自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

蘇鑫　吳飛宇

摘 要：隨著高電壓在日常生活中的使用度的提升，電網(wǎng)超高壓化已經(jīng)成為日常生活中的常見現(xiàn)象。文章將從AVC的工作原理以及工作流程方面進(jìn)行介紹，且提出一套優(yōu)化改進(jìn)后的AVC方案、闡明AVC在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；自動(dòng)電壓控制；控制模式

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.139

0 引言

電力系統(tǒng)作為人們?nèi)粘Ｉ钪斜夭豢缮俚囊淮竽K，電壓的高低與具體的運(yùn)行模式將成為人們研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。所以，為保證電網(wǎng)的安全和其優(yōu)質(zhì)的運(yùn)行，自動(dòng)電壓控制成為現(xiàn)代電網(wǎng)中不可或缺的一部分。自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)對于負(fù)責(zé)電網(wǎng)調(diào)度的值班人員而言，減輕了他們的工作強(qiáng)度。而對于AVC系統(tǒng)的穩(wěn)定性有所改善。自動(dòng)電壓控制（AVC）系統(tǒng)從原理上優(yōu)化了整個(gè)電網(wǎng)內(nèi)的電壓問題。

1 自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)所使用原理

（1）自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)。自動(dòng)電壓控制（Automatic Voltage Control）系統(tǒng)是一種對電網(wǎng)全范圍內(nèi)中的無功電壓狀態(tài)各自起到剖析計(jì)算以及集中監(jiān)視功能的體系。為保證電壓的穩(wěn)定性，我們需要在電網(wǎng)系統(tǒng)中的運(yùn)行水平方面進(jìn)行提升，在管理無功電壓的水平方面進(jìn)行提高，AVC作為重要的技術(shù)手段在發(fā)揮著舉足輕重的作用。從電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行角度以及在使用過程中的安全性進(jìn)行分析，AVC主要是在線路方面減少無功傳輸，且在有功損耗方面降低電網(wǎng)無功潮流方面起著作用。從電網(wǎng)的維護(hù)以及安全防護(hù)的角度來看，AVC實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)無功電壓形成的能進(jìn)行優(yōu)化控制的閉環(huán)運(yùn)行。

（2）電網(wǎng)的無功優(yōu)化。在提到下面的觀點(diǎn)之前，我們先引入無功優(yōu)化的概念。電網(wǎng)的無功優(yōu)化是指：在目標(biāo)函數(shù)是電力系統(tǒng)中網(wǎng)損最小的條件下，經(jīng)過一定程度的優(yōu)化運(yùn)算，最后得出無功的最優(yōu)潮流，稱為電網(wǎng)的無功優(yōu)化。而無功優(yōu)化在保證達(dá)到電網(wǎng)的電壓調(diào)節(jié)要求的基礎(chǔ)上，在有效減少電網(wǎng)有功功率的消耗以及無功功率的流動(dòng)方面起到重要作用。SCADA服務(wù)器、防火墻、無功優(yōu)化服務(wù)器、無功優(yōu)化終端、無功優(yōu)化交換機(jī)組成了自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)。從AVC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)角度來分析，無功優(yōu)化交換機(jī)在無功優(yōu)化終端以及無功優(yōu)化服務(wù)器兩者間起到了數(shù)據(jù)交換的作用。

2 AVC的流程實(shí)現(xiàn)

（1）三級電壓控制模式。本文中所涉及的第一個(gè)AVC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路基于一種三級電壓控制模式。構(gòu)成系統(tǒng)的硬件相互獨(dú)立，分別為：市調(diào)AVC主站、電廠監(jiān)控系統(tǒng)，地調(diào)AVC的控制子系統(tǒng)以及變電站監(jiān)控系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，AVC和EMS之間的數(shù)據(jù)傳輸成為關(guān)鍵。AVC和EMS之間存在數(shù)據(jù)接口，接口的實(shí)現(xiàn)是通過文件讀寫和網(wǎng)絡(luò)共享的方式完成的。具體表現(xiàn)為：EMS獲取包括系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、對發(fā)電計(jì)劃數(shù)據(jù)提出未來的預(yù)測和方案、系統(tǒng)狀態(tài)的估計(jì)在內(nèi)的實(shí)時(shí)信息。之后，AVC在對數(shù)據(jù)進(jìn)行精密的計(jì)算之后，將數(shù)據(jù)發(fā)送給EMS，EMS將以特殊的圖形用戶界面顯示出結(jié)果。

（2）自動(dòng)選擇控制模式。AVC在閉關(guān)控制方面相對應(yīng)的開發(fā)了混雜控制結(jié)構(gòu)。之后，電網(wǎng)將進(jìn)入遙控接口執(zhí)行控制指令，遙控接口發(fā)出的命令作用于其中的狀態(tài)。而越限的消除將在電網(wǎng)執(zhí)行命令形成新的穩(wěn)態(tài)潮流分布之后實(shí)現(xiàn)。在每個(gè)工作的前一個(gè)周期里，將會(huì)對區(qū)域無功優(yōu)化控制進(jìn)行啟動(dòng)，此時(shí)的全網(wǎng)的電壓已經(jīng)達(dá)到合格狀態(tài)。投切動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)在無功設(shè)備的調(diào)節(jié)過程中只能被允許一次。這樣的命令是為了保證離散控制指令作用于電網(wǎng)后，電網(wǎng)有時(shí)間來形成新的穩(wěn)態(tài)分布潮流。在進(jìn)入下一個(gè)周期時(shí)，選擇控制模式將根據(jù)新的潮流狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)判斷。此控制系統(tǒng)具有優(yōu)先順序：“區(qū)域電壓控制”>“電壓校正控制”>“區(qū)域無功控制”。當(dāng)電網(wǎng)中的電壓處于合格狀態(tài)時(shí)，我們可以用“區(qū)域無功控制”來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。而在對群體電壓水平的提高速度有較高的要求時(shí)，區(qū)域電壓偏低時(shí)采用“區(qū)域電壓控制”。

3 AVC與VQC的比較

（1）VQC的現(xiàn)狀。VQC的現(xiàn)狀將從后臺型VQC和裝置型VQC兩種類型進(jìn)行分析。后臺型VQC的調(diào)節(jié)方式分為：只調(diào)電壓、只調(diào)電壓、電壓優(yōu)先、無功優(yōu)先、智能五種方式。在建設(shè)變負(fù)荷變化劇烈的情況下，VQC將因動(dòng)作次數(shù)過多造成閉鎖的后果。這時(shí)候，為保證VQC裝置的正常運(yùn)行，常常以犧牲電壓合格率為代價(jià)。而對于裝置型VQC，現(xiàn)場定值的整定和調(diào)整將是從安裝到運(yùn)行基本穩(wěn)定這個(gè)漫長過程中面臨的最大問題。

（2）AVC的優(yōu)越性。雖從本質(zhì)上來說，AVC與VQC裝置具有相似的原理。但AVC近些年來的發(fā)展和功能的改進(jìn)，使它能實(shí)現(xiàn)VQC的全部功能。除此之外，AVC系統(tǒng)還能通過部署到集控站和調(diào)度主站來實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)和區(qū)域電壓、無功自動(dòng)控制策略。

4 AVC系統(tǒng)所具特點(diǎn)以及其所帶來效益

（1）AVC系統(tǒng)的特點(diǎn)。AVC系統(tǒng)的開發(fā)與設(shè)計(jì)基于電網(wǎng)在日常運(yùn)用中實(shí)際出現(xiàn)的問題和潛在的運(yùn)行隱患。故相比以前的電網(wǎng)系統(tǒng)，AVC在以下幾個(gè)方面有突出的優(yōu)勢：1）在實(shí)際運(yùn)行的過程中，AVC將會(huì)在每五分鐘進(jìn)行一次數(shù)據(jù)的獲取。在對潮流的計(jì)算實(shí)現(xiàn)核對通過之后，對電網(wǎng)進(jìn)行全網(wǎng)無功控制。我們?yōu)榱嗽谛畔⒌臏?zhǔn)確以及計(jì)劃的可實(shí)施性方面有所保證，我們將變換電壓水平將不同模式下的AVC功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)；2）在前文中我們提到了EMS和AVC之間的聯(lián)系。但EMS和AVC之間相互獨(dú)立，這就使得EMS與AVC之間并沒有直接的關(guān)系，只是在共享數(shù)據(jù)方面有著聯(lián)系。

（2）AVC系統(tǒng)所帶來的效益。1）社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。第一，我們可以在整個(gè)電網(wǎng)范圍內(nèi)對無功裝置進(jìn)行控制。在合理的小的區(qū)域內(nèi)分區(qū)實(shí)現(xiàn)平衡，有效地減少線路無功的流動(dòng)；第二，我們在對無功資源進(jìn)行利用時(shí)，會(huì)有結(jié)構(gòu)上更加優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)。在電容器的投入效益方面，仍然能保證部分的變電所變電器過夜運(yùn)行；第三， 可以有效減少子站對于VQC的投資；2）安全效益。第一，為使得電網(wǎng)在電壓無功緊急控制情況下更加可靠，對于已經(jīng)裝設(shè)VQC的變電站，可實(shí)現(xiàn)子站VQC和主站AVC互為備用；第二，AVC系統(tǒng)可有效實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，避免了以往人工調(diào)整的不合理性；3）管理效益。實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的智能控制。在面臨電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，變電站數(shù)量不斷增加的現(xiàn)狀下，AVC能實(shí)現(xiàn)減少維護(hù)工作量，減輕運(yùn)行人員負(fù)擔(dān)的重要突破。

5 結(jié)論

AVC系統(tǒng)對于電網(wǎng)中自動(dòng)化以及智能化的管理，用電過程中的安全保障，實(shí)際應(yīng)用過程中的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都提供了很好的實(shí)施方向。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)電壓控制，將在現(xiàn)在以及未來的具體電網(wǎng)應(yīng)用中發(fā)展的越來越完善。所介紹的基于EMS的AVC更是在經(jīng)濟(jì)性控制方面，有著靈活的功能。

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