解析自動無功電壓控制系統(tǒng)

肖婷婷

摘要：隨著高電壓等級、大容量和跨區(qū)電網(wǎng)的迅速發(fā)展，為保證電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟運行，對電壓質(zhì)量提出了更高標準和更嚴格的要求。目前運用比較廣泛的變電站VQC裝置已經(jīng)不能夠有效處理全網(wǎng)范圍內(nèi)無功優(yōu)化的問題，引入自動無功電壓控制（AVC）系統(tǒng)是必然的。本文介紹了自動無功電壓控制（AVC）系統(tǒng)的應(yīng)用及其特點優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：自動;無功;電壓;控制;優(yōu)化

電壓的穩(wěn)定對于保證國民經(jīng)濟的生產(chǎn)，延長生產(chǎn)設(shè)備的使用壽命有著重要的意義，而減少無功在線路上的流動，降低網(wǎng)損經(jīng)濟供電又是重要目標，因此隨著負荷的波動對電壓與無功調(diào)節(jié)需求往往很頻繁，如果由人工進行調(diào)節(jié)干預(yù)，則一方面增加監(jiān)控運行人員的負擔，另一方面靠人工去判斷操作很難做到調(diào)節(jié)的合理性。

自動無功電壓控制（AVC）系統(tǒng)是從全網(wǎng)角度分層、分區(qū)對電壓和無功進行協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，從PAS網(wǎng)絡(luò)建模獲取設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)模型、從SCADA獲取實時采集數(shù)據(jù)并進行在線分析和計算，在確保安全穩(wěn)定運行的前提下，對全網(wǎng)無功電壓狀態(tài)進行集中監(jiān)視和分析計算，從全局的角度對有載調(diào)壓變壓器分接頭、可投切容抗器等無功電壓設(shè)備進行集中監(jiān)視、統(tǒng)一管理和在線閉環(huán)控制，實現(xiàn)電網(wǎng)所有無功裝置自動調(diào)節(jié)，是保證全網(wǎng)電壓合格率、降低調(diào)度集控人員勞動強度、提高系統(tǒng)電壓穩(wěn)定控制水平和電網(wǎng)運行經(jīng)濟性的有效技術(shù)手段。

1、AVC系統(tǒng)應(yīng)用的必要性

由于電壓調(diào)節(jié)的管理模式一直沿用著傳統(tǒng)的地域分散控制形式，所以現(xiàn)在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)逐漸的表現(xiàn)出一系列的弊端，主要的問題有：

（1）一部分變電站的母線電壓控制依靠調(diào)度監(jiān)控人員的人工調(diào)節(jié)，運行人員需要時刻監(jiān)視系統(tǒng)電壓情況，并進行人工調(diào)整，工作強度大，階梯性調(diào)節(jié)無漸變性會造成電網(wǎng)電壓波動大，造成變電站的電壓合格率較低。

（2）一部分變電站靠站內(nèi)VQC裝置自動調(diào)節(jié)。由于VQC裝置只對本站內(nèi)10kV母線電壓進行控制，如果要實現(xiàn)全部變電站的10kV母線電壓自動控制，每個變電站都需要安裝一套，建設(shè)所需要的資金量和人工非常大，而且VQC裝置只能保證本站內(nèi)的母線電壓不會越限，無法從全網(wǎng)優(yōu)化角度考慮，其全面推廣應(yīng)用有較大的局限性。

（3）電廠之間，由于各電廠只關(guān)注自身母線電壓，沒有從全局角度協(xié)調(diào)無功分配，造成不必要的有功損耗。各廠、站無功電壓控制沒有進行協(xié)調(diào)，造成電網(wǎng)運行不經(jīng)濟。

AVC系統(tǒng)投入后可以有效的抑制上述問題：

（1）無需人為監(jiān)視調(diào)節(jié)，消除了人為因素引起誤調(diào)節(jié)的情況，有效降低了運行人員的工作強度。AVC電壓調(diào)節(jié)比手動調(diào)節(jié)更加頻繁，使電壓緩慢變化減小電壓波動。

（2）AVC系統(tǒng)是基于主站系統(tǒng)實現(xiàn)，不需要增加任何硬件設(shè)備，通過軟件功能開發(fā)和集成從而實現(xiàn)區(qū)域電壓無功優(yōu)化控制。

（3）AVC系統(tǒng)從全局對電網(wǎng)無功潮流和發(fā)電機組無功功率進行協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)電廠母線電壓和無功功率的自動調(diào)控，合理協(xié)調(diào)電網(wǎng)無功分布，以保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行，提高電壓質(zhì)量和減少網(wǎng)損。

2、AVC與VQC的比較

VQC的目的是自動控制變電站的電壓和無功以滿足經(jīng)濟運行的要求?？刂品椒ㄍǔ２捎酶淖冎髯兎纸宇^檔位和投切電容器組來改變系統(tǒng)的電壓和無功。目前，在國內(nèi)運行的電壓無功綜合控制裝置（VQC）大多是按照測量電壓和無功控制法的控制原理設(shè)計的。

本質(zhì)上AVC與VQC裝置都是電壓、無功自動控制設(shè)備，變電站端電壓無功控制原理是相似的。VQC只是AVC功能的一部分，AVC系統(tǒng)可以實現(xiàn)VQC的全部功能，并且可以部署到集控站和調(diào)度主站，實現(xiàn)全網(wǎng)和區(qū)域電壓、無功自動控制策略。但是AVC與VQC相比有很多的優(yōu)勢，VQC裝置安裝在變電站，其無功的調(diào)節(jié)和電壓只能在局部調(diào)節(jié)，沒辦法達到電網(wǎng)全局的最優(yōu)。而在調(diào)度端安裝的AVC已經(jīng)在很多地區(qū)廣泛使用。AVC是從整個電網(wǎng)的角度，通過利用電網(wǎng)的實際運行數(shù)據(jù)，讓控制代價為最小，達到全網(wǎng)的最優(yōu)，在改善各個節(jié)點間的電壓的同時減少了網(wǎng)損，使得變電站從單獨控制變?yōu)榧锌刂疲娋W(wǎng)無功從就地補償、就地平衡變?yōu)閮?yōu)化補償、分層平衡，該工作極大地提高了電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟運行水平和運行質(zhì)量。

3、AVC系統(tǒng)的構(gòu)成

AVC系統(tǒng)由三個主要模塊構(gòu)成：自動電壓調(diào)整程序（AVC_MAIN/AVC_SEND）、遙控程序（AVC_YK_OP）和報警程序（AVCALM）。AVC_MAIN為核心模塊，其作用是從SCADA應(yīng)用獲得電網(wǎng)的實時運行狀態(tài)，并根據(jù)分區(qū)調(diào)壓原則，對電網(wǎng)電壓進行監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)電壓異常時生成相應(yīng)的調(diào)節(jié)措施。當系統(tǒng)處于閉環(huán)狀態(tài)時，AVC_YK_OP將調(diào)節(jié)措施交給SCADA的遙控程序，執(zhí)行變壓器的升降、電容器或電抗器的投切。AVCALM負責顯示由AVC_MAIN提出的調(diào)壓建議和AVC_YK_OP所做的自動調(diào)壓措施。

信息流向：

4、AVC系統(tǒng)的控制策略

控制策略保證了AVC控制的有效性。AVC系統(tǒng)的控制策略包括：電壓無功綜合優(yōu)化控制，區(qū)域電壓優(yōu)化控制，無功分層分區(qū)平衡控制。

AVC控制設(shè)備對象是變電站有載調(diào)壓主變分接頭和電容器，變壓器和電容器的協(xié)調(diào)配合，提高電容器投入率，實現(xiàn)電壓無功綜合優(yōu)化。電容器投切時進行電壓預(yù)算，避免電壓投切振蕩?？紤]負荷曲線動態(tài)特性，減少設(shè)備動作次數(shù)。

當區(qū)域內(nèi)無功分布合理，但廠站電壓普遍偏高（低）時，調(diào)節(jié)樞紐廠站控制裝置，可以盡可能少的控制設(shè)備調(diào)節(jié)次數(shù)，最大范圍使電壓合格，同時避免了兩級電網(wǎng)多變電站多主變同時調(diào)節(jié)引起振蕩。

在電壓合格時按無功分層分區(qū)或盡量就地平衡的優(yōu)化原則檢查線路無功傳輸是否合理，通過實時靈敏度分析計算決定投切無功補償裝置盡量減少線路上無功流動，降低線損并調(diào)節(jié)有關(guān)電壓目標值。

區(qū)域無功欠補（不足），流進區(qū)域無功偏大時，從最末端低電壓等級廠站開始逐級上溯尋找可投入電容器，使得無功潮流盡量滿足分區(qū)平衡，線路上無功流動最小。

區(qū)域無功過補（富余），使區(qū)域無功倒流時，如果該區(qū)域不允許無功倒流（人工設(shè)置），則從最首端高電壓等級廠站開始逐級下行尋找可切除電容器，消除無功越限。

由于無功負荷變化及電容器容量配置等原因，實際運行中無功不可能完全滿足就地或分層分區(qū)平衡，在保證總的受電關(guān)口無功不倒流的前提下，同級電網(wǎng)各變電站之間無功可以倒送，以實現(xiàn)網(wǎng)損最優(yōu)。

由于AVC對電壓無功調(diào)節(jié)設(shè)備直接進行遙控，與一般調(diào)度自動化軟件相比，安全性措施顯得非常重要。AVC對遙測遙信進行預(yù)處理，避免刀閘誤遙信對分區(qū)造成錯誤，并對異常事件自動閉鎖，減輕值班員處理異常事件的工作量，增強AVC運行安全可靠性，直到滿足自動解除閉鎖條件或值班員人工確認并解除閉鎖后該設(shè)備才會再次接受AVC控制。

結(jié)語

基于EMS系統(tǒng)的AVC系統(tǒng)集經(jīng)濟性和安全性于一體，可以實現(xiàn)在安全約束下的閉環(huán)的經(jīng)濟性控制。AVC是電力系統(tǒng)自動調(diào)度的關(guān)鍵功能，AVC功能推廣應(yīng)用以后，使得電網(wǎng)電壓、頻率等電網(wǎng)重要參數(shù)更加穩(wěn)定，這對電網(wǎng)的安全運行具有重要意義，同時電壓的穩(wěn)定對用電設(shè)備的使用壽命，減少損耗等也有很大的幫助;通過AVC功能的應(yīng)用，優(yōu)化了全網(wǎng)的無功功率分布，提高關(guān)口功率因數(shù)，有效降低線損率;另外，系統(tǒng)的應(yīng)用實實在在地減輕了調(diào)度監(jiān)控人員監(jiān)視、調(diào)節(jié)電壓的壓力，讓調(diào)度監(jiān)控人員可以從大量的電壓越限告警處理和大量的對電壓無功調(diào)節(jié)設(shè)備的遙控操作中解脫出來，實現(xiàn)了電壓調(diào)度過程的自動化，同時提高了電壓的質(zhì)量，提高了電網(wǎng)運行的安全性。

在電網(wǎng)規(guī)模日益增大的背景下，AVC系統(tǒng)將發(fā)揮更加重要的作用。AVC功能將為地區(qū)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行發(fā)揮最大的效益。

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