電壓無功控制系統(tǒng)（AVC）在電力系統(tǒng)中的運用探討

張紅梅

（國網(wǎng)山東省電力公司陽谷縣供電公司,山東聊城，252300）

0 引言

電壓無功控制系統(tǒng)主要利用對變電站的主變檔位控制來實現(xiàn)與電容器投切操作的閉環(huán)，實現(xiàn)自動化。我國目前階段所采用的電壓無功控制系統(tǒng)主要為集中式系統(tǒng)，根據(jù)控制模式可分為三級模式、二級模式和動態(tài)分區(qū)軟三級模式。其中二級模式應(yīng)用最廣泛，但其在線閉環(huán)控制原理無法實現(xiàn)真正的控制，為了適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展，清華大學(xué)提出了軟三級模式的概念，并已經(jīng)開始了應(yīng)用。

1 電壓無功控制系統(tǒng)的構(gòu)成

與三級模式和二級模式相比，清華大學(xué)所提出的基于動態(tài)分區(qū)的軟三級電壓無功控制系統(tǒng)模式更符合現(xiàn)階段電網(wǎng)建設(shè)和電網(wǎng)發(fā)展的特點，由于網(wǎng)架變化、電氣耦合的作用導(dǎo)致電網(wǎng)運行的變化會帶來負(fù)荷的波動，因此軟三級模式更加適合未來的發(fā)展和應(yīng)用環(huán)境。電壓無功控制系統(tǒng)通常需要包含三個功能模塊，分別為電壓無功優(yōu)化、遙控和報警。電力系統(tǒng)會通過命令的方式對系統(tǒng)當(dāng)中的遙控模塊進(jìn)行指令傳達(dá)，遙控模塊則通過數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控裝置SCADA進(jìn)行自動化的數(shù)據(jù)采集[1]，再接觸通訊通道將所采集到的遙測遙信信息數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)诫妷簾o功優(yōu)化模塊之中。管理人員再借助網(wǎng)絡(luò)建模的方式，對無功優(yōu)化所獲得的信息進(jìn)行分析，一旦出現(xiàn)信息數(shù)值超出標(biāo)準(zhǔn)，則會形成告警信息傳遞到報警模塊當(dāng)中，進(jìn)行警報。一般來說，為了能夠?qū)崿F(xiàn)快速、便捷的通信方式和分析方式，在模塊內(nèi)部還會采用分層分區(qū)的方法使控制建議更加準(zhǔn)確。

2 電壓無功控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫建設(shè)

電壓無功控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要包含對變電廠站、母線及控制設(shè)備的數(shù)據(jù)搜集和存儲，因此在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫建設(shè)時，設(shè)計人員一般需要使數(shù)據(jù)庫與自動化系統(tǒng)的一體平臺相互結(jié)合，幫助數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)更加便捷的信息獲取。因此設(shè)計人員在進(jìn)行調(diào)度自動化的設(shè)計時，需要建立以數(shù)據(jù)庫為中心的網(wǎng)絡(luò)建模，通過物理關(guān)聯(lián)關(guān)系實現(xiàn)電網(wǎng)信息、設(shè)備參數(shù)及實時遙測數(shù)據(jù)之間的溝通。在這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之中，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系可以保證對電網(wǎng)實際運行的狀態(tài)監(jiān)測和控制具有極高的靈敏度。

3 開展電力系統(tǒng)的無功控制系統(tǒng)配合

3.1 電力系統(tǒng)調(diào)壓的配合方式

電壓無功控制系統(tǒng)在使用過程中，要求具備調(diào)壓和時間段控制的能力，這就要求在系統(tǒng)建設(shè)的過程中需要對區(qū)域與廠站之間的配合關(guān)系和配合方式進(jìn)行研究。例如在對某220kV變電站所在區(qū)域進(jìn)行控制系統(tǒng)建設(shè)時，設(shè)計人員首先需要對該區(qū)域內(nèi)的電網(wǎng)電壓和無功狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，從而采用行之有效的設(shè)計策略。在具體的實施過程中，當(dāng)設(shè)計人員在進(jìn)行少部分的變電站進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)時需要首先完成本變電站的電壓調(diào)節(jié)；而當(dāng)所在的同一個區(qū)域之中所有變電站的電壓都符合要求規(guī)定時，則需要采用諸如電力電容器的控制設(shè)備對區(qū)域內(nèi)曾發(fā)生過電壓值過高或過低的變電站進(jìn)行控制，從而保證該區(qū)域電壓值始終保持在穩(wěn)定范圍之內(nèi)[2]。

3.2 電力系統(tǒng)中時間段控制的配合方式

時間段控制方面，設(shè)計人員則主要應(yīng)當(dāng)考慮電網(wǎng)的無功平衡特性和所進(jìn)行調(diào)控的設(shè)備所具有的運行特性。以某地域分區(qū)內(nèi)的110kV變電站設(shè)計為例，在進(jìn)行設(shè)計和配合時，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)首先對母線的電壓進(jìn)行檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)母線電壓過低時，則需要投入電容器，通過增加電容器投入率的方式，使母線電壓得到控制。此外，設(shè)計人員還需要將110kV變電站的母線電壓通過時間段單位的方式進(jìn)行統(tǒng)計，獲得電壓負(fù)荷曲線，從而借助調(diào)節(jié)電容器的方式來保證平衡。

4 電力系統(tǒng)中自動控制的運用方法

在進(jìn)行系統(tǒng)運用的過程中，設(shè)計人員需要對電壓無功控制系統(tǒng)的自動控制方法和主要方向進(jìn)行設(shè)計和研究。本文在對以往控制系統(tǒng)結(jié)果進(jìn)行研究和設(shè)計的過程中，將自動控制的主要運用方向總結(jié)為狀態(tài)控制、數(shù)據(jù)處理和系統(tǒng)周期控制幾個方面。

4.1 電力系統(tǒng)的狀態(tài)控制

在電力系統(tǒng)中，自動控制首先應(yīng)該進(jìn)行狀態(tài)控制。例如在某220kV變電站當(dāng)中，變電站使用分級分層設(shè)置進(jìn)行電壓無功控制系統(tǒng)的使用，變電站在實際使用過程中，由于其所具有的分層分級特點，使其在進(jìn)行狀態(tài)控制時更加簡單靈活，因此可以直接在設(shè)備上進(jìn)行設(shè)定。基于這一特點，本文在對變電站的系統(tǒng)、母線及主變和電容器的狀態(tài)進(jìn)行分析后，對于其使用設(shè)備具有自由選擇控制狀態(tài)這一要求，將控制狀態(tài)分為“建議狀態(tài)”和“自控狀態(tài)”[2]兩個部分，用以分別應(yīng)對不同的場景需要。譬如在電壓無功控制系統(tǒng)剛剛納入變電站時，工作人員需要采用“自控狀態(tài)”，通過值班員對系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行手動操作的方式來進(jìn)行開環(huán)作業(yè)；而在使用過程中，系統(tǒng)設(shè)備的采集方式、采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無誤，同時動作精準(zhǔn)，可靠性較高后，值班員則可以選擇“建議狀態(tài)”，通過閉環(huán)方式進(jìn)行系統(tǒng)控制，實現(xiàn)系統(tǒng)的自動化。

4.2 電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)的質(zhì)量檢驗主要是對數(shù)據(jù)采集的內(nèi)容進(jìn)行分析，對低劣質(zhì)量、壞質(zhì)量和死質(zhì)量進(jìn)行發(fā)現(xiàn)和剔除。其中，在自動化采集系統(tǒng)中，工作人員可以運用調(diào)度的方式對帶有質(zhì)量劣標(biāo)的內(nèi)容進(jìn)行識別和認(rèn)證，并將其標(biāo)注為無效量測數(shù)據(jù)；同時，運用自動化系統(tǒng)的調(diào)度，對采集到的量測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比識別，對超出規(guī)定限值的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)記，認(rèn)定為“壞數(shù)據(jù)”，定義為“無效”；在工作人員進(jìn)行自動化系統(tǒng)調(diào)度時，發(fā)現(xiàn)有部分?jǐn)?shù)據(jù)未能進(jìn)行實時更新，在一定時間之后，工作人員可以對其進(jìn)行標(biāo)記，認(rèn)定為“死數(shù)據(jù)”，定義為“無效”。在電壓運行的過程中由于無功的作用會出現(xiàn)瞬時擾動，擾動的出現(xiàn)和頻發(fā)會造成信號采集功能的時效和信號的不準(zhǔn)確，因此需要通過一定的技術(shù)手段進(jìn)行濾波處理。在自動控制技術(shù)中，濾波的處理方式為“數(shù)字濾波”，工作人員通過對采樣的周期、次數(shù)進(jìn)行設(shè)置，從而根據(jù)采樣范圍得出調(diào)節(jié)意見。遙測穩(wěn)定誤差一般出現(xiàn)有載調(diào)壓變送器的運行過程中，系統(tǒng)所能夠完成采集的數(shù)據(jù)在于電壓表記錄數(shù)據(jù)相互比較后存在一定的誤差，相較于前兩種數(shù)據(jù)誤差，遙測穩(wěn)定誤差的誤差范圍相對較小，工作人員可以通過自動閉鎖設(shè)備的方式利用控制系統(tǒng)進(jìn)行自動檢測，從而完成對誤差的判斷和修正，獲得準(zhǔn)確的采集數(shù)據(jù)數(shù)值。

4.3 電力系統(tǒng)的周期控制

在電壓無功控制系統(tǒng)之中，系統(tǒng)運行的周期一般分為采樣期、執(zhí)行期和命令期三個部分。其中，采樣期是系統(tǒng)利用遙感設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的周期，通常情況下工作人員需要結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，對系統(tǒng)自動實時更新數(shù)據(jù)的速度進(jìn)行分析。例如在前文的110kV變電站中，工作人員在完成分析后按照常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)將采樣期設(shè)定為10s/期，并逐期進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。執(zhí)行期的設(shè)置與采樣期一樣，通常為自由設(shè)置，由于在執(zhí)行期內(nèi)需要進(jìn)行電壓電網(wǎng)的無功功率計算，同時形成針對采樣數(shù)據(jù)的調(diào)節(jié)建議，因此系統(tǒng)的執(zhí)行期設(shè)定要求是采樣期的整倍數(shù)。命令期的設(shè)定則是根據(jù)執(zhí)行期和設(shè)備調(diào)節(jié)建議時間共同計算確定。

5 結(jié)論

作為現(xiàn)階段被廣泛應(yīng)用于變電站的系統(tǒng)平臺，電壓無功控制系統(tǒng)具有較高的適應(yīng)性，能夠滿足各種類型的變電站需求。其所具有的責(zé)任分區(qū)特點，使得自動化系統(tǒng)能夠獨立作為軟件運行，不受到集控分區(qū)約束，擁有更加強(qiáng)勁的運行效率和運行能力。

[1]梁俊文,林舜江,劉明波.主動配電網(wǎng)分布式無功優(yōu)化控制方法[J/OL].電網(wǎng)技術(shù),1-8(2017-07-25).

[2]付文秀,范春菊.SVG在雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)電壓無功控制中的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制,2015,43(03):61-68.