的變量可分為控制變量和狀態(tài)變量。在高壓電網(wǎng)中分接頭可調(diào)變壓器變比T、補償電容量Ｃ和發(fā)電機機端電壓為控制變量，節(jié)點電壓和發(fā)電機注入無功為狀態(tài)變量，每個變量都要考慮到各自上、下限的限制。

    無功規(guī)劃優(yōu)化目標包括技術(shù)性能目標和經(jīng)濟目標，確定目標函數(shù)為：
  
     

    式中， —電壓越界和無功越界罰函數(shù)；

    —補償設(shè)備安裝地點數(shù)；

    —無功補償容量的等值系數(shù)。

    目標函數(shù)第1項為網(wǎng)損，第2項為電壓越界罰函數(shù)，第3項為無功越界罰函數(shù)，第4項為無功補償容量。無功運行優(yōu)化目標主要為技術(shù)性能目標，確定目標函數(shù)為

   目標函數(shù)中第1項為有功網(wǎng)損，第2項為節(jié)點電壓約束，第3項為由功率因數(shù)約束轉(zhuǎn)換而來的無功功率約束， ， 的含義同上。

    3 杭州局改造前AVC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

    改造前的AVC系統(tǒng)是基于DF8002調(diào)度自動化系統(tǒng)平臺，采用先進合理的算法和友好人機界面實時監(jiān)測受控點的電壓水平和功率因數(shù)，根據(jù)不同時間段、不同運行方式、不同負荷水平等條件給出相應(yīng)的電壓無功控制方案。提供的方案能實現(xiàn)區(qū)域、廠站的閉環(huán)控制、開環(huán)控制、僅監(jiān)視等不同控制方式。同時還具有記錄存儲、查詢、統(tǒng)計、打印等功能，實現(xiàn)電壓無功控制全過程自動化。該系統(tǒng)的應(yīng)用對減輕運行人員工作強度、降低網(wǎng)損、提高電壓合格率、保證系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行發(fā)揮積極作用。

    4 AVC的現(xiàn)狀及需求

    改造后杭州電網(wǎng)的的自動電壓無功優(yōu)化控制由多個AVC系統(tǒng)共同完成，包括地調(diào)DF8002AVC系統(tǒng)、多個縣區(qū)調(diào)AVC系統(tǒng)目前實現(xiàn)了杭州整個電網(wǎng)自動電壓無功優(yōu)化控制功能，AVC系統(tǒng)的運行完善了對電網(wǎng)無功電壓分步的綜合決策、調(diào)度和管理，提高了系統(tǒng)電能質(zhì)量、電網(wǎng)安全水平。減輕計劃、調(diào)度和運行人員的工作量，提高杭州電網(wǎng)的調(diào)度自動化水平。這些系統(tǒng)目前均是獨立運行系統(tǒng)，完成杭州電網(wǎng)中的某些區(qū)域電網(wǎng)的電壓無功優(yōu)化控制，相互之間未實現(xiàn)互聯(lián)，未實現(xiàn)省地縣協(xié)調(diào)控制。

    4.1 數(shù)據(jù)組成

    地調(diào)側(cè)AVC系統(tǒng)主要由以下兩部分組成。

    實時控制平臺

    實時控制平臺基于地調(diào)實時數(shù)據(jù)庫，它獲取的實時信息主要包括：

    （1）從EMS系統(tǒng)接收模型(連接關(guān)系)及實時數(shù)據(jù)；

    （2）通過省地協(xié)調(diào)通訊接口從省調(diào)獲取下行數(shù)據(jù)；

    （3）從地調(diào)模型庫（商用數(shù)據(jù)庫DBMS）獲取省地協(xié)調(diào)模型和地縣協(xié)調(diào)模型。

    通過收集的數(shù)據(jù)計算省地協(xié)調(diào)各關(guān)口區(qū)域調(diào)節(jié)能力數(shù)據(jù)上行等上行數(shù)據(jù)，并將準備好的上行數(shù)據(jù)通過省地協(xié)調(diào)通訊接口上送到省調(diào)。根據(jù)實時數(shù)據(jù)、省地協(xié)調(diào)模型和省調(diào)下行數(shù)據(jù)指令，完成策略計算，并通過縣區(qū)AVC系統(tǒng)和市區(qū)AVC系統(tǒng)實現(xiàn)電網(wǎng)的電壓無功優(yōu)化控制和省地協(xié)調(diào)目標。如圖1所示。
                      
    省地協(xié)調(diào)通訊接口與建模平臺

    建模平臺主要基于商用數(shù)據(jù)庫。通過建模平臺對省地協(xié)調(diào)模型進行維護。

    協(xié)調(diào)系統(tǒng)中地調(diào)側(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)組成包括：

    （1）省地協(xié)調(diào)系統(tǒng)中滿足協(xié)調(diào)控制所需的數(shù)據(jù)，主要包括220kV關(guān)口變量及相關(guān)的數(shù)據(jù)；

    （2）地縣協(xié)調(diào)模型中協(xié)調(diào)所需的數(shù)據(jù)，主要包括110kV關(guān)口變量及相關(guān)的數(shù)據(jù)；

    （3）地調(diào)與市區(qū)AVC系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制所需的數(shù)據(jù)，主要包括市區(qū)AVC系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

    4.2 數(shù)據(jù)接口

    4.2.1 與現(xiàn)有EMS系統(tǒng)接口

    本方案采取在原有的DF8002地調(diào)AVC系統(tǒng)上升級的方式實現(xiàn)省地協(xié)調(diào)系統(tǒng)地調(diào)側(cè)系統(tǒng)，所以本模塊將繼續(xù)使用原有數(shù)據(jù)接口，原有的DF8002地調(diào)EMS相關(guān)接口不進行重新開發(fā)設(shè)計。

    4.2.2 與省調(diào)側(cè)AVC系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口

    （1）數(shù)據(jù)接口：通過互傳E語言格式文件格式實現(xiàn)，主要包括遙信信息、遙測信息和協(xié)調(diào)請求。

    （2）通信接口：負責上行數(shù)據(jù)文件的定時上送和下行指令文件的定時獲取。

    （3）文本解析與生成接口：將接收到的下行指令Etxt文本解析為地調(diào)可用的格式，并導(dǎo)入到地調(diào)側(cè)AVC系統(tǒng)。將準備好的上行數(shù)據(jù)組織成Etxt文本。

    （4）上行數(shù)據(jù)準備接口：負責從地調(diào)AVC系統(tǒng)中收集與計算出上行數(shù)據(jù)并將得到的上行數(shù)據(jù)保存到本地內(nèi)存。

    4.2.3 與市區(qū)AVC系統(tǒng)協(xié)調(diào)接口

    （1）CIS數(shù)據(jù)接口：用CIS數(shù)據(jù)接口來實現(xiàn)地調(diào)與市區(qū)之間的信息交互。

    （2）通信接口：負責處理由CIS接口市區(qū)AVC運行情況/實時設(shè)備人工閉鎖信息/控制指令執(zhí)行結(jié)果和下發(fā)地調(diào)AVC系統(tǒng)控制指令。

    （3） 控制結(jié)果處理接口：負責處理從CIS接口接收到的市區(qū)AVC運行情況及控制指令執(zhí)行結(jié)果，將相關(guān)數(shù)據(jù)保存到本地內(nèi)存庫或者關(guān)系庫供實時查詢或者歷史查詢。

    （4）下行策略計算接口：負責從地調(diào)AVC系統(tǒng)中收集與計算出市區(qū)控制指令并將數(shù)據(jù)保存到本地，由CIS接口完成通訊。

    4.3 市區(qū)AVC數(shù)據(jù)傳輸
              
    HZVQC1和HZVQC2（VQC服務(wù)器）作為地調(diào)AVC的服務(wù)器節(jié)點，運行VQCCIS服務(wù)器程序。HZWH1和HZWH2作為市區(qū)AVC的接口機節(jié)點，運行VQCCIS客戶端程序。客戶端將與自己判斷的主服務(wù)器建立連接并且傳輸數(shù)據(jù)，主接口機與備用機都將地調(diào)AVC的數(shù)據(jù)讀到市區(qū)AVC系統(tǒng)中，但是只有主接口機可以將市區(qū)AVC的數(shù)據(jù)回傳到地調(diào)AVC系統(tǒng)中去。

    5 省地互聯(lián)優(yōu)化效果

    5.1 改造后市區(qū)電壓月合格率如表1所示。

                      表1 （10kV母線上下限設(shè)置：10.15kV～10.58kV）
     

    5.2 按省調(diào)下發(fā)的邊界條件進行無功優(yōu)化調(diào)節(jié)

    increase：切電抗、投電容或不投退補償設(shè)備keep：盡可能不投退補償設(shè)備decrease：切電容、投電抗或不投退補償設(shè)備time=20100325_08:58:00)

    如表2所示。
     

    5.3 杭調(diào)上發(fā)實際電壓和無功情況

    單位：Mvar

    總補償容量下限：感性補償容量取負數(shù)

    總補償容量上限：容性補償容量取正數(shù)

    time=2010-3-30_04:58:00

    如表3所示。
    

    5.4 區(qū)域調(diào)節(jié)策略（如表4所示）

      

    6 難點及解決方案

    （1）因現(xiàn)場設(shè)備問題，無法滿足省局無功要求，如220kVA站因天氣原因，電抗器被閉鎖，禁止調(diào)節(jié)，導(dǎo)致該站無功設(shè)備不足，在沒有調(diào)節(jié)能力的情況下，向省調(diào)提出支援請求。

    （2）無功優(yōu)化算法對PAS的網(wǎng)絡(luò)拓撲和狀態(tài)估計要求較高，無功優(yōu)化之地縣聯(lián)調(diào)部分工作的難點是：如何確定好模型以及針對于模型的數(shù)據(jù)準備部分。雖然主要的算法在進入實際應(yīng)用時通過數(shù)據(jù)文件的方式都調(diào)試通過了，但在實際應(yīng)用中還是有很多要注意的實際問題，比如一些沒有填入的線路參數(shù)，錯誤的變壓器參數(shù)等都能給算法的應(yīng)用帶來問題，這些要做一些處理，比如當檢查到參數(shù)有問題時，就需要用一些默認的較為合理的參數(shù)來代替。在用內(nèi)點法的過程中，針對于各種需要計算的矩陣，在生成時間上需要注意用稀疏矩陣的方法，避免計算那些為零的矩陣元素，同時避免累加為0的那些計算式子的值，這樣計算時間上就能相應(yīng)的減少些。如果不注意這些地方，杭州電網(wǎng)的計算節(jié)點比較多，在生成雅克比矩陣和海瑟矩陣時候就會耗費很多的時間。

    （3）市區(qū)的遙控操作對CIS的要求較高，依靠CIS的穩(wěn)定性，解決方案為增加市區(qū)的PAS模塊，由地調(diào)AVC發(fā)邊界條件，市區(qū)AVC自己策略生成。

    （4）因現(xiàn)場設(shè)備問題，無法滿足勝局無功要求，如220kVA站因天氣原因，電抗器被閉鎖，禁止調(diào)節(jié)，導(dǎo)致該站無功設(shè)備不足。

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     摘自《自動化博覽》2010年第八期