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无功电压优化系统应用问题实例分析及改进

一、前言
随着电网的持续快速发展,使得其控制复杂性急剧增加。与此同时,用户也对电网提出了更加严格的要求。近年来国际上电压崩溃事故而引起的大规模停电也表明电压问题已经不仅仅是一个供电质量的问题,而且是关系到电网安全运行和经济运行的重要问题。无功电压优化系统(以下简称AVC系统)直接遥控电网电压、无功调节设备,与一般调度自动化软件相比,其安全性显得尤为重要。通过近年维护实践过程,我们发现目前无功优化控制系统在算法策略、控制安全上存在一些不足之处。以下针对其中较突出的设备频繁投切问题展开分析,寻求相应的解决办法并提出改进措施。

二、AVC系统原理及控制模式
蚌埠电网AVC系统基于山东积成电子IES600平台,可方便地共享SCADA/EMS的实时数据信息和PAS网络拓扑结构,通过采集母线电压、线路潮流、开关、刀闸等实时信息,从而对全网电压、无功进行综合分析、计算。以各节点电压合格、关口功率因数为约束条件,进行在线电压无功优化控制,达到主变分接开关调节次数最少、电容器投切最合理、电压合格率最高和输电网损率最小的目的。其中电压上下限和功率因数上下限可分时段设置或以计划曲线的方式给出,系统自动的根据负荷水平实现电网的逆调压运行。
蚌埠地区电网无功/电压优化控制系统具有两种控制模式:优化控制模式和分区控制模式。
全网优化控制模式下主要功能有电压校正控制、功率因数校正控制、网损优化控制。三个主要功能的优先级可根据实际情况设置。该模式下实时自动接收省调主站的无功指令,并根据无功指令和相应控制策略制定调压控制方案,在调度中心完成电容器投切和变压器分接头升降等遥控、遥调操作。
当电网部分遥信、遥测数据出现问题使优化计算不能完成时,系统自动切换运行方式为基于规则的分区控制模式。这种运行模式下,系统可以根据设定的电压、功率因数限值进行变电站级别的无功、电压控制,保证系统的连续稳定运行。在该模式下可根据自定义的控制规则实现对厂站功率因数或全网功率因数以及电压的控制。

三、蚌埠电网AVC系统运行分析
1、电网情况简介
蚌埠电网有220kV变电站11座、110kV变电站21座、35kV变电站3座, 变压器总容量为2108500kVA,全网无功(电容器)容量为247553kvar。系统基本上是辐射状连接,所有变电站均具备和省网的闭环控制条件。    目前,5个220kV片网的27个变电站接入AVC系统闭环运行。
2、问题实例及分析
对于系统设备频繁操作这一涉及到电网安全的问题,据了解在某省出现过多次,因AVC系统限值错误、失效导致不断调节档位,导致用户电梯损坏的事故,所幸未进一步恶化。但必须引起程序开发人员、系统维护人员足够的重视。以下用几个运行维护应用实例来表述,并作初步的分析。
实例1:某集控站反映所辖所辖变电站312电容器有频繁投切现象,2分钟一次,共有8次分合。程序显然没有应用1800秒投切间隔时间,经检查,为一外网等值开关状态的错误改变导致EMS系统状态估计计算不收敛,状态估计合格率返送SCADA数据保持在98%不刷新,在这种情况下,AVC所有限值失效。显然这属于程序缺陷。
实例2:方式人员反映某220kV变电站35kV电容器四组,AVC系统常常只操作其中两组,但有对另外两组很少操作。这将大大影响电容器使用寿命。分析发现AVC 系统中的电容器的控制策略存在问题。该系统对电容器投切只是自动找到具备可投切条件的设备进行操作,而没有根据电网《变电站设备定期试验轮换制度》中规定的“一条母线上有多组无功补偿装置时,各组无功补偿装置的投切次数应尽量趋于平衡的轮换运行要求”。系统找到母线上排序第一的电容器,只要未超过当日投切上限10次,就不会出投切下一台的方案。还有,AVC系统根据母线上主变开关,确定该母线上电容器是否加入运算。却未考虑母联合,电源点为另一主变送入的情况。
实例3:某集控站反映所辖110kV变电站档位连续下调几次,其下级变电站10kV母线电压已降到8.9kV。经查证,系统出方案的目的为优化电网网损,检查后发现PAS、AVC数据库填写正确,母线上下限值参数也已设置无误。但系统存在有时写库失败问题,当时参数检查已经生效,但模块重启,或重读数据库,填写参数丢失,参数默认为上次同一字段修改成功的限值,这样可能10kV母线限值可能会自动改为220kV母线限值,这样就极可能导致一些严重后果。
实例4、某变电站35KV线路负荷用户为钢厂,属冲击性负荷,造成电压波动很大,电压在限值周围跳变厉害,导致遥控次数过多。AVC中电容器日投切上限为10次,变压器调节次数为10次,结果每天上午几个小时内就达到了设备操作上限,被系统禁用。这样该电容器每天只是做了无谓的操作,失去其应有的意义。
实例5:变电人员常反映电压在合格范围内,但电容器、档位还有较频繁的操作,询问原因。变电人员反映的电压合格AVC系统仍有操作,原因为AVC系统执行中调无功指令,从省网角度统一平衡无功,达到电网安全、力率合格、降低损耗的目的。在地区角度,也会推出降损的方案。
实例6:某变电站1#变已由AVC系统升为8档,又连续调为9档。然后系统因延时未到将其禁用。原因为升档后档位变化反映到画面上再被AVC获取需要一定的时间也就是说,电压预判不精确或变化遥测上送慢,也会造成AVC区域无功优化控制模式与电压校正控制模式相冲突,导致主变分接头或电容器频繁循环动作,甚至使10kv母线电压越限。
实例7:某110kV变电站2#变当日升降16次,超过每日升降次数限值(10次 ),AVC系统却未将其禁用。经查为状态估计模块异常退出运行,计算停止。EMS系统未在模块退出类中报警,因而造成和实例1相同的问题。

四、程序改进措施
根据以上AVC系统运行中的实例分析,可将无功电压控制设备的频繁动作原因主要归纳为七个方面:一是状态估计模块的影响(不收敛、异常、退出)导致AVC系统限值参数失效;二是修改AVC参数后只改到界面却写库失败,系统暂时应用了参数,而当程序重读或重启后参数丢失;三是对于电网较特殊运行方式下,AVC对于控制策略考虑不足;四是未按《设备轮换制度》中要求实现无功补偿装置的投切次数应尽量趋于平衡的轮换运行要求;五是冲击性负荷使母线电压跳变,导致控制方案频出;六是在保证系统力率、电压合格之外,系统还会出降低网损的方案,也会导致设备操作有所增加;七是电压预判不精确或变化遥测、遥信上送慢使AVC误读为操作失败,而继续推出了执行方案所致。
下面提出软件相应改进办法:
1、增加状态估计异常告警
当外网等值数据、和内网数据错误导致状态估计运算不收敛、模块停止计算;合格率数据在10分钟内(可根据情况设置)不变化时,这些情况下,需在AVC系统程序中增加判别条件,使AVC系统自动开环运行并发出告警信号,提醒及时维护状态估计模块,保证其能正常运行。AVC系统中设置的参数、安全策略应独立于高级应用的其他参数设置,当状态估计模块运行异常退出运行时,参数应仍然有效。
2、及时关闭数据库联接
关于修改AVC参数后只改到界面上却写库失败问题,经检查分析发现属于系统运行中打开数据库联接过多,而程序未考虑及时关闭,使得数据阻塞,不能更新到数据库。因此在软件中修改数据库读写机制,在写库完毕后,及时关闭数据库联接,避免此类问题的发生。即使参数修改不成功,也不能自动默认限值参数而是显示为空值。这样,当参数不完全时,系统自动将该变电站退出,并发出“参数不完全告警”,提示维护人员注意。
2、外网等值错误自动排除功能
搜集最新的与本电网有联系的外网结构模型及数据,需要重新确定更精确的模型。AVC系统当外网数据错误时,应能自动判断并将外网排除后,保证内网正常运算并发出告警。确保状态估计模块的正常运行。
3、实现无功补偿设备的设备轮流切换
在AVC系统中加入操作次数判别,对电容器控制方式作适当调整,可以实现同一电气岛中相同容量无功补偿设备的设备轮流切换,以解决电容器频繁投切这一问题,大大提高这类设备的使用寿命。

4、增加特殊运行方式的考虑
在AVC软件中加入运行方式判别,根据变电站内主变高中低压三侧受总开关、高中低压母线母联开关的状态判断主变的运行方式,增加考虑某一段母线退出运行或通过母联由另一主变供电的特殊方式。以上的判断结果以备“灵敏度分析模块”调用。
5、实现运行方式和操作次数联合判别
通过自动判断电气连接方式,寻找在同一电气岛中,符合方案执行条件的所有电容器。如可投电容器大于一组则优先考虑本日投切次数较少的;如投切次数相同则优先考虑投入时间在前的电容器。当任意一组或几组电容器退出自动控制方式时,本模块仍能根据需要,自动确定新的投切顺序,实行循环投切。除有投切顺序的电容器组外,其余电容器组本着轮换投切,先投先切,后投后切的原则投切,投切的时间间隔不小于规定时间,每天投切次数不超过规定次数。并列运行母线可以按同一条母线进行电容器组的投切。
6、 引入负荷曲线预测功能
为了消除特殊负荷跳变情况造成的不必要的投切。除了采用各类措施加强对谐波的治理外。在软件上可以充分利用变压器允许短时间的过负荷能力,减少不必要的投切和调整。再将调度自动化系统负荷预测功能引入AVC的运行判断中。通过预测值与实时数据的比较,将结果作为电压无功综合控制策略的重要参考量,根据典型日的负荷曲线预测设备投入或切除后至下一次切除或投入的时间,来实现投切和调整的优化。在保障安全的前提下实现最优运行方案,防止在负荷波动较频繁区域设备频繁动作。
7、 引用设备操作成本分析功能协调控制
设备操作的成本主要分设备损耗成本和操作风险成本。设备损耗成本主要考虑主设备和所有附属设备的成本,设计使用次数。设备操作风险成本主要考虑设备操作事故概率和事故损失的统计指标。在AVC中引用设备操作成本分析功能进行协调控制,提供设置界面,人工进行修改。根据这一特性,在系统推出降低网损方案前,结合设备的操作费用,统筹考虑,运行维护中提高或降低操作费用,达到人为增加或减少设备操作的目的。

8、推出方案间隔时间设置为可调节
对于遥测、遥信变化上送慢的问题,在系统中可将闭环控制同一设备推出方案间隔设置为可调节(一般情况下,AVC系统中设备操作连续三次失败,将被禁用)。由用户根据实际情况确定下一次方案的间隔时间。防止因数据刷新慢,使AVC 误以为操作失败继续出方案而导致过调。
9、合理配置电容器的容量
目前蚌埠电网部分电容器组容量较大,灵敏度分析结果表明,电容器投切后容易出现无功过补和无功缺失。这也是造成个别电容器不动作而其它容量较小的电容器频繁投切的一个原因。如母线上配置两组容量不同的电容器或电容器分组运行。根据现场投入组数的实际容量情况,人工修改容量参数,由系统控制投切,会取得更好的效果。
五、结束语 
根据以上思路,联合厂家开发人员对软件控制策略、告警、控制安全等部分进行了修改,改进后的无功电压优化系统与以前的控制方式相比安全性大大提高,经过验证,此举在电网安全、电压质量优化,电网损耗降低等方面均取得了良好的效果。AVC系统在蚌埠电网的成功应用,为地区供电局电网调度由经验型向分析型、智能型转变提供了科学的依据,为调度自动化专业的发展开辟了广阔空间。

 

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