AVC在智能電網調度技術支持系統中的實用化分析

杜 娟

（國網河北省電力公司衡水供電分公司，河北 衡水 053000）

AVC在智能電網調度技術支持系統中的實用化分析

杜 娟

（國網河北省電力公司衡水供電分公司，河北 衡水 053000）

以衡水地調AVC系統實時運行經驗為基礎，介紹面向智能電網調度技術支持系統D5000平臺AVC的主要特征和功能，分析AVC應用于智能電網調度技術支持系統中的關鍵技術，以及AVC與D5000平臺其他功能模塊之間的協調性，說明AVC在智能電網調度技術支持系統中的實用化過程及效果。

智能調度；AVC；安全控制；實用化

1 概述

智能電網調度技術支持系統（D5000）是國家電網公司為實現堅強智能電網目標而建設的重要基礎平臺，系統充分利用先進的通信、信息和控制技術，構建以信息化、自動化、數字化、互動化為特征的智能電網調度技術支持系統。

面向D5000平臺的自動電壓控制系統稱為Smart AVC系統，是智能電網的一個組成部分。采用先進的計算機、傳感器、分布式電源等技術，實現發電、輸電、配電及用電4個分系統電壓安全穩定、電壓質量合格和電網經濟運行高效三位一體的目標。Smart AVC系統以連續調節、動態配置、實時高效、安全經濟為基本目標，與傳統AVC相比，具有結構系統化、分析精細化、控制智能化、互動和諧化的特征。可以說Smart AVC系統是電網調度自動化的高智能軟件應用技術合理向閉環控制實踐方向的科學拓展，其成為電網無功調度的最高發展階段，可為各區域電網無功功率電壓系統的經濟運行與高效發展提供重要支撐技術。

2 Smart AVC系統的主要特征及功能2.1 主要特征

2.1.1 結構系統化

Smart AVC系統由電廠側、輸電側、配電側及用戶側單元組成，將控制、分析及自反饋功能高度集成化、模塊化、系統化，形成一套體現當代電網特點的完整的自動電壓控制體系。電廠側Smart AVC從電力系統源頭對系統電壓進行控制調節，變被動適應為主動控制。輸電側Smart AVC在調度中心、集控站及變電站均設有子系統，對電力系統各級電壓進行分布式調節控制。配電側Smart AVC安裝于配電所，保證電網經濟安全運行及用戶側的電壓質量。用戶側Smart AVC通過對用戶負荷及用戶實際用電情況進行監測分析，為實行分時電價、電壓質量差別電價提供依據。

2.1.2 分析精細化

電網變化頻繁，有規律和無規律運行方式并存，只有及時了解電網實時的運行狀態，對各種運行信息進行精細化分析，才能做到事半功倍，有備無患。電網正常運行時，根據電網實時運行狀態，搭建電網運行綜合計算分析平臺，包括理論線損計算、電網經濟運行分析、在線安全穩定分析及負荷預報等功能，確保電網穩定可靠、安全運行。電網發生事故時，造成電網運行方式發生改變，系統可根據電網變化自動調整算法結構，做到自適應。并根據事故類型，給出造成電網事故的原因及應采取的措施，最短時間內恢復供電。

2.1.3 互動和諧化

電網從發電到用電是一個有機的整體，只有做到各個環節相互協調、信息互動，才能從現代電網向智能電網進行轉變?；踊荢mart AVC的內在要求，通過系統構架互動化、需求管理互動化、用戶服務互動化，打造成系統信息雙向流動，各類應用友好兼容的互動和諧的電壓控制系統。

由發電、輸電、配電和用戶4個子系統構成的Smart AVC控制體系，通過廣泛應用的分布式智能和寬帶通信技術實現系統各個環節之間信息雙向流動，互為參考，靈活調整。實現電源、電網和用戶之間友好互動、相互協調是建設智能電網的內涵所在，Smart AVC系統以電壓控制為主線，整合系統數據，架起三者之間的橋梁。

2.2 功能

Smart AVC通過電壓安全穩定、電壓質量合格和電網運行高效三級目標分解協調產生控制目標。Smart AVC系統由電廠側、輸電側、配電側及用戶側4個子系統構成，調動4個子系統中能夠進行無功調節的一切設備，達到無功“就地平衡”、“分層平衡”。因此，Smart AVC實現的目標更加嚴格，電網安全穩定，變被動為主動，安全性大大提高；控制的設備更多，模塊變成系統；涉及的范圍更加廣，不再局限于輸電網。

3 Smart AVC實用化關鍵技術及技術難點

Smart AVC以控制有關設備，改變無功功率流量，達到電壓合格，網絡損耗小的目標。信息化是Smart AVC的實施基礎，對電網運行的實時信息和非實時信息進行高度集成，信息真實、可靠、共享是Smart AVC的關鍵。

3.1 閉環控制安全策略

3.1.1 系統自動閉鎖

AVC安全控制策略應將輸出、輸入環節中的誤差以及干擾噪聲予以濾除，周密考量各類自動閉鎖情況，確保安全、可靠的控制，令運行人員在處理各類異常事件中的總體工作量合理減輕。自動閉鎖情況出現在主網支撐電壓過低，令AVC系統用于調節220kV的主變壓器分接頭進行閉鎖，同時還會向35kV以及110kV變電站投入電容器；令上調分接頭禁止，從而避免由主網進行無功吸收，抑制主網電壓發生不良崩潰現象。

在設備控制環節引發閉鎖現象，應充分考量當前被控設備的狀態以及相關電氣控制屬性，倘若為檢修狀態屬性，則應對相應檢修參數自動讀取并將檢修設備進行自動閉鎖以待下一步的人工復位。

倘若被控設備處在備用狀態，則應依據相關聯設備的隔離開關狀況實施網絡拓撲，對設備相關冷熱備用狀態展開判斷。對處于熱備用設備系統可進行在線控制，對冷備用設備實施自動閉鎖。針對命令控制則依據其命令控制與設備控制周期，進行綜合考量，判定命令的下發與否，令控制過頻或過調現象得到良好控制。對命令周期的控制應依據命令相關執行狀態進行可變自適應，最大量設計不能超過5min。設備動作頻率次數應依據相關運行及安全規程進行設計。如果電容器及變壓器的總體控制次數上升至日動作總數的限定標準時，系統會對該設備進行自動閉鎖并報警，可有效抑制動作次數過于頻繁導致的設備不良損害現象。

3.1.2 AVC系統主站端安全控制

在開環運行模式下AVC計算得到的控制策略僅供調度人員參考，在閉環運行模式下這些控制策略將自動執行，最終完成對無功電壓設備的閉環調節。此外AVC模塊還提供了半閉環模式，此時，控制策略必須經過人工確認后才會下發這種控制模式，一般用于AVC模塊投入實際控制之初的試運行階段。

AVC模塊的閉鎖設置可分為3個級別：系統級閉鎖、廠站級閉鎖和設備級閉鎖。

當處于系統級閉鎖狀態時，AVC主站將整個AVC控制應用閉鎖，主站不再下發閉環控制指令，全部廠站轉入人工控制或者本地控制。

當處于廠站級閉鎖時，AVC主站對單個廠站進行閉鎖，不對該廠站下發閉環控制指令，該廠站轉入人工控制或者本地控制。

當某設備處于設備級閉鎖時，AVC主站對該設備進行閉鎖，閉環控制中不考慮對此設備的調節，不下發對此設備的閉環控制指令。具體內容為對10kV母線電壓進行合理預算，有效防止電容器產生不良投切振蕩。為杜絕環流現象，應對并列的變壓器設備展開交替調節，令其處于同一水平變比，先后操作順序應依據變壓器的操作內容及容量進行設定。

3.1.3 Smart AVC 保 護

為了便捷、安全的實施網絡防護，作為D5000一項重要的應用子系統，Smart AVC同平臺展開一體化設計，令數據流實現無縫銜接，直接應用D5000數據進行量測并實施數據處理，可準確讀取所有電網遙測遙信數據。相關網絡模型的構造層面，Smart AVC由PAS網絡建模出發獲取有關靜態電氣網絡的總體模型，并令建模軟件將控制模型自動予以生成同時展開嚴格驗證。從用戶使用和維護的方便性出發，要求Smart AVC應用作為D5000系統的一個子應用模塊實現嵌入式集成。

3.2 就地分層

各級調度各管一層，管好下級電網注入本級電網的無功值；管好發電廠注入本級電網的無功值。實現無功“就地平衡、分層平衡”，保證電壓合格。AVC系統的工作是一個再決策、再分析進而逐步逼近的閉環反饋實踐控制過程。

數據類交互主要涵蓋AVC各模塊的輸入數據和輸出數據。根據詳細的輸入輸出數據設計在D5000實時庫中定義相應的表結構，并基于這些表結構實現數據輸入界面和結果展示界面。消息類交互主要涵蓋各種實時的命令交互如用戶啟動計算查詢結果等。對于消息類數據可采用D5000系統的消息總線實現AVC模塊在消息總線基礎上定義具體的報文格式。人機界面涵蓋AVC模塊所需要的控制建模參數設置實時監控信息展示及歷史查詢等內容，主要展現手段包括表格曲線樹狀圖及三維可視化等。

3.3 配套基本條件建設

推廣使用Smart AVC，確保無功補償不多不少，采用實時動態無功算法及設備配置，自動滿足電網的無功流動及電壓穩定。Smart AVC的建設必須依賴電力系統中一些基本條件（軟件和硬件）的建設。傳統的AVC系統在輸電網絡和配電網絡的建設也適用于Smart AVC系統，Smart AVC的建設重點也在配網側。

4 Smart AVC實用化過程及效果

4.1 AVC與主站的調度

AVC應用軟件模塊按照嵌入式的方式實現與D5000系統的集成。D5000平臺通過系統管理器管理AVC相關應用和進程，并為AVC應用提供平臺支持包括實時庫和相關畫面。

從工作上看，AVC嵌入D5000系統的主要工作包括整理AVC系統的輸入輸出，將AVC系統的輸入輸出轉化成D5000數據表形式將輸入輸出重定位到D5000系統，實現AVC系統的嵌入基于D5000平臺實現必須的人機界面。同時AVC可通過D5000系統的遠動通道輸送遙調、遙控命令，進而逐步達到全網無功電壓的優化潮流狀態。D5000平臺與AVC的一體化設計主體采用更新增量模型技術，通過自動建立設備控制模型與AVC監控點進行自動驗證，合理實現了系統化的智能建模。

4.2 數據交互

4.2.1 輸入數據

4.2.1.1 與基礎平臺交互

AVC從基礎平臺獲得各種限值數據，主要包括電壓上下限值曲線、發電機功率圓圖、OLTC電容器組電抗器組的調節范圍動作次數和動作時間間隔、調相機SVC無功上下限關口功率因數約束線路、變壓器過載約束無功儲備約束等。這些限值將作為AVC控制的約束條件使用。

4.2.1.2 與狀態估計交互

AVC從狀態估計獲得電網實時方式數據，包括網絡拓撲、設備參數、母線電壓支路潮流、發電機和負荷功率狀態估計合格率和平均殘差等。

一方面根據當前狀態估計結果獲得初始的電網方式并在此基礎上進行三級電壓控制的最優潮流計算；另一方面根據合格率殘差等統計信息對當前狀態估計結果進行評估，在狀態估計發散或者結果不可用的情況下進行必要的處理，采用基于靈敏度信息的二次規劃模型進行電壓控制，保證可靠給出控制策略。

4.2.1.3 與電網運行穩態監控交互

電網運行穩態監控模塊是AVC模塊的重要數據來源，具體包括受控電源實時數據、受控變電站實時數據、所有其他需要由AVC進行電壓監視的母線電壓和支路無功潮流量測。以及為實現上下級協調控制所需的實時數據。

4.2.2 輸出數據

4.2.2.1 與電廠控制子站交互

AVC支持向電廠子站下發以下類型的控制命令，電廠高壓側母線電壓設定值或調整量、全廠無功出力設定值或調整量、各單臺發電機無功出力設定值或調整量。

4.2.2.2 與變電站交互

根據變電站控制模式的不同，下發命令包括在分散控制模式下提供的遙調指令，含變電站母線電壓或主變壓器關口無功的設定值或調整量，在集中控制模式下提供的遙控指令。

4.2.2.3 與綜合告警應用交互

AVC功能產生的告警信息統一匯總到綜合告警應用。包括實時數據不合理報警（含AVC相關的重要電壓量測、重要無功量測、明顯不合理及AVC相關的重要遙信、明顯不合理電網狀態異常報警）。

4.2.2.4 與運行分析及評價應用交互

AVC應用向運行分析與評價應用提供運行和考核指標等運行信息，主要包括AVC主站可用率、受控電廠變電站發電機調相機OLTCSVC電容器、電抗器及下級電網AVC的投運率、電壓合格率、優化電網范圍內的網損、網損率受控電廠和下級電網AVC的調節合格率、控制周期軟件計算時間控制速率控制精度。4.2.2.5 與下級電網交互

AVC系統根據協調控制計算結果向下級電網下發協調控制命令。AVC由D5000得到所有電網實時遙測遙信各類動態測量數據，并對相應數據進行科學處理。具體處理策略包含對數據的質量檢驗、采取估計狀態粗檢測方式實施對遙測遙信的聯合判斷、對備用測點進行指定、實施數字濾波、校正電壓量測相關誤差，以及通過聯判遙測遙信準確檢測誤遙信現象。

4.3 實用化效果

a.預防電網事故。Smart AVC系統實施掌控電網運行狀態，及時發現、消除故障隱患，通過快速投入無功補償，支撐系統電壓，避免由電壓引起的大面積停電事故。

b.優化電網運行。優化資源配置，優化資產使用，降低電網損耗和提高設備利用率；國家企業也要算經濟帳。

c.分布式電源友好接入。支持太陽能、風能等分布式電源友好接入，這是解決電力可持續發展的問題。

d.降低電網成本。提升電網輸電效率、減少運行維護和建設成本，降低電網企業的綜合運營成本。為真正走向電力市場創造條件。

e.增加供電可靠性。增加電網供電可靠性，實現用戶與電網企業的互動，提升用戶參與電能調節的積極性。

5 結束語

電網調度自動化系統的完善構建、廣泛應用與快速發展令AVC的科學研究逐步深入。安全閉環控制策略是Smart AVC系統安全性運行研究的主體內容，合理的閉環控制實踐策略直接影響著AVC系統的服務工作品質，因此在系統設計與應用實踐中從電網的實際運行狀況及特征出發，樹立提升系統安全性的科學實踐目標并展開策略研究，有目的、有針對性進行安全控制，才能最終促進電網調度自動化系統的穩定、安全、經濟運行與可持續發展提升。在工程實踐中，為有效杜絕中斷通信、粘連接點等不良安全事件及誤動作，應在確保電網可靠安全運行基礎上，依據循序漸進的實踐原則令電網包含的各廠站依次接入閉環運行狀態，嚴格制定科學的調試預案機制，從技術、組織與安全等層面出發實施科學管控，確保調試閉環的順利進行。

本文責任編輯：王洪娟

ApplicationAnalysisofAVCinSmartGridOperatingTechnicalSupportSystem

Du Juan
（State Grid Hebei Electric Power Corporation Hengshui Power Supply Branch，Hengshui 053000，China）

Based on the experience in real-time running of automatic voltage control（AVC）system of Hengshui municipal power dispatching center，this paper introduces main features and functions of AVC for smart grid operating technical support system（D5000system），proposes key technologies of the application of AVC in smart grid operating technical support system，analyzes the function of transference between AVC and other modules in the D5000system，and illustrates the application process and effectsof the real-time voltage control function in smart grid operating technical support system.

smart dispatching；AVC；safety control；application

TM734

B

1001-9898（2015）02-0017-04

2015-02-15

杜 娟（1982－），女，助理工程師，主要從事電網調度自動化工作。