AVC系統(tǒng)在中山電網(wǎng)的應(yīng)用與優(yōu)化

摘 要：本文介紹了一種與EMS（Energy Management System）一體化設(shè)計的AVC（Automatic Voltage Control）系統(tǒng)。系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)電壓無功分布，自動選擇區(qū)域電壓控制、電壓校正控制、區(qū)域無功控制等控制策略，調(diào)用EMS遙控接口對無功設(shè)備進(jìn)行周期性的控制，逐步優(yōu)化無功潮流。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了中山電網(wǎng)的無功電壓協(xié)調(diào)控制，同時結(jié)合電網(wǎng)實(shí)際情況提出了解決電壓和檔位遙測異常的方法。

關(guān)鍵詞：AVC 無功電壓協(xié)調(diào)控制 優(yōu)化

中圖分類號：TM727文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）09（a）-0081-02

電壓是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，它對電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、用電設(shè)備的安全性、電網(wǎng)損耗等方面起著非常重要的作用。由于電網(wǎng)負(fù)荷的峰谷差異，電壓也呈現(xiàn)出峰期降低、谷期升高的特性，目前廣泛采用調(diào)節(jié)無功設(shè)備，來調(diào)整電壓質(zhì)量。隨著變電站綜合自動化技術(shù)的發(fā)展，具備自動電壓無功控制功能VQC裝置對電壓質(zhì)量發(fā)揮了重要的作用，但由于其數(shù)據(jù)源和控制手段都局限于一個變電站內(nèi)，本身也存在不能站間協(xié)同控制、投資大、告警信號不穩(wěn)定等缺陷。為了進(jìn)一步提升電壓質(zhì)量，同時消除VQC系統(tǒng)的局限性，中山電網(wǎng)在調(diào)度自動化EMS上建設(shè)了AVC系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)的無功電壓協(xié)調(diào)控制。

1 系統(tǒng)的功能

AVC（Automatic Voltage Control）系統(tǒng)的主要功能是在確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，各等級的電壓、保證電網(wǎng)各片區(qū)和關(guān)口功率因數(shù)合格，盡可能減少線路無功傳輸、降低因電網(wǎng)流引起的不必要無功潮有功損耗。系統(tǒng)從EMS獲取網(wǎng)絡(luò)模型和實(shí)時數(shù)據(jù)，進(jìn)行在線分析和計算來生成控制命令，調(diào)用EMS系統(tǒng)的遙控接口對變電站有載調(diào)壓裝置和無功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理、集中監(jiān)視和在線控制，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)無功電壓優(yōu)化控制。

2 控制策略和流程

2.1 控制策略

AVC（Automatic Voltage Control）主要有3種控制策略：區(qū)域電壓控制、電壓校正控制、區(qū)域無功控制。

（1）區(qū)域電壓控制

控制區(qū)域樞紐廠站電壓無功設(shè)備，校正或優(yōu)化區(qū)域內(nèi)母線群體電壓水平。區(qū)域群體電壓水平受區(qū)域樞紐廠站無功設(shè)備控制影響，是區(qū)域整體無功平衡的結(jié)果。結(jié)合實(shí)時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)分布合理，但區(qū)域內(nèi)電壓普遍偏高（低）時，調(diào)節(jié)樞紐廠站無功設(shè)備，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，同時避免區(qū)域內(nèi)多主變同時調(diào)節(jié)引起振蕩，實(shí)現(xiàn)區(qū)域電壓控制的優(yōu)化。

（2）電壓校正控制

電壓校正控制：主要由各廠站就地控制無功設(shè)備快速響應(yīng)就地電壓的變化。由實(shí)時靈敏度分析可知，就地?zé)o功設(shè)備控制可最快、最有效地校正當(dāng)?shù)仉妷涸较蕖S站內(nèi)變壓器和電容器按九區(qū)圖基本原理分時段控制。電壓限值根據(jù)逆調(diào)壓規(guī)則確定，低谷時段電壓上限偏低，高峰時段電壓下限偏高，實(shí)現(xiàn)逆調(diào)壓。

（3）區(qū)域無功控制

區(qū)域無功控制：全面協(xié)調(diào)控制發(fā)電機(jī)容抗器投切、無功出力、變壓器分接頭升降，使全網(wǎng)電壓線路無功潮流最小、水平盡可能高、降低網(wǎng)損。當(dāng)電網(wǎng)電壓合格并處于較高運(yùn)行水平后，按無功分層分區(qū)甚至就地平衡的優(yōu)化原則檢查線路無功傳輸是否合理，通過實(shí)時潮流靈敏度分析計算決定投切無功補(bǔ)償裝置以盡量減少線路上無功流動、降低線損并調(diào)節(jié)有關(guān)電壓目標(biāo)值。

1）區(qū)域無功欠補(bǔ)（不足），流進(jìn)區(qū)域無功偏大時，根據(jù)實(shí)時潮流靈敏度分析，從該區(qū)域補(bǔ)償降損效益最佳廠站開始尋找可投入無功設(shè)備，使得無功潮流在盡可能小的區(qū)域內(nèi)滿足分區(qū)平衡，線路上無功流動最?。?/p>

2）區(qū)域無功過補(bǔ)（富余），使區(qū)域無功倒流時，如果該區(qū)域不允許無功倒流，根據(jù)實(shí)時潮流靈敏度分析，從該區(qū)域切除電容器校正無功越限最靈敏廠站開始尋找可切除無功設(shè)備，消除無功越限。

2.2 控制流程

AVC（Automatic Voltage Control）根據(jù)電網(wǎng)電壓無功空間分布狀態(tài)自動選擇控制策略，控制策略優(yōu)先級為區(qū)域電壓控制>電壓校正控制>區(qū)域無功控制。AVC閉環(huán)控制隨時間跟蹤電壓無功狀態(tài)自動協(xié)調(diào)有序進(jìn)行，AVC檢測到電壓越限時，啟動區(qū)域電壓控制或電壓校正控制，控制命令調(diào)用遙控接口，遙控命令通過EMS控制無功設(shè)備，從而形成新的穩(wěn)態(tài)潮流并消除越限。全網(wǎng)電壓合格時，啟動區(qū)域無功優(yōu)化控制，無功設(shè)備調(diào)節(jié)采用序列投切，即每周期內(nèi)只允許一次投切動作。下一周期，AVC根據(jù)新的潮流狀態(tài)自動判斷選擇控制模式，從而逐步逼進(jìn)優(yōu)化運(yùn)行狀態(tài)并且避免控制過調(diào)。AVC系統(tǒng)總體數(shù)據(jù)流程如圖1。

3 實(shí)現(xiàn)方式

3.1 與EMS系統(tǒng)一體化設(shè)計

AVC（Automatic Voltage Control）作為EMS系統(tǒng)的一個應(yīng)用與EMS平臺一體化設(shè)計，可從PAS網(wǎng)絡(luò)建模獲取控制模型、從SCADA獲取實(shí)時采集數(shù)據(jù)并進(jìn)行在線分析和計算，對電網(wǎng)內(nèi)各變電所的有載調(diào)壓裝置和無功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)視、在線控制和統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)無功電壓優(yōu)化控制閉環(huán)運(yùn)行。AVC一體化設(shè)計具備以下優(yōu)點(diǎn)：

1）數(shù)據(jù)無縫銜接，利于方便考慮足夠有效的安全措施；

2）減少控制命令的傳輸環(huán)節(jié)，保證控制過程的流暢性和可靠性；

3）網(wǎng)絡(luò)建模及參數(shù)驗(yàn)證自動完成且只需維護(hù)一套參數(shù)，與EMS系統(tǒng)共享人機(jī)界面，減少維護(hù)工作量；

4）基于穩(wěn)定可靠、安全性高的UNIX操作系統(tǒng)，減少系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不安全因素；

一體化設(shè)計的AVC系統(tǒng)的建模數(shù)據(jù)流程如圖2。

3.2 進(jìn)程配置

AVC軟件作為EMS系統(tǒng)的一個應(yīng)用，可配置在EMS系統(tǒng)Ⅰ區(qū)任何一臺服務(wù)器節(jié)點(diǎn)上，配置主備節(jié)點(diǎn)互為熱備用，由于AVC對CPU、內(nèi)存等資源占用較小，可布置在互為備用的SCADA節(jié)點(diǎn)上，其它節(jié)點(diǎn)作為客戶端具備瀏覽功能，可用作監(jiān)視管理、圖模維護(hù)和功能演示，AVC進(jìn)程配置示意圖如圖3。

4 應(yīng)用效果

中山電網(wǎng)現(xiàn)有500kV變電站2座，220kV變電站15座，110kV變電站66座，目前除500kV變電站外其他81座變電站均接入AVC運(yùn)行。系統(tǒng)投運(yùn)后，調(diào)通中心編制了《中山供電局自動電壓控制系統(tǒng)運(yùn)行管理規(guī)定》和《中山供電局自動電壓控制系統(tǒng)監(jiān)控員使用手冊》。系統(tǒng)投運(yùn)后達(dá)到了預(yù)期的效果，提升了電壓合格率，降低了網(wǎng)損，如表1表2所示。

5 安全性和效率優(yōu)化

5.1 對電壓遙測異常的處理

10kV母線的線電壓是AVC最重要的實(shí)時數(shù)據(jù)，它對系統(tǒng)的控制起著非常重要的作用。由于數(shù)據(jù)經(jīng)過了PT、變送器、測控裝置、遠(yuǎn)動機(jī)和EMS前置系統(tǒng)轉(zhuǎn)換而來，當(dāng)某個環(huán)節(jié)故障而引起電壓不合格并保持不變化時，可能引起AVC連續(xù)調(diào)節(jié)從而導(dǎo)致電壓調(diào)節(jié)越限，而此時SCADA系統(tǒng)無法給出告警。

對于這種問題可以通過比較調(diào)壓前后母線電壓的變化來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)主變控制成功后，檢測調(diào)壓命令發(fā)出一定時間后母線電壓變化情況，若小于一定的值或與主變調(diào)節(jié)趨勢相反，則認(rèn)為該主變調(diào)節(jié)異常，及時閉鎖該主變。

增加上述閉鎖條件后必須提高電壓遙測量的準(zhǔn)確性及上送速度，從而防止出現(xiàn)調(diào)壓后電壓不變化

引起AVC對主變不必要的閉鎖。在新站遠(yuǎn)動驗(yàn)收時，對10kV母線電壓應(yīng)要求絕對誤差不超過0.1kV。驗(yàn)收時分別以10.0、10.5、10.7kV為基值，驗(yàn)證在+/-0.1kV變化時，主站系統(tǒng)能正確收到變化；同時建議將10kV母線電壓的遙測序號定在最前面，從而加快電壓變化的上送時間。在AVC接入前，應(yīng)觀察10kV母線電壓曲線，若曲線呈不連續(xù)的階梯狀變化時，應(yīng)采用減小測控裝置、遠(yuǎn)動裝置遙測上送門檻值的方法來解決。

5.2 對變壓器“0”檔位的處理

為了防止主變滑檔，AVC在調(diào)節(jié)一次檔位變化超過2檔時會閉鎖該主變的調(diào)節(jié)。系統(tǒng)一般將檔位變化后第一時間收到的檔位作為調(diào)檔后的檔位與調(diào)檔前對比，若超過2檔則閉鎖。但由于主變檔位的變化行程較長，在變化過程中會出現(xiàn)“0”等中間檔位，由于一些遠(yuǎn)動機(jī)不能對檔位作延時判斷處理，調(diào)檔時經(jīng)常會先上送一個中間檔位，此時系統(tǒng)絕大多數(shù)情況會判調(diào)檔超過2檔（即滑檔），閉鎖主變調(diào)壓。而穩(wěn)定的檔位隨后上送后，又會判手動操作（在沒有AVC調(diào)壓的情況下，主變由0檔變化為其他的檔位）。遇到這種現(xiàn)象時，調(diào)度員需要手動復(fù)歸“分接頭滑檔”、“主變手動操作”兩個信號，從而降低了主變的調(diào)節(jié)效率。

解決這一問題，可以將系統(tǒng)調(diào)檔后3個采樣周期內(nèi)穩(wěn)定不變的檔位作為調(diào)檔后的檔位與調(diào)檔前進(jìn)行對比，這樣可以有效的將中間檔位作為異常數(shù)據(jù)排除。

5.3 模型的準(zhǔn)確性

電網(wǎng)模型是AVC控制的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，它描述了電網(wǎng)設(shè)備的拓?fù)溥B接關(guān)系和線路、變壓器、電容、電抗器等設(shè)備的參數(shù)，必須為AVC提供準(zhǔn)確的電網(wǎng)模型才能保證系統(tǒng)控制的安全性和準(zhǔn)確性。

這就要求自動化維護(hù)人員在電網(wǎng)模型發(fā)生變更時（例如容抗器由Ⅰ段改接至Ⅱ段，變電站的110kV、進(jìn)線發(fā)生改接線）重新生成新的電網(wǎng)模型，并向AVC拷貝。自動化人員還應(yīng)經(jīng)常通過使用EMS系統(tǒng)的狀態(tài)估計來檢查電網(wǎng)的模型，對大誤差點(diǎn)進(jìn)行分析排查，提高模型的準(zhǔn)確性。

另外，當(dāng)遠(yuǎn)動系統(tǒng)沒有采集的10kV分段、變壓器低壓側(cè)的刀閘位置發(fā)生變化時，應(yīng)提醒調(diào)度員及時對相應(yīng)的刀閘人工置位，以保證拓?fù)涞臏?zhǔn)確性，防止系統(tǒng)判斷母線不帶電而停止控制。

6 結(jié)語

AVC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了中山電網(wǎng)全網(wǎng)的電壓無功協(xié)調(diào)控制，提高了電壓合格率，降低了網(wǎng)損。在建設(shè)和運(yùn)行過程中，我們采用了一系列技術(shù)措施提升了系統(tǒng)的安全性和有效性。作為一套建設(shè)在EMS系統(tǒng)上的自動控制系統(tǒng)，它也對遠(yuǎn)動數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時性提出了更高的要求，隨著SVC、STATCOM等無功補(bǔ)償技術(shù)的成熟以及負(fù)荷多樣化的發(fā)展，AVC有著廣闊的研究空間。

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