传统、当下和智能电网无功电压专责工程师工作要点

张术

（加州州立大学北岭分校 电气与计算机学院，美国 加州北岭 91330）

电能质量对供电企业和电力用户是极其重要的。它关系到二者能否安全稳定经济运行、输变配电设备与用电设备的寿命和用户产品质量的高低。电能质量的高低对供电企业的经济效益和社会效益会产生重大影响。

无功功率的传输不但沿传输途径产生电压降落，而且产生输变配电损耗。由于全社会消耗电能基数巨大，即使百分比率很低的输变配电损耗效益也非常可观。

地区电网无功电压专责工程师在保证地区电网电压合格率、降低输变电电能损耗和延长无功补偿设备寿命方面发挥着重要作用。本文讨论了传统、当下和智能电网无功电压专责工程师的工作要点。

1 定义

传统电网：电网框架基本以辐射状网络为主，具有一定数量的环形网络；尚未建设调度自动化系统或只建设了调度自动化系统SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition数据采集与监控）系统；时间上划分在20世纪90年代初叶以前。

当下电网：电网框架为辐射状网络与环形网络相结合；建设了完备的调度自动化系统EMS（Energy Management System能量管理系统）；时间上划分在20世纪90年代中叶到统一坚强智能电网初步建设完毕，即21世纪10年代中期。

智能电网：一次电网的可靠性达到相当高的水准；电网的信息化、互动化和自动化达到相当高的水准；智能电网建设是一个一次电网建设与信息技术在电网中高度应用有机结合的过程，按照现在的规划到21世纪10年代中期统一坚强智能电网初步建设完毕。

2 传统电网无功电压专责工程师工作要点

符合本文定义的传统电网已经很少见了。然而由于传统电网无功电压专责工程师工作的基本功是当下电网乃至于智能电网无功电压专责工程师工作的基础，因此对传统电网无功电压专责工程师工作要点进行详细讨论是十分必要的[1]。

2.1 清晰掌握本地区电力网无功电压工作现状和特点

1）定期统计地区电网自然无功负荷、负荷率和峰谷比。地区电网自然无功负荷应是发电厂无功出力、一次变电站主变压器高压侧无功功率、调相机无功出力和投入运行的并补无功容量之和，二次变电站自然无功负荷则为主变压器低压侧开关无功负荷与投入运行的并补电容器容量相加。用于计算负荷率和峰谷比的最大负荷与最小负荷应具有代表性。

2）定期统计地区电网无功补偿装置配置情况和无功补偿缺额。地区电网并联无功补偿装置配置情况：发电厂无功出力、调相机无功出力和并联补偿电容器。明确补偿情况相对较好和无功补偿缺口的具体情况。

3）每日掌握地区电网并联补偿电容器和调相机具备运行条件的台数和容量。根据具备运行条件的地区电网并联补偿电容器和调相机的台数、容量，制定AVC或人工调整具体方案。

4）定期统计地区电网二次变电站10 kV/6 kV母线电压波动值。统计出各二次变10 kV母线电压最大波动范围,有利于对运行方式安排和对电网改造提出具体建议。统计应注明是否已把电容器变主变分接开关的调节作用和邻近电网发电机、调相机的调整包含在内。

2.2 提出电网无功电压工作的方针目标并组织实施

1）在现有电网供电能力下充分发挥现有资源的潜力，使电压合格率、功率因数和安全经济运行水平达到最佳程度。

2）采用一次变电站和二次变电站两级有载调压变压器及分组式并联补偿电容器。

3）根据无功和调压设备性能，制定既满足电能质量要求又保证设备长寿命周期运行和运行维护费用最低的兼顾策略。

2.3 制订地区电网无功电压运行管理规定

无功设备运行规定应包括管辖范围内发电机、调相机和并联电容器等设备的运行规定。发电机和调相机进相/迟相、无功出力的额度和改变运行方式的时间，均应在规定范围之内；而电容器的运行规定应包含变电站母线电压上限与下限值、通过主变压器的无功功率、操作时间和执行操作的种类等内容。

调压装置运行规定主要是针对变压器有载调压分接开关。规定应明确分接开关调整的电压阈值、待调整主变压器允许操作的负荷限值、并列运行主变压器有载调压分接开关调整的顺序、新投入运行主变压器档位设定和最小试验调整幅度。

在无功补偿缺额的电网中，应尽量保持并联无功补偿装置的投入运行，以主变压器有载调压分接开关的调整作为主要电压调整手段。

无功充足电网要在更临近无功负荷高峰时投入并联无功补偿装置，无功缺额较大的电网要在无功负荷呈现一致性增长的适当时机尽早投入并联无功补偿装置。

2.4 适时下达电网无功电压调整方案

1）适应经济运行、电网检修、异常和事故所造成电网运行方式变化后的调整方案，重点考虑由于电网拓扑结构和通过输变电设备的潮流量值发生变化。特别是要给出电网在N-1和N-2方式下的无功电压调整方案。

2）适应季节负荷变化的调整方案，重点考虑由于空调、供暖和灌溉等季节变化而产生的通过输变电设备的潮流量值的增减变化。

3）适应重大节假日的调整方案，重点考虑由于春节和国庆黄金周部分企事业单位放假而产生的通过输变电设备的潮流量值的增减变化。

4）新投入运行变电站主变压器有载调压分接开关档位设置和并联无功补偿装置运行方案。

以上各种方案均应考虑变电站备用电压自投动作改变运行方式后电压的合理性。

2.5 对电网运行人员进行地区电网无功电压运行管理规定和无功电压调整方案的培训

1）使运行人员明确监测点母线电压允许偏差范围和功率因数的要求。二次变电站10 kV母线电压允许偏差范围为10.0耀10.7 kV；35耀220 kV变电站在主变压器最大负荷时高压侧功率因数不低于0.95，在低谷负荷时功率因数不高于0.95。

2）使运行人员明确电容器的投切和主变压器有载调压开关调整的原则。电容器的投切和主变压器有载调压开关的调整应考虑4个方面的问题：电容器所在变电站的母线电压、通过该变电站主变变压器的无功功率、并联无功补偿装置的容量和所供给负荷变化的概率统计规律。

3）使运行人员明确无功补偿装置故障后和新投入运行前应履行的报告程序。无功补偿装置故障后和新投入运行前，运行单位除要报告检修单位外，还要及时报告无功电压专责工程师等专业管理人员。

2.6 为电网规划提供依据

1）根据自然无功负荷统计数据，按照无功负荷分层分区、就地平衡的原则配置补偿设备。

2）立足当前，兼顾长远，考虑一定的冗余备用和故障备用。

3）综合考虑电网地域季节无功负荷量值的差异，在不同季节无功负荷的情况下仍能有比较理想的补偿效果。

3 当下电网无功电压专责工程师工作要点

传统电网无功电压专责工程师工作要点是当下电网无功电压专责工程师工作要点的重要组成部分。然而由于电网框架为辐射状网络与环形网络相结合，建设了完备的调度自动化系统EMS，当下电网无功电压专责工程师工作又有新的内容。

3.1 运用EMS中电网分析软件进行运行方式优化

网络拓扑、状态估计、调度员潮流、无功优化和负荷预测是地区电网自动化系统基本功能软件。应用这些电网高级分析软件，可以对电网运行方式进行优化分析。在现行电网结构和无功补偿容量的前提下，满足电网各节点运行电压要求的同时使输送电能网络损耗最低。

合理选择潮流断面对电网优化计算十分重要，决定了计算结果对电网运行是否有指导意义。高峰、低谷和腰荷潮流是必不可少的，然而根据电网负荷特点选择出现频率较高的负荷断面同样具有代表性。

优化计算结果的可信度除与电网结构参数和电网潮流数值相关外，还与电网边界等值情况密切相关。应用在线外网等值，使得运行方式和负荷量值变化时电网边界潮流的变化更加接近实际电网情况，计算结果的精度和可信度会更加提高。

3.2 制定AVC调整策略

AVC调整策主要涉及以下几个方面：

1）充分了解所控制电网的负荷特性变化规律。负荷变化规律不同，并联无功补偿装置和主变压器分接开关调整策略不同。

2）确定并联无功补偿装置投入运行电压下限值和退出运行的电压上限值，确定主变压器分接开关向上和向下调整的电压下限值和电压上限值。上述限值的确定主要取决于母线所供给负荷对电压质量的要求程度。

3）确定并联无功补偿装置和主变压器分接开关每天允许操作的次数和操作时间间隔。综合考虑并联无功补偿装置和主变压器分接开关性能指标、健康水平以及电压质量的要求，制定统筹兼顾的调整方案。

4）确定允许倒送通过主变压器无功功率的数值。主变压器容量不同，无功损耗也不尽相同。允许倒送通过主变压器无功功率的数值一般在主变压器额定不变损耗与2辕3伊可变损耗之和或稍大为宜，这样能在更多的时间实现无功功率就地平衡的原则。

3.3 适时检查AVC运行状态和调整策略的正确性

AVC软件运行是否正常，直接关系到电网无功电压控制的效果，即直接关系到电能质量和运行经济性。根据变电站母线电压、通过主变压器的无功潮流和负荷变化趋势，对照AVC动作逻辑条件能够分析判断出AVC软件运行是否正常和调整策略的正确性。

责任心与对电网和自动化系统了解相结合，更能使AVC系统发挥作用。

3.4 管控电能质量的5个指标

传统的电能质量理念关注电压偏差相对较多，随着现代社会对电能质量要求的不断提高，频率、电压偏差、谐波、电压波动与闪变和三相不平衡度[2-5]逐步列入管控范围。采用便携式电能质量测试仪或安装在线式电能质量测试仪对变电站母线电压进行电能质量全面测试和分析统计，对超出国家标准的指标提出治理方案并实施。

4 智能电网无功电压专责工程师工作要点

4.1 研究风力和光伏发电等分布式清洁能源对电网的冲击和影响

风力和光伏发电等分布式清洁能源对电网安全稳定优化运行会产生诸多影响。最主要的是风力和光伏发电等分布式清洁能源发电出力的不确定性和变化过程的多样性，这些影响在大规模储能或能量转换技术成熟以前都是存在的[6-7]。

合理规划风力和光伏发电等分布式清洁能源电站的地点、规模和接入电网方式，是目前能够采用的基本方法[8]。而在风力和光伏发电等分布式清洁能源集中接入电网点恰当地安装动态无功补偿装置是应对电网电压波动的另外一个有效措施。

4.2 研究用户与电网互动后电网运行调整的办法

智能电网重要特征就是用户参与电网运行，电网调度机构能在提前一定时间段内知晓用户的购电计划，这对提高电网短期负荷预测和母线短期负荷预测的准确性都是有利的，依据电网短期负荷预测和母线短期负荷预测而开展的电网优化运行分析具有更高的可信度，而优化结果包括输变电网络运行方式、无功补偿装置的运行方案、分布清洁能源发电的运行和主力电站的起停和出力调整范围。

4.3 制订自愈电网在故障前、故障动态过程中和自愈后的无功电压调整方案

智能电网是自愈的电网，具有故障定位、隔离故障区段和恢复其他非故障区段供电的能力。然而由于故障造成电网拓扑结构和供给负荷的变化[9-10]，电网的电压在故障恢复后需要进行及时调整，在线给出或制订离线的电压调整方案是十分必要的。在线的调整主要是依赖于自动化系统，可以是闭环操作或给出调整建议；而离线的电压调整方案则是无功电压专责工程师制订的调整预案，作为运行人员进行事故处理的依据。

4.4 满足21世纪用户需求电能质量的要求

21世纪用户对电能质量的要求越来越高，用户会提出对频率、电压偏差、谐波、电压波动与闪变和三相不平衡度全面定量的指标要求，并将这些要求写入供用电协议书当中，供电企业应全面满足用户对电能质量的要求。高电能质量供电区域的规划与实施、抑制及隔离措施的采用、充足而又具有动态调节特性的无功补偿装置的建设和网格式电网运行方式的灵活调整是可能采取的应对21世纪用户需求电能质量要求的重要方法。

4.5 充分理解新时期负荷特性和电网结构特点

与智能电网建设相伴的城市化进程和新农村建设而产生的中小城市是未来电网供电的主要负荷对象之一。与过去大城市和分散的农村2个极端特性负荷相比，电网的电气距离、网络结构、负荷量值和负荷特性均有很大不同。

4.6 掌握新一代智能调度自动化技术支持系统的应用

应用于智能电网中的可视化、决策支持、用户决策和调度员培训等技术支持系统，与现行电网调度自动化系统的理念、功能和应用范围均有所不同，无功电压专责工程师应能掌握新一代智能调度自动化技术支持系统的应用，为无功电压调整提供便捷的技术支持。

5 结语

无功电压专责工程师的工作质量对电网安全稳定优化运行至关重要。电网建设的跳跃式发展，对无功电压专责工程师提出了更高的递进要求。传承历史，立足当前，超前谋划，就能应对新技术革命的挑战，实现岗位角色的无缝过渡。

[1]中华人民共和国能源部.SD325-89电力系统电压和无功电力技术导则（试行）[S].北京：中国电力出版社，1989.

[2]中华人民共和国国家标准.GB/T 12325原2003电能质量供电电压允许偏差[S].北京：中国电力出版社，2003.

[3]中华人民共和国国家标准.GB/T 14549原93电能质量 公用电网谐波[S].北京：中国电力出版社，1993.

[4]中华人民共和国国家标准.GB12326-2000电能质量 电压允许波动和闪变[S].北京：中国电力出版社，2000.

[5]中华人民共和国国家标准.GB/T 15543-1995电能质量三相电压允许不平衡度[S].北京：中国电力出版社，1995.

[6]吴俊,李建设,周剑,等.风力发电并网对电网的影响[J].南方电网技术,2010,（5）:48-52.

[7]廖萍,李兴源,徐娇.小型风力发电机模型及其接入系统研究[J].南方电网技术,2008,2（1）：21-23.

[8]张岚,殷桂梁,韩郁,等.基于无功微扰/频率偏差相关度的光伏发电系统孤岛检测方法[J].南方电网技术,2010（1）:130-133.

[9]余贻鑫.智能电网的技术组成和实现顺序[J].南方电网技术,2009,3（2）:1-5.

[10]李乃湖,倪以信,孙舒捷,等.智能电网及其关键技术综述[J].南方电网技术,2010（3）:1-7.