華東電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)網(wǎng)省協(xié)調(diào)控制方案研究

牟善科，秦 瑩

（1.華東電網(wǎng)有限公司，上海 200120；2.華東電力設(shè)計(jì)院，上海 200001）

0 引言

隨著特高壓電網(wǎng)的建設(shè)，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特性日益復(fù)雜，對(duì)電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制能力的要求也越來越高。為保證各級(jí)電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定，自動(dòng)電壓控制（AVC）系統(tǒng)已在網(wǎng)省調(diào)中普遍應(yīng)用，且達(dá)到了提高電壓質(zhì)量、降低系統(tǒng)網(wǎng)損和提高電壓穩(wěn)定水平的效果。

目前，華東網(wǎng)調(diào)AVC系統(tǒng)對(duì)江蘇、浙江、安徽、上海?。ㄊ校﹥?nèi)500 k V變電站的低壓電容器、電抗器采用直控方式。但在目前大運(yùn)行的調(diào)度管理方式下，華東區(qū)域內(nèi)500 k V變電站已由各省調(diào)進(jìn)行運(yùn)維管理。因此，華東AVC主站直接向變電站下發(fā)開關(guān)遙控指令的方式已不再適用，需研究新的500 k V變電站無功電壓網(wǎng)省協(xié)調(diào)控制方案，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)省調(diào)各自管理的電網(wǎng)之間的最優(yōu)無功電壓控制，以對(duì)具備一定條件的電網(wǎng)調(diào)度中心提供參考借鑒作用。

1 網(wǎng)省AVC協(xié)調(diào)控制原則

華東網(wǎng)調(diào)AVC系統(tǒng)與江蘇、浙江、安徽、上海各?。ㄊ校┱{(diào)AVC系統(tǒng)的綜合協(xié)調(diào)控制方案基于500 k V主變低壓側(cè)無功直控，500 k V主變中壓側(cè)無功協(xié)調(diào)的原則，即500 k V主變低壓側(cè)的無功設(shè)備由網(wǎng)調(diào)AVC系統(tǒng)直控，500 k V主變中壓側(cè)的無功作為網(wǎng)省協(xié)調(diào)控制的對(duì)象（見圖1）。

500 k V主變低壓側(cè)無功直控模式是為適應(yīng)大運(yùn)行調(diào)度管理方式，華東網(wǎng)調(diào)通過省調(diào)AVC系統(tǒng)對(duì)500 k V變電站實(shí)施分布式控制，保證網(wǎng)調(diào)對(duì)500 k V母線電壓的控制能力。500 k V主變中壓側(cè)無功協(xié)調(diào)模式體現(xiàn)了網(wǎng)調(diào)和省調(diào)之間“雙向互動(dòng)”的上下級(jí)協(xié)調(diào)控制方式，與以往僅強(qiáng)調(diào)省調(diào)對(duì)網(wǎng)調(diào)的追隨方式不同。協(xié)調(diào)控制的目標(biāo)為：合理充分運(yùn)用網(wǎng)、省調(diào)各自的無功調(diào)節(jié)資源，在電壓合格的基礎(chǔ)上達(dá)到電壓等級(jí)間無功的合理分布，降低網(wǎng)損。

2 主變低壓側(cè)無功直控方案

2.1 方案說明

華東區(qū)域（除福建省外）500 k V變電站主變低壓側(cè)無功設(shè)備由華東AVC主站直控，可采用網(wǎng)－省二級(jí)協(xié)同的分布式控制模式，在江蘇、浙江、安徽、上海各?。ㄊ校┱{(diào)AVC系統(tǒng)中建設(shè)500 k V變電站控制的策略執(zhí)行子站模塊（以下簡稱省調(diào)子站模塊），通過主站下發(fā)控制指令、子站執(zhí)行指令并直控開關(guān)的方式，實(shí)現(xiàn)華東網(wǎng)調(diào)對(duì)500 k V低壓側(cè)無功設(shè)備直接、有效的控制。對(duì)于福建電網(wǎng)，不存在華東網(wǎng)調(diào)直控其低壓無功設(shè)備的情況。

網(wǎng)－省二級(jí)協(xié)同的分布式控制流程如下：

1）子站模塊上傳無功設(shè)備信息 省調(diào)子站模塊根據(jù)電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、無功設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等，實(shí)時(shí)計(jì)算500 k V主變低壓側(cè)的可增減無功容量，并上傳至網(wǎng)調(diào)AVC主站。

2）主站優(yōu)化計(jì)算并下發(fā)指令 網(wǎng)調(diào)主站進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果向省調(diào)子站模塊發(fā)送每臺(tái)500 k V主變低壓側(cè)的無功調(diào)節(jié)指令。

3）子站模塊遙控投切無功設(shè)備 省調(diào)子站模塊按照無功調(diào)節(jié)指令，選擇主變低壓側(cè)可控制的無功設(shè)備進(jìn)行遙控投切。

2.2 網(wǎng)調(diào)AVC主站功能

對(duì)于網(wǎng)－省二級(jí)協(xié)同的分布式控制模式，華東網(wǎng)調(diào)AVC主站應(yīng)具備的功能包括：

1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集 采集數(shù)據(jù)包括500 k V變電站無功設(shè)備控制狀態(tài)和主變低壓側(cè)可增加無功容量等，采集周期不大于30 s。

2）控制策略計(jì)算 在保證主變高、中、低三側(cè)母線電壓合格的基礎(chǔ)上，追隨全局無功優(yōu)化給出的500 k V母線電壓優(yōu)化設(shè)定值，進(jìn)行策略計(jì)算，考慮并列運(yùn)行的多臺(tái)主變的低壓側(cè)無功均衡，優(yōu)化選擇投切容量。

3）廠站協(xié)調(diào)控制 控制執(zhí)行時(shí)應(yīng)考慮離散調(diào)節(jié)設(shè)備和連續(xù)調(diào)節(jié)設(shè)備的動(dòng)作時(shí)序要求，相互協(xié)作，避免過調(diào)或欠調(diào)，避免出現(xiàn)電廠和變電站之間不合理的無功流動(dòng)。

4）站站協(xié)調(diào)控制 主要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的500 k V變電站和未參與自動(dòng)控制的變電站之間的控制配合，以及自動(dòng)控制的500 k V變電站之間的電壓協(xié)調(diào)控制。協(xié)調(diào)局部區(qū)域變電站設(shè)備的時(shí)序控制。

5）控制指令下發(fā) 通過遙調(diào)設(shè)點(diǎn)方式，給出主變低壓側(cè)的無功變化值。

6）統(tǒng)計(jì)分析功能 自動(dòng)統(tǒng)計(jì)500 k V變電站閉環(huán)控制的投運(yùn)率和閉環(huán)控制的成功率。

2.3 省調(diào)AVC子站模塊功能

對(duì)于網(wǎng)－省二級(jí)協(xié)同的分布式控制模式，省調(diào)AVC子站模塊應(yīng)具備的功能包括：

1）集成于AVC系統(tǒng) 500 k V變電站控制子站模塊應(yīng)集成于省調(diào)AVC應(yīng)用中，在省調(diào)AVC應(yīng)用中建立500 k V變電站的控制模型，在省調(diào)AVC應(yīng)用中統(tǒng)一監(jiān)控。

2）變電站信息采集 子站模塊應(yīng)采集變電站相關(guān)的遙測遙信信息，包括電容／抗器開關(guān)刀閘信號(hào)、電容／抗器及主變分接頭的遠(yuǎn)方／就地控制信號(hào)等。

3）控制參數(shù)設(shè)置 具備從平臺(tái)數(shù)據(jù)庫中自動(dòng)同步所需參數(shù)的功能?？稍O(shè)置的參數(shù)包括設(shè)備最大操作次數(shù)、設(shè)備日平均操作最大次數(shù)、設(shè)備操作間隔時(shí)間、操作失敗允許重試次數(shù)等。

4）變電站運(yùn)行監(jiān)控 實(shí)時(shí)監(jiān)視各500 k V變電站的遠(yuǎn)方／就地狀態(tài)、主變?nèi)齻?cè)母線電壓、低壓無功設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、有載分接頭裝置狀態(tài)等，能夠?qū)x定的電容／電抗器設(shè)備和有載分接頭設(shè)備進(jìn)行通道測試，下發(fā)控制命令。

5）可調(diào)容量計(jì)算 綜合考慮設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀況，排除由于各種約束條件閉鎖不能參與控制的設(shè)備，計(jì)算和統(tǒng)計(jì)主變低壓側(cè)可增減無功容量。

6）控制信息上傳 根據(jù)網(wǎng)調(diào)主站要求，通過遙信、遙測方式，上傳變電站采集信息和可增減無功容量計(jì)算結(jié)果。

7）控制指令執(zhí)行 執(zhí)行網(wǎng)調(diào)AVC下發(fā)的無功調(diào)節(jié)指令，同時(shí)綜合考慮設(shè)備的動(dòng)作情況，選擇控制對(duì)象，生成控制策略。

8）統(tǒng)計(jì)分析功能 以曲線形式顯示控制設(shè)備動(dòng)作前后相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)給定時(shí)間周期電容／電抗器的投入率、控制成功率，以及主變分接頭的控制成功率。

3 主變中壓側(cè)無功協(xié)調(diào)方案

3.1 方案說明

華東區(qū)域（除福建省外）各?。ㄊ校┱{(diào)控制電網(wǎng)與華東網(wǎng)調(diào)的調(diào)度邊界位于500 k V主變中壓側(cè)，協(xié)調(diào)控制方案將保持網(wǎng)調(diào)和省調(diào)現(xiàn)有建模范圍和調(diào)度分工，采用主變中壓側(cè)母線電壓和關(guān)口無功作為協(xié)調(diào)變量，通過在網(wǎng)調(diào)AVC系統(tǒng)中建立網(wǎng)省協(xié)調(diào)模塊，實(shí)時(shí)交換雙向約束，在上下級(jí)電網(wǎng)間實(shí)現(xiàn)互動(dòng)協(xié)調(diào)控制，如圖2所示。

圖2 網(wǎng)省雙向互動(dòng)協(xié)調(diào)控制模式圖

對(duì)于福建省電網(wǎng)，可采用500 k V樞紐變電站的500 k V側(cè)母線電壓和500 k V省際聯(lián)絡(luò)線關(guān)口無功作為協(xié)調(diào)變量，實(shí)現(xiàn)方案上可將網(wǎng)省協(xié)調(diào)的母線電壓范圍從邊界的500 k V母線擴(kuò)大為邊界“近區(qū)”的500 k V母線，即協(xié)調(diào)的500 k V母線從邊界向省網(wǎng)內(nèi)部推進(jìn)1～2層。

網(wǎng)省雙向互動(dòng)協(xié)調(diào)控制流程如下：

1）網(wǎng)、省AVC系統(tǒng)將各自電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)送至協(xié)調(diào)模塊。

2）協(xié)調(diào)模塊融合各電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)行協(xié)調(diào)策略計(jì)算，并可將計(jì)算結(jié)果發(fā)送給各AVC系統(tǒng)。

3）網(wǎng)、省AVC系統(tǒng)接收并執(zhí)行協(xié)調(diào)模塊生成的協(xié)調(diào)策略。

3.2 網(wǎng)調(diào)AVC系統(tǒng)控制要求

對(duì)于網(wǎng)省協(xié)調(diào)控制模式，網(wǎng)調(diào)AVC系統(tǒng)（不包含網(wǎng)省協(xié)調(diào)模塊）控制要求如下：

1）提出網(wǎng)調(diào)調(diào)節(jié)能力 計(jì)算華東網(wǎng)調(diào)側(cè)對(duì)關(guān)口電壓的調(diào)節(jié)能力，提供至協(xié)調(diào)模塊。

2）提出網(wǎng)調(diào)運(yùn)行約束 計(jì)算華東網(wǎng)調(diào)側(cè)對(duì)關(guān)口無功的優(yōu)化值以及對(duì)應(yīng)的范圍，提供至協(xié)調(diào)模塊。

3）執(zhí)行網(wǎng)省協(xié)調(diào)策略 執(zhí)行協(xié)調(diào)模塊產(chǎn)生的關(guān)口電壓協(xié)調(diào)策略，并根據(jù)關(guān)口母線電壓約束進(jìn)行網(wǎng)調(diào)電網(wǎng)電壓無功控制策略的計(jì)算。

3.3 省調(diào)AVC系統(tǒng)控制要求

對(duì)于網(wǎng)省協(xié)調(diào)控制模式，省調(diào)AVC系統(tǒng)控制要求如下：

1）提出省調(diào)調(diào)節(jié)能力 計(jì)算省調(diào)側(cè)控制設(shè)備對(duì)關(guān)口無功的調(diào)節(jié)能力，并上傳至網(wǎng)調(diào)側(cè)協(xié)調(diào)模塊。

2）提出省調(diào)運(yùn)行約束 計(jì)算省調(diào)側(cè)對(duì)關(guān)口電壓的允許調(diào)節(jié)范圍，并上傳至網(wǎng)調(diào)側(cè)協(xié)調(diào)模塊。

3）執(zhí)行網(wǎng)省協(xié)調(diào)策略 將協(xié)調(diào)模塊下發(fā)的協(xié)調(diào)控制約束引入無功電壓控制模型，實(shí)現(xiàn)與省調(diào)AVC的協(xié)調(diào)控制。

3.4 網(wǎng)省協(xié)調(diào)模塊控制要求

1）生成網(wǎng)省協(xié)調(diào)約束集 根據(jù)關(guān)口運(yùn)行狀態(tài)信息生成協(xié)調(diào)約束集，包括網(wǎng)調(diào)、省調(diào)兩個(gè)方向。協(xié)調(diào)約束集同時(shí)作為相應(yīng)的協(xié)調(diào)控制策略下發(fā)，其中向網(wǎng)調(diào)AVC系統(tǒng)發(fā)送關(guān)口電壓約束條件，向省調(diào)AVC系統(tǒng)發(fā)送關(guān)口無功約束條件。

2）提出網(wǎng)省協(xié)調(diào)控制目標(biāo) 綜合考慮網(wǎng)、省無功調(diào)節(jié)手段和網(wǎng)、省運(yùn)行電壓約束條件，計(jì)算出無功電壓優(yōu)化目標(biāo)。

3）生成網(wǎng)省協(xié)調(diào)控制策略 以優(yōu)化協(xié)調(diào)目標(biāo)為調(diào)節(jié)控制方向，基于網(wǎng)省雙向協(xié)調(diào)約束，生成網(wǎng)省協(xié)調(diào)策略。

4 網(wǎng)省AVC系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信

網(wǎng)省AVC協(xié)調(diào)控制過程中，因網(wǎng)省調(diào)AVC系統(tǒng)均為基于調(diào)度中心智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)（D5000）平臺(tái)上的應(yīng)用，因此網(wǎng)省調(diào)AVC系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互均通過D5000基礎(chǔ)平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)通信接口，信息基本流向見圖3。

圖3 網(wǎng)省AVC系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向圖

網(wǎng)省AVC系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互通信流程如下：

1）省調(diào)D5000平臺(tái)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器將網(wǎng)省AVC控制協(xié)調(diào)所需的相關(guān)數(shù)據(jù)通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳至華東網(wǎng)調(diào)。

2）網(wǎng)調(diào)AVC系統(tǒng)從網(wǎng)調(diào)D5000平臺(tái)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫讀取省調(diào)上送的信息，計(jì)算500 k V主變低壓側(cè)無功控制策略和主變中壓側(cè)無功協(xié)調(diào)策略，并將計(jì)算結(jié)果通過D5000平臺(tái)通信接口，經(jīng)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)發(fā)送至省調(diào)。

3）省調(diào)AVC系統(tǒng)從省調(diào)D5000平臺(tái)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫讀取網(wǎng)調(diào)AVC下發(fā)的500 k V主變低壓側(cè)無功的控制指令，轉(zhuǎn)化為低壓無功設(shè)備的投切遙控指令并下發(fā)執(zhí)行；讀取主變中壓側(cè)無功的協(xié)調(diào)指令，作為省調(diào)AVC進(jìn)行自動(dòng)電壓控制的約束條件。

5 結(jié)語

本文提出的AVC系統(tǒng)網(wǎng)省協(xié)調(diào)方案是在網(wǎng)、省調(diào)AVC系統(tǒng)均已建設(shè)完成，且AVC控制策略算法成熟應(yīng)用的基礎(chǔ)上提出的，對(duì)于具備上述條件的電網(wǎng)調(diào)度中心，可以作為工程參考。采用“500 k V主變低壓側(cè)無功直控，500 k V主變中壓側(cè)無功協(xié)調(diào)”的方案，既可以保證網(wǎng)調(diào)AVC對(duì)500 k V主變低壓無功設(shè)備的直接控制，加強(qiáng)網(wǎng)調(diào)對(duì)500 k V電網(wǎng)的電壓控制能力；也可以兼顧500 k V電網(wǎng)和220 k V電網(wǎng)之間無功的合理流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多電壓等級(jí)的全局無功優(yōu)化。

［1］ 秦瑩.華東電網(wǎng)自動(dòng)無功電壓（AVC）系統(tǒng)適用特高壓運(yùn)行的改造初步設(shè)計(jì)［R］.中國電力工程顧問集團(tuán)華東電力設(shè)計(jì)院，2013.

［2］ 趙美蓮，賴業(yè)寧，董愛芹.福建電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)探討［J］.江蘇電機(jī)工程，2011，30（4）：5-7.

［3］ 伍期剛，翟海保.大運(yùn)行模式下無功電壓自動(dòng)控制（AVC）系統(tǒng)的探討［J］.華東電力，2011，39（1）：103-105.