自動電壓控制的關鍵技術淺析

李 偉，王士偉，周家旭

（1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.中國能源建設集團東北電力第一工程公司，遼寧 沈陽 110179；3.國電科學技術研究院，遼寧 沈陽 110031）

自動電壓控制的關鍵技術淺析

李 偉1，王士偉2，周家旭3

（1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.中國能源建設集團東北電力第一工程公司，遼寧 沈陽 110179；3.國電科學技術研究院，遼寧 沈陽 110031）

電壓是電力系統(tǒng)運行的重要指標之一，無功電壓控制是提高電壓質量、降低網(wǎng)損的重要技術手段?，F(xiàn)實中，無功電壓控制有難點。自動電壓控制（AVC）對發(fā)電機組、電容器／電抗器等多種無功調節(jié)手段進行全網(wǎng)優(yōu)化閉環(huán)控制，提高無功電壓安全經濟運行水平。對于AVC的關鍵技術研究，為保持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定、提升電網(wǎng)電壓品質和整個系統(tǒng)經濟運行水平、提高無功電壓管理水平提供了重要技術手段。

電壓；自動電壓控制；無功

國內大容量機組投入及超高壓電網(wǎng)形成，電網(wǎng)無功不足不再是主要矛盾，而負荷波動對其電壓及無功調節(jié)的需求越來越頻繁；無功電壓非線性強，傳統(tǒng)局部分散的人工調壓缺乏相互協(xié)調，調壓難度大；無功功率不合理流動不利于電網(wǎng)安全經濟運行等［1］。

自動電壓控制（AVC）對發(fā)電機組、電容器／電抗器等多種無功調節(jié)手段進行全網(wǎng)優(yōu)化閉環(huán)控制，能夠提高無功電壓安全經濟運行水平［2］。

1 AVC關鍵技術

研究實現(xiàn)發(fā)電廠機組無功出力調節(jié)、直控變電站低壓側容抗器投切以及上下級調度無功調節(jié)間的統(tǒng)一協(xié)調閉環(huán)控制，在滿足全局優(yōu)化電壓水平的同時優(yōu)化區(qū)域內無功分布，主要包括以下6點：①離散變量控制；②全網(wǎng)無功優(yōu)化；③分區(qū)協(xié)調控制；④控制靈敏度分析；⑤上下級協(xié)調；⑥安全控制策略。

1.1 離散變量控制

在全網(wǎng)無功優(yōu)化和分區(qū)協(xié)調控制中均含有離散變量，直接求解該問題難度增大且降低了控制決策的可靠性［3］。本文采用等效方法對離散變量處理，將電容／電抗器投切等效為虛擬發(fā)電機無功出力，調節(jié)上、下限根據(jù)母線上所掛接的各個無功補償設備的運行狀態(tài)和閉鎖情況確定，如圖1所示。

1.2 全網(wǎng)無功優(yōu)化

以網(wǎng)損為優(yōu)化目標，是一個高維約束的大規(guī)模非線性規(guī)劃問題，模型復雜，求解難度大，如式（1）：

圖1 離散變量控制等效方法

針對上述問題，可以采用原-對偶內點算法求解。本算法的優(yōu)點：具有多項式計算時間特性，良好的二次收斂特性，計算快速；對初始點不敏感，魯棒性好，處理病態(tài)問題能力強。

1.3 分區(qū)協(xié)調控制

以中樞母線電壓偏離最小和無功均衡為目標的連續(xù)離散混合二次規(guī)劃問題，如圖2所示，可以采用基于專家規(guī)則和二次規(guī)劃相結合的兩階段法來實現(xiàn)。

圖2 分區(qū)協(xié)調控制圖

根據(jù)各種無功設備調節(jié)作用和性能，在空間維和時間維進行協(xié)調控制。

a.空間維協(xié)調。變電站優(yōu)先補償當?shù)責o功，電源側發(fā)電廠進行精細調節(jié)，提高區(qū)域內動態(tài)無功儲備，在保證電壓約束同時減少廠站之間不合理無功流動。

b.時間維協(xié)調。結合負荷變化趨勢，在負荷轉換階段（上坡／下坡）變電站設備優(yōu)先動作，平穩(wěn)階段機組無功優(yōu)化進行控制，盡量減少變電站設備動作次數(shù)。

采用的算法步驟如圖3所示。

圖3 分區(qū)控制協(xié)調算法步驟

1.4 控制靈敏度分析

控制靈敏度分析的難點在于，常規(guī)靈敏度僅僅依賴于電力網(wǎng)絡方程的線性化，應從控制角度出發(fā)考慮控制節(jié)點和被控接點之間的靈敏度關系［4］。

采用的方法是將機組和電容器／電抗器視為統(tǒng)一的無功控制源，模擬動態(tài)控制過程并計及不同無功源的控制特性，綜合考慮機組／容抗器的控制特性計算對復合母線的混合控制靈敏度?？紤]對動態(tài)控制過程的模擬，采用逐次求解方法計算控制靈敏度。

1.5 上下級協(xié)調

a.網(wǎng)省協(xié)調

網(wǎng)調給出的關口無功上下限是基于省調AVC上送的可調能力的，是省調AVC可以達到的。省調同時給出220 kV母線電壓的約束條件。省調220 kV電網(wǎng)有無功資源時，可以滿足網(wǎng)調的無功優(yōu)化控制目標，減少電壓等級間不合理的無功流動。當省調220 kV電網(wǎng)無功資源用盡時，網(wǎng)調AVC可以通過對500 kV電網(wǎng)的無功控制支持省調220 kV調壓。

b.省地協(xié)調

省調定義關口母線為關鍵母線，關口無功等值為控制機組，通過對區(qū)域內的變電站容抗器、發(fā)電機組以及等值控制機組等無功調節(jié)手段來協(xié)調維持關口母線電壓水平。地調定義關口無功為控制目標，通過電容器、電抗器、發(fā)電機組等多種無功調節(jié)手段跟蹤［5］。

1.6 安全控制策略

系統(tǒng)采用完備的閉鎖策略，建立安全控制策略知識庫，對遙測遙信進行數(shù)據(jù)濾波，系統(tǒng)級、廠站級和設備級閉鎖信號處理機制以及狀態(tài)估計、最優(yōu)潮流不收斂的解決等［6］。

2 結論

AVC閉環(huán)控制實現(xiàn)了對電網(wǎng)無功電壓的可知到可控、能控、在控的技術和管理自動化、精細化，無功電壓調整方式實現(xiàn)了從離線到在線、從開環(huán)到閉環(huán)、從人工到自動的轉變，為保持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定、提升電網(wǎng)電壓品質和整個系統(tǒng)經濟運行水平、提高無功電壓管理水平提供了重要技術手段。

［1］ 李春東.SVQC型變電站無功補償裝置與AVC區(qū)域控制系統(tǒng)接口方案研究［J］.東北電力技術，2013，34（7）：18-22.

［2］ 孫宏斌，郭慶來，張伯明.大電網(wǎng)自動電壓控制技術的研究與發(fā)展［J］.電力科學與技術學報，2007，22（1）：7-12.

［3］ 李劍鋒，張婷婷.東北電網(wǎng)無功電壓多層協(xié)調控制研究［J］.東北電力技術，2013，34（8）：3-7.

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［5］ 唐建惠，張立港，趙曉亮.自動電壓控制系統(tǒng)（AVC）在發(fā)電廠側的應用［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2009，37（4）：32-35.

［6］ Denzel D，Edwin K W，Graf F R，et al.Optimal power flow and its real-time application at the RWE energy contral center［C］. CIGAR 1988，Paris，1998：19-39.

Analysis on Key Technologies of Automatic Voltage Control

LI Wei1，WANG Shi?wei2，ZHOU Jia?xu3
（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.The First Northeast Electric Power Engineering Co.of China Energy Engineering Grop，Shenyang，Liaoning 110179，China；3.Guodian Science and Technology Research Institute，Shenyang，Liaoning 110031，China）

Voltage is an important index of power system operation，and reactive power control is the important technical means to im?prove the quality of voltage and reduce the loss of power system.In reality，the reactive power and voltage control is difficult，auto?matic voltage control（AVC）for generating set，capacitor，reactor，and as a variety of reactive power regulation methods of closed?loop control for the entire network optimization，whicvh improves the level of reactive voltage security and economic operation.Key technology research for AVC provide an important technical method to mainatain the system voltage stability，to improve the quality of power grid voltage and the economic operation level of the whole system，and to improve the level of reactive voltage management.

Voltage；Automatic voltage control；Reactive power

TM761＋.1

A

1004-7913（2015）03-0022-03

李 偉（1982—），男，碩士，工程師，從事自動化技術研究。

2014-12-10）