自動(dòng)電壓控制的關(guān)鍵技術(shù)淺析

李 偉，王士偉，周家旭

（1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006；2.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)東北電力第一工程公司，遼寧 沈陽 110179；3.國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院，遼寧 沈陽 110031）

自動(dòng)電壓控制的關(guān)鍵技術(shù)淺析

李 偉1，王士偉2，周家旭3

（1.國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006；2.中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)東北電力第一工程公司，遼寧 沈陽 110179；3.國(guó)電科學(xué)技術(shù)研究院，遼寧 沈陽 110031）

電壓是電力系統(tǒng)運(yùn)行的重要指標(biāo)之一，無功電壓控制是提高電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)損的重要技術(shù)手段?，F(xiàn)實(shí)中，無功電壓控制有難點(diǎn)。自動(dòng)電壓控制（AVC）對(duì)發(fā)電機(jī)組、電容器／電抗器等多種無功調(diào)節(jié)手段進(jìn)行全網(wǎng)優(yōu)化閉環(huán)控制，提高無功電壓安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平。對(duì)于AVC的關(guān)鍵技術(shù)研究，為保持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定、提升電網(wǎng)電壓品質(zhì)和整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平、提高無功電壓管理水平提供了重要技術(shù)手段。

電壓；自動(dòng)電壓控制；無功

國(guó)內(nèi)大容量機(jī)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(fù)荷波動(dòng)對(duì)其電壓及無功調(diào)節(jié)的需求越來越頻繁；無功電壓非線性強(qiáng)，傳統(tǒng)局部分散的人工調(diào)壓缺乏相互協(xié)調(diào)，調(diào)壓難度大；無功功率不合理流動(dòng)不利于電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等［1］。

自動(dòng)電壓控制（AVC）對(duì)發(fā)電機(jī)組、電容器／電抗器等多種無功調(diào)節(jié)手段進(jìn)行全網(wǎng)優(yōu)化閉環(huán)控制，能夠提高無功電壓安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平［2］。

1 AVC關(guān)鍵技術(shù)

研究實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠機(jī)組無功出力調(diào)節(jié)、直控變電站低壓側(cè)容抗器投切以及上下級(jí)調(diào)度無功調(diào)節(jié)間的統(tǒng)一協(xié)調(diào)閉環(huán)控制，在滿足全局優(yōu)化電壓水平的同時(shí)優(yōu)化區(qū)域內(nèi)無功分布，主要包括以下6點(diǎn)：①離散變量控制；②全網(wǎng)無功優(yōu)化；③分區(qū)協(xié)調(diào)控制；④控制靈敏度分析；⑤上下級(jí)協(xié)調(diào)；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(diào)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(duì)離散變量處理，將電容／電抗器投切等效為虛擬發(fā)電機(jī)無功出力，調(diào)節(jié)上、下限根據(jù)母線上所掛接的各個(gè)無功補(bǔ)償設(shè)備的運(yùn)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(biāo)，是一個(gè)高維約束的大規(guī)模非線性規(guī)劃問題，模型復(fù)雜，求解難度大，如式（1）：

圖1 離散變量控制等效方法

針對(duì)上述問題，可以采用原-對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)算法求解。本算法的優(yōu)點(diǎn)：具有多項(xiàng)式計(jì)算時(shí)間特性，良好的二次收斂特性，計(jì)算快速；對(duì)初始點(diǎn)不敏感，魯棒性好，處理病態(tài)問題能力強(qiáng)。

1.3 分區(qū)協(xié)調(diào)控制

以中樞母線電壓偏離最小和無功均衡為目標(biāo)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(jié)合的兩階段法來實(shí)現(xiàn)。

圖2 分區(qū)協(xié)調(diào)控制圖

根據(jù)各種無功設(shè)備調(diào)節(jié)作用和性能，在空間維和時(shí)間維進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。

a.空間維協(xié)調(diào)。變電站優(yōu)先補(bǔ)償當(dāng)?shù)責(zé)o功，電源側(cè)發(fā)電廠進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)，提高區(qū)域內(nèi)動(dòng)態(tài)無功儲(chǔ)備，在保證電壓約束同時(shí)減少?gòu)S站之間不合理無功流動(dòng)。

b.時(shí)間維協(xié)調(diào)。結(jié)合負(fù)荷變化趨勢(shì)，在負(fù)荷轉(zhuǎn)換階段（上坡／下坡）變電站設(shè)備優(yōu)先動(dòng)作，平穩(wěn)階段機(jī)組無功優(yōu)化進(jìn)行控制，盡量減少變電站設(shè)備動(dòng)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(diào)算法步驟

1.4 控制靈敏度分析

控制靈敏度分析的難點(diǎn)在于，常規(guī)靈敏度僅僅依賴于電力網(wǎng)絡(luò)方程的線性化，應(yīng)從控制角度出發(fā)考慮控制節(jié)點(diǎn)和被控接點(diǎn)之間的靈敏度關(guān)系［4］。

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

1.5 上下級(jí)協(xié)調(diào)

a.網(wǎng)省協(xié)調(diào)

網(wǎng)調(diào)給出的關(guān)口無功上下限是基于省調(diào)AVC上送的可調(diào)能力的，是省調(diào)AVC可以達(dá)到的。省調(diào)同時(shí)給出220 kV母線電壓的約束條件。省調(diào)220 kV電網(wǎng)有無功資源時(shí)，可以滿足網(wǎng)調(diào)的無功優(yōu)化控制目標(biāo)，減少電壓等級(jí)間不合理的無功流動(dòng)。當(dāng)省調(diào)220 kV電網(wǎng)無功資源用盡時(shí)，網(wǎng)調(diào)AVC可以通過對(duì)500 kV電網(wǎng)的無功控制支持省調(diào)220 kV調(diào)壓。

b.省地協(xié)調(diào)

省調(diào)定義關(guān)口母線為關(guān)鍵母線，關(guān)口無功等值為控制機(jī)組，通過對(duì)區(qū)域內(nèi)的變電站容抗器、發(fā)電機(jī)組以及等值控制機(jī)組等無功調(diào)節(jié)手段來協(xié)調(diào)維持關(guān)口母線電壓水平。地調(diào)定義關(guān)口無功為控制目標(biāo)，通過電容器、電抗器、發(fā)電機(jī)組等多種無功調(diào)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(shí)庫(kù)，對(duì)遙測(cè)遙信進(jìn)行數(shù)據(jù)濾波，系統(tǒng)級(jí)、廠站級(jí)和設(shè)備級(jí)閉鎖信號(hào)處理機(jī)制以及狀態(tài)估計(jì)、最優(yōu)潮流不收斂的解決等［6］。

2 結(jié)論

AVC閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)了對(duì)電網(wǎng)無功電壓的可知到可控、能控、在控的技術(shù)和管理自動(dòng)化、精細(xì)化，無功電壓調(diào)整方式實(shí)現(xiàn)了從離線到在線、從開環(huán)到閉環(huán)、從人工到自動(dòng)的轉(zhuǎn)變，為保持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定、提升電網(wǎng)電壓品質(zhì)和整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平、提高無功電壓管理水平提供了重要技術(shù)手段。

［1］ 李春東.SVQC型變電站無功補(bǔ)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(shù)，2013，34（7）：18-22.

［2］ 孫宏斌，郭慶來，張伯明.大電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制技術(shù)的研究與發(fā)展［J］.電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，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(diào)控制研究［J］.東北電力技術(shù)，2013，34（8）：3-7.

［4］ 蘇家祥，廖亨利，袁文謙.地縣級(jí)兩級(jí)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)分層聯(lián)合協(xié)調(diào)控制［J］.繼電器，2008，36（10）：36-39.

［5］ 唐建惠，張立港，趙曉亮.自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)（AVC）在發(fā)電廠側(cè)的應(yīng)用［J］.電力系統(tǒng)保護(hù)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(dòng)化技術(shù)研究。

2014-12-10）