500kV变电站电压无功调节方式缺陷及改进策略

352014理论与算法500kV变电站电压无功调节方式缺陷及改进策略何宇琪（广东电网公司佛山供电局，广东佛山,528000）摘要：文章针对500kV变电站电压无功控制的特点，分析了当前其电压无功控制方法存在的不足及缺陷，对500kV变电站电压无功控制方法及策略进行研究，提出相应的改进策略，重新引入中压侧的无功判据，列出策略表，再通过策略优化，达到减少电容器、电抗器的投切次数，稳定电压的目的。关键词：无功调节；电压控制；500kV500kVsubstationvoltageandreactivepowerregulationmodedefectsandimprovementstrategiesHeYuqi(FoshanPowerSupplyBureauofGuangdongPowerGridCorporation,528000)Abstract：For500kVsubstationvoltageandreactivepowercontrolfeatures,analyzestheshortcomingsanddeficienciesofitscurrentvoltageandreactivepowercontrolmethodsexistfor500kVsubstationvoltageandreactivepowercontrolmethodsandstrategiestostudy,proposeappropriateimprovementstrategies,re-introducedinreactivecriterionpressureside,listthepolicytable,andthroughthestrategyoptimization,toreducecapacitors,reactorsswitchingfrequency,voltagestabilitypurposes.Keywords：reactivepowerregulation;voltagecontrol;500kV0引言电网中电压是衡量电能质量的重要指标，各种电气设备都是设计在额定电压下运行。通常在电力系统中枢纽变电站和终端变电站的二次母线上都装设有可投切的补偿电容器组，与有载调压的主变压器相配合进行联合控制。而500kV变电站的无功装置容量大，调节能力更强，对系统电压的影响更大，但其多使用无载调压方式，控制的目标是只是高压侧母线，其调节方式及策略有着特殊性。现行的自动调压模式、软件，均在针对500kV变电站的设计上存在一定的局限性。本文就是针对以上问题，提出500kV变电站电压无功调节方式改进策略，并通过模拟及实际的系统进行验证。1现有无功调节系统在500kV变电站中应用的缺陷1.1人工调节现阶段，南方电网绝大部分500kV变电站采用的是人工调节的方式，这种调节方式存在极大的滞后性与不确定性，调节效果的好坏与是否合理纯粹靠操作人员的水平，且由于人员反应速度、操作习惯等的关系，无法实现最优控制。1.2各自独立的VQC系统VQC系统自1992年由实验阶段进入实际运行经过多年的研究与发展，各种理论及实现软件已经非常成熟了，但将其放入500kV变电站中则存在以下的问题：1、500kV变压器大多使用无载调压，即使采用的是有载调压开关，也极少进行带负荷的切换分接头。这就使得VQC的调节由纵横“面”变成单轴的“线”调节。调节方式变简单的同时带来的是准确性的不足。2、与下级变电站VQC系统的匹配问题。若只考虑本站的电压是否符合要求，则VQC模块，一般为简化的3区图，在实际运行中就会出现同一地区内，500kV变电站投入电抗器组，110kV变电站投入电容器组的不合理情况，导致设备及电能的损耗。1.3AVC系统AVC系统的全称为自动电压控制系统。即调度通过对各变电站的变压器抽头、电容器组、发电厂的发电机组的无功功率进行远方控制，从而达到提高本地区的供电电压水平，改善地区电网的电能质量的目的。AVC可以考虑一个区域内的无功潮流，调节优势明显。但对于500kV系统，却存在以下2个问题：首先加上500kV系统后，控制将涉及到3级系统，5级母线电压的计算、整定，决策复杂；其次无功设备的管理归属两级、甚至三级调度，在362014理论与算法实际的管理中存在困难。2控制系统的缺陷及改进方法从理论上讲，变电站电压无功控制问题是一个多限值、多目标的最优控制问题。只是对于不同电压等级和功能的变电站而言，其所受的约束条件和控制目标不同而已。根据调度规程，对于500kV变电站，大都为枢纽变电站，它进行调压的目标是高压母线电压合格。所受到的约束条件为调压设备(包括变压器分接头、电容器、电抗器)日调节次数、高压母线的电压上下限值等。从控制方式讲，理论上500kV变电站可以采用调节变压器分接头、投切电容器和电抗器这3种方式，但实际上由于500kV变电站运行特点，只有投切电容器和电抗器2种方式，事实上，由于电抗器的作用正好与电容器的作用相反，因此也可以把它们合并为一种控制方式，只是把电抗器的容量看作负值而已，使得调节只剩下“线”型的判断，这就使得调节的准确度大幅下降，若要使调节更准确，就需要扩大参考条件。若使用只考虑电压的“线”型调节方式，在500kV变电站的实际运行中，特别是对于电压要求较宽的终端站，会出现以下的情况：变电站投入电抗后，500kV侧电压符合运行要求，监控无任何告警信号，但同时向220kV侧吸收无功，而220kV电压的偏低使得其10kV电容的大量投入。在动作匹配上，曾出现由于500kV电压变化过大，下级变电站的变化速度不够，从而使10kV母线出现电压不及格。综合上述分析，针对其不足，提出了以下的调节方式：以500kV电压作为主要判据，主变压器220kV侧的无功流向作为次要判据，列出基本策略表，加上策略库作为辅助判据。3控制策略建立3.1X轴引入中压侧的无功潮流。由于500kV无功设备的容量较大，单组投退对中压侧潮流造成的变化大，因此难以出现在边界处上下波动的情况，为了简化策略，直接按照单组无功设备的容量值制定投退定值，输入变量为{负、零、正}(即{L、0、H})，以中压侧无功指向主变压器为负。引入中压侧无功潮流后可以避免无功的倒送问题，但值得注意的是，因为220kV及以下的变电站其电压、无功的就地平衡调节更准确，因此500kV站点要以“退出”无功设备避免与下级变电站的冲突为主，尽量不以“投入”无功设备来平衡无功。3.2Y轴建立电压越限边界的判定。现有VQC程序中，电压边界的判定已比较完善，可直接引用，一般是在Y轴上利用现有的三区图进行扩展，形成边界判定的电压五区。输入变量的子集为{负大、负小、零、正小、正大}(即{LL、L、0、H、HH})。对于输出变量、电容器、电抗器的模糊子集为{切除、维持、投入}(即{L、0、H})。3.3建立策略表根据500kV变电站电压控制动作规则，依据X、Y轴的输入和输出变量、可得到相应的规则如表1所示。无功潮流只使用表中UC、UL表示电容器、电抗器的控制量(即控制命令)，以高压侧电压优先。表1无载调压变电站控制规则4电压无功控制的策略优化在得到上述表1的策略规则后，仍需进行相关的分析及优化，即把由策略表得来的控制量，加上策略库内众多限制条件和优化原则，产生最终的调压控制命令。即最后的动作命令由策略表命令(H/L)、投切命令（T）、禁止条件（F）组成。参与决策的部分包括：（1）输入量，主要有电容器开关量、电抗器开关量和电压量，中压侧无功等。（2）相应建立的投电容器，切电抗器、切电容器，投电抗器命令。（T1、T2、T3、T4）。（3）规则库内的禁止条件（F1、F2……）。下面为规则例子：1)电容、电抗器不能同时投入。2)先投入串抗率大的电容器组，然后再投入串抗率小的电容器组，先投后退。3)分组轮换投入，即先投标志按组轮流添加。4)退出的电容器组，5分钟内禁止投入。5)为了防止当系统发生故障时继续调压，母线电压的可调范围设置为±10％的额定电压，并加上3.5秒的动作延时。5实例分析由于建立包括1台无载调压变压器、2台电抗器和3台电容器，三侧母线的500kV变电站仿真系统以一天作为调节周期，数据采集间隔采用电压监测仪的实际数据，即10分钟采样。表2列出一天内各设备的调节次数，高压母线和中压母线电压运行数据如表3所示。再通过笔者所在站点VQC系统的开环运行进行实（下转39页）392014理论与算法点。分段随机抽选法的核心思想是把众多的数据按照某种特定的规则分割为许多小的集合,然后在每个集合内产生一系列的随机数,构成候选码以确保选取目标的惟一。该算法较适合工程图学试题库的组卷策略，首先按难易和章节分段随机抽取分组，然后随机抽取各分组内题目。为了提高自动组卷的效率，可以根据组卷的类型、经验将组卷的题目数量、章节范围和参考分值固定。在自动组卷方式下，用户设置好试卷属性，包括学期、班级、期望平均值、组卷类型（按专业划分）等内容后，系统将按照组卷策略自动选择试题进行组卷。选择题数量通常较少，因此不进行难度分段处理，采用在给定难度系数上下浮动0.2来设定难度系数的选取范围，根据组卷类型先选组后选题，选择好的题目根据难度按先易后难进行排列；作图题划分3段，按照章节和难度系数从前往后进行试题的抽取。例如，期望的难度系数为0.7，则该试卷的期望平均分为70分，前面的试题较易，难度系数的选择范围可以设置在[0.6-1.0]范围内选取，这样所抽试题的平均参考分在60-100分之间，题目较容易。抽取完第一段重新计算剩余题目的难度系数，在剩余题目的难度系数的基础上上下浮动0.2来设定新的难度系数范围，继续选题；最后一段采用和第二段同样的方法设定难度系数的选取范围；当只剩下最后一题的时候通过计算得到其难度系数值，并尽量在接近该值的基础上选取最后一道题目，这样能保证所出试卷的整体难度非常接近所期望的难度。本系统的组卷算法流程如图1所示：把已选题目在试题表中该试题的唯一标识存放到一个临时表中，待所有试题选取结束，就将该试卷的相关信息自动添加到试卷信息表中，完成组卷。4结论工程图学智能试题库系统采用了按照设定难度系数的分段随机抽选法进行自动组卷，该方法组卷成功率高，方便快捷，大大降低了人工出卷的劳动强度，且具有很强的可扩展性，为工程图学类试题库系统研究提供重要参考。参考文献[1]尹常治,杨皓,赵立族.最大权法试卷组卷算法[J].工程图学学报,2004,(3):106-111.[2]孟朝霞.基于自适应免疫遗传算法的智能组卷.计算机工程,2008,34(14):203-205[3]关丽杰,党进,郭凤.机械制图试题库组卷技术研究[J].工程图学学报,2006,(4):175-178.作者简介潘志国（1977-），男，山东德州，讲师。主要研究方向：计算机图形学、计算机辅助设计、农业机械机械化新技术。（上接36页）例验证（即系统只提供操作提醒，由人工操作），效果基本一致。无论从设备的调节次数，还是电压的方差，本文提出的控制方式均比旧式三区图优胜;而人工调节的控制数量虽然少，但电压的方差过大，影响电压质量。表2设备的调节次数表表3电压运行数据6结论由于现有的无功调节方式及软件设置均以有载调压变压器为基础，存在调节策略上的缺陷，本文针对500kV变电站采用的无载调压变压器存在无功控制问题进行研究，重新引入中压侧无功作为控制量。解决与下级变电站VQC系统的匹配问题，避免了出现多级调度管辖下不同等级母线电压的冲突；并实现电容器、电抗器在变电站各种运行状态下的最佳配合；通过策略库的完善进一步提高系统的调压控制性能，经验证可有效减少无功设备的投退次数及提高电压质量。参考文献[1]熊信银、张步涵．电力系统工程基础[M]．武汉：华中科技大学出版社、2002.[2]王升治、庞宁.2007年02期VQC装置在深圳电网的运行状况与故障分析[J].广东电力、200720（2）：73-75.[3]丁晓群，廖亨利．地区电网无功电压实时闭环控制软件[J]．电力系统自动化，2001，25(10)：66—67．作者简