AVC系統(tǒng)在新疆電網(wǎng)的應(yīng)用

趙立斌 焦春雷 景偉

摘要：由于新疆電網(wǎng)風(fēng)電、光伏裝機(jī)規(guī)模增大，清潔能源的波動性、隨機(jī)性造成聯(lián)絡(luò)線傳輸功率不穩(wěn)定，同時(shí)部分地區(qū)用電負(fù)荷峰谷差不斷增大，導(dǎo)致地區(qū)電壓控制日趨困難，為滿足用戶端電壓要求，自動電壓控制（Automatic Voltage Control，AVC）系統(tǒng)在新疆電網(wǎng)得到大規(guī)模推廣應(yīng)用。它通過采集新疆電網(wǎng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)視電壓和無功功率情況，進(jìn)行在線分析和計(jì)算，實(shí)施最優(yōu)閉環(huán)控制，在滿足新疆電網(wǎng)安全約束條件下優(yōu)化無功潮流運(yùn)行，為保證新疆電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵字：AVC、控制策略

0引言

2018年，隨著昌吉-古泉±1100千伏特高壓直流投運(yùn)，新疆電網(wǎng)將形成“兩直兩交”外送四通道，疆電外送能力得到大幅提升。750kV網(wǎng)架建設(shè)的不斷推進(jìn)，疆內(nèi)電網(wǎng)形成“三環(huán)網(wǎng)，兩延伸”的新格局，外送電力能力和疆內(nèi)地區(qū)間電力資源優(yōu)化配置能力進(jìn)一步提升[1-2]。但2018年新疆電網(wǎng)仍然處于堅(jiān)強(qiáng)智能送端電網(wǎng)建設(shè)的過渡期，伴隨著電網(wǎng)調(diào)度自動化、信息化水平的明顯提高，在調(diào)度控制中心建設(shè)自動電壓控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電壓和無功功率閉環(huán)管理已經(jīng)成為共識。

1? 新疆電網(wǎng)無功電壓現(xiàn)況

1.1無功現(xiàn)況

截至2017年底，全網(wǎng)最大進(jìn)相無功容量198萬千乏，在機(jī)組全開的情況下，全網(wǎng)機(jī)組最大進(jìn)相無功容量為784.0萬千乏;新疆電網(wǎng)直調(diào)公用無功可調(diào)節(jié)電廠總裝機(jī)容量為3128萬千乏，滿足全網(wǎng)最大無功934.8萬千乏的需求[1]。但上述動態(tài)容性、感性無功平衡情況均是考慮在機(jī)組全開的情況下，若考慮機(jī)組檢修，特別是考慮在新能源消納和調(diào)峰限制機(jī)組開機(jī)方式的情況下，機(jī)組動態(tài)容性、感性無功平衡情況不容樂觀，特別是機(jī)組動態(tài)感性無功補(bǔ)償容量存在一定的缺額。

1.2電壓現(xiàn)況

2017年新疆主網(wǎng)中樞點(diǎn)電壓合格率100%，電網(wǎng)220千伏電壓基本運(yùn)行在230～242千伏以內(nèi)。隨著全網(wǎng)750、220千伏AVC系統(tǒng)的閉環(huán)運(yùn)行，全年新疆電網(wǎng)整體繼續(xù)呈現(xiàn)電壓偏高運(yùn)行態(tài)勢得到明顯好轉(zhuǎn)，但局部地區(qū)由于感性補(bǔ)償度不足電壓偏高問題仍然存在，需要進(jìn)一步的改善。

2AVC系統(tǒng)的應(yīng)用

2017年新疆電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了750、220千伏系統(tǒng)的網(wǎng)省一體化AVC全閉環(huán)運(yùn)行，協(xié)同國調(diào)和西北分調(diào)完成了天中直流近區(qū)新能源匯集站及新能源廠站的AVC閉環(huán)運(yùn)行工作，全網(wǎng)17座750千伏變電站均實(shí)現(xiàn)了AVC閉環(huán)運(yùn)行[1]。全疆電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)自動電壓控制的控制模式，大大緩解了調(diào)壓工作壓力，通過對電廠子站AVC的控制，明顯提升了全網(wǎng)的調(diào)壓水平。

但是目前全網(wǎng)的AVC正常自動調(diào)壓，過度依賴AVC自動化及通信系統(tǒng)的正?？煽窟\(yùn)行，同時(shí)省、地調(diào)AVC主站及各電廠（變電站）AVC子站的安全可靠運(yùn)行，也將對整個(gè)AVC系統(tǒng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生較大的影響，需要加強(qiáng)全網(wǎng)AVC主、子站及AVC輔助自動化通信系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)，確保全網(wǎng)AVC系統(tǒng)可靠運(yùn)行[2]。

2.1AVC系統(tǒng)主站工作原理

AVC主站對全疆各地區(qū)的電壓水平進(jìn)行判斷分析，形成控制命令，然后將控制命令發(fā)送至D5000平臺，命令通過調(diào)度通訊網(wǎng)絡(luò)到達(dá)相應(yīng)電廠/變電站AVC子站系統(tǒng)，隨后子站系統(tǒng)收到命令，對其進(jìn)行解析，最后通過AVR控制勵(lì)磁系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無功電壓的調(diào)節(jié)。

下圖為新疆電網(wǎng)AVC控制結(jié)構(gòu)框圖：

下圖是AVC主站系統(tǒng)入口畫面，根據(jù)AVC系統(tǒng)主要功能和流程將其劃分為“系統(tǒng)運(yùn)行”、“運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視”、“控制命令與告警”和“歷史查詢與統(tǒng)計(jì)”四個(gè)功能區(qū)，這四個(gè)功能區(qū)中包括了相關(guān)功能的概要狀態(tài)顯示和更詳細(xì)的監(jiān)視設(shè)置界面的調(diào)取按鈕。在畫面上方的控制條，分別用于AVC主站運(yùn)行、電廠AVC運(yùn)行、變電站AVC運(yùn)行、地調(diào)AVC運(yùn)行等的狀態(tài)監(jiān)視和設(shè)置。

“運(yùn)行節(jié)點(diǎn)”：AVC主站系統(tǒng)包括了兩臺AVC服務(wù)器—AVC1和AVC2，兩臺AVC服務(wù)器互為備用，一臺服務(wù)器有異常退出時(shí)，另一臺服務(wù)器可以無縫接入。其運(yùn)行情況有三種可能的狀態(tài)，分別是“主機(jī)”、“備機(jī)”和“離線”，“主機(jī)”表示其當(dāng)前為AVC的主服務(wù)器，“備機(jī)”表示其當(dāng)前為AVC的備用服務(wù)器，“離線”則表示該主機(jī)上AVC程序未運(yùn)行。

“控制狀態(tài)”：AVC主站軟件可以設(shè)置為四種不同的控制狀態(tài)，分別是“閉鎖計(jì)算”、“開環(huán)計(jì)算”、“半閉環(huán)控制”和“閉環(huán)控制”?！伴]鎖計(jì)算”表示軟件不進(jìn)行計(jì)算和控制，只進(jìn)行必要的系統(tǒng)狀態(tài)采集和監(jiān)視;“開環(huán)計(jì)算”表示軟件進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算并形成控制策略，但不下發(fā)控制命令;“半閉環(huán)控制”表示軟件進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算并形成控制策略，然后彈出窗口，需要人工確認(rèn)命令，再下發(fā)出去;“閉環(huán)控制”表示軟件進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算并形成控制策略，并且自動將控制命令直接下發(fā)給所調(diào)節(jié)的現(xiàn)場設(shè)備，并監(jiān)視評估設(shè)備的命令執(zhí)行情況。

“監(jiān)視周期”和“計(jì)算周期”：監(jiān)視周期較短，一般為10秒鐘，執(zhí)行的操作包括電壓、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)采集和監(jiān)視、控制命令執(zhí)行檢驗(yàn)等;計(jì)算周期較長，一般為5分鐘，主要是針對實(shí)時(shí)電網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算、形成控制策略并下發(fā)控制命令，以及進(jìn)行相關(guān)的歷史記錄和統(tǒng)計(jì)[3]。

AVC主站系統(tǒng)控制目標(biāo)是：（1）保持地區(qū)電網(wǎng)范圍內(nèi)負(fù)荷側(cè)母線電壓在規(guī)定范圍內(nèi);（2）有效地利用電壓無功調(diào)控手段，使地區(qū)無功盡可能就地平衡，減少因遠(yuǎn)距離輸送無功而引起的網(wǎng)損;（3）在全網(wǎng)無功電壓閉環(huán)控制條件下，使各變電站的電容器最合理地投入和有載變壓器分接檔位動作次數(shù)盡可能少[2]。

2.2子站系統(tǒng)工作原理

2.2.1控制模式

電廠AVC子站控制模式可以分為兩種方式，一種是控制命令直接下發(fā)給勵(lì)磁系統(tǒng)，另一種是控制命令發(fā)給DCS，然后DCS再利用原有的調(diào)節(jié)勵(lì)磁的命令通道，下發(fā)給勵(lì)磁系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)無功的調(diào)節(jié)。這兩種方式的最大區(qū)別在于是否需要DCS參與控制。一般建議采用第二種方式，因?yàn)镈CS可以獲得更多的有關(guān)勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的信號及測量值，對勵(lì)磁系統(tǒng)最清楚[4]。在AVC閉環(huán)運(yùn)行時(shí)，先給DCS發(fā)送控制的請求信號，DCS結(jié)合勵(lì)磁系統(tǒng)的運(yùn)行狀況以及發(fā)電機(jī)電壓、無功情況，判斷是否允許讓AVC來調(diào)節(jié)勵(lì)磁系統(tǒng)，這種方式可以最大限度保護(hù)勵(lì)磁系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)。

電廠AVC系統(tǒng)還設(shè)置了遠(yuǎn)方控制和本地控制兩種方式。遠(yuǎn)方控制就是實(shí)時(shí)接收省調(diào)/地調(diào)下發(fā)的母線電壓/無功指令值，AVC系統(tǒng)根據(jù)指令值進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)節(jié)。本地控制是在與主站通信通道出現(xiàn)故障或長時(shí)間接收不到主站指令時(shí)，AVC系統(tǒng)可以按照人工設(shè)定的電壓/無功目標(biāo)值或已經(jīng)設(shè)定好的電壓/無功計(jì)劃曲線進(jìn)行本地電壓目標(biāo)控制[4]。

2.2.2分配原則

1） 無功容量成比例原則

n：參加AVC的機(jī)組數(shù)

：參加AVC的第i臺機(jī)組的最大無功容量

：參加AVC機(jī)組的最大無功容量之和

：AVC分配到第i臺參加AVC機(jī)組的無功

2） 等功率因數(shù)原則

n：參加AVC的機(jī)組數(shù)

：參加AVC的第i臺機(jī)組的當(dāng)前有功實(shí)發(fā)值

：參加AVC機(jī)組的當(dāng)前有功實(shí)發(fā)值之和

：AVC分配到第i臺參加AVC機(jī)組的無功

3） 相似調(diào)整裕度原則

n：參加AVC的機(jī)組數(shù)

：參加AVC的第i臺機(jī)組的無功調(diào)整裕度

：參加AVC機(jī)組的當(dāng)前無功調(diào)整裕度之和

：AVC分配到第i臺參加AVC機(jī)組的無功

3.AVC系統(tǒng)運(yùn)行分析

3.1雙河電廠及博樂變AVC策略不協(xié)調(diào)情況

廠站網(wǎng)架結(jié)構(gòu)示意圖下圖所示：博樂變近區(qū)有雙河電廠、磨合泉、口岸變、皇宮變。由于口岸變位于電網(wǎng)末端，且接入新能源，導(dǎo)致其電壓長期240KV左右運(yùn)行，AVC投入運(yùn)行后，通過雙河電廠和博樂變?nèi)菘蛊鬟M(jìn)行調(diào)壓。當(dāng)時(shí)運(yùn)行人員反映博樂變大量容抗器投入運(yùn)行，同時(shí)相鄰的雙河電廠機(jī)組出現(xiàn)深度進(jìn)相，出現(xiàn)無功局部環(huán)流現(xiàn)象。

由于電廠控制是閉環(huán)控制，而博樂變需要人工確認(rèn)命令下發(fā)到站才能執(zhí)行。在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，省調(diào)AVC下發(fā)的電廠命令直接執(zhí)行，而博樂變電站內(nèi)離散設(shè)備會出現(xiàn)延后執(zhí)行或不執(zhí)行的情況。因?yàn)槭≌{(diào)AVC主站是全網(wǎng)優(yōu)化分析，會出現(xiàn)跨廠站的組合命令。而由于地調(diào)監(jiān)控人員收到站內(nèi)命令，只關(guān)注本站電壓情況，按照經(jīng)驗(yàn)判斷電壓偏低（電壓運(yùn)行在233KV，實(shí)際AVC的監(jiān)視電壓上下限為[230，240]），所以選擇拒絕執(zhí)行退電容命令，使調(diào)壓都集中到電廠側(cè)，導(dǎo)致博樂變和雙河電廠之間出現(xiàn)無功局部環(huán)流現(xiàn)象。

省調(diào)AVC主站認(rèn)為：博樂變應(yīng)該按照AVC命令執(zhí)行博樂變電容器退出命令，AVC主站通過計(jì)算結(jié)果顯示每退出一個(gè)電容器，口岸變電壓下降，雙河電廠進(jìn)相減緩，同時(shí)由于雙河進(jìn)相緩解，博樂變電壓基本維持不變。此時(shí)地調(diào)運(yùn)行人員認(rèn)為：博樂變電壓過低，如果繼續(xù)退電容，導(dǎo)致電壓更低。隨后經(jīng)過雙方協(xié)調(diào)溝通，博樂變工作人員通過嘗試性退出電容器，以及后續(xù)對電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)觀察，證明變電站按照省調(diào)AVC命令退電容后，電壓基本不變、雙河電廠進(jìn)相有效緩解、口岸變電壓回到正常電壓范圍內(nèi)。

3.2存在問題

（1） 電廠AVC子站參數(shù)配置不合理

參數(shù)不合理可能造成機(jī)組無功出力被過度限制，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組無功調(diào)壓功能不能充分發(fā)揮，或者由于參數(shù)設(shè)置不當(dāng)造成AVC系統(tǒng)頻繁閉鎖，出現(xiàn)影響電廠機(jī)組安全運(yùn)行的問題，影響調(diào)壓能力的發(fā)揮[1]。

（2） 電廠進(jìn)相能力不足

電廠機(jī)組低勵(lì)限制、廠用電低壓限制以及廠用電負(fù)荷的變化導(dǎo)致機(jī)組無功進(jìn)相調(diào)壓能力受限，不滿足前期電廠試驗(yàn)的進(jìn)相能力，嚴(yán)重影響機(jī)組進(jìn)相運(yùn)行的調(diào)壓能力。

（3） 無功補(bǔ)償設(shè)備遙控功能缺陷

變電站站內(nèi)無功補(bǔ)償設(shè)備的遙控功能缺陷導(dǎo)致AVC無法正常遙控站內(nèi)無功補(bǔ)償設(shè)備，從而影響電壓的調(diào)整，變電站由于設(shè)備異常AVC閉鎖導(dǎo)致無法參與AVC調(diào)壓。

（4） 通信網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定

AVC正常自動調(diào)壓，過度依賴AVC自動化及通信系統(tǒng)的正?？煽窟\(yùn)行。各地調(diào)AVC主站接收省調(diào)AVC主站指令的過程中，由于自動化信號傳輸異?；蛘逜VC主站彈窗異常將導(dǎo)致地調(diào)AVC主站接收不到省調(diào)AVC主站的調(diào)壓指令，導(dǎo)致變電站無法正常AVC調(diào)壓的問題。

（5） 區(qū)域間協(xié)調(diào)調(diào)壓矛盾突出

AVC系統(tǒng)對全網(wǎng)各電壓等級電網(wǎng)特別是220和110千伏系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)調(diào)壓矛盾較為突出，無法兼顧220和110千伏系統(tǒng)電壓的正常運(yùn)行。存在220千伏廠站電壓在正常范圍內(nèi)運(yùn)行的情況下，所帶110千伏末端廠站電壓偏低或偏高運(yùn)行，需要加強(qiáng)對220千伏變電站110千伏母線電壓曲線的實(shí)時(shí)跟蹤及優(yōu)化分析，合理優(yōu)化AVC系統(tǒng)的110千伏電壓曲線[1]。

4.新疆電網(wǎng)AVC改進(jìn)措施

（1） 持續(xù)優(yōu)化AVC系統(tǒng)控制策略;

（2） 優(yōu)化全疆調(diào)度通訊網(wǎng)，進(jìn)一步提高通訊穩(wěn)定性;

（3） 加強(qiáng)全疆110千伏及以下電網(wǎng)AVC系統(tǒng)閉環(huán)管理工作，提高AVC系統(tǒng)110、35千伏的廠站覆蓋率，對不具備AVC閉環(huán)運(yùn)行的廠站加快完成整改，使其具備閉環(huán)運(yùn)行條件;

（4） 加強(qiáng)供電單位對各地區(qū)所管轄220千伏變電站AVC子站的運(yùn)行維護(hù)，重點(diǎn)加強(qiáng)對電廠AVC子站的模型、參數(shù)、限值及閉鎖信息配置的檢查，加強(qiáng)AVC主站對子站的無功設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、在控狀態(tài)和控制運(yùn)行監(jiān)視，確保AVC子站無功補(bǔ)償設(shè)備的正?？煽客锻?

（5） 推進(jìn)全疆AVC新能源廠站的閉環(huán)運(yùn)行工作，完善AVC系統(tǒng)的自動化電壓控制模式，加強(qiáng)新能源廠站AVC對SVC/SVG的運(yùn)行管理，確保電壓的自動調(diào)控。

4? 結(jié)束語

AVC系統(tǒng)可以大大提高電網(wǎng)的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平，降低網(wǎng)損。本文對新疆電網(wǎng)應(yīng)用的AVC系統(tǒng)進(jìn)行了分析，介紹了AVC主站和子站的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和主要功能。對新疆電網(wǎng)的無功、電壓進(jìn)行了分析，指出了目前新疆電網(wǎng)的無功、電壓方面存在的問題，并提出了相應(yīng)的解決措施。

參考文獻(xiàn)

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[2] 新疆電網(wǎng)自動電壓控制（AVC）系統(tǒng)運(yùn)行管理規(guī)定

[3] 新疆電網(wǎng)AVC應(yīng)用軟件使用說明書

[4] 南京南瑞AGCAVC維護(hù)手冊（V3.0.13）