無功電壓控制系統（AVC）在呂梁電網的應用

摘要：電網針對當前無功調節上技術水平的落后以及VQC調控裝置的缺陷，開始引入自動電壓控制（Automatic Voltage Control——AVC）系統。AVC系統的無功分層平衡、區域控制以及優化動作次數等特征能使得電網取得可觀的經濟效益，減少在無功平衡及穩定電網電壓上投入的人力物力資源，且能實現更加安全可靠的自動化電網控制。

關鍵詞：無功 電壓 AVC 分層分區調控 存在問題

0 引言

隨著太中銀鐵路的建設以及太鋼等用電大戶相繼落地呂梁地區，呂梁電網由過去的“通道型”轉變為“受端型”電網，華麗的轉身引得各種高耗能企業相繼落戶呂梁，對電網電壓質量提出了更高、更嚴的要求。為了滿足要求，呂梁電網投入了AVC系統，它通過借助調度自動化的“SCADA”的“四遙”功能，利用計算機技術和網絡技術對本地區電網內變電運行中心所轄AVC控制設備進行集中監視、管理和控制，從而達到地區電網無功電壓優化運行的目的。

1 AVC系統概述

呂梁電網AVC系統采用山西振中電力軟件有限公司的smart3000系統，該系統采用省地聯調的方式，通過省調主站、地調子站配合，實現電網無功、電壓集中計算分層控制。該系統于2011年6月投入運行，目前接入系統的有47座變電站，占所轄站的97.91％。電網無功電壓閉環控制系統（即AVC系統）能夠保證關口無功和母線電壓合格的條件下進行無功電壓優化計算，這主要是通過監視關口的無功和變電站母線電壓來實現的，若想保證其安全經濟運行，保障更高的電壓質量，減小網損，需要改變電網中可控無功電源的出力，無功補償設備的投切，變壓器分接頭。詳見圖1。

現根據圖1對系統介紹如下：

1.1 AVC系統接口與SCADA系統的連接 每個變電站內都要有遠方終端，以便它能夠通過地區變電站內的RTU與系統服務器及SCADA工作站通信，它的主要任務是將變電站的實時運行信息送給調度控制中心，它是電網調度自動化系統中占據重要的地位，它還能夠將調度的控制、調節等命令送給廠站執行。

1.2 AVC系統接口與省網主站AVC系統的連接 為了實現對地區電網的無功優化控制，讓地區電網可根據省局下發的無功指令對電容器和變壓器分接頭進行調節，可以將AVC系統接口與省網主站AVC系統連接通信，這樣還能夠實現對各變電站的電壓無功調整。

1.3 系統的基本功能

1.3.1 全網電壓優化功能：當無功功率流向合理，某變電站10kV側母線的電壓范圍不合理時，越上限或越下限運行的話，最終要調節上級電源變電站有載主變分接頭開關檔位，還是調節本變電站有載主變分接頭開關，就要先分析同電源、同電壓等級變電站和上級變電站電壓情況。

實現全網調節電壓，有載調壓變壓器分接開關調節次數可不必很多，可最大程度的提高電壓水平，而且不必擔憂多變電站多主變同時調節主變分接開關造成的調節振蕩。

1.3.2 全網無功優化功能：當電網內各級變電站電壓處在合格范圍內時，可以提高受電功率因數，實現無功功率分層就地平衡，這是能夠控制本級電網內無功功率流向，使其更合理。

1.3.3 數學模型：①設備動作次數最少N=min∑ni=1[f3（Ki-KT）+f4（Qi-QC）]，式中：Qc—變電站（所）所配電容器容量；Qi—變電站（所）應投無功補償容量；n—變電站（所）個數；KT—主變當前分接開關檔位數；Ki—變電站（所）主變分接開關應處檔位數；Ui—變電站（所）母線電壓。②目標函數：全網電能損耗最小：ΔP=min∑ni=1f1（Ui，Ki，Qi）Ui= f2（K1…Ki，Q1…Qi）③約束條件：a供電電源關口功率因數合格：∑ni=1Qi=P[tan（arccosφ1）-tan（arccosφ2）]；b電容器每天投切次數不越限：∑ni=1[∑24j=1f4（Qij-QCj）]≤NC；c有載調壓開關每天動作次數不越限：∑ni=1[∑24j=1f3（Kij-KTj）]≤NT；d母線電壓不越限：Umin≤|Ui|≤Umax。

2 系統運行效果分析

2011年6月，呂梁電網無功電壓優化集中控制系統正式投入運營，到現在為止設備的動作次數明顯減少了，提高了呂梁電網各電壓等級母線的電壓合格率和功率因數，將帶來很好的經濟效益和社會效益。

2.1 節能減排 2012年中，呂梁供電公司生技部對AVC系統應用系統進行專業“評估”表明：省公司對呂梁電網的220kV界面功率因數從2010年高峰時段的0.90提高到2011年高峰時段的0.963，高峰負荷時提高電壓約2％，按照通用計算公式計算，全年累計減少電量損失1174萬kW.h，折合節省購電成本352萬元，折算為節省煤4300噸標準煤，減排9000多噸二氧化碳，節能減排效果凸顯。

2.2 提高了電壓合格率 由于本系統是從全網的角度對電壓進行系統的調整，減少了不必要的人工干預，有效地提高了系統電壓質量。AVC系統投運后變電運行中心220kV、110kV、35kV電壓合格率均在公司指標控制范圍內。

2.3 提高了電網功率因數 無功電壓優化系統的投運，有效地減少了無功潮流，實現了電網無功功率分層、就地平衡，提高了地區受電力率，增加了輸電設備出力。

3 系統目前存在的問題及應對措施

3.1 存在的問題 ①AVC系統對主變調壓開關異常情況如滑檔等只能發出信號提示，沒有出現滑檔時的緊急停止功能，不能對主變滑檔進行有效的控制。AVC系統報表功能不夠完善，沒有按不同的電壓等級及監測點統計，無法對各級電壓進行有效監視分析。②“返校超時”導致AVC系統異常封鎖情況。具體原因分析如下：aSCADA前置系統存在問題。b因變電站綜自RTU存在問題，造成“返校超時”、“執行發令超時”。③“設備拒動”導致無功優化系統異常封鎖情況。2月14日110kV鳳城變電站2#電容器組合閘線圈燒毀，造成其開關拒動1次。2月21日220kV廣興變電站1#電容器枝42開關機構軸承損壞，造成開關拒動2次。

3.2 應對措施 ①加強SCADA系統、變電站計算機監控系統投運驗收和運行維護工作。為使AVC系統更好地運行，變電運行中心對AVC系統的使用者進行了規范。廠方人員在對數據庫進行拷貝備份時，必須使用專用的外設工具并由專人負責管理并不作為他用。監控人員則嚴格禁止將外設接入到AVC監控系統上，同時對職工進行安全風險教育，使其充分認識到病毒對AVC系統的重大危害，以及可能出現的嚴重后果。②操作隊運行人員應對AVC系統的控制結果進行記錄，加強現場檢查和巡視，還應及時修改操作票等規定，將AVC系統的設置狀態納入到操作票中。在對變電站進行標準化巡視時，一要重點檢查有載調壓裝置及電容器的運行情況及健康狀況，發現隱患及時上報，通知調控中心運行值班人員。

4 總結

自動電壓控制（AVC）項目的實施社會經濟意義非常重大，主要表現在以下三點：第一，AVC實現電壓調度的自動化，提高了電壓質量，使調度工作的勞動強度減輕了很多，它保證了信息社會對高質量電能的需求，是電網自動調度的重要功能；第二，隨著電力市場的改革，廠網不再是一體的而是分離的，AVC降低了網損，實現了無功的經濟調度，提高了電網的經濟運行指標，它將成為輸電網絡提高經濟運行的主要方法；第三，AVC可以保證足夠的、快速的無功備用，提高電網電壓運行水平及運行的穩定性。

參考文獻：

[1]陸安定.發電廠變電站及電力系統的無功功率[M].中國電出版社，2003年8月.

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[3]振中電力公司.AVC無功調節策略解析，2010.