廣東清遠(yuǎn)電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制策略研究

廣東電網(wǎng)公司清遠(yuǎn)供電局 卞 超

自動(dòng)電壓控制技術(shù)（Automatic Voltage Control，以下簡(jiǎn)稱AVC）的總體控制方案是對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行分層分區(qū)控制，使AVC控制在空間上協(xié)調(diào)作用。分層一般根據(jù)電壓等級(jí)劃分；分區(qū)是根據(jù)無(wú)功平衡的局域性，以一個(gè)220kV的變電站為中心，將該廠站和其所屬下級(jí)廠站及設(shè)備化為一個(gè)分區(qū)，必要時(shí)以電氣距離遠(yuǎn)近進(jìn)行理論分區(qū)并作校正。AVC根據(jù)電網(wǎng)電壓無(wú)功空間分布狀態(tài)自動(dòng)選擇控制模式并使各種控制模式自適應(yīng)協(xié)調(diào)配合，對(duì)電網(wǎng)內(nèi)各變電站的有載調(diào)壓裝置和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)視、統(tǒng)一管理和在線控制，從全局的角度對(duì)廣域分散的電網(wǎng)無(wú)功裝置進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)無(wú)功電壓優(yōu)化控制閉環(huán)運(yùn)行。

1.分層分區(qū)

根據(jù)無(wú)功平衡的局域性和分散性，AVC對(duì)地區(qū)電網(wǎng)電壓無(wú)功分層分區(qū)控制，使其自動(dòng)控制在空間上解耦。AVC數(shù)據(jù)庫(kù)模型定義了廠站、電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)（母線）、控制設(shè)備（電容器、變壓器）等記錄，并根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?shí)時(shí)跟蹤方式變化，進(jìn)行動(dòng)態(tài)分區(qū)，以220kV樞紐變電站為中心，將整個(gè)電網(wǎng)分成若干彼此間無(wú)功電壓電氣耦合度很弱的區(qū)域電網(wǎng)[1]。

典型的地區(qū)電網(wǎng)區(qū)域接線圖如圖1所示。

AVC中的區(qū)域是動(dòng)態(tài)的概念，最小區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)廠站，最大區(qū)域則為全網(wǎng)。AVC分區(qū)支持自適應(yīng)區(qū)域嵌套劃分，如圖1中可劃分出A、B、C、BC、ABC等5個(gè)區(qū)域。AVC控制僅僅使地區(qū)電網(wǎng)無(wú)功在關(guān)口滿足功率因數(shù)要求、達(dá)到平衡是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。為優(yōu)化無(wú)功平衡狀態(tài)，必須在盡可能小的區(qū)域范圍內(nèi)使無(wú)功就地平衡。AVC自動(dòng)拓?fù)浞謪^(qū)支持自適應(yīng)區(qū)域嵌套劃分，首先盡量使小區(qū)域無(wú)功就地平衡，如果該區(qū)域無(wú)功就地平衡無(wú)法得到滿足，則將該區(qū)域范圍擴(kuò)大到相鄰廠站，在此擴(kuò)大區(qū)域內(nèi)使無(wú)功得到就地平衡。

2.電壓控制策略

2.1 區(qū)域電壓控制

區(qū)域群體電壓水平受區(qū)域樞紐廠站無(wú)功設(shè)備控制影響，是區(qū)域整體無(wú)功平衡的結(jié)果。結(jié)合實(shí)時(shí)靈敏度分析和自適應(yīng)區(qū)域嵌套劃分確定區(qū)域樞紐廠站。當(dāng)區(qū)域內(nèi)電壓普遍偏高（低）時(shí)，調(diào)節(jié)樞紐廠站無(wú)功設(shè)備，以盡可能少的控制設(shè)備調(diào)節(jié)次數(shù)，使最大范圍內(nèi)電壓合格或提高群體電壓水平，同時(shí)避免區(qū)域內(nèi)多主變同時(shí)調(diào)節(jié)引起振蕩，實(shí)現(xiàn)區(qū)域電壓控制的優(yōu)化。具體措施如下：對(duì)一個(gè)區(qū)域內(nèi)所有10kV母線的電壓進(jìn)行判斷（只對(duì)電壓在9-11kV的母線統(tǒng)計(jì)，停運(yùn)或電壓不正常的母線不計(jì)入統(tǒng)計(jì)，但非閉環(huán)站納入計(jì)算），如果60%的母線電壓越（上下）限（清遠(yuǎn)地區(qū)上下限定值設(shè)為10.3--10.55kV），則相應(yīng)的（向下上）調(diào)節(jié)區(qū)域內(nèi)220kV站主變抽頭，從而達(dá)到全局控制，避免了區(qū)域內(nèi)多站投切電容或調(diào)整檔位操作。同時(shí)還可以避免關(guān)口無(wú)功的波動(dòng)，增大了AVC可控對(duì)象裕度。

2.2 就地電壓控制

由實(shí)時(shí)靈敏度分析可知，就地?zé)o功設(shè)備控制能夠最快、最有效校正當(dāng)?shù)仉妷?，消除電壓越限。?dāng)某廠站電壓越限時(shí)，啟動(dòng)該廠站內(nèi)無(wú)功設(shè)備調(diào)節(jié)。該廠站內(nèi)變壓器和電容器按就地電壓策略協(xié)調(diào)控制，實(shí)現(xiàn)電壓無(wú)功綜合優(yōu)化。具體控制策略如圖2所示。

2.3 電壓控制的選擇與約束條件

圖2中無(wú)論是通過(guò)區(qū)域電壓控制模式還是就地電壓控制模式對(duì)110kV、10kV越限母線進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，上述220kV電壓均指被調(diào)節(jié)的母線所在分區(qū)內(nèi)的根節(jié)點(diǎn)220kV母線電壓。對(duì)35kV和6kV母線，只有就地電壓控制模式，其控制策略與圖2中針對(duì)110kV和10kV母線的策略一致。不論是區(qū)域電壓控制模式或是就地電壓控制模式，為實(shí)現(xiàn)調(diào)壓目的而對(duì)主變檔位進(jìn)行升降或?qū)﹄娙萜鬟M(jìn)行投切操作時(shí)，均考慮以下約束條件：

針對(duì)電容器，投入電容器前進(jìn)行以下預(yù)判：

a)投入電容器時(shí)該廠站主變或所在區(qū)域內(nèi)220kV主變無(wú)功倒流。若某110kV站主變閉鎖且10kV母線電壓越下限，為保證該10kV母線電壓，在不造成區(qū)域220kV關(guān)口無(wú)功倒流的情況下，可暫時(shí)忽略本110kV站主變高壓側(cè)的無(wú)功，強(qiáng)投電容。清遠(yuǎn)電網(wǎng)由于存在較多地方電，特別是三連一陽(yáng)地區(qū)小水電集中，在豐水期必然存在關(guān)口無(wú)功倒送的情況，這時(shí)在控制策略里面分片對(duì)各關(guān)口允許合理限值的無(wú)功倒送220kV電網(wǎng)；

b)該時(shí)段電容器動(dòng)作次數(shù)越限，一般根據(jù)各站負(fù)荷特性，分峰谷時(shí)段設(shè)定允許電容動(dòng)作次數(shù)，防止電容器頻繁投切增大設(shè)備故障風(fēng)險(xiǎn)；

c)該電容器已投入；

d)該電容器被切除后時(shí)間小于5分鐘，避免電容未充分放電投入運(yùn)行；

如以上4個(gè)條件成立則不投入電容器，電容器優(yōu)先投入動(dòng)作被過(guò)濾。

針對(duì)主變，調(diào)整主變檔位前也進(jìn)行以下預(yù)判：

a)主變并列運(yùn)行檔位相差大（大于等于2檔），目前清遠(yuǎn)電網(wǎng)AVC相差1檔則自動(dòng)調(diào)節(jié)一致。

b)主變檔位動(dòng)作次數(shù)越限，清遠(yuǎn)地區(qū)有較多重工業(yè)（如大型鐵廠），該類變電站電壓特性呈寬幅鋸齒狀，若不限制檔位動(dòng)作次數(shù)，每日調(diào)檔可達(dá)50次，對(duì)變壓器運(yùn)行產(chǎn)生極為不利影響。對(duì)于寬幅鋸齒狀電壓特性的站，應(yīng)盡量將時(shí)段分得更細(xì)，日運(yùn)行動(dòng)作總次數(shù)一般不高于10次。

c)主變處于極限檔位（最高檔/最低檔）。

d)主變距上次調(diào)整時(shí)間小于2分鐘，避免頻繁調(diào)檔引起脫扣。

如以上4個(gè)條件成立則不進(jìn)行檔位調(diào)節(jié)，主變檔位優(yōu)先動(dòng)作被過(guò)濾。

對(duì)于并列主變調(diào)節(jié)時(shí)考慮如下策略：

a)根據(jù)基于開(kāi)關(guān)刀閘狀態(tài)的拓?fù)渌惴ㄅ袛嗍欠癫⒘羞\(yùn)行，如果主變無(wú)負(fù)荷即輕載情況下，主變不在AVC控制范圍內(nèi)。

b)檔位調(diào)整時(shí)同步調(diào)節(jié)，保證檔位的一致性；若并列主變中一臺(tái)調(diào)節(jié)成功，另一臺(tái)調(diào)節(jié)失敗，則不將已調(diào)節(jié)成功的主變檔位調(diào)節(jié)回去，并提示并列主變檔位不一致。

c)對(duì)于7檔、17檔等不同變比并列運(yùn)行的主變，根據(jù)人工填寫AVC并列檔位對(duì)照表，以使系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)能自動(dòng)對(duì)齊使變比一致。

3.無(wú)功控制策略

3.1 經(jīng)濟(jì)壓差原理

對(duì)于支路潮流計(jì)算有下列公式：

輸電損耗：ΔP=R×P2/U2+R×Q2/U2

線路壓降：ΔU≈（P×R+Q×X）/U

式中：R為線路電阻，X為線路電抗，P為輸送有功功率，Q為輸送無(wú)功功率，U為母線電壓[2]。

分析上述公式可以得出：U越大，Q越小，則輸電損耗和線路壓降越小，Q=0時(shí)，線路無(wú)功分點(diǎn)恰好位于中點(diǎn)，此時(shí)ΔU稱為經(jīng)濟(jì)壓差。經(jīng)濟(jì)壓差原理是高電壓水平下無(wú)功分層分區(qū)平衡原則極限狀態(tài)的定量表示。

3.2 無(wú)功控制策略

針對(duì)區(qū)域無(wú)功可能出現(xiàn)的過(guò)補(bǔ)和欠補(bǔ)兩種情況，AVC的無(wú)功控制相應(yīng)地可分為無(wú)功切除、無(wú)功投入兩個(gè)操作方向。在無(wú)功切除或投入時(shí)需對(duì)區(qū)域內(nèi)電容器序列切除和投入，分析判斷指標(biāo)即是根據(jù)上述經(jīng)濟(jì)壓差原理的Q×X。其中，Q為線路上流動(dòng)或穿過(guò)主變的無(wú)功，X為線路或主變阻抗。

區(qū)域無(wú)功切除策略：

1)從區(qū)域根結(jié)點(diǎn)220kV A站開(kāi)始掃描，將當(dāng)前區(qū)域注入無(wú)功與考核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，當(dāng)偏差大于所設(shè)定精度(即帶寬)時(shí)，啟動(dòng)區(qū)域無(wú)功切除策略。

2)將任意結(jié)點(diǎn)(A站、B站、C站均有可能)下屬子區(qū)域已投入電容器放進(jìn)切除隊(duì)列，并按電氣指標(biāo)Q×X進(jìn)行升序排列。

3)當(dāng)選擇某站(如A站)電容器切除時(shí)，計(jì)算切除前后電氣指標(biāo)Q×X，若切除后Q×X變小，說(shuō)明切除該電容器不會(huì)使網(wǎng)損增加，確實(shí)應(yīng)該切除；否則，選擇隊(duì)列中的下一個(gè)電容器。

4)切除電容器時(shí)對(duì)電壓進(jìn)行預(yù)判，如果切除后電壓可能越下限，則上調(diào)檔位后再切除該電容器(組合策略)。若上調(diào)檔位不成功，則選擇下一個(gè)電容器。

區(qū)域無(wú)功投入策略：

1)從區(qū)域最末端結(jié)點(diǎn)開(kāi)始掃描，將當(dāng)前區(qū)域注入無(wú)功與考核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，當(dāng)無(wú)功不足且偏差大于所設(shè)定精度(即帶寬)時(shí)，啟動(dòng)區(qū)域無(wú)功投入策略。

2)將任意結(jié)點(diǎn)(A站、B站、C站均有可能)下屬子區(qū)域已切除電容器放進(jìn)投入隊(duì)列，并按電氣指標(biāo)Q×X進(jìn)行降序排列。

3)當(dāng)選擇某站(如C站)電容器投入時(shí)，判斷該電容器投入是否使區(qū)域根結(jié)點(diǎn)(關(guān)口)無(wú)功越上限，如果不越上限則投入；否則，選擇隊(duì)列中的下一個(gè)電容器。

4)投入電容器時(shí)對(duì)電壓進(jìn)行預(yù)判，如果投入后電壓可能越上限，則下調(diào)檔位后再投入電容器(組合策略)。

4.設(shè)備閉鎖策略及安全措施

針對(duì)以下情形，AVC可將設(shè)備閉鎖并自動(dòng)觸發(fā)生成AVC告警信號(hào)：

1)通過(guò)設(shè)置關(guān)聯(lián)SCADA保護(hù)信號(hào)，AVC可檢測(cè)到設(shè)備的保護(hù)動(dòng)作并自動(dòng)閉鎖對(duì)該設(shè)備的控制，同時(shí)發(fā)告警信號(hào)。一個(gè)設(shè)備可關(guān)聯(lián)多個(gè)保護(hù)信號(hào)，同時(shí)一個(gè)保護(hù)信號(hào)也可關(guān)聯(lián)多個(gè)設(shè)備，信號(hào)之間以“或”的關(guān)系進(jìn)行處理，只要設(shè)備關(guān)聯(lián)的其中一個(gè)保護(hù)信號(hào)動(dòng)作即閉鎖該設(shè)備。

2)如果對(duì)某個(gè)設(shè)備的控制連續(xù)兩次均無(wú)響應(yīng)，則閉鎖對(duì)該設(shè)備的控制，并發(fā)出設(shè)備拒動(dòng)的告警信號(hào)。

3)在220kV主網(wǎng)電壓過(guò)低(系統(tǒng)默認(rèn)為213kV)的情況下，系統(tǒng)自動(dòng)閉鎖上調(diào)220kV主變分接開(kāi)關(guān)，防止造成主網(wǎng)電壓崩潰。

4)出現(xiàn)主變滑檔情況時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)閉鎖對(duì)主變分接頭的控制，并發(fā)滑檔告警。

5)系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算電容器和主變分接頭的動(dòng)作次數(shù)，當(dāng)達(dá)到該時(shí)段動(dòng)作次數(shù)限值后，自動(dòng)閉鎖該設(shè)備，并發(fā)設(shè)備動(dòng)作次數(shù)越限的告警信號(hào)。

6)在AVC沒(méi)有下發(fā)指令時(shí)，如果檢測(cè)到有電容器開(kāi)關(guān)遙信變位或主變檔位調(diào)整的情況，則判為手工操作，AVC閉鎖對(duì)該設(shè)備的控制，并發(fā)手工操作的告警信號(hào)。

7)主變或電容器掛牌時(shí)，AVC自動(dòng)讀取掛牌標(biāo)志并閉鎖相關(guān)設(shè)備。

8)當(dāng)主變高壓側(cè)的無(wú)功或電流大于(小于)定值時(shí)(定值在變壓器控制表中設(shè)定)，閉鎖該主變調(diào)壓。

9)當(dāng)母線電壓越事故限值時(shí)(默認(rèn)高于11.9、低于9.0)，閉鎖該母線調(diào)壓，并發(fā)母線過(guò)電壓或母線欠電壓的告警信號(hào)。

10)當(dāng)母線電壓因各種原因發(fā)生異常時(shí)，母線電壓越限±20%自動(dòng)閉鎖該母線的AVC控制，當(dāng)母線電壓處于額定電壓±20%以內(nèi)時(shí)，任意運(yùn)行主變?cè)?00秒內(nèi)發(fā)生同一方向上連續(xù)調(diào)壓3次，則對(duì)該主變自動(dòng)硬閉鎖，并由運(yùn)行人員確認(rèn)調(diào)壓原因后，手動(dòng)解鎖恢復(fù)該主變的AVC運(yùn)行。

11)對(duì)同一段母線上的電容器當(dāng)日動(dòng)作次數(shù)進(jìn)行分析，將同一段母線上年度動(dòng)作次數(shù)最少的電容優(yōu)先受控，并根據(jù)動(dòng)作次數(shù)對(duì)電容受控序列排序，避免了AVC控制時(shí)會(huì)出現(xiàn)對(duì)某一電容器次數(shù)較多而另一電容器次數(shù)較少的不對(duì)稱現(xiàn)象。

[1]賴永生,劉明波.電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)無(wú)功優(yōu)化問(wèn)題的快速解耦算法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2008,28(7):32-39.

[2]何仰贊,溫增銀.電力系統(tǒng)分析(第三版)[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2002.