大電網自動電壓控制技術的研究及發展

吳志恒 李 芳

（河南心連心化肥有限公司 河南新鄉 453731）

大電網自動電壓控制技術的研究及發展

吳志恒 李 芳

（河南心連心化肥有限公司 河南新鄉 453731）

隨著社會經濟不斷的發展與我國電力企業不斷的提升，電力網絡也逐步加快形成一個巨大的互聯網絡系統，互聯網絡系統聯系的越來越緊密然而有效地提高了系統的安全性，但在對電力系統電壓的調控變得越來越復雜化及有一定的困難性。自動電壓無功控制（AVC）系統是針對傳統人工監控方式的弊端而開發的旨在提高電壓質量，降低網損的一個系統。其對電網的正常、穩定運行而言具有重要的功能和意義。本文將對在大電網當中自動電壓控制技術的研究和發展進行探討。

大電網；自動電壓控制；問題；發展

1 引言

隨著我國國民經濟的迅速發展，幾年的城網改造，我國電網自動化水平發生飛躍發展，調度監控信息系統廣泛應用。電能主要的質量指標就是電壓。電壓的質量對于保證用戶生產和安全，產品的質量和電氣設備壽命與安全有著重要影響。在電網當中無功電力是和有功電力相同的，都是降低電能損耗，保證電網安全運行的重要組成部分。我國電力系統的規模不斷的擴大，電網之間的互聯性更強，整個電力系統的復雜程度也在不斷的提高，就使電壓的無功優化的控制問題也越來越大，在原來只是變電站側安裝電壓的自動控制系統已經不能滿足現在的需要了，這種控制的方式只是一種局部的控制，不能對整個電網進行優化。

大電網的電壓自動控制，不僅具有較高的安全性，其經濟性也在同等級控制技術當中，也有比較大優勢，能夠對全局進行多目標的控制，當前，這種控制技術已經成為了相關人員的研究重點。但是，在實際的工作當中，要想建立好比較健全的控制系統，還有著許多的困難，和一般的控制系統相比，基于大電網的這種自動電壓控制的控制技術，對于控制模式，有著更加嚴格的要求，并且，控制裝置也比較多樣。盡管有關的研究在不斷的進行，仍然有許多的問題，需要我們不斷的處理和研究。

2 自動電壓控制系統概述

自動電壓控制系統是通過監視變電站母線的電壓和關口無功，保證母線電壓和關口無功在合格條件下對無功電壓進行計算優化，通過調整電網當中，可控的無功電源出力，對變壓器的分接頭不斷調整，來達到經濟安全運行的條件，降低網損，提高電壓的質量。

一般而言，自動電壓控制系統（AVC）有兩種主要的形式，其中一種是集中型，在電網調度的系統和現場的調控裝置之間，閉環控制以實現AVC系統；另一種則是分散型，就是單獨的在現場的電壓控制裝置上調控模塊和計算模塊之間，閉環控制以實現AVC功能。

3 系統建設的必要條件

根據目前電網有關設備的運行狀況和電網自動化設備的具體狀況，自動電壓運行的控制系統的建設需要達到以下條件：

3.1 電網自動化調度系統的實用化水平要保持穩定

無功優化的自動電壓控制系統建設的前提條件就是電網自動化調度系統實用化的能力，電網自動化調度系統要可以提供全網準確的數據，是進行計算優化的基礎。另外，系統還需要具備遙控和遙調的功能。

3.2 要具備優良通道

進行主變分接開關的自動控制與電容器自動的投切，都要求具備優質通道。否則就不能保證系統正常的運行。比如進行大規模光纖環網的建設，就能夠給實施遠方的自動控制，提供好的條件。

3.3 變電站的RTU更新

經過自動化的建設，電力變電站需要保證進行RTU的換代更新，各個變電站的無功功率，有功功率以及母線的電壓完全采集，并且具有遙控的功能。

4 自動電壓控制系統的控制模式

通過長期實踐和研究發現，從技術方面來說，自動電壓系統控制模式的選擇和研究對于自動電壓控制技術實施成功與否具有決定性的作用。當前在國內外，自動電壓控制系統主要有三種模式：兩層電壓的控制模式，軟三層電壓的控制以及三層電壓的控制模式。

4.1 三層電壓控制模式

三級電壓的控制系統，其全局控制主要可以分成三個層次，一是一級電壓的控制，二級電壓的控制以及三級電壓的控制。其中，一級電壓控制是由控制速度較快的發電廠構成的，控制器是勵磁調節器。二級電壓控制是地區的AVC系統構成的，控制器是在發電廠安裝的側電壓控制器；三級電壓控制是省電力調度中心AVC系統所組成的，也被稱作是全局控制，它可以給出每個廠站優化之后的結果。

三層電壓的控制模式和兩層模式的方案相比，是利用了無功電壓區域特性把電網進行劃分成若干個可以相互解耦的控制的區域，并且以這種方式為基礎，實現分區分級控制。系統的控制力較強，可靠性能也比較高，但是這種模式十分的復雜，并且安裝設計的控制器也不能適應在電力系統當中，實時運行大幅度的變化。

4.2 兩層模式

兩層模式是一種比較簡單的控制模式，AVC的主站可以通過對于全網狀態的估計結果，實時的對電壓的控制進行決策，指令可以直接的下達到每個相關廠站，實施調節。對設備機械的投資也比較少，但是對于OPF依賴性比較強，在現實的運行當中不能保證可靠性，也不能夠確保電壓的穩定性。

4.3 軟三級控制模式

在三級的控制系統和二級控制系統都不能夠滿足我國電力系統的發展需要的時候，有關的專家學者提出了軟三級的電壓控制模式，并且這種模式已經在我國得到了比較廣泛的應用。這種控制系統不用研制地理上進行分布的二級電壓的控制器。但是實際上還是一種二級電壓的控制模式，不過在其中加入了三級電壓控制模式的思想，形成了一種新的控制模式。這種控制模式的思想是：先把整個電網合理的進行分區，然后選擇中樞的節點，再通過三級電壓控制實時的對電壓進行無功優化。給中樞節點電壓的參考值。然后在AVC的主站，以軟件的形式，進行軟二級電壓的控制，使中樞節點的電壓的實際值維持在參考值左右。

5 無功自動控制系統的運行效果及有價值的研究方向

5.1 系統的運行效果

①電壓質量顯著提高，社會效益倍增。電網電壓無功自動控制系統優化方案的采用，使得電壓合格率提高，通過對母線的監視，主站給出系統控制方案，可行性強，調節效果顯著；②輸電設備能力提高。電網電容器每天每臺平均投切次數降低，達到了無功分層就地平衡，提高了地區受電率。電網平均功率提高，保護了線路和變壓器。提高設備效率相當于增加了設備數量，節省了必要的設備投資，且增加了輸出電力的產值；③網損降低，經濟效益提升。該系統使得電網網損率降低，一年下來節省了不少設備開支，當區域電網全部大規模覆蓋之后，年效益非常可觀；④系統控制模式安全可靠，提高了電網安全運行水平。分層分級控制模式安全性強，電網控制能力巨大，克服了單獨站內就地控制裝置的局部控制缺陷，提高了整體控制水平。所具備的自動閉鎖功能將電網所受影響控制到最小程度，達到了優化策略的目的。

5.2 該系統有價值的研究方向

理論上講，集中且全局的處理局部優化數據，最通常的是考慮通過調度中心來控制，根據全網狀態進行最優化計算，得出最佳優化方案，該方式既可得出全網電壓無功最優解，又可進行安全性分析。具體的算法有線性規劃、遺傳算法、人工神經網絡等。這三者各有利弊：線性規劃速度快但不易收斂，遺傳算法速度慢不適于實時優化計算，人工神經網絡有待探索中。實現操作性強的實時全局優化控制值得作為未來的研究方向。

6 結束語

我國電力事業發展十分迅猛，使電力網絡連結成為了一個巨大復雜的互聯系統，所以，對與電壓調控的難度也越來越大。所以，大電網自動電壓控制系統的應用意義就變得更加的廣泛。對電力系統進行控制優化，分級進行監控每個子站的電壓，閉環進行控制，對防止電壓崩潰，減少網損，提高電力系統的經濟性和安全性，降低工作人員勞動的強度，增強經濟和社會效益，都有非常重要的意義。

[1]戴彥.自動電壓控制（AVC）系統控制策略的比較和研究[J].華東電力，2013（01）.

[3]黃旭東.自動電壓控制系統在發電廠側的應用[J].浙江電力，2014（01）.

[6]程倫，趙自剛.基于協調控制的自動電壓控制系統分析[J].河北電力技術，2012（03）.

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1004-7344（2016）05-0296-02

2016-2-5

吳志恒（1973-），男，助理工程師，中共中央黨校畢業。

李芳（1985-），男，助理工程師，碩士，畢業于內蒙古科技大學，控制理論與控制工程專業。