地區電網AVC定值及策略優化

阮璇，張鵬，陳偉，王以波，張曉思

（云南電網有限責任公司昆明供電局，云南 昆明 650011）

0 前言

自動電壓控制（Automatic Voltage Control,AVC）作為提高電壓質量的重要手段獲得廣泛應用，隨著智能電網的發展，電壓控制逐漸復雜化[1-4]。2021年某地區電網A類電壓合格率為99.83%，同比提升0.2個百分點，但A類、D類指標管控較難[5]。電壓合格率除受供電半徑、負荷分布、季節性負荷變化等因素影響外，也受到地調主站端電壓控制不足的影響[6-10]。目前地調主站自動電壓控制系統主要存在以下幾個問題：

1）集中監控廠站體量大導致調壓任務重。調控一體化和縣調集約化后，地調納入電壓管理的廠站達216座，其中35 kV變電站仍有9座未接入地調主站AVC功能，人工調壓任務重。

2）AVC定值設置不合理導致無法貼合實際情況。AVC定值設置不夠靈活，AVC策略與各地區、各廠站的負荷、電壓變化不匹配，導致AVC失去時效性。

3）AVC策略單一導致廠站缺乏配合。AVC策略為簡單的“就地調壓”，廠站上下級間配合不足，部分上級廠站調壓遲緩，下級廠站調壓頻繁，導致設備損耗嚴重。

4）未考慮過負荷對主變AVC功能的影響。負荷較重的地區，主變過負荷閉鎖調壓后，人工調壓和AVC均無法使用。

針對目前電壓和AVC現狀，本文從定值優化和策略優化兩方面展開研究，設計了適合地區電網調壓的智能AVC總體優化方案：

1）定值優化方面以分時段定值整定和特殊廠站定值整定相配合，使AVC電壓上下限貼合實際負荷和電壓情況，提高就地調壓時效性；

2）策略優化方面以區域調壓和就地調壓相配合，提高區域整體電壓調節效率，減少設備動作次數，此外，在負荷較重的廠站采用預調壓措施，實現提前調壓；

3）在上述基礎上考慮了完備的安全閉鎖策略，確保AVC的安全性和可靠性。

AVC優化的控制目標和原則為：

1）優先保證電壓合格率，其次考慮無功優化，不能同時滿足電壓和無功要求時，應首先滿足電壓要求；

2）減少無功設備和主變分接頭動作次數，降低設備損耗，優先投切無功設備，再調整主變檔位，220 kV變電站主變檔位盡量不調整。

1 AVC定值優化

1.1 分時段定值整定

分析某地區電網24 h負荷曲線可知，晚上23:30至次日08:00為負荷低谷時段，上午08:00至晚上23:30為負荷高峰時段，負荷高峰時段中又分別有上午、下午、晚上3個小高峰，上午08:00和晚上23:30開始，負荷變化快，為電壓調整的高峰期，需大量投退無功設備和調整主變檔位，電壓整體升高或降低后，負荷雖出現幾個小高峰或低谷，但變化相對較緩。

根據某地區電網負荷曲線，分時段設置AVC通用定值，晚上23:30至次日08:00負荷低谷時段，增大電壓上下限區間，降低電壓動作下限，使母線電壓在合格范圍內偏低壓運行；上午08:00至晚上23:30負荷高峰時段，減小電壓上下限區間，升高電壓動作下限，使母線電壓在合格范圍內偏高壓運行。分時段整定AVC通用定值一定程度上保證了負荷高峰時段調壓的靈敏度，同時也遵循逆調壓原則，適用于大部分負荷變化較平穩的廠站。

1.2 特殊廠站定值整定

對于全天負荷起伏多次或變化率快的變電站，分兩個時段的通用定值已不再適用，需根據該廠站負荷特性設定AVC定值上下限區間，或分多時段設定不同的定值區間，以避免負荷快速升高或降低時，母線電壓變化過快而調壓不及時造成電壓越限。

AVC通用定值分時段整定和特殊廠站定值整定相配合，同時實現了定值的通用性與多樣性，使得AVC動作更貼近負荷特性。

2 AVC策略優化

電壓和無功控制基本原則為：分層分區，就地平衡。地區電網基于該原則進行AVC策略優化，區域調壓和就地調壓相配合，在此基礎上，負荷較重的廠站加入預調壓功能，實現提前調壓，最后再進行無功優化。

2.1 區域調壓

地區電網區域調壓主要以220 kV變電站為樞紐，調節其110 kV母線電壓從而調整該片區整體電壓，因此區域調壓應以下級變電站電壓和AVC運行情況為判斷參數，才能實現快速響應，如以220 kV樞紐變電站110 kV母線電壓作為AVC動作判斷標準，則容易造成上下級AVC不匹配，發生下級電壓已大面積越限而上級AVC還未動作的情況。區域調壓動作條件設置為當下級110 kV變電站電壓批量越限或主變檔位和無功設備AVC大量閉鎖時，投切上級220 kV變電站無功設備，必要時調整主變分接頭，調節區域整體電壓，減少該區域下級變電站調壓設備動作次數。

AVC系統自動實現拓撲追蹤和區域劃分，把斷路器、主變、母線等設備設為節點，當電網方式發生變化時，讀取SCADA系統遙信數據，自動刷新地區電網拓撲并判斷上下級關系，實現動態分區，防止非正常運行方式下AVC錯誤動作。

電網拓撲動態分區示例如圖1所示。正常運行方式下，110 kV C變電站為線路變壓器組運行方式，兩臺主變分裂運行，電源點分別來自220 kV A變電站和220 kV B變電站，兩個220 kV變電站分別作為C變電站的上級樞紐。因檢修或方式需要電網拓撲發生變化，110 kV C變電站變為主備方式供電，兩臺主變高壓側并列運行，電源點來自220 kV A變電站，僅A變電站作為上級樞紐。

圖1 電網拓撲動態分區示例

2.2 就地調壓

就地調壓適用于每個廠站，根據九區調壓原理圖，配合AVC定值優化，快速靈敏地調節各廠站電壓，其靈敏度高于區域調壓，快速響應本地電壓變化。九區調壓圖如圖2所示。就地調壓電壓上下限由前述AVC定值整定決定，功率因數上下限根據廠站的具體特性設置為0.95～0.99或0.90～0.99。實際運行中大部分變電站功率因數基本能滿足要求，因此九區調壓主要在1區、0區和5區中進行，為降低主變調壓風險，電壓越上下限時優先投切無功設備，無功設備無法滿足要求時，再調節主變檔位。無法同時滿足電壓和無功要求時，優先滿足電壓要求。

圖2 九區調壓圖

2.3 預調壓

負荷較重的廠站，主變過負荷閉鎖調壓后，無法調壓將導致電壓越下限，針對這種情況在AVC策略中附加預調壓措施，以廠站負荷曲線為參考，在負荷還未達到主變閉鎖調壓前，提高母線電壓使之偏上限運行。

某35 kV變電站35 kV #2主變負荷和10 kVⅡ母電壓曲線如圖3所示。35 kV #2主變負荷達到85%以上自動閉鎖調壓，此時10 kVⅡ母電壓無其他調節措施，電壓越下限，采用預調壓策略后，AVC系統根據當前負荷曲線斜率和歷史負荷曲線進行負荷預測，推算電壓上升趨勢，在主變負荷達到閉鎖調壓前半小時開始調壓，逐步升高主變檔位，使10 kV Ⅱ母電壓提前升高至10.5 kV左右，如圖中虛線曲線所示，隨著用電負荷的增長，電壓降到合格電壓區間中下游，越下限幾率降低。

圖3 某35 kV變電站35 kV #2主變負荷和10 kVⅡ母電壓曲線

3 安全閉鎖

無功設備和主變檔位在設備發生異常時應及時閉鎖，避免帶異常動作引發電網風險，結合SCADA系統采集到的電網信息，考慮以下幾種安全閉鎖AVC的情況：

1）主變分接頭拒動、主變分接頭滑檔、電容兩次拒動、變壓器調檔異常。

2）電容、主變跳閘。

3）電容、主變動作次數越限。

4）設備冷備用。

5）母線接地。

6）電容器間隔發控制回路斷線、彈簧未儲能等影響斷路器動作的信號。

7）主變間隔發主保護動作、油溫高告警、過負荷告警等影響調壓的信號。

4 效果分析

220 kV甲變電站片區110 kV乙變電站和110 kV丙變電站AVC優化前后主變調壓次數（日均）見表1。AVC優化前，該片區上下級調壓不配合，110 kV乙變電站和110 kV丙變電站調壓頻繁，AVC次數越限閉鎖后均需要人工調壓，主變日均調壓次數分別為5.59次和5.91次，采用區域調壓優化后，220 kV甲變電站AVC提前調節片區電壓，110 kV乙變電站主變調壓次數可減少約1.41次/日，110 kV丙變電站主變調壓次數可減少約1.93次/日。

表1 110 kV部分變電站AVC優化前后主變調壓次數（日均）

35 kV部分變電站AVC優化前后10 kV母線電壓合格率見表2。AVC優化前，丁變電站和戊變電站均因#2主變過負荷過負荷閉鎖調壓導致10 kV Ⅱ母電壓越下限情況嚴重，電壓合格率分別為99.25%和99.86%，越下限率分別為0.63%和0.12%，AVC優化加入預調壓功能后，該電壓越限情況消除，丁變電站10 kVⅡ母電壓合格率可達99.88%，戊變電站10 kVⅡ母電壓合格率可達99.98%。

表2 35 kV部分變電站AVC優化前后10 kV母線電壓合格率

5 結束語

本文分析并設計了地區電網適用的AVC總體優化控制策略。在原就地電壓控制的基礎上進行AVC定值優化，提高AVC動作效率，使得AVC更加貼合實際電網負荷和電壓變化，并采用就地調壓、區域調壓和預調壓相結合的策略，調節本地和區域電壓的同時減少調壓設備動作次數，同時解決了主變過負荷閉鎖調壓引起的電壓越限問題。根據效果分析，AVC定值優化和AVC策略優化相結合，可有效提高電壓合格率、降低設備損耗，大大降低地調監控人員的勞動強度。下一步AVC建設重點將進行地、縣區調壓配合優化，進一步提升偏遠地區母線電壓質量。