35kV變電站AVC系統(tǒng)控制策略分析

姚璟杰 許鳴吉 沈磊 劉嘉寶 毛偉

摘要：首先介紹了上海市北電網(wǎng)AVC系統(tǒng)的模式選擇及定值設(shè)置;隨后分析了主變分接頭和電容器的理論動(dòng)作策略;最后，通過(guò)對(duì)轄區(qū)內(nèi)富錦站單日AVC動(dòng)作案例的分析，總結(jié)了現(xiàn)有策略存在的若干問(wèn)題，可為后續(xù)策略?xún)?yōu)化研究提供基礎(chǔ)分析。

關(guān)鍵詞：AVC;動(dòng)作策略;主變分接頭;電容器

0? ? 引言

隨著電力負(fù)荷和電網(wǎng)容量的增加，電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)問(wèn)題日益突出。電力系統(tǒng)無(wú)功、電壓控制是電力系統(tǒng)規(guī)劃和運(yùn)行研究的重要課題，對(duì)保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定，提升電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平具有重要意義。本文介紹了上海市北電網(wǎng)35 kV變電站自動(dòng)電壓調(diào)控系統(tǒng)AVC的控制策略，以轄區(qū)內(nèi)富錦站為例，總結(jié)了現(xiàn)有策略存在的若干問(wèn)題，為后續(xù)策略?xún)?yōu)化研究提供了基礎(chǔ)分析。

1? ? 模式選擇及定值設(shè)置

AVC系統(tǒng)是以在線模式運(yùn)行的電網(wǎng)電壓、無(wú)功控制系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)度自動(dòng)化SCADA系統(tǒng)采集各變電站、發(fā)電廠的母線電壓、母線無(wú)功、主變高/低壓側(cè)無(wú)功測(cè)量數(shù)據(jù)以及各開(kāi)關(guān)狀態(tài)數(shù)據(jù)等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行在線分析和計(jì)算，從電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行的角度調(diào)整全網(wǎng)中各種無(wú)功控制設(shè)備的參數(shù)，對(duì)其進(jìn)行集中監(jiān)視和分析計(jì)算，在滿(mǎn)足節(jié)點(diǎn)正常功率平衡及各種安全指標(biāo)的約束條件下，以主變壓器分接開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)最少、電容器投切最合理、發(fā)電機(jī)無(wú)功出力最優(yōu)、電壓合格率最高和輸電網(wǎng)損率最小為綜合優(yōu)化目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)功裝置進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化自動(dòng)閉環(huán)控制。

無(wú)功限制模式設(shè)置共有四種，如表1所示。無(wú)功限制模式設(shè)置是以站為單位進(jìn)行設(shè)置，默認(rèn)為自動(dòng)選擇模式。

以富錦站1號(hào)主變?yōu)槔?，無(wú)功允許閾值范圍采用自動(dòng)選擇法，優(yōu)先采用功率因數(shù)計(jì)算法，在輕負(fù)荷時(shí)自動(dòng)切換至電容容量折算法，通過(guò)有功低限門(mén)檻值來(lái)判斷。

富錦站1號(hào)主變的有功低限門(mén)檻值設(shè)置為10 MW，當(dāng)有功大于10 MW時(shí)，采用功率因數(shù)計(jì)算法，功率因數(shù)范圍為0.9～1，則無(wú)功允許閾值范圍Q∈[Ptan（arccos 1），Ptan（arccos 0.9）]，即Q∈[0 Mvar，0.48P Mvar]，如圖1所示，無(wú)功超出此閾值范圍則AVC動(dòng)作。當(dāng)有功小于10 MW時(shí)，采用電容容量折算法，無(wú)功范圍按控制母線上最大單組電容器容量的比值計(jì)算，最大允許吸收系數(shù)為0.95，最大允許倒送系數(shù)為-0.5。富錦站1號(hào)主變送10 kV一段母線，10 kV一段母線上10 kV 1號(hào)電容器由甲組和乙組組成，甲、乙組電容器總?cè)萘繛橹髯冾~定容量（20 MVA）的15%，并按3：2分配，即1.8 Mvar和1.2 Mvar。采用電容容量折算法時(shí)，無(wú)功允許閾值范圍Q∈[1.8×（-0.5）Mvar，1.8×0.95 Mvar]，即Q∈[-0.9 Mvar，1.71 Mvar]，如圖1所示，無(wú)功超出此閾值范圍則AVC動(dòng)作。

電壓允許閾值范圍采用固定電壓限值法確定，富錦站10 kV一段母線電壓允許閾值范圍設(shè)置為U∈[10.11 kV，10.59 kV]，電壓超出此閾值范圍則AVC動(dòng)作。

2? ? 理論動(dòng)作策略

當(dāng)電壓或無(wú)功越限時(shí)，AVC系統(tǒng)在預(yù)判動(dòng)作后的電壓和無(wú)功變化情況后，進(jìn)一步選擇策略，各策略如表2所示。

3? ? 單日AVC動(dòng)作案例

2020-04-16T00：00，富錦站1號(hào)主變有載檔位3檔，10 kV 1號(hào)電容器甲組投入，乙組未投。隨著運(yùn)行工況的變化，富錦站1號(hào)主變無(wú)功值和10 kV一段母線電壓值超過(guò)允許閾值范圍，錄得AVC動(dòng)作情況共10次，動(dòng)作時(shí)間、動(dòng)作原因、動(dòng)作策略和動(dòng)作效果如表3所示。

2020年4月16日富錦站1號(hào)主變有功/無(wú)功值、10 kV一段母線電壓值、1號(hào)電容器組電流值和主變有載檔位數(shù)如圖2所示。

（1）次數(shù)1和次數(shù)2：AVC動(dòng)作次數(shù)1發(fā)生在02：19，此時(shí)電壓為10.61 kV，高于上限閾值10.59 kV，系統(tǒng)計(jì)算出預(yù)判動(dòng)作后無(wú)功正常，所以選擇策略二，切1號(hào)電容器甲組，動(dòng)作后電壓明顯回落，同時(shí)無(wú)功上升。02：25，無(wú)功越上限，AVC選擇策略9，投1號(hào)電容器乙組，動(dòng)作后無(wú)功下降。次數(shù)1和次數(shù)2的策略準(zhǔn)確性有待商榷，若在電壓開(kāi)始越上限時(shí)選擇1號(hào)主變降檔，可以在使電壓下降的同時(shí)不讓無(wú)功上升至越限。

（2）次數(shù)7、次數(shù)8、次數(shù)9：與上述情況吻合，在電壓高時(shí)，切電容器引起無(wú)功升高越上限，從而投電容器又引起電壓升高，進(jìn)而繼續(xù)切電容器。若在電壓開(kāi)始越上限時(shí)選擇主變降檔，可避免上述AVC動(dòng)作3次。

（3）次數(shù)6和次數(shù)8：當(dāng)有功維持在10 MW以上，由于系統(tǒng)采用功率因數(shù)計(jì)算法，無(wú)功在2～3 Mvar波動(dòng)并不會(huì)超出閾值范圍，但13：23和16：44，有功有從10 MW以上波動(dòng)至10 MW以下的突變，使得系統(tǒng)立即改用電容容量折算法，無(wú)功越上限1.71 Mvar，AVC動(dòng)作。建議在無(wú)功允許閾值范圍的邊緣處加上平滑的過(guò)渡曲線，增加的緩沖區(qū)能有效改善有功在10 MW左右抖動(dòng)時(shí)AVC動(dòng)作過(guò)于頻繁的問(wèn)題。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

AVC系統(tǒng)是目前電網(wǎng)應(yīng)用較多的無(wú)功、電壓控制方法，涉及變電、繼保、自動(dòng)化等相關(guān)專(zhuān)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。本文介紹了上海市北電網(wǎng)AVC系統(tǒng)的模式選擇及定值設(shè)置;分析了主變分接頭和電容器的理論動(dòng)作策略;通過(guò)對(duì)轄區(qū)內(nèi)富錦站單日AVC動(dòng)作案例的分析，總結(jié)了現(xiàn)有策略存在的若干問(wèn)題，可為后續(xù)策略?xún)?yōu)化研究提供基礎(chǔ)分析。

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收稿日期：2020-05-06

作者簡(jiǎn)介：姚璟杰（1978—），男，上海人，助理工程師，主要從事電力規(guī)劃與調(diào)度工作。