引言 電壓是電能質量的重要指標。電壓質量直接影響電網穩定及電力設備安全、經濟運行和電網電能損耗，對保證用戶安全生產、產品質量、經濟效益以及電器設備的安全與壽命有重要作用。隨著社會經濟的快速發展，人民生活水平的不斷提高，用戶對電壓質量也提出了更高的要求。 電力系統的無功補償與無功平衡是保證電壓質量的基本條件。有效的電壓調節和無功補償不僅能提高電壓質量，而且能提高電力系統的穩定性和安全性，充分發揮電網的經濟效益。 目前，雖然部分變電站已實現了電壓調節和無功補償的自動控制[1～4]，但大部分變電站仍是手動調節控制，這存在明顯的缺點：①增加運行人員的監視和操作工作量；②運行人員不能準確判斷最合理的調節方式，致使調節設備不能充分合理地得到利用；③運行人員調節不及時，而站端控制設備只對變電站二次電壓有利，無功無全網優化的意義，如不加電壓閉鎖將產生變壓器分接頭調壓的副作用[5]。 因此，為了提高勞動生產率，減輕人員的勞動強度，提高電壓質量，降低電網損耗，我們開發了一套無功電壓自動監控系統。 本系統拓展了SCADA的功能，相比單個變電站的電壓自動調節裝置，具有投資小、效益高，可以綜合利用主站系統提供的豐富信息進行防錯處理和上下級廠站的統一考慮，適應電網自動化發展的趨勢。隨著SCADA日漸完善成熟，遙測數據的準確性和遙控的可靠性不斷提高，以及電網應用軟件的實用化，必將發揮更大的作用。 1 無功電壓自動控制的基本原則和方案 1.1 基本原則 a.安全可靠性：要考慮設備當前的狀態（如檢修或保護等）、設備的安全運行條件、設備的投運率和使用壽命，以及各種異常情況并采取完善的防錯措施，避免設備的頻繁動作。 b.靈活通用性：控制方案應能修改，并同時滿足大多數用戶的共同要求和具體用戶特殊的不斷變化的要求，還能適用于各種不同的接線方式。 c.循序漸進性：應能適應不同廠站的實際情況，并據此采取開環或閉環方式，或先采取開環方式，經人工干預來優化和確認控制方案，待系統運行穩定、正確、可靠后再投入閉環運行。 1.2 基于可描述監控點的接線分析 通過定義遙信點、遙信點狀態、監控點、監控點部件和廠站狀態表，完成廠站狀態識別，自動生成當前監控點。能自動識別并記錄未加定義的可疑狀態，絕不誤動。 遙信點：一組開關或刀閘的組合，其狀態有合、分、可疑3種，由組成開關、刀閘狀態決定。用于連接母線和變壓器、電容器、母線等部件。 監控點：由母線、開關、變壓器組成。母線作為受監控電壓來源，開關作為潮流量測來源，變壓器作為調節手段。本監控點可用電容器根據母線和遙信點狀態自動搜索得到。 廠站狀態：由本廠站遙信點狀態決定。 通過在監控點和廠站狀態之間建立關聯便可完成接線分析，形成當前監控點。 1.3 以規則表實現的分區控制 以電壓U為Y軸，無功Q為X軸，構成U-Q運行平面。 按照母線電壓分時段考核上下限和功率因數上下限（根據有功轉化為對應無功上下限后使用），將U-Q平面分為不同的區域。具體分區方法及編號規則參見由U和Q或cosφ分區的16區控制圖（見圖1）。 建立規則表，每個分區對應一條控制規則，每條規則最多可由4種控制組成。 控制手段有：①無：不控制；②投電容：在電容器未投且不檢修、保護無動作、容量小于當前無功、投后電壓不越上限時投入電容器；③切電容：在切掉電容器功率因數不越下限、電壓不越下限的情況下切除電容器；④強投電容：在電容器未投且不檢修、保護無動作時投入電容器；⑤強切電容：切除電容器；⑥降分接頭：變壓器不檢修、可有載調壓、保護無動作、分接頭高于最低擋、降擋電壓不越下限時降一擋；⑦升分接頭；變壓器不檢修、可有載調壓、保護無動作、分接頭低于最高擋、升擋電壓不越上限時升一擋；⑧報警：對話框提示報警內容，同時聲音警告。 強投與投相比，沒有容量檢查。強切與切相比，沒有功率因數是否越下限檢查。另外，當變壓器和電容器的操作次數超限時，不再使用；當變壓器或電容器延時未到時不再使用；當廠站延時未到時，該廠站不再進行操作。 程序從①至④順序檢索控制手段，判斷該手段當前是否可執行，如找到可執行手段將終止搜索，形成控制方案；找不到可執行手段則放棄。 需注意的是，規定變電站無功流人為正，流出為負，即變電站從電網吸收無功為正值，而變電站向系統倒送無功為負值。為了實現無功精確連續控制，對功率因數（無功）進行如下變動：首先按照無功的正負，對功率因數進行正負區分，即當變電站吸收無功時，功率因數在（0，1）區間，而變電站向系統倒送無功時的功率因數則為（0，-1）。然后將（0，-1）區間的功率因數全部加2，相當于區間變成了（1，2）。通過這種變換，實現了分區水平方向無功的連續控制，即由（0，2）的功率因數對應于無功為（－∞，＋∞）的連續離散控制（受制于設備的離散性）。 方案的3層協調處理為：①根據U和Q分區和規則表形成監控點方案；②根據本廠站各監控點方案形成廠站方案，主要考慮三端變壓器中壓側并列、低壓側分列運行的情況；⑧根據各廠站方案，綜合考慮上下級廠站關系和等待時間、方案性質等，形成本次控制方案。主要有兩種方式：一種是根據全網的功率因數以及各母線的電壓、當前可用設備的無功補償情況以及設備操作引起的無功電壓變化，按照電壓等級分層排隊的優先級生成本次的控制方案；另一種是綜合考慮全網運行的可能狀態，利用各廠站的分區、規則協調來實現全網的方案，主要通過人工干預或設立專家方案來實現。一般說來，電壓越限的情況，控制方案較明確；電壓合格時的情況較復雜。因此，對變壓器增加定義有升變電壓、升變無功、降變電壓、降變無功；對電容器增加定義有投變電壓、投變無功、切變電壓、切變無功；相當于在（4，11）區域內再進行細化分割，以滿足更為精確控制的要求。 2 系統的可行性和實現中的注意事項 2.1 可行性 a.“四遙”（遙測、遙信、遙控、遙調）的實現為自動控制提供了可能性。 b.有載調壓變壓器和并聯補償電容器為自動控制提供了手段。 c.計算機技術的發展為無功電壓自動控制的實現提供了必備的條件。 2.2 注意事項 a.遙測數據可能會有誤差或錯誤。 b.遙信狀態會有錯誤，尤其是刀閘的狀態。 c.有時命令下發不能正確執行的問題。 d.并列變壓器的統一調節問題，兩主變分接頭個數不相等的情況，三端變壓器的特殊問題。 e.電容器的統一調節循環使用問題。 f.設備檢修或保護的處理。 g.防止方案死鎖的處理。 h.調節的頻率問題，與電壓變化的規律有關系。電壓穩定，變化幅度較小，調節次數就少；反之，如每日電壓變化幅度較大，調節次數就較多。但對同一種規則，每天的調節次數是基本穩定的。經驗表明，人工自動混合控制由于控制規則不完全相同，會增加調節的頻率。因此，建議對實現閉環自動控制的廠站，盡量通過規則表去調整控制行為而不是直接干預其控制過程。 i.以功率因數代替無功作為分區判據的問題。由于系統容量不同且運行狀態隨時變化，無功額定值不好確定，但系統的功率因數允許范圍是有明確規定的。因此，用功率因數上下限和當前的有功、無功計算出當前無功上下限作為判據更為合理。 j.無功倒送的問題。如果以有功網損最小為目標，無功是否要倒送需要通過精確計算才能確定。但一般的規定是不允許無功倒送。 k.在實際控制中，設備的動作頻率和動作次數是應該嚴格控制的。由于設備動作后引起監控點位置的跳躍，應確保不出現在相關區域內設置可能引起相反操作的規則。通過日動作次數限制設備的日可動作次數上限，在達到限值時自動禁用設備，并報警提示。如想繼續使其操作，只有人為干預才可解除禁用。通過接收SCADA的事項，可處理各種保護動作的情況，并據此判斷設備是否可繼續運行。通過設置廠站方案處理后以及設備動作后的延時，可以控制設備的動作頻度，以滿足要求。 3 積成PAS無功電壓自動控制系統 本模塊運行于IES 500主站系統，可方便地增加需要監視的分站，監視分站個數沒有限制，分站只要有基本的遙信、遙測、遙控功能即可實現電壓與無功的監控，不需增加特殊的設備，以節省投資。 具有3種工作方式：按級別由低到高排列為“退出”、“開環”和“閉環”。退出：可顯示或不顯示運行狀態，不進行無功電壓的檢測處理。開環：檢測越限，并彈出控制方案提示對話框，可語音報警；一經確認，則下發遙控命令；否則，過30s，對話框自動消失。閉環：自動進行電容器的投切、有載調壓變壓器分接頭位置的調整。 工作方式有3級設置：全網、廠站、設備（變壓器、電容器）。實際的工作方式是三者中級別最低的方式。工作方式設置到設備使本模塊有了很大的靈活性和適應性，根據各分站的不同情況，設備能可靠量測的廠站可采取閉環方式，條件差一點的可采取開環方式；變壓器可采取開環方式，電容器可采取閉環方式。 分區控制的原則：將電壓、無功平面根據電壓和功率因數考核上下限分為不同的區域，根據運行狀態所在區域采取相應的控制方案，控制靈活及時，具有智能性。控制規則通過規則表實現，擴充、修改方便，可充分發揮人員經驗的作用。 可建立分時段、分廠站規則表，實現不同時間、不同廠站有不同的控制規則。每天的時段數可靈活定義。根據不同地區的需要，可方便地擴充分區數，使控制更為精確。 采取數字濾波，可濾掉電壓、無功的擾動，避免或減少誤動。取數周期、濾波時間、顯示方式、檢測周期都司設置。 自動記錄電容器投切、分接頭變動后電壓和無功的變化量。電容器在運行一段時間后，其無功補償容量往往并不等于其額定容量，而且電壓變化量一般也不知道，有了記錄便可為控制提供更為準確的依據。 根據實時數據判斷變壓器是否并列運行。并列運行變壓器統一調節。 若母聯開關合，兩段母線上電容器統一投切，電容器循環投切，以延長使用壽命。 可根據檢修、保護等信息決定設備是否可控。 廠站監控的順序可設置，可以考慮上下級廠站關系。采用面向對象的設計方法，廠站下設“監控點”的概念，根據遙信數據動態生成監控點。監控點是最基本的監控單位，主變并列運行在同一監控點內，分列則自動歸于兩個不同的監控點。 系統數據流向和簡化程序流程如圖2、圖3所示。 4 結語 本系統目前運行于福建省8個地市以及安徽省的銅陵、合肥等地。經長期運行證明，能保證電壓合格率在99％以上，在規則時段制定合理的情況下，能夠解決設備頻繁動作的問題。 轉自：東方自動化