面向全局无功优化的变电站电压无功控制器的设计
王伟甲1,廖力清2,刘建良3
(中南大学 信息科学与工程学院 湖南 长沙 410083)
摘要:本文通过对现有各种电压无功补偿装置的分析研究,针对它们的不足之处,提出了相应的解决方案,同时将混成自动电压控制理论应用到变电站电压无功综合控制装置的设计中,实现了电压无功的全局优化.
关键词:电压无功控制器;混成自动电压控制
电压是衡量电能质量的重要指标之一.如何提高电压质量、电压稳定性及降低网损成了电力系统稳定控制中主要目标.电力系统中各个环节存在强耦合,电压与无功之间紧密相关,电压的升高和降低会影响到无功分配,同样无功的调整也将直接影响到节点电压.因而在大多数尤其是110KV以下电站中常采用电压无功协调控制的方式来达到控制的目标:为补偿电压损耗,采用有载变压器调档的方式调节高压侧电压;为补偿无功损耗,采用在变压器低压侧投切电容器的方式.这种方式也就是经常提到的集中补偿方式,它在一定程度上实现了无功的分层分区就地平衡,从而降低了网损,并且也实现了电压的局部稳定控制.目前这种集中就地补偿的方式的控制策略基本上都是分散的局部的,因而很难同时满足电力系统运行中动态品质、安全稳定性及经济性的要求.随着混成电力控制系统(HPCS)理论的发展,使同时满足这三种指标的控制方法得以实现.
0 电压无功控制器现状及存在的问题
现行的各种无功补偿装置主要采用基于无功——电压的"九区图"控制策略.它们都存在一下几个共同问题:1、闭锁问题.VQC 的闭锁问题是指VQC 在变电站异常或系统异常情况下,能及时停止自动调节,是VQC 能否投运的最大问题[1].由于闭锁条件不够全面,只考虑了几种主要情况而忽视了其他一些重要情况,或者由于闭锁条件限值的设定值不合理,都会导致闭锁系统在电网出现异常情况下没有动作,严重威胁到变电站的安全运行.另外,闭锁速度不够也会导致一些错误动作,甚至会产生严重的后果.2、运行方式问题.变电站的运行方式并不是固定不变的,会随着负荷的变化和设备的运行状况作相应的调整.但是现有VQC产品对复杂运行方式自适应能力差,VQC无法自动识别变电站运行方式的改变,或在运行方式改变后不能进行相应的调节或调节不当,尤其在产生不能识别的运行方式时,VQC 装置会出错并退出运行.3、控制策略问题[1].传统的决策目标中没有考虑尽量少调主变分接头,代之以电容器投切,从而在功率因数合格时往往只调节主变分接开关,使电压处于合格范围,导致主变分接开关调节过频.由于防震带的设置不合理,将会在边缘区域出现抖振现象,使开关频繁动作,严重时会导致开关烧毁.文献4中提出的改进五区图在最优路径选择、减少投切振荡的问题方面得到解决,但由于系统长时间运行在电压或功率因数不合格状态边缘,而不能做到将系统控制在额定最佳运行状态.4、现行的各种控制器没能实现电压无功的协调控制,仅仅是单独考虑电压无功的缺额,而没有考虑调压(或投切电容时)所引起的无功(或电压的增量).5、没有考虑负荷的变化.
1 混成电压控制理论
混成动态系统是一类具有连续的动态行为和离散事件驱动动态行为以及这两种行为相互作用构成的系统,其连续动态可由微分方程描述,而离散事件动态可用离散方程或差分方程描述[2].电力系统无论从结构形式还是从行为动态上分析均表现出一般混成系统所共有的特性[3].混成电压控制系统的突出特征是离散规划与调度决策过程同连续调控过程的集成,以求在整体上实现多目标优化的目的.文献5中根据电力系统具有分层结构、连续的动态过程与时间离散控制指令、离散操作指令相互作用的特点发展混成控制系统的概念,并提出了混成电压控制系统的模型.该模型分三层:最高处理决策与指挥层、中间处理决策与操作层.基层发电厂变电站电力网络及FACTS装置层.混成自动电压控制(HAVC)系统采集到系统中各关键节点的电压状态(幅值与相角)之后,经过一系列的数据处理、事件判断和调控类型选择,就能自动判断出系统现时所处的运行状态,是否有事件(不满足要求的电压水平、动态品质、稳定裕度和无功潮流等都可定义为事件)发生.若出现事件则及时驱动相对应的最高处理决策层中的电压混成控制功能块,从而及时下达电压最高层的自动控制指令.HAVC系统的唯一任务就是及时消除"事件".
2 变电站混成电压控制系统
本文结合文献6中提出的东北电网HAVC系统硬件系统结构图提出了变电站混成控制系统的硬件结构框图.大致结构如图1所示:
图1 变电站混成控制系统的硬件结构框图
Fig. 1 Transformer station hybrid control system

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