细化控制因素提高力率指标精细化管理水平

时间：2024-05-20

张萍萍

南通市供电公司，江苏南通 226006

0 引言

力率是电网运行的重要参数之一，提高和改善力率水平是保证电力系统电能质量、降低网络损耗、提高设备利用率并保障系统稳定运行的有效手段，对提高企业经济效益和国家能源利用水平有着重要意义。因此，力率合格率指标也一直被列为电网运行同业对标体系的重要考核指标。在电网运行管理与企业经营管理要求越来越高的今天，如何确保力率指标达到精细化管理的水平已成为我们必须要面对和研究的课题之一。

1 力率运行水平现状

正是基于对力率运行水平重要性的充分认识，近年来电力系统无论是在硬件配置、技术支持还是软件管理上都投入了大量的资金和人力，从而使得全系统的力率合格率水平得以逐年稳步提升。

从南通地区来看，由于一方面近几年新建变电所的无功补偿设备全部按照15%～20%的要求分组合理配置，无功补偿不足的老旧变电所的改造也得到了有序推进；另一方面严格实施用户就地补偿和线路的分散补偿，所以地区电网的无功总体配置充分而且分布合理；加上地区电压无功优化自动控制系统的全面应用和电网指标管理力度的不断加大，所以近年来力率合格率的水平呈现了一个快速提升的态势。从220千伏变电所受电力率合格率看，已经由2004年的83.80%提高到了2010年的99.94%。力率指标管理水平取得了长足的进步。

但我们清醒地看到，尽管多年来力率管理的手段一直都在随着电网的发展而不断调整变化，但近两年由于硬件支撑和软件手段的更新换代，力率运行控制的自动化水平越来越高，加上电网的日益发展壮大，各种新的影响因素不断出现，这些都给力率管理工作带来了新的困难和挑战。因此要继续保持并不断提高力率运行水平，必须要重新调整工作重心，细化分析各种控制因素，对指标进行精细化的管理。

2 自动控制系统的优化和完善

电网中大量无功和电压调整设备分散在系统各个地方，以往静态的、就地的人工调节已经难以适应电网运行科学化和精细化运行要求。而电网自动化水平的日益提高使得地区无功电压自动化控制也得以逐步实现，08年南通地区六县一市全部完成了电压无功优化AVC系统的调试安装，从全网角度进行无功电压的实时优化和动态控制，实现无功补偿设备合理投入和无功分层就地平衡，达到主变分接开关调节次数最少、电压合格率最高和网损最小的目的。自动控制系统的投运不仅减轻了运行人员的劳动强度和工作压力，更使无功电压的调节完全实现了自动化和精确化。

自动控制系统通过建立目标函数的数学模型，经过综合优化计算后形成变压器分接开关的调节指令和无功补偿设备投切指令，然后将控制信息通过调度自动化SCADA系统执行到各个变电站。毫无疑问，这一系列的精确计算和实时响应速度是人工调节所无法比及的。在系统实际投入运行后，地区无论是电压合格率还是力率运行水平都有了明显的提高。

但在收集和分析控制系统一段时间的各类运行数据后，我们还是发现了一些瑕疵和问题，比如有时不能正确有效出口、动作未能达到最优、指标控制没有获得最佳水平、尚有改进和提高的空间等等。通过在地区系统内的广泛调研和讨论，我们对系统运行情况、功能应用、控制策略和现存问题有了更深刻的了解。在厂家研发人员的配合下我们对系统进行了进一步的调试、改进和完善，从而使系统运行更加可靠稳定，与SCADA系统的配合更加天衣无缝，而且更重要的是，系统对电压和无功的控制策略得到了很好的完善和优化，更加适应地方电网的实际情况和调控需要。

在力率的控制条件上，为了实现全网内的无功优化和力率水平的配合调节，我们将所有有供电关系的下级变电所的无功补偿设备均与上级220千伏主变力率进行动作关联并在优先等级上合理安排；对有多台变压器的变电所，选择与其力率平均值进行关联，在程序计算上进一步改进优化，从而使得力率的调整实现了全网配合优化的目标。针对力率指标考核分为高峰和低谷两个时段且考核指标不同、在衔接点经常出现不合格点的问题，我们采取了调整参数的办法。由于高峰为 8 ∶00-24∶00，不含 8 ∶00，含24∶00，低谷为 0 ∶00-8∶00，不含 0 ∶00，含 8 ∶00，为此在参数设置上做了一些微调，将控制系统内的高峰设定为8∶05-24∶05，低谷设定为0∶05-08∶05，如此就可以给系统判断、发出指令调节和设备动作留出时间，保证了8∶00和24∶00两个整点的正确过渡和衔接，确保了系统动作的连贯性和指标的合格。对力率合格区间的设置也进行了微调，比如将高峰的0.95-1.00的合格区间调整为0.955-0.995，以此留出调节裕度并确保系统的可靠动作。此外由于力率考核是与电压目标值直接相关的，所以根据不同季节、不同变电所母线电压水平及无功配置情况合理设定电压控制及目标值设定也是非常关键的因素，可以简化系统控制策略，有效提高力率合格率水平。

由于无功电压优化系统直接从调度自动化SCADA系统中采样数据并从SCADA出口，所以自动化系统的良好配合也是无功优化系统有效控制的前提保障，而且自动化系统也是运行人员最基本的监控工具。因此，自动化系统的应用完善可以为运行人员提供更好的监控手段。为此，我们在SCADA系统上开发了力率合格率统计、不合格力率实时监测统计、110kV线路力率统计、大用户力率、电厂力率统计等一系列应用模块，完善的监控工具和统计功能为力率实时控制和数据分析提供了非常直观和便捷的手段。

3 电厂与特殊用户负荷的影响

近两年，地区一些特殊负荷如钢厂的大量接入给力率运行控制带来了不小的困难。因为钢厂的生产特性导致其表现为一个波动频繁的冲击负荷特性，比如地区某一110kV电压等级的钢厂，其负荷通常20min内、最短5min内可上下30mW。当这样的负荷接入变电所110kV母线时，便会导致变电所力率出现大幅波动并导致电容器投切控制。为此我们针对各个钢厂的用电情况进行了仔细的分析，研究其负荷造成的力率波动范围，比如某一钢厂有功负荷波动范围在0mW～43mW，无功负荷范围在0MVar～35MVar，经过计算负荷波动影响220kV力率0.025左右。根据此类问题，我们制定了如下对策，将220kV变电所常投部分容量的电容器，确保力率水平在考核下限指标之上，同时分析220kV母线电压水平并将目标电压值设定在合理数值。如此我们就可以确保绝大部分的力率均运行在合格范围内，从而有效提高该类变电所的力率合格率水平。

地区电厂上网发电情况同样也对电网的力率运行水平起着深刻的影响。比如部分地方电厂上网力率不高，上网无功较大便会致使接入220kV变电所力率偏高，从而影响了力率指标。另外一些电厂因特殊原因造成的负荷突变也会影响接入变电所的力率合格率。例如地区曾出现一家热电厂在用电低谷期间，因煤粉堵塞导致其上网出力突变超过10MW，从而直接影响了变电所力率。为此需要电力企业着力加强地方电厂的力率管理，加强上网功率因素的数据检查，敦促其严格执行力率要求和调度发电曲线，从而将电厂的影响降至最低。

近两年一些新型能源如风电的大量并网发电也给电网的力率管理带来了全新的研究课题。风电场的出力完全依赖于风力强度，这种随机性给电网的有功、无功平衡带来了较大困难。当风电停发时，由于风电厂内有大量电缆线路，而且多是通过110kV长线路并入电网，因此必然存在一定无功向电网倒送；而正常发电的时候（出力在20%～80%）之间，风电厂发出的无功一般又保持在比较低的水平，很容易造成变电所力率低于下限。为此，我们一方面要做好风电运行数据的原始积累，对其运行特性进行深入研究，分析其对系统电压力率的影响，另外还要与风电单位积极接洽，确保风电升压站配置适当容量和调节速度的无功补偿装置，调节自身无功功率并提高电压稳定性，同时要积极指导风电单位配合电网做好变电所的力率管理。通过双方共同努力，近两年南通地区接入风电的220kV变电站的力率平均合格率均达到了98%以上。

4 节假日的力率指标控制

节假日特别是传统节日春节期间的力率控制一直是影响电网力率合格率水平的重点和难点，需要根据历年春节期间的无功、电压和力率情况进行认真研究和缜密分析并制定一套完整的节日力率控制方案。

由于节日负荷水平低且保持全接线方式，负荷自然功率因数高且系统内充电功率较多，所以通常都会出现无功过剩和力率越上限的情况，因此最重要的控制手段之一便是精心预测和计算节日负荷水平和有功无功平衡，确定变电所、线路与用户电容器、电抗器投切方案和时间，全系统各部门共同配合确保在低负荷期间切除所有电容器，合理投入电抗器。其次是对电网方式在确保全接线和可靠性的前提下进行适当调整，均衡各变电站的负荷水平，避免极低负荷出现，降低力率调节难度。第三是要着重做好地区电厂的并网出力和无功电压管理，严格按照发电曲线发电并控制上网力率在0.98以上，同时对自备机组要求其做到无功内部平衡，严禁向主网倒送无功。最后是做好电压分析和预计，特别要做好与力率相关的电压目标值的设定和控制，加强节日期间对力率运行水平的监视，在负荷变化期间着重加大人工干预力度，达到人工与自动控制系统的优势互补，发挥最佳的监控调节水平。通过一系列行之有效的控制措施，本地区近两年春节期间的力率合格率分别达到了99.17%和100%，取得了显著的成效并为全年力率目标的实现奠定了坚实的基础。