電力系統(tǒng)電壓/無功優(yōu)化控制是指在保證滿足運行約束的同時，用盡量少的無功投入（或盡量少的無功補償設(shè)備投資），最大限度地改善電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)損。電力系統(tǒng)電壓無功優(yōu)化控制主要是通過調(diào)整發(fā)電機的端電壓、變壓器分接頭位置、無功補償設(shè)備等手段來實現(xiàn)的。電力系統(tǒng)電壓/無功優(yōu)化問題分成規(guī)劃和運行優(yōu)化與控制兩類。規(guī)劃問題計算無功補償設(shè)備的最優(yōu)安裝位置、類型和容量，以達到節(jié)省投資費用的目的。運行優(yōu)化與控制問題認(rèn)為無功補償設(shè)備的配置已定，需要根據(jù)實際負荷的變化，確定無功補償設(shè)備的投切方案和變壓器分接頭位置等，以達到在滿足電壓質(zhì)量要求的情況下，網(wǎng)損最小，或能耗最小，或運行費用最小的目的。

1、目前存在的問題

首先，過分強調(diào)主站功能,對站端監(jiān)控裝置缺乏重視。目前投入運行的地區(qū)電網(wǎng)無功優(yōu)化系統(tǒng)的控制過程是：通過SCADA系統(tǒng)收集信息，由主站根據(jù)分析結(jié)果發(fā)出控制命令，通過站端監(jiān)控裝置執(zhí)行。站端監(jiān)控裝置只要實現(xiàn)四遙功能即可，即站端監(jiān)控裝置本身不具備分析功能。

其次，信息量采集不全,尤其是主變檔位信號。

2、解決方案

2.1站端監(jiān)控裝置的問題

站端監(jiān)控裝置應(yīng)該是一個有多輸入/多輸出的閉環(huán)系統(tǒng)。該系統(tǒng)需要連續(xù)地對各母線電壓和主變各側(cè)電流進行交流采樣，計算出電壓、有功功率、無功功率和功率因數(shù)，分析電壓水平和無功平衡狀況。同時采集變電站內(nèi)相關(guān)斷路器和隔離開關(guān)的狀態(tài)信息，能夠在失去上級控制后，分析本變電站運行方式和結(jié)線狀況，得出投切電容器組、調(diào)節(jié)分接頭開關(guān)檔位的控制策略，達到保證電壓合格率和無功就地平衡的目的。

對站端執(zhí)行機構(gòu)的基本要求如下：

(1)數(shù)據(jù)精度和準(zhǔn)確性

要對采集到的數(shù)據(jù)進行數(shù)字濾波處理，以及真?zhèn)闻袛嗟瓤垢蓴_措施，保證進入策略的數(shù)據(jù)正確無誤。

(2)控制策略正確、合理

分析電壓、有功功率、無功功率、功率因數(shù)，以及變電站運行方式和結(jié)線狀況，確定符合當(dāng)時運行方式的控制策略。

(3)延長控制設(shè)備的使用壽命

保證對控制設(shè)備的動作次數(shù)不能超過限值，同時要使動作次數(shù)盡量地少。

(4)控制操作的安全性和可靠性

控制操作的安全性和可靠性應(yīng)在裝置的硬件、軟件和執(zhí)行機構(gòu)等各個環(huán)節(jié)加以保證，保證控制操作正確無誤。

(5)控制故障的閉鎖及提示

在輸出控制命令之前，必須檢測各類閉鎖條件（如總告警信號、諧波超標(biāo)、執(zhí)行電路出錯、遙信變位、主變過流、系統(tǒng)電壓嚴(yán)重超標(biāo)等）。當(dāng)閉鎖條件滿足時，立即取消控制命令，并給出閉鎖提示信息。

(6)拒動和滑檔處理

當(dāng)對電容器組和主變分接頭的控制命令發(fā)出后，監(jiān)測電容器組的狀態(tài)和主變分接頭開關(guān)檔位是否變化,如果沒有變化，則提示該設(shè)備拒動。如果主變分接頭開關(guān)檔位越過了預(yù)定的控制檔位，則提示該主變分接頭滑動，同時發(fā)生控制命令，切斷分接頭開關(guān)操作機構(gòu)的電源。

(7)運行方式的自適應(yīng)

變電站中主變的個數(shù)可以是1臺、2臺甚至3臺，母線有單母、雙母、雙母帶旁路等不同的運行方式，對控制設(shè)備的使用不同，控制策略也不同。因此，要能自動地識別不同的運行方式，制定不同的控制策略。

(8)自診斷和自恢復(fù)

裝置要做到板級故障診斷，板內(nèi)部分部件故障自診斷，當(dāng)干擾使軟件運行異常時，能自動恢復(fù)正常工作。

(9)預(yù)留通信接口

預(yù)留的通信接口可以用RS-232/422/485方式與站內(nèi)的RTU、綜合自動化系統(tǒng)以及調(diào)度中心進行通信，使得該裝置既可以獨立工作，又可統(tǒng)一管理。

2.2檔位問題

根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗，地區(qū)一級電網(wǎng)無功優(yōu)化系統(tǒng)110kV以上等級的變電站主變檔位必須采集。在衡水電網(wǎng)無功優(yōu)化功能實用化過程中，出于對現(xiàn)場原運行設(shè)備的可靠性及安裝改造的方便性的需要，更考慮到改造后原設(shè)備及增加設(shè)備的安全運行可靠性的需要，筆者自行設(shè)計一套檔位變送器，現(xiàn)將主變分接頭改造方案綜述如下：

原現(xiàn)場運行檔位顯示器不予改造，可正常使用。在檔位信號輸入端子處并出信號（AC24V電壓信號），接入主變分頭信號轉(zhuǎn)換裝置輸入端子，AC24V變壓器檔位信號經(jīng)過PTC、TVS防過壓、過流保護電路，進入整流橋整流濾波輸出20V至30V直流信號，經(jīng)過1kW電阻限流驅(qū)動直流24V繼電器，使流過繼電器線圈的電流為12mA，使繼電器吸合。其兩組開接點可分別單獨送出兩組空接點，一組變壓器檔位分接頭接點供RTU遙信采集使用，另一組變壓器檔位分頭接點還可以供VQC遙信采集使用。其工作原理見圖1。
圖1分頭轉(zhuǎn)換裝置原理圖

(1)檔位變送器的技術(shù)要點

·PTC：電子拒合開關(guān)，也稱“電子保險”，是防止過壓、過流保護運行設(shè)備及元器件免受沖擊，隔離故障點，故障恢復(fù)時能自動接通運行設(shè)備及元器件。
·TVS：防浪涌元件，保護元器件以防沖擊損壞，吸收過流、過壓能量。有源信號轉(zhuǎn)換：將交流電壓信號經(jīng)過特殊整流、穩(wěn)壓、限流處理，轉(zhuǎn)換成恒定直流量，供信號驅(qū)動使用。
·微型信號傳感器：將直流信號轉(zhuǎn)換成雙開接點供VQC及RTU采樣使用。
·檔位指示燈：并在分頭檔位顯示器前端，用來指示檔位信號供參考、維護。

(2)檔位變送器的優(yōu)點

首先在設(shè)計上筆者先后征求了設(shè)計、保護、變電站值班員及廠家的意見，保證了設(shè)計的合理性。其次施工方便、簡單，不用停電和打孔（如果更換市場現(xiàn)有的產(chǎn)品就不會如此）。

用于無人值班站就更有優(yōu)勢（比遙測和BCD碼方式），因為主變調(diào)檔時會滑檔，表現(xiàn)為檔位消失或連動，遙控程序一般是當(dāng)檔位消失或有兩個檔位時禁止遙控，這時可用人工置位遙信使檔位恢復(fù)，繼續(xù)調(diào)檔，不必到現(xiàn)場人工處理。

(3)主站軟件應(yīng)避免出現(xiàn)的情況

首先，采用遠動自動化系統(tǒng)采集保護信號，對無功優(yōu)化系統(tǒng)實現(xiàn)在系統(tǒng)故障情況下的閉鎖。由于現(xiàn)場保護信號的采集與傳輸需要時間，可能會出現(xiàn)閉鎖不及時的情況。

其次，對于變電站負荷出線的不平衡引起的三相電壓出現(xiàn)偏差的情況，不能妥善處理。因為無功優(yōu)化系統(tǒng)采用單相計算方式，在電壓采集上只收集單相電壓，對其它二相電壓情況未考慮，因此，在小電流接地系統(tǒng)中出現(xiàn)的單相接地運行方式下，優(yōu)化系統(tǒng)的運行調(diào)整方式會出現(xiàn)較大偏差。

第三，未考慮系統(tǒng)諧波含量超標(biāo)應(yīng)閉鎖電容器的投切問題。

第四，很難保證系統(tǒng)在各種運行方式下無功優(yōu)化系統(tǒng)對系統(tǒng)電壓的正常調(diào)整。

3、結(jié)論

通過運行實踐，理想的地區(qū)電網(wǎng)無功優(yōu)化功能應(yīng)具備如下特點：

首先，上層協(xié)調(diào)層與下層執(zhí)行層VQC共同形成雙閉環(huán)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在控制系統(tǒng)正常運行時，上層協(xié)調(diào)層以全局優(yōu)化為主，定值下達給執(zhí)行層，執(zhí)行層在經(jīng)過一系列糾錯，校正及檢測無誤后執(zhí)行控制；在控制系統(tǒng)不正常運行時，執(zhí)行層具有自閉環(huán)控制功能，這時的VQC按所處局部的信息得出控制規(guī)律，然后校驗后執(zhí)行。雙層結(jié)構(gòu)的設(shè)計體系清晰，理論和功能分明，具有突出的全程可控特點。

其次，上層協(xié)調(diào)層的理論設(shè)計以安全約束機制下的經(jīng)濟觀念來建模，提出了兩類目標(biāo)函數(shù)：一是越限下用最小控制代價恢復(fù)正常運行；二是采用正常情況下網(wǎng)損最小來使系統(tǒng)運行成本優(yōu)化。兩類目標(biāo)函數(shù)的建立及其實現(xiàn)，充分考慮了地區(qū)電網(wǎng)缺乏發(fā)電類控制手段的特點，主要對電容器組和有載調(diào)壓分接頭進行了計算，分別考慮了以下問題：

·優(yōu)化的啟動條件：事件啟動、運行方式轉(zhuǎn)化啟動、定時啟動及召喚啟動；
·調(diào)壓方式：逆調(diào)壓、順調(diào)壓和常調(diào)壓；
·電網(wǎng)外部實時等值：計及了外部電網(wǎng)變化的影響；
·電網(wǎng)內(nèi)部分區(qū)控制：用靈敏度解耦控制區(qū)域，符合無功就地平衡；
·控制順序：按對目標(biāo)函數(shù)的控制系統(tǒng)效力貢獻決定效果，有效克服了系統(tǒng)的沖擊及震蕩；
·控制中斷決策及控制效果對比分析；
·優(yōu)化算法的可行性和收斂性策略：“軟”約束和多級約束措施。

再次，下層VQC執(zhí)行層具有如下特點：對變電站網(wǎng)絡(luò)拓撲自適應(yīng)能力；電容器和分接頭的協(xié)調(diào)控制順序；避免控制裝置在限值邊緣來回反復(fù)啟動控制；可設(shè)定控制次數(shù)，有效地延長裝置壽命和保障安全；可設(shè)置不同調(diào)壓方式和控制點定值，拓展控制區(qū)域，可保證用戶的電能質(zhì)量；考慮了投切電容器的間隔問題以保證不產(chǎn)生過電壓；考慮了投切電容器時的諧波以避免諧振；考慮了兩臺以上主變分接頭控制滑檔及變壓器環(huán)流問題；考慮了按功率因數(shù)或按無功功率控制的兩種選擇；考慮了四種下層執(zhí)行層的現(xiàn)場實現(xiàn)方式：完全VQC，RTU 后臺軟件，綜自單元 后臺軟件，完全軟VQC。