安全约束下的500kV系统最优无功的调控方法　
　
　　唐寅生1，韩锦良2（1．湖南电力调度通信局，湖南长沙410007；2．广东省电力中心调度所，广东广州510600）
摘　要：为了提高电力系统电压质量和降低线路损耗，对安全约束下的500kV南方电力系统最优无功功率调整方法进行了研究。该方法以发电厂和变电站注入电力系统实时无功功率的优化计算值与实际值的偏差来调整发电厂和变电站的无功功率，使无功功率的优化计算值近似等于实际值，保证500kV电力系统在最优无功功率方式下运行，最优无功功率通过经济压差优化潮流计算程序计算。介绍了该方法的控制单位、界面设置、安全约束、最优无功功率、控制策略、实现方法和管理方法，以及经济压差优化潮流程序。
关键词：电力系统；无功功率；优化潮流；经济压差优化潮流程序　
　　电力系统运行出现异常电压和线损升高，究其原因，都是因为无功功率失控，无功功率潮流不好，因此，电力系统的无功功率按优化方式运行是提高电压质量和降低线损的根本措施。安全约束下的500kV南方电力系统无功功率调整控制方法研究的目的就是要寻找一种实用的、可操作的、先进的、可以实施的实时无功功率调整控制方法，使电力系统的无功功率优化潮流运行方式成为正常运行方式，从学术研究跨越到实用阶段，从而摆脱调度员口头命令、各自以本站（厂、机）电压为目标的、不科学的、传统的调压方法。　
1　安全约束下的500kV电力系统最优无功功率调整控制方法　　
　　安全约束下的最优无功功率调整控制方法，就是发电厂和变电站在按照调度给定的500kV母线电压曲线运行情况下（主要是电压约束），把发电厂和变电站注入电力系统实时无功功率的优化计算结果作为目标值Qop，按Qop与Qre（发电厂、变电站注入电力系统无功功率的实际值）的偏差调整发电厂和变电站无功功率出力，力争做到Qre≈Qop，使500kV电力系统在最优无功功率方式下运行，有最好的电压水平，最低的线损指标，较高的电压稳定储备。1.1控制单位和界面的设置　　控制单位：同一电压层次电力系统中的所有发电厂和变电站。
控制界面：500kV升（降）变压器高压侧。界面控制参数：无功功率、电压。
控制目标：做到Qre≈Qop，电压U不越限。　　设置原则：a）功率直接注入并控制500kV电力系统潮流的接点（界面）；b）与电力系统有功功率市场考核界面统一；c）与电力局线损考核关口统一。
1．2　安全约束
　　电压约束：有电压约束、过载约束等，主要是电压约束，它决定了电压水平，实际上也限制了各厂站变压器的使用变比。
　　目的：使500kV电力系统的运行电压合乎规定标准并有较高水平，从而降低线路损耗和提高电压稳定水平，预防电压失稳，保证二次用电。
　　电压控制标准：525～550kV。
1．3　最优无功功率
　　在一定的接线方式下，电力系统最优无功功率潮流取决于每个接点（即界面）注入电力系统的最优无功功率值，用经济压差优化潮流（ΔUJOPF）程序计算。
　　实时值按采样周期计算，才能保证电力系统任何时刻都有最优无功功率潮流。
1．4　控制策略1．4．1　九区图
　　九区图见图1，变电站右侧示由电网吸收无功功率，左侧相反，发电厂相反。Q1，Q2—无功功率控制下、上限，由Qop考虑一定误差后给出；U1，U2—500kV电压约束下、上限1．4．2　调整控制方法和责任归属
　　变电站由电网吸收无功功率时的调整控制方法和责任归属见表1，变电站向电网送出无功功率时装置调整控制策略和责任归属与表1相反，发电厂情况亦然。1．5　实现方法
　　在每个发电厂、变电站分别装上1台电力系统型无功功率电压调节控制装置，控制其注入系统无功功率总量等于无功功率最优计算结果值。例如，核电站有2×900MW机组，对本题来讲，要控制2台500kV升压变压器注入系统无功功率的总和。1．5．1　集中型
　　在调度中心计算，ΔUJOPF程序做电能管理系统（EMS）的应用软件，执行元件装在现场。
1．5．2　分散型
　　将发电厂、变电站的无功功率、电压调整装置分别装在现场，既是计算元件，也是执行元件。推荐采用分散型。
1．5．3　无功功率自动控制
　　将发电厂、变电站的无功功率、电压调整装置集成化，实现电力系统无功功率自动控制（AQC）。
1．6　管理方法
　　a）按省管理，例如贵州省管安顺电厂和贵阳变电站，其他省同样；
　　b）省际联络线，如贵天线、梧罗线由联调管理；
　　c）按表1和共同协议的经济处理原则处理，例如，按表1原则统计，来宾变电站在1天中有56min责任，对应时间内有功电能量为W，惩罚系数为1．05，则增加的电费Y为Y＝1．05WK．式中　K———单价。2　计算示例
　　参考500kV南方电力系统运行情况，给出计算负荷初值（表2），分别计算潮流和优化潮流，并进行比较。从结果可以看出优化潮流有无比的优越性。
　　500kV南方电力系统概况：直接接入500kV系统的电厂有6座，安顺（300MW）、天生桥（水电厂，880MW）、岩滩（1200MW）、抽水蓄能（1200MW）、沙角（3980MW）和大亚湾核电站（1800MW）；变电站有11座，贵州的贵阳，广西的苹果、沙塘、来宾和梧州，广东的罗洞、江门、增城、深圳、惠州和汕头。
　　550kV输电线路19条、24回（5条双回线），全长2865km，电网东西长约2400km。接线见图2。
　　高抗分布：贵天线两侧各150Mvar，天苹线两回两侧各150Mvar，苹来线来侧双回各150Mvar，来梧线梧侧两回150Mvar，梧罗线罗侧两回150Mvar，惠汕线两侧各120Mvar，沙岩线沙侧150Mvar。
　　按1999年年初方式，不考虑梧州变电站有功功率。潮流计算电压和优化计算结果见表2，指标比较见表3。
　　结点优化无功功率值与连接线路条数、长度、线路负荷、有无接高抗有关。例如6个电厂中，核电—惠州线路功率大于自然功率，所以Qop为发24Mvar，其余电厂都要吸收无功功率。变电站中要求苹果、来宾、梧州变电站吸收无功功率最多。提高电压质量的原因是优化无功功率，线路无功功率分点都在本线中间。优化潮流（OPF）见图2。　　
　
3　ΔUJOPF程序简介
3．1　OPF
　　OPF是在满足一定的安全约束条件下，使某个函数在数学上最小。对于运行问题，通常用电压和补偿容量等作为约束条件，求线损最小。
　　OPF的实质，一是电网有优化无功潮流，在一定的结线方式下，它取决于结点无功负荷，与负荷的功率因数有关；二是电网有较高的运行电压，在无功功率平衡不变的条件下，它决定于接入电网所有（至少是大多数）变压器的使用变比。
3．2　经济压差
　　维持输电线路无功功率分点恰恰位于线路中点的线路首末两端电压之差称谓经济压差ΔUJ。
3．3　计算网络
　　只要科学处理选择变压器分接头和优化潮流计算的关系，计算网络就可以简化只含输电环节的电网，把出力和负荷等值在发电厂和变电站的高压母线上。这样，传统的多变量的大规摸的电力系统OPF计算就可以简化成为按电压分层次的较为简单的计算，可以进行结点无功功率最优值和变压器最优变比的计算。
3．4　ΔUJ算法的OPF程序及其特征
a）收敛性好。
b）潮流特征鲜明。每条线路的无功功率分点均在本线中点。在线路两端进行厂站补偿，使得无功功率传输的距离最短，数量最少。每个结点都参加补偿计算，才能真正做到无功就地补偿。无功功率按电网电压分层控制，层次分明。c）损耗少。电网中的可变损耗（占总损耗的80％～85％）明显降低，线路两端变压器的总损耗也最小。
d）多用途。做EMS的应用软件、分散型电力系统无功自动控制AQC计算软件、电力系统无功补偿规划计算软件、电压和线损异常时电网分析计算软件，以及能科学区分电压越限责任归属的电力市场上下级调度无功功率考核计算软件。4　结束语
　　传统的变电所电压无功调节控制装置不能应用于电力系统无功功率调节控制，因为控制的无功功率不是最优值，控制的无功功率、电压不在同一界面，控制的电压是二次电压，只有局部效益，且可能影响主网安全运行。
　　安全约束下的500kV南方电力系统最优无功功率调整控制方法具有实用性、可操作性、创新性。它同样可用于220kV，110kV电力系统最优无功功率调整控制。
　　投资600万元，不足1月的降损节约即可收回投资，安全和社会效益更大。
　　参考文献：
［1］孙宏宾，张文传，张伯明等．安全约束下的全局最优无功控制的仿真研究［J］．电力系统自动化，1999（5）．
［2］唐寅生．超高压电网感性无功功率补偿设计方法［J］．电网技术，1996（4）．