杭州電網AVC系統(tǒng)互聯協(xié)調控制的實現

陸 煒， 楊 揚， 李綏榮

（1.杭州市電力局，杭州 310009；2.煙臺東方電子技術中心，山東 煙臺 264000）

杭州電網AVC系統(tǒng)互聯協(xié)調控制的實現

陸 煒1， 楊 揚1， 李綏榮2

（1.杭州市電力局，杭州 310009；2.煙臺東方電子技術中心，山東 煙臺 264000）

簡要介紹了杭州電網區(qū)域電壓無功自動控制系統(tǒng) （AVC）互聯協(xié)調控制方式，通過建立實時協(xié)調模型和協(xié)調模型中關口變量控制，實現杭州電網的電壓無功全網協(xié)調控制，在保留原有各區(qū)縣調AVC系統(tǒng)電壓無功調節(jié)功能基礎上，通過增加杭州地調AVC系統(tǒng)，由地調AVC系統(tǒng)與原縣調AVC之間建立互聯協(xié)調控制，最終實現杭州電網基于全網無功優(yōu)化的電壓自動控制功能。

AVC系統(tǒng)；互聯協(xié)調控制；E語言；CIS接口

0 引言

目前基于區(qū)域電壓控制的AVC系統(tǒng)正處于理論研究完善和應用高速發(fā)展的階段，而基于全網無功優(yōu)化的電壓控制AVC系統(tǒng)也處于了理論探討和初步應用階段。大部分地區(qū)電網電壓無功優(yōu)化控制采用的是集中式AVC系統(tǒng)：通過調度監(jiān)控與數據采集系統(tǒng)（SCADA）采集各節(jié)點遙測、遙信等實時數據，以各節(jié)點電壓合格、關口功率因數為約束條件，進行在線電壓無功優(yōu)化分析與控制，實現主變分接開關調節(jié)次數最少和電容器投切最合理、電壓合格率最高和輸電網損率最小的綜合優(yōu)化目標，實現電壓無功優(yōu)化運行閉環(huán)控制。

近年來，部分省級電網已經或者準備實現基于分層分區(qū)原則的AVC閉環(huán)控制系統(tǒng)的部分功能。隨著區(qū)域電壓控制AVC系統(tǒng)應用的日漸普及，基于全網無功優(yōu)化的電壓控制系統(tǒng)理論探索，各級電網中AVC系統(tǒng)的互聯協(xié)調控制成為未來無功優(yōu)化電壓控制和管理的高級目標和發(fā)展方向。

根據目前杭州地區(qū)電網地調AVC系統(tǒng)和縣調AVC系統(tǒng)的分布及應用情況，設計并實現了杭州地區(qū)電網內相關AVC系統(tǒng)的互聯協(xié)調控制，由一個基于全網無功優(yōu)化的地調自動電壓控制AVC系統(tǒng)和多個基于區(qū)域無功優(yōu)化的縣調自動電壓AVC系統(tǒng)組成地區(qū)全電網電壓無功控制系統(tǒng)，完成對地區(qū)電網電壓無功自動優(yōu)化控制。該方案充分考慮了杭州電網的組織結構和AVC系統(tǒng)的應用現狀，在確保全網無功優(yōu)化、電壓自動調節(jié)前提下，通過關口協(xié)調變量控制和直接遙控遙調指令兩種指令方式混合使用來實現杭州地區(qū)電網的AVC互聯功能。

1 杭州電網AVC系統(tǒng)應用現狀

目前，杭州地區(qū)電網的電力SCADA系統(tǒng)分為杭州市地調SCADA系統(tǒng)和市區(qū)、桐廬、蕭山、富陽、余杭和臨安等6個縣調SCADA系統(tǒng)。2003年，首先在杭州地調SCADA系統(tǒng)上投入了市區(qū)各站的AVC系統(tǒng)，隨后依次在各縣調SCADA系統(tǒng)上投入了基于區(qū)域無功優(yōu)化的AVC系統(tǒng)。2009年，杭州電網AVC系統(tǒng)實現了與省級調度AVC系統(tǒng)的互聯協(xié)調控制。杭州電網自動化系統(tǒng)及AVC系統(tǒng)投運情況見表1。

表1 杭州電網AVC系統(tǒng)投運情況

這些AVC系統(tǒng)完全是在各自區(qū)域內獨立進行無功優(yōu)化和自動電壓調節(jié)，由于各AVC系統(tǒng)之間無內在聯系，使電壓無功調控無法同步和協(xié)調控制，也不可能實現杭州電網全網的無功優(yōu)化和電壓穩(wěn)定控制目標。隨著電力系統(tǒng)數據網的建設和完善，在杭州地調和各縣調之間已實現數據網絡連接，為地調和各縣調AVC系統(tǒng)互聯具備了條件。

2 基于全網無功優(yōu)化的AVC系統(tǒng)

2.1 基于全網無功優(yōu)化AVC系統(tǒng)的組成結構

按照電網自動化系統(tǒng)的分層及分割原則，根據杭州地區(qū)現行的電力調度組織結構和SCADA系統(tǒng)結構，由一個運行在地調SCADA系統(tǒng)上的自動電壓控制系統(tǒng)和多個運行在縣調度SCADA系統(tǒng)上的自動電壓控制系統(tǒng)，協(xié)調完成整個電網的電壓無功控制。

地調AVC系統(tǒng)與地調SCADA系統(tǒng)采用一體化設計，基于全網無功優(yōu)化自動電壓控制算法完成對全網的電壓無功調控策略計算。地調AVC系統(tǒng)擁有本地區(qū)電網全模型數據，利用地調SCADA系統(tǒng)的電網模型和實時信息進行動態(tài)分區(qū)和靈敏度計算，并通過接口從地調SCADA系統(tǒng)獲取實時數據，對全網電壓無功進行綜合優(yōu)化計算與分析，得到電網電壓無功調節(jié)策略。將協(xié)調控制模型中關口控制變量實時控制策略，通過國調標準E語言文本下發(fā)到關口所在的縣調AVC系統(tǒng)中。在杭州地調和市區(qū)調度之間，則通過CIS接口將控制策略下達。

縣調AVC系統(tǒng)擁有所在區(qū)域電網模型數據，實時接受地調AVC的全網協(xié)調控制策略，從縣調SCADA系統(tǒng)中獲取實時數據，最終完成對所在區(qū)域的無功優(yōu)化和自動電壓控制，地調和縣調AVC系統(tǒng)聯結關系見圖1。

圖1 杭州電網AVC系統(tǒng)互聯示意圖

2.2 AVC系統(tǒng)互聯實時協(xié)調控制模型文本傳送

地調AVC系統(tǒng)和各縣調AVC系統(tǒng)之間實現實時協(xié)調控制，可采用模型自描述的E語言文本文件來進行模型及數據的實時交互，并利用調度數據網實時傳送文件。

地調下發(fā)的E語言文本文件內容數據由模型自描述和實時協(xié)調指令兩部分組成，模型自描述部分包括AVC系統(tǒng)、廠站模型、協(xié)調模型中關口母線和變壓器；而實時協(xié)調指令部分則主要為地調下發(fā)各關口實時協(xié)調電壓無功控制指令。縣調AVC系統(tǒng)上傳E語言文本文件中內容除了互聯協(xié)調模型自描述外，還包括自身AVC實時狀態(tài)，各關口無功補償實時能力及電壓協(xié)調控制請求等。

2.3 AVC系統(tǒng)互聯算法及決策流程

杭州地調AVC系統(tǒng)是實現杭州電網無功優(yōu)化電壓自動控制系統(tǒng)的核心部分，其模型與原有SCADA系統(tǒng)中的應用軟件模塊緊密結合。AVC系統(tǒng)優(yōu)化控制算法充分利用SCADA系統(tǒng)中高級應用軟件相關模塊，包括實時網絡拓撲、實時狀態(tài)估計和實時潮流等模塊的計算結果，進行AVC動態(tài)分區(qū)和AVC實時網絡靈敏度分析。同時，根據收到的省級調度和地區(qū)網內縣調AVC系統(tǒng)實時協(xié)調控制模型，完成基于杭州全網無功優(yōu)化的自動電壓控制策略和協(xié)調指令。

不考慮互聯協(xié)調限制條件時，地調AVC優(yōu)化控制計算模型可用下式表示：

式中：i為母線節(jié)點個數；PLoss為系統(tǒng)有功網損；λ1為罰因子；ViLim根據Vi實時取值；

考慮省地縣互聯協(xié)調限制條件后，優(yōu)化控制模型加入省地關口約束條件和縣區(qū)聯絡節(jié)點調節(jié)能力約束條件，得到地調在省地縣互聯時的優(yōu)化控制模型：

式中：λ2，λ3為罰因子；j為省地互聯模型中關口節(jié)點個數；k為地縣區(qū)實時協(xié)調模型中定義的關口節(jié)點個數；QjLim，QkLim的取值與ViLim相同。

杭州地調AVC系統(tǒng)的優(yōu)化控制目標，就是求取式（2）中F的最小值所對應的包括縣調無功調節(jié)設備在內的電壓無功設備優(yōu)化控制方案。系統(tǒng)采用遺傳算法進行全網無功優(yōu)化計算，同時求取地調電網和縣調電網之間聯絡線節(jié)點的無功潮流值，即AVC系統(tǒng)的功率因數控制目標值，將此值下達給對應縣調電網AVC系統(tǒng)。優(yōu)化控制結果同時依次滿足本區(qū)域母線電壓合格，網損最小和省地關口控制目標及下級電壓實時請求。

2.4 地調AVC系統(tǒng)與市區(qū)調度AVC系統(tǒng)協(xié)調控制

地調AVC系統(tǒng)和市區(qū)調度AVC系統(tǒng)之間采用了參數統(tǒng)一的維護平臺，實現了設備模型的相互轉化，可確保地調自動化系統(tǒng)（DF8002）和市區(qū)SCADA系統(tǒng)（DF8003）的設備參數具有嚴格一一對應關系。因此，對于市區(qū)調度的互聯實時協(xié)調控制采用了直接遙調遙控指令下達的方式，由地調AVC系統(tǒng)統(tǒng)一計算，將實時設備控制指令通過CIS接口下達到市區(qū)調度AVC系統(tǒng)，由市區(qū)調度AVC系統(tǒng)執(zhí)行后，將控制指令的執(zhí)行結果再通過CIS接口上傳給地調AVC系統(tǒng)。采用一對一C/S結構來實現地調AVC系統(tǒng)和市區(qū)調度AVC系統(tǒng)之間的協(xié)調控制互聯。

CIS服務器和CIS客戶端分別安裝于地調AVC系統(tǒng)和市區(qū)調度AVC系統(tǒng)，提供2種數據訪問方式，用電網模型數據訪問的通用數據訪問接口（GDA）、變化數據訪問使用的高速數據訪問接口（HSDA）實現2個AVC系統(tǒng)之間的實時通信。根據地調AVC的運行狀態(tài)和控制設備閉鎖狀態(tài)信息，生成的實時調節(jié)指令和設備手工閉鎖操作信息，通過HSDA接口提供給市區(qū)調度AVC系統(tǒng)。市區(qū)調度AVC的運行、調節(jié)狀態(tài)，各設備的閉鎖狀態(tài)信息包括手工閉鎖操作及策略執(zhí)行狀態(tài)也通過HSDA提供給地調AVC系統(tǒng)，而地調的動態(tài)分區(qū)結果，實時靈敏度結果等電網模型慢變化數據則通過GDA提供給市區(qū)調度AVC系統(tǒng)訪問。

3 省地縣互聯的地調AVC系統(tǒng)的實現

3.1 省地縣AVC系統(tǒng)的互聯

地調AVC系統(tǒng)處于省地縣互聯的中間層，通過省地關口實時數據交互實現省地互聯，通過地縣實時協(xié)調控制模型交互實現本地區(qū)內AVC系統(tǒng)的協(xié)調控制：收集并上傳所轄省地關口無功調節(jié)能力至省調AVC系統(tǒng)；計算并得到實時控制指令下達給市區(qū)AVC系統(tǒng)；得到并下達地縣區(qū)關口實時協(xié)調指令實現與縣調AVC系統(tǒng)的協(xié)調控制；最終實現本地區(qū)母線電壓合格、網損最小、省調AVC關口無功指標合格和減少本地區(qū)設備調節(jié)次數的目標，互聯框圖見圖2。

圖2 省地縣AVC系統(tǒng)互聯

其中縣區(qū)調上行數據主要包括相關地縣關口的無功調節(jié)能力及運行狀態(tài)等，調節(jié)指令則主要包括關口無功目標及電壓合格范圍等。

3.2 地區(qū)電網AVC系統(tǒng)的決策流程

地調AVC系統(tǒng)在實時接收省調AVC給出的省地關口電壓控制目標及收集到各縣調AVC系統(tǒng)上傳的實時協(xié)調模型和數據后，周期性進行基于式（2）的全網優(yōu)化控制計算，返回的實時協(xié)調模型及實時協(xié)調控制指令以E語言文本文件模式或CIS接口模式傳送給相關縣調AVC系統(tǒng)，整個系統(tǒng)決策流程見圖3。

圖3 地調電網AVC系統(tǒng)決策流程

4 AVC協(xié)調控制應注意的問題

AVC協(xié)調控制是AVC系統(tǒng)發(fā)展到一定階段的產物，對地調SCADA系統(tǒng)和AVC系統(tǒng)都提出了更高的要求，在準備和實現過程應該注意以下問題∶

（1）地調與縣調的SCADA系統(tǒng)必須穩(wěn)定可靠，地調AVC和縣調AVC都是基于SCADA系統(tǒng)數據平臺的應用系統(tǒng)，平臺是基礎，基礎必須要可靠。

（2）地調和縣調SCADA系統(tǒng)采集的相關數據必須要準確同步，否則會影響協(xié)調策略效果。

（3）由于互聯時模型匹配是通過設備命名來實現的，地調與縣調中SCADA系統(tǒng)中設備的命名需要事先規(guī)范，命名不規(guī)范的需要對SCADA的命名進行修改。由于杭州地區(qū)和整個浙江省電力設備的命名做得比較好，所以實施時模型匹配非常順利，對SCADA系統(tǒng)的影響也較少。

（4）AVC協(xié)調控制工程是跨單位跨部門的綜合性工程，AVC協(xié)調直接影響電壓無功的實時控制，需要各單位部門在各階段的高度重視和積極配合。

目前，杭州地調AVC系統(tǒng)已經實現了與省調、市區(qū)調度AVC系統(tǒng)、蕭山縣調AVC系統(tǒng)的互聯，與其他縣調AVC系統(tǒng)互聯工程正在進行中。從已經互聯的情況來看，能實現互聯區(qū)域整體的無功調控，能更好地響應省調對杭州地調的無功電壓分配，并利用區(qū)域內所有可調設備來進行調控，使調節(jié)結果更優(yōu)。

5 結語

基于全網無功優(yōu)化的自動電壓控制系統(tǒng)和縣調自動電壓控制系統(tǒng)互聯,不僅符合杭州地區(qū)電網現行的電力調度組織結構和SCADA系統(tǒng)結構，而且解決了原縣調AVC系統(tǒng)各自獨立計算和控制帶來的不利影響。大大提高了杭州電網的穩(wěn)定性和可靠性，同時也滿足了省地AVC系統(tǒng)的要求，實現了省地縣AVC系統(tǒng)協(xié)調控制。

[1]陳浩，吳宇.分層控制系統(tǒng)在電網調度方面的應用[J].廣東電力，2004，17（6）∶22-24.

[2]盧強，孫元章.電力系統(tǒng)非線性控制[M].北京：科學出版社，1993.

[3]何仰贊，溫增銀，汪馥瑛，等.電力系統(tǒng)分析修訂版（上、下）[M].武漢∶華中理工大學出版社，1995.

（本文編輯：楊 勇）

Realization of Interconnection Coordination Control for Hangzhou Power Grid AVC system

LU Wei1，YANG Yang1，LI Sui-rong2
（1.Hangzhou Electric Power Bureau，Hangzhou 310009，China；2.Yantai Dongfang Electronics Information Industry Co.，Ltd，Yantai Shandong 264000，China）

This paper introduces the interconnection coordination control method of the regional Automatic Voltage Control（AVC）system for Hangzhou power grid.Itrealizes the coordination control of voltage and reactive power of Hangzhou power grid by establishing real-time coordination model and controlling gateway variables in the model.It applies regional power dispatch AVC system in Hangzhou and establishes the interconnection coordination controlbetween the regionaland counties′AVC systems apartfrom retaining the originalfunctions of voltage and reactive power adjustment of power dispatch AVC systems in all the regions and counties in order to realize automatic voltage control of Hangzhou power grid based on entire grid reactive power optimization.

AVC system；interconnection coordination；E Language；CIS interface

TM714.3∶TM732

B

1007-1881（2010）09-0004-04

2010-04-26

陸 煒（1978－），男，浙江湖州人，工程師，華北電力大學在職研究生，研究方向為電力系統(tǒng)電壓無功優(yōu)化控制。