基于自动化网络的区域电压无功控制系统

电力18讯：    
刘利平 浙江衢州电力局 （324002）

摘要：基于综合自动化网络型RTU技术，结合当前地区电网的实际要求，应用分层分布控制原理实现电网的电压/无功实时控制系统，全局协调层经过网络型RTU采集全网的各种实时数据和运行状态，对正常和紧急运行方式下的电压无功进行全局优化，再由分布控制层执行上一层的控制指令，同时在系统异常的情况下又能独立进行当地无功控制，满足电网电压无功控制的要求。

关键词：网络型自动化系统（Network_RTU）；电压无功优化控制（VQC）；实时控制系统；区域控制

中图分类号：TM714.3　　文献标志码：A　　　文章编号：1003-0867(2005)10-0043-02

无功电力是保证电力系统电能质量、电压质量、网络损耗以及安全运行所不可缺少的部分。因而电压无功的优化，尤其是区域电压无功优化受到了越来越多的重视。

城乡电网的改造成功，为实现整个区域电压无功控制系统创造了条件。在整个电网的改造当中，调度自动化系统日益普及，在大部分地区已经实现了计算机自动化网络系统的光纤千兆环网，在系统主站通过网络型RTU的数据采集能够监视控制电网调度范围所有变电所和一些主要调峰电厂的所有信息。区域电压无功控制系统就是在这样的网络系统平台上进行潮流计算和电压无功的优化，以保证电网安全经济运行。

1 区域电压无功控制系统的体系结构

电压无功在线控制系统目标是：在正常运行的情况下，电网的网损最小；在系统故障或异常的情况下，控制的代价最小；系统应有电压稳定性和预防性，以防止电网的电压崩溃。结合自动化网络的这一特点，电压无功控制系统可以采用二层控制结构设计，其中第一层是分布当地（执行）层；第二层是全局优化层，其中全局优化的结果送到第一层的电压设定整定值，然后在第一层中再确定哪些控制能使主节点达到整定要求。系统的结构设计思想是：

（1）在正常和紧急运行情况下，分布执行层主要执行全局协调层的调控命令，但所有调控命令的真正执行须经各种核算和检查；全局协调层收集全局信息，按最优化方式给出各分布控制层的整定值，并得出修正和监视命令的完成情况和效果。

（2）在电网发生重大故障或系统故障时，全局协调层只是起到监视作用，而分布执行层及时响应并担负起小系统的自动控制电压和无功功能。

2 自动化网络型RTU系统

自动化计算机网络系统，是将整个电网调度范围内自动化系统（网络型RTU），通过光纤和交换机形成千兆环网与主站控制系统连接，构成一个自动化网络系统整体，采集大量的数据信息和电网运行的状态工况，实时上送到主站系统。整个网络系统如图1所示。



从整个自动化网络系统中可以看出，分布变电所中所有信息（有功、无功、电压、断路器、隔离开关、保护信息等）可以通过千兆网络实时送至主站系统进行电力系统网络拓扑和系统潮流分析计算，并且根据收到的保护信息来判断整个电网的安全运行情况，达到实时监视控制的目的。

3 区域电压无功控制系统的功能及特点

3.1 全局协调层

全局协调层主要是收集自动化网络系统转发的全网运行情况数据，根据收集的实时遥信进行网络拓扑分析，以实现区域VQC控制系统运行方式自适应。根据网络拓扑的分析结果，建立电力网络的母线模型，同时对收集的实时遥测数据进行状态估计分析以纠正错误的量测值，最终通过优化算法确定正常运行情况下全网网损最优和紧急情况下控制量最小，使系统电压恢复到正常的两种目标函数。然后将各个变电所的分接头调档数和电容器投切量发布到各个分布控制层，并随时通过潮流计算监视和修正执行的情况。整个执行流程形成闭环结构，如图2所示，算法的起动方式可以分为三类：按整定值时段起动、按事件起动、人为干预起动，其中事件起动包括：



（1）遥信变位

用户指定的遥信变化为给定状态启动，如电网运行方式的变化等。

（2）遥测越限

用户指定的遥测变化超出了给定的限值范围时启动，如电网负荷的变化、电压越限、无功越限时启动计算。

（3）定点启动

在一天内指定若干时刻，到达该时刻启动计算。

在进行电网的网络拓扑状态估计、潮流计算、电压无功优化时，对建立等效的电力网运行方式是必不可少的，只有将电力系统转化为数学模型才能进行计算分析。因此在全局协调层建立和维护好电力系统数据模型是整套区域电压无功控制系统的前提条件。

3.2 分布控制层

分布控制系统实际上就是指分布变电所中网络型RTU系统中用以VQC控制的子模块系统，利用实时采集数据进行综合计算，得出电网系统运行的区域图，并根据全局协调层下发的整定值和控制调节命令通过R