自動電壓控制系統在滄州電網的應用

魏俞芝，張 森，豈小梅

(滄州供電公司，河北 滄州 061000)

電網的安全、經濟、優質運行是電力系統調度與運營追求的目標,其中無功電壓的控制至關重要。自動電壓控制(AVC)系統通過滄州供電公司的調度自動化(SCADA)系統采集全網各節點遙測、遙信等實時數據，并對其進行在線分析和計算。在電網與設備安全運行的前提下，以各節點電壓合格、省網關口功率因數為約束條件，從全網角度進行電壓無功優化控制，實現主變壓器分接斷路器調節次數最少和電容器投切合理、電壓合格率最高。集中控制系統最終形成有載調壓變壓器分接開關調節、無功補償設備投切控制策略，借助監控中心的調度自動化系統的“四遙”功能，通過監控中心實現自動執行，從而實現對電網內各變電站的有載調壓裝置和無功補償設備的集中監視、集中管理和集中控制。該系統是無人值班模式下解放運行人員重復勞動，全面提升整個電網運行技術水平的重要標志。

1 AVC系統的技術方案

在調度中心建設AVC主站，各監控中心建設監控子站，通過調度數據網和專用雙通道連接。監控中心負責對該系統進行運行監視，調度中心采集全網的數據，包括監控中心的維護信息，進行全網的策略計算，策略計算完畢后，將策略下發各監控中心執行，各監控中心子系統具備獨立計算執行功能。一旦主站系統有問題或通道有問題，將自己獨立運行，執行AVC調整控制。

功電壓優化控制算法完成計算后，形成對電容器或分接頭的遙控、遙調控制命令序列后，需要將這些命令序列下發給SCADA，由SCADA對相關設備進行控制。方案執行環節即完成此功能。

在電網發生各種事故的情況下，應當以安全運行為主要目的，此時立即閉鎖無功閉環控制軟件。安全監視環節的優先級要高于其他環節，當檢測到電網發生故障時，在決策環節中自動閉鎖相應的設備或廠站；如果在執行過程中，檢測到設備工作不正常，則馬上閉鎖執行環節。

2 AVC系統控制方法

2.1 數據采集

系統從SCADA系統中獲得電網的實時信息，主要包括電壓、有功、無功、電流等遙測信息以及斷路器、隔離開關等遙信信息，由于在故障時需要閉鎖相關功能，因此還需要事故總信號等遙信信息。

2.2 數據過濾

實際運行過程中，由于SCADA系統的量測誤差、通信干擾等因素會造成無功電壓優化控制系統用于分析計算的的基礎性量測數據出現錯誤。在這些錯誤的數據上進行計算是沒有意義的，該AVC系統通過對直接取自SCADA的電網數據進行處理，濾除壞數據，使無功電壓優化控制算法能正確計算的軟件模塊。

2.3 規則庫建立

決策環節所使用的規則來源于事先設定好的規則庫，而這部分也是系統能否靈活實用的關鍵。規則庫由商用數據庫和實時數據庫兩部分組成，其中商用數據庫作為規則庫的存儲媒介，而決策環節在實際使用時，考慮到速度的因素，需要把商用數據庫下載到內存中。規則庫里最重要的內容是規則的描述和規則的生成。

2.4 控制策略

控制策略環節是該系統的核心部分。滄州電網AVC系統在生成控制策略時，采用面向區域電網的潮流計算模型。采用EMS系統提供的電網拓撲模型、設備參數和實時數據，對控制前后的電網進行潮流計算，根據計算得到的電壓、電流、有功、無功來計算功率因數、網損等，進而確定控制策略。

2.4.1 電壓控制策略

首先，按無功電力分層、分區就地平衡的原則，控制并聯電容器投切，確保各110 kV變電站變壓器一次側功率因數達到和超過設定的下限(一般為0.9)。如果由于電容器安裝容量不足，出現在負荷高峰時，投入變電站所有電容器后，變壓器一次側功率因數仍不合格，AVC系統則給出告警，提示應該在該變電站加裝電容器。

其次，在無功功率分層分區基本平衡的條件下，為進一步提高電壓合格率，調整相應的有載調壓變壓器的分接開關位置。對于220 kV變電站變壓器安裝有有載調壓分頭的送電區域，首先考查該區域的110 kV母線的系統電壓情況。如果110 kV母線的系統電壓不合格，則提示運行人員，由調度中心向河北省調度中心申請，調整220 kV變電站變壓器有載調壓分頭的位置(若該分接頭檔位由地調AVC系統直接進行控制，則可以直接閉環執行)，若運行人員認可此要求，則等待220 kV變電站變壓器有載調壓分頭位置改變后，再進行無功電壓綜合控制；反之，若運行人員否認此要求，則調整本110 kV變電站變壓器有載調壓分頭位置，使本廠站10 kV考核母線的電壓達到合格。對于220 kV變電站變壓器沒有安裝有有載調壓分頭的送電區域，則直接調整該110 kV變電站變壓器有載調壓分頭位置。若調整有載調壓分頭位置后，母線電壓仍不合格，則提示運行人員，人工進行運行方式調整或負荷轉移。

AVC系統在控制電壓時，可以根據運行人員的指定進行逆調壓，即高峰時期各個節點的電壓偏上運行，在負荷低谷時各個節點電壓偏下限運行。這時調壓的目標不僅是保證電壓合格，而且還需要保證電壓在設定的的區域內。

2.4.2 功率因數控制策略

如果供電區域的220 kV變電站變壓器關口功率因數未達到河北省電力公司的考核要求，且220 kV站本身電容器也由地調AVC控制，則優先考慮220 kV變電站本身的無功資源，否則按距該220 kV變電站的電氣距離由遠及近和110 kV變電站本身的變壓器一次側的功率因數由低到高的原則，逐個選擇110 kV變電站，在不導致其本身的考核母線電壓越上限的情況下，對存在無功冗余(含操作次數冗余)的110 kV變電站進行無功優化配置，調整其電容器投切，并允許其一次側適當向110 kV系統倒送無功，直到220kV變電站變壓器一次側的功率因數達到河北省電力公司的考核要求，使無功潮流流向更趨合理，降低系統網損。如果出現投入了所有符合條件的電容器后，220 kV變電站變壓器一次側的功率因數仍不合格，則給出告警，提示運行人員應該調整方式轉移負荷，以及在該區域加裝電容器。 如果功率因數的控制優先級高于電壓控制，系統會犧牲電壓控制的目標(即電壓合格率)，調整110 kV變電站的電容器投切，滿足220 kV變電站主變壓器河北省電力公司關口的功率因數要求，此時AVC系統應該能自動選擇對電壓合格率影響最小的電容器進行投切，能夠最大限度地保證電壓合格率。

3 應用效果

變電站閉環運行是AVC系統根據變電站電壓、功率因數、設備允許動作次數等，自動調整各變電站主變壓器分頭和電容器的投切，使得電壓和功率因數滿足要求。選取北孟110 kV變電站閉環運行時間較長且具有一定代表性的變電站，選取日負荷水平和負荷變化趨勢相近的2 d作為對比日，對比人工調節和AVC自動控制2種控制模式下的調節效果。

3.1 電壓

a. 在相同的電壓合格范圍內，尤其是在凌晨或傍晚，AVC的電壓調節水平優于人工調節。

b. 在設置了合理的電壓控制上限值后，AVC系統基本上能夠將10 kV母線控制在上下限范圍之內。

c. 對比日比較，10 kV母線電壓在一天內的波動基本滿足電壓曲線的限制，并且高峰時段電壓升高，低谷時段電壓降低，符合“逆調壓”的要求。

3.2 功率因數

AVC自動控制優于人工調節，尤其是在凌晨或傍晚負荷水平較低的時段，AVC自動控制時功率因數保持較高水平，如圖1所示。

3.3 人工控制和AVC自動控制對比

AVC投入運行以后，對比人工控制和AVC自動控制下的電容器和主變壓器分頭調節次數。人工控制電容器調節7次，AVC自動控制調節4次；人工控制主變壓器分頭調節3次，AVC自動控制調節1次。

AVC投入運行以后，對比人工控制和AVC閉環控制下的電壓合格率。人工控制電壓合格率99.63%，AVC自動控制電壓合格率為99.75%。通過統計可以看出：AVC閉環控制下的設備比人工

控制下的設備動作次數少，且電壓合格率有所提高，可以說明AVC系統的調節優于人工調節。

4 結束語

滄州供電公司的AVC系統閉環運行近2年，是河北省南部電網首家投入閉環運行的地調。通過現場的實際運行應用，技術人員每月定期進行分析總結、統計動作、設備閉鎖、電壓合格率情況，不斷的優化控制策略，包括調整電壓、功率因數上下限，將主變壓器動作次數細化多時段、在不同情況下優先電容器和主變壓器分頭的可選擇性等綜合技術策略，使得無功設備動作次數明顯減少，但同時也發現，AVC系統的應用效果很大程度上取決于自動化水平、設備健康水平和管理水平的高低。在大運行模式下，AVC系統實現省、地、縣一體化控制將是進一步研究的方向。AVC系統的應用實現了主網電壓的穩定和電壓質量的要求，并為河北省南部電網全面推廣該技術做出了有益嘗試。