解析自動無功電壓控制系統

肖婷婷

摘要：隨著高電壓等級、大容量和跨區電網的迅速發展，為保證電網安全、優質和經濟運行，對電壓質量提出了更高標準和更嚴格的要求。目前運用比較廣泛的變電站VQC裝置已經不能夠有效處理全網范圍內無功優化的問題，引入自動無功電壓控制（AVC）系統是必然的。本文介紹了自動無功電壓控制（AVC）系統的應用及其特點優點。

關鍵詞：自動;無功;電壓;控制;優化

電壓的穩定對于保證國民經濟的生產，延長生產設備的使用壽命有著重要的意義，而減少無功在線路上的流動，降低網損經濟供電又是重要目標，因此隨著負荷的波動對電壓與無功調節需求往往很頻繁，如果由人工進行調節干預，則一方面增加監控運行人員的負擔，另一方面靠人工去判斷操作很難做到調節的合理性。

自動無功電壓控制（AVC）系統是從全網角度分層、分區對電壓和無功進行協調優化控制，從PAS網絡建模獲取設備及網絡模型、從SCADA獲取實時采集數據并進行在線分析和計算，在確保安全穩定運行的前提下，對全網無功電壓狀態進行集中監視和分析計算，從全局的角度對有載調壓變壓器分接頭、可投切容抗器等無功電壓設備進行集中監視、統一管理和在線閉環控制，實現電網所有無功裝置自動調節，是保證全網電壓合格率、降低調度集控人員勞動強度、提高系統電壓穩定控制水平和電網運行經濟性的有效技術手段。

1、AVC系統應用的必要性

由于電壓調節的管理模式一直沿用著傳統的地域分散控制形式，所以現在電網結構逐漸的表現出一系列的弊端，主要的問題有：

（1）一部分變電站的母線電壓控制依靠調度監控人員的人工調節，運行人員需要時刻監視系統電壓情況，并進行人工調整，工作強度大，階梯性調節無漸變性會造成電網電壓波動大，造成變電站的電壓合格率較低。

（2）一部分變電站靠站內VQC裝置自動調節。由于VQC裝置只對本站內10kV母線電壓進行控制，如果要實現全部變電站的10kV母線電壓自動控制，每個變電站都需要安裝一套，建設所需要的資金量和人工非常大，而且VQC裝置只能保證本站內的母線電壓不會越限，無法從全網優化角度考慮，其全面推廣應用有較大的局限性。

（3）電廠之間，由于各電廠只關注自身母線電壓，沒有從全局角度協調無功分配，造成不必要的有功損耗。各廠、站無功電壓控制沒有進行協調，造成電網運行不經濟。

AVC系統投入后可以有效的抑制上述問題：

（1）無需人為監視調節，消除了人為因素引起誤調節的情況，有效降低了運行人員的工作強度。AVC電壓調節比手動調節更加頻繁，使電壓緩慢變化減小電壓波動。

（2）AVC系統是基于主站系統實現，不需要增加任何硬件設備，通過軟件功能開發和集成從而實現區域電壓無功優化控制。

（3）AVC系統從全局對電網無功潮流和發電機組無功功率進行協調控制，實現電廠母線電壓和無功功率的自動調控，合理協調電網無功分布，以保證電網安全穩定運行，提高電壓質量和減少網損。

2、AVC與VQC的比較

VQC的目的是自動控制變電站的電壓和無功以滿足經濟運行的要求。控制方法通常采用改變主變分接頭檔位和投切電容器組來改變系統的電壓和無功。目前，在國內運行的電壓無功綜合控制裝置（VQC）大多是按照測量電壓和無功控制法的控制原理設計的。

本質上AVC與VQC裝置都是電壓、無功自動控制設備，變電站端電壓無功控制原理是相似的。VQC只是AVC功能的一部分，AVC系統可以實現VQC的全部功能，并且可以部署到集控站和調度主站，實現全網和區域電壓、無功自動控制策略。但是AVC與VQC相比有很多的優勢，VQC裝置安裝在變電站，其無功的調節和電壓只能在局部調節，沒辦法達到電網全局的最優。而在調度端安裝的AVC已經在很多地區廣泛使用。AVC是從整個電網的角度，通過利用電網的實際運行數據，讓控制代價為最小，達到全網的最優，在改善各個節點間的電壓的同時減少了網損，使得變電站從單獨控制變為集中控制，電網無功從就地補償、就地平衡變為優化補償、分層平衡，該工作極大地提高了電網的安全、經濟運行水平和運行質量。

3、AVC系統的構成

AVC系統由三個主要模塊構成：自動電壓調整程序（AVC_MAIN/AVC_SEND）、遙控程序（AVC_YK_OP）和報警程序（AVCALM）。AVC_MAIN為核心模塊，其作用是從SCADA應用獲得電網的實時運行狀態，并根據分區調壓原則，對電網電壓進行監視，發現電壓異常時生成相應的調節措施。當系統處于閉環狀態時，AVC_YK_OP將調節措施交給SCADA的遙控程序，執行變壓器的升降、電容器或電抗器的投切。AVCALM負責顯示由AVC_MAIN提出的調壓建議和AVC_YK_OP所做的自動調壓措施。

信息流向：

4、AVC系統的控制策略

控制策略保證了AVC控制的有效性。AVC系統的控制策略包括：電壓無功綜合優化控制，區域電壓優化控制，無功分層分區平衡控制。

AVC控制設備對象是變電站有載調壓主變分接頭和電容器，變壓器和電容器的協調配合，提高電容器投入率，實現電壓無功綜合優化。電容器投切時進行電壓預算，避免電壓投切振蕩。考慮負荷曲線動態特性，減少設備動作次數。

當區域內無功分布合理，但廠站電壓普遍偏高（低）時，調節樞紐廠站控制裝置，可以盡可能少的控制設備調節次數，最大范圍使電壓合格，同時避免了兩級電網多變電站多主變同時調節引起振蕩。

在電壓合格時按無功分層分區或盡量就地平衡的優化原則檢查線路無功傳輸是否合理，通過實時靈敏度分析計算決定投切無功補償裝置盡量減少線路上無功流動，降低線損并調節有關電壓目標值。

區域無功欠補（不足），流進區域無功偏大時，從最末端低電壓等級廠站開始逐級上溯尋找可投入電容器，使得無功潮流盡量滿足分區平衡，線路上無功流動最小。

區域無功過補（富余），使區域無功倒流時，如果該區域不允許無功倒流（人工設置），則從最首端高電壓等級廠站開始逐級下行尋找可切除電容器，消除無功越限。

由于無功負荷變化及電容器容量配置等原因，實際運行中無功不可能完全滿足就地或分層分區平衡，在保證總的受電關口無功不倒流的前提下，同級電網各變電站之間無功可以倒送，以實現網損最優。

由于AVC對電壓無功調節設備直接進行遙控，與一般調度自動化軟件相比，安全性措施顯得非常重要。AVC對遙測遙信進行預處理，避免刀閘誤遙信對分區造成錯誤，并對異常事件自動閉鎖，減輕值班員處理異常事件的工作量，增強AVC運行安全可靠性，直到滿足自動解除閉鎖條件或值班員人工確認并解除閉鎖后該設備才會再次接受AVC控制。

結語

基于EMS系統的AVC系統集經濟性和安全性于一體，可以實現在安全約束下的閉環的經濟性控制。AVC是電力系統自動調度的關鍵功能，AVC功能推廣應用以后，使得電網電壓、頻率等電網重要參數更加穩定，這對電網的安全運行具有重要意義，同時電壓的穩定對用電設備的使用壽命，減少損耗等也有很大的幫助;通過AVC功能的應用，優化了全網的無功功率分布，提高關口功率因數，有效降低線損率;另外，系統的應用實實在在地減輕了調度監控人員監視、調節電壓的壓力，讓調度監控人員可以從大量的電壓越限告警處理和大量的對電壓無功調節設備的遙控操作中解脫出來，實現了電壓調度過程的自動化，同時提高了電壓的質量，提高了電網運行的安全性。

在電網規模日益增大的背景下，AVC系統將發揮更加重要的作用。AVC功能將為地區電網的安全、穩定、經濟運行發揮最大的效益。

參考文獻：

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