35kV變電站AVC系統控制策略分析

姚璟杰 許鳴吉 沈磊 劉嘉寶 毛偉

摘要：首先介紹了上海市北電網AVC系統的模式選擇及定值設置;隨后分析了主變分接頭和電容器的理論動作策略;最后，通過對轄區內富錦站單日AVC動作案例的分析，總結了現有策略存在的若干問題，可為后續策略優化研究提供基礎分析。

關鍵詞：AVC;動作策略;主變分接頭;電容器

0? ? 引言

隨著電力負荷和電網容量的增加，電網安全經濟問題日益突出。電力系統無功、電壓控制是電力系統規劃和運行研究的重要課題，對保證電力系統安全穩定，提升電網經濟運行水平具有重要意義。本文介紹了上海市北電網35 kV變電站自動電壓調控系統AVC的控制策略，以轄區內富錦站為例，總結了現有策略存在的若干問題，為后續策略優化研究提供了基礎分析。

1? ? 模式選擇及定值設置

AVC系統是以在線模式運行的電網電壓、無功控制系統，通過調度自動化SCADA系統采集各變電站、發電廠的母線電壓、母線無功、主變高/低壓側無功測量數據以及各開關狀態數據等實時數據進行在線分析和計算，從電網優化運行的角度調整全網中各種無功控制設備的參數，對其進行集中監視和分析計算，在滿足節點正常功率平衡及各種安全指標的約束條件下，以主變壓器分接開關調節次數最少、電容器投切最合理、發電機無功出力最優、電壓合格率最高和輸電網損率最小為綜合優化目標，實現電網經濟運行的過程，實現對無功裝置進行協調優化自動閉環控制。

無功限制模式設置共有四種，如表1所示。無功限制模式設置是以站為單位進行設置，默認為自動選擇模式。

以富錦站1號主變為例，無功允許閾值范圍采用自動選擇法，優先采用功率因數計算法，在輕負荷時自動切換至電容容量折算法，通過有功低限門檻值來判斷。

富錦站1號主變的有功低限門檻值設置為10 MW，當有功大于10 MW時，采用功率因數計算法，功率因數范圍為0.9～1，則無功允許閾值范圍Q∈[Ptan（arccos 1），Ptan（arccos 0.9）]，即Q∈[0 Mvar，0.48P Mvar]，如圖1所示，無功超出此閾值范圍則AVC動作。當有功小于10 MW時，采用電容容量折算法，無功范圍按控制母線上最大單組電容器容量的比值計算，最大允許吸收系數為0.95，最大允許倒送系數為-0.5。富錦站1號主變送10 kV一段母線，10 kV一段母線上10 kV 1號電容器由甲組和乙組組成，甲、乙組電容器總容量為主變額定容量（20 MVA）的15%，并按3：2分配，即1.8 Mvar和1.2 Mvar。采用電容容量折算法時，無功允許閾值范圍Q∈[1.8×（-0.5）Mvar，1.8×0.95 Mvar]，即Q∈[-0.9 Mvar，1.71 Mvar]，如圖1所示，無功超出此閾值范圍則AVC動作。

電壓允許閾值范圍采用固定電壓限值法確定，富錦站10 kV一段母線電壓允許閾值范圍設置為U∈[10.11 kV，10.59 kV]，電壓超出此閾值范圍則AVC動作。

2? ? 理論動作策略

當電壓或無功越限時，AVC系統在預判動作后的電壓和無功變化情況后，進一步選擇策略，各策略如表2所示。

3? ? 單日AVC動作案例

2020-04-16T00：00，富錦站1號主變有載檔位3檔，10 kV 1號電容器甲組投入，乙組未投。隨著運行工況的變化，富錦站1號主變無功值和10 kV一段母線電壓值超過允許閾值范圍，錄得AVC動作情況共10次，動作時間、動作原因、動作策略和動作效果如表3所示。

2020年4月16日富錦站1號主變有功/無功值、10 kV一段母線電壓值、1號電容器組電流值和主變有載檔位數如圖2所示。

（1）次數1和次數2：AVC動作次數1發生在02：19，此時電壓為10.61 kV，高于上限閾值10.59 kV，系統計算出預判動作后無功正常，所以選擇策略二，切1號電容器甲組，動作后電壓明顯回落，同時無功上升。02：25，無功越上限，AVC選擇策略9，投1號電容器乙組，動作后無功下降。次數1和次數2的策略準確性有待商榷，若在電壓開始越上限時選擇1號主變降檔，可以在使電壓下降的同時不讓無功上升至越限。

（2）次數7、次數8、次數9：與上述情況吻合，在電壓高時，切電容器引起無功升高越上限，從而投電容器又引起電壓升高，進而繼續切電容器。若在電壓開始越上限時選擇主變降檔，可避免上述AVC動作3次。

（3）次數6和次數8：當有功維持在10 MW以上，由于系統采用功率因數計算法，無功在2～3 Mvar波動并不會超出閾值范圍，但13：23和16：44，有功有從10 MW以上波動至10 MW以下的突變，使得系統立即改用電容容量折算法，無功越上限1.71 Mvar，AVC動作。建議在無功允許閾值范圍的邊緣處加上平滑的過渡曲線，增加的緩沖區能有效改善有功在10 MW左右抖動時AVC動作過于頻繁的問題。

4? ? 結語

AVC系統是目前電網應用較多的無功、電壓控制方法，涉及變電、繼保、自動化等相關專業技術領域。本文介紹了上海市北電網AVC系統的模式選擇及定值設置;分析了主變分接頭和電容器的理論動作策略;通過對轄區內富錦站單日AVC動作案例的分析，總結了現有策略存在的若干問題，可為后續策略優化研究提供基礎分析。

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收稿日期：2020-05-06

作者簡介：姚璟杰（1978—），男，上海人，助理工程師，主要從事電力規劃與調度工作。