嘉興電網分層分區(qū)協(xié)調控制AVC系統(tǒng)的開發(fā)和應用

楊曉雷，錢 嘯

（嘉興電力局，浙江 嘉興 314033）

由于無功/電壓的控制可以合理地改善地區(qū)電網的無功潮流，提升地區(qū)電網整體電壓穩(wěn)定水平，有效降低電網總體損耗，所以地區(qū)電網一般都將電壓無功控制作為電網調度中的重要控制任務。但是，隨著電網范圍的擴大，原來的人工操作控制模式或者單個站點自動控制模式已經不能適應當前電網調度的需要，所以，越來越多的地區(qū)電網都開始了基于全網范圍的無功電壓自動控制系統(tǒng)（AVC）的研究和應用。

本文根據(jù)嘉興電網的現(xiàn)狀，提出了一種基于地區(qū)調度層面進行全網無功電壓優(yōu)化，由各級監(jiān)控分區(qū)校核執(zhí)行的AVC系統(tǒng)總體功能設計，既可以實現(xiàn)全網范圍的無功電壓優(yōu)化，確保全局性，又便于各級監(jiān)控分區(qū)協(xié)調控制，兼顧了運行靈活性和可靠性。

1 嘉興電網現(xiàn)狀及AVC系統(tǒng)優(yōu)化原則

1.1 嘉興電網調度、監(jiān)控模式

嘉興電網采取按照電壓等級分層和按照行政區(qū)域分區(qū)控制的電網調度、監(jiān)控管理模式。其中地區(qū)調度管轄所有110 kV及以上變電站和部分城網內35 kV變電站；縣級調度管轄各縣行政區(qū)域內110 kV變電站的10 kV設備、35 kV變電站和10 kV配網。而監(jiān)控范圍的劃分，則根據(jù)電壓等級，形成了按照地理位置劃分的220 kV集控站和按照各縣級行政區(qū)域劃分的110 kV集控站，兩級分層分區(qū)的監(jiān)控結構。全網無功優(yōu)化的范圍包括地區(qū)所有220 kV及以下變電站。

1.2 AVC系統(tǒng)優(yōu)化原則

地區(qū)電網AVC系統(tǒng)從全網角度進行無功優(yōu)化控制，應當遵循以下4個原則：

（1）實現(xiàn)全網最大范圍的電壓合格。

（2）實現(xiàn)全網電能損耗盡可能小。

（3）實現(xiàn)全網調節(jié)設備動作次數(shù)盡可能少。

（4）所有的控制操作必須符合各種規(guī)程。

為了使優(yōu)化程序易于實現(xiàn)，系統(tǒng)采用以全網電能損耗最小為目標，其它原則及電網實際運行約束作為約束條件的優(yōu)化模型進行軟件開發(fā)，系統(tǒng)優(yōu)化計算流程見圖1所示。

圖1 AVC系統(tǒng)優(yōu)化計算流程圖

2 AVC系統(tǒng)總體結構

2.1 總體層級劃分

根據(jù)嘉興電網現(xiàn)行的管理控制模式，地區(qū)調度（以下簡稱地調）AVC系統(tǒng)總體應劃分為以下3個層級[1-3]：

（1）地區(qū)調度層面：作為AVC系統(tǒng)的主站，進行全網AVC建模、維護、監(jiān)控；基于地調數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）采集全網實時數(shù)據(jù)，按照預先設定的考核指標，進行全網無功電壓的優(yōu)化計算，并形成調節(jié)控制指標。

（2）220 kV監(jiān)控層面：作為AVC系統(tǒng)的子站，接收地調AVC主站的調節(jié)指標，并基于監(jiān)控SCADA進行區(qū)域范圍的校核計算，形成本監(jiān)控范圍內220 kV站的調節(jié)控制指令并可靠執(zhí)行相關操作，同時將110 kV相關節(jié)點的調節(jié)控制指令反饋給地調AVC主站。

（3）110 kV監(jiān)控層面：作為AVC系統(tǒng)的子站，接收地調AVC主站的控制指令，可靠執(zhí)行相關變壓器分接頭的調節(jié)及電容器投切的操作。

系統(tǒng)體現(xiàn)了分級逐層推進的控制思路，同時遵循“層次越高，智能越高，控制精度越低；層次越低，智能越低，控制精度越高”的控制原則[1]，各層權責明確，相互協(xié)調，從而使整個控制系統(tǒng)的運行達到最佳效果。

2.2 擴展功能

為了使地調AVC系統(tǒng)實現(xiàn)與上下級調度的統(tǒng)一協(xié)調控制，并使其具有較好的運行靈活性，地調AVC系統(tǒng)還需要實現(xiàn)以下擴展功能：

（1）地調AVC主站系統(tǒng)應具有周期啟動、人工啟動及事件觸發(fā)啟動幾種方式。

（2）地調AVC系統(tǒng)可實現(xiàn)不同層次內的開、閉環(huán)運行[4]：如整個系統(tǒng)的開、閉環(huán)；各個子站范圍的開、閉環(huán)；各個具體站的開、閉環(huán)運行等。

（3）要預留與省級調度AVC系統(tǒng)主站的接口，以實現(xiàn)與省級調度AVC系統(tǒng)的聯(lián)調，并可以按照省調下達的考核指標或通過人工手動設定相關指標來自行優(yōu)化。

（4）地調AVC主站系統(tǒng)要預留與縣級調度AVC系統(tǒng)的接口，以便實現(xiàn)與縣級調度AVC系統(tǒng)的聯(lián)調及對縣級調度相關指標的考核。在110 kV監(jiān)控子站開環(huán)運行狀態(tài)下，可將相關控制指標傳遞給縣級調度AVC系統(tǒng)進行校核，由其決定是否執(zhí)行相應控制指令[5]。

（5）對于含有電廠聯(lián)絡線的監(jiān)控站，由于地調AVC系統(tǒng)不能直接對電廠進行聯(lián)動的調整控制，需要系統(tǒng)能夠將必要的調節(jié)指標信息反饋到AVC主站監(jiān)控界面，供調度運行人員參考。

另外，AVC還應具有狀態(tài)監(jiān)控、參數(shù)曲線查詢及報表統(tǒng)計等管理功能。圖2說明了地區(qū)電網AVC系統(tǒng)的控制流程和功能結構。

圖2 AVC系統(tǒng)的控制結構

3 AVC系統(tǒng)的可靠性

AVC系統(tǒng)作為實際電網優(yōu)化運行的一種輔助管理系統(tǒng)，必須以保證電網的安全可靠運行為前提。結合本系統(tǒng)總體設計情況，需要從以下兩個方面保證AVC系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。

3.1 實時數(shù)據(jù)的處理

由于地調AVC主站是基于電網設備的靜態(tài)參數(shù)和實時數(shù)據(jù)進行的在線優(yōu)化計算和控制，實時數(shù)據(jù)在傳輸過程中存在干擾，維護時也可能出現(xiàn)人為錯誤或誤差。所以，必須對從SCADA中獲得的實時遙測、遙信數(shù)據(jù)或死數(shù)據(jù)按照一定策略做必要的判斷和處理，以避免發(fā)出錯誤的控制指令，提高AVC系統(tǒng)運行的可靠性。

3.2 AVC的閉鎖功能

AVC系統(tǒng)閉環(huán)運行時，必須及時、正確地判斷電網或計算機網絡系統(tǒng)中出現(xiàn)的各類異?；蚬收锨闆r，并實施可靠快速閉鎖。

（1）主站系統(tǒng)閉鎖。當AVC主站系統(tǒng)出現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫或SCADA接口中斷等異?，F(xiàn)象時，必須閉鎖整套系統(tǒng)，并發(fā)出告警信號，直至異常情況解除，由人工解鎖，重啟系統(tǒng)。

（2）子站系統(tǒng)閉鎖。當個別子站出現(xiàn)與監(jiān)控SCADA接口中斷等異常，不能執(zhí)行遙控指令時，閉鎖相關子站系統(tǒng)，并發(fā)出告警信號，直至異常情況解除，由人工解鎖，重新投入。

（3）設備閉鎖。當出現(xiàn)變壓器或電容器保護動作、變壓器分接開關或電容器開關拒動或主變分接開關滑檔等異常時，可靠閉鎖相關設備，不再對其進行優(yōu)化控制，并發(fā)出告警信號。

4 系統(tǒng)開環(huán)運行情況

基于地區(qū)調度主站進行全網優(yōu)化計算、各級監(jiān)控分層分區(qū)控制的AVC系統(tǒng)開發(fā)和構建已經完成，并正式開環(huán)運行。為了保證AVC系統(tǒng)閉環(huán)后可靠、安全運行，將進行必要的遙控、遙調控制試驗，以驗證系統(tǒng)遙控、遙調號的正確性、控制通道的穩(wěn)定性及遠動規(guī)約的正確性，以確保對所控設備控制指令執(zhí)行的正確性。

開環(huán)運行期間，AVC系統(tǒng)分別針對功率因數(shù)越限、電壓越限、無功總體優(yōu)化3個方面的7種控制方式，提出了10 178條控制建議。從考核AVC系統(tǒng)運行可靠性和穩(wěn)定性考慮，開環(huán)期間并未要求按照控制建議進行操作。但經結合實際情況，對具體建議進行效果分析來看，除351條由于死數(shù)據(jù)造成建議無效外，其它建議均有效，有效率達到96.6%。同時，從AVC系統(tǒng)開環(huán)運行的效果分析預知，系統(tǒng)閉環(huán)運行后，將使因無功設備人工投切不及時引起的功率因數(shù)越限點減少70%左右，從而可使全網功率因數(shù)總體合格率在現(xiàn)有基礎上提高約2%，達到98%以上。

5 結語

基于地區(qū)調度主站進行全網優(yōu)化計算、各級監(jiān)控分層分區(qū)控制的AVC系統(tǒng)，體現(xiàn)了分級逐層的控制思路，較好地適應了無功應按照電壓等級分層平衡的原則，也符合嘉興電網的實際運行和管理模式，同時具有較好的靈活性和可靠性。投入閉環(huán)運行后，將會進一步提升嘉興電網無功電壓控制和管理水平。

[1]丁曉群，黃偉，鄧勇，等．基于分級遞階的地方調度/中心站模式無功電壓控制系統(tǒng)[J]．電力系統(tǒng)自動化，2004，28（5）：63-66.

[2]胡金雙，吳文傳，張伯明，等．基于分級分區(qū)的無功電壓閉環(huán)控制系統(tǒng)[J]．繼電器，2005，33（1）：50-56.

[3]趙彩虹，丁曉群，馬春生，等．地區(qū)電網無功電壓分布式控制策略[J]．南京師范大學學報（工程技術版），2008，8（2）：1-5.

[4]吳銀鳳，肖源，鄺先驗．地區(qū)電網電壓無功優(yōu)化閉環(huán)控制系統(tǒng)設計[J]．電氣應用，2007，26（11）：33-36.

[5]蘇家祥，廖亨利，袁文謙，等．地、縣兩級電網AVC系統(tǒng)分層聯(lián)合協(xié)調控制[J]．繼電器，2008，36（10）：36-39.