杭州電網(wǎng)AVC系統(tǒng)互聯(lián)協(xié)調(diào)控制的實現(xiàn)

陸 煒， 楊 揚， 李綏榮

（1.杭州市電力局，杭州 310009；2.煙臺東方電子技術(shù)中心，山東 煙臺 264000）

杭州電網(wǎng)AVC系統(tǒng)互聯(lián)協(xié)調(diào)控制的實現(xiàn)

陸 煒1， 楊 揚1， 李綏榮2

（1.杭州市電力局，杭州 310009；2.煙臺東方電子技術(shù)中心，山東 煙臺 264000）

簡要介紹了杭州電網(wǎng)區(qū)域電壓無功自動控制系統(tǒng) （AVC）互聯(lián)協(xié)調(diào)控制方式，通過建立實時協(xié)調(diào)模型和協(xié)調(diào)模型中關(guān)口變量控制，實現(xiàn)杭州電網(wǎng)的電壓無功全網(wǎng)協(xié)調(diào)控制，在保留原有各區(qū)縣調(diào)AVC系統(tǒng)電壓無功調(diào)節(jié)功能基礎(chǔ)上，通過增加杭州地調(diào)AVC系統(tǒng)，由地調(diào)AVC系統(tǒng)與原縣調(diào)AVC之間建立互聯(lián)協(xié)調(diào)控制，最終實現(xiàn)杭州電網(wǎng)基于全網(wǎng)無功優(yōu)化的電壓自動控制功能。

AVC系統(tǒng)；互聯(lián)協(xié)調(diào)控制；E語言；CIS接口

0 引言

目前基于區(qū)域電壓控制的AVC系統(tǒng)正處于理論研究完善和應用高速發(fā)展的階段，而基于全網(wǎng)無功優(yōu)化的電壓控制AVC系統(tǒng)也處于了理論探討和初步應用階段。大部分地區(qū)電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化控制采用的是集中式AVC系統(tǒng)：通過調(diào)度監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（SCADA）采集各節(jié)點遙測、遙信等實時數(shù)據(jù)，以各節(jié)點電壓合格、關(guān)口功率因數(shù)為約束條件，進行在線電壓無功優(yōu)化分析與控制，實現(xiàn)主變分接開關(guān)調(diào)節(jié)次數(shù)最少和電容器投切最合理、電壓合格率最高和輸電網(wǎng)損率最小的綜合優(yōu)化目標，實現(xiàn)電壓無功優(yōu)化運行閉環(huán)控制。

近年來，部分省級電網(wǎng)已經(jīng)或者準備實現(xiàn)基于分層分區(qū)原則的AVC閉環(huán)控制系統(tǒng)的部分功能。隨著區(qū)域電壓控制AVC系統(tǒng)應用的日漸普及，基于全網(wǎng)無功優(yōu)化的電壓控制系統(tǒng)理論探索，各級電網(wǎng)中AVC系統(tǒng)的互聯(lián)協(xié)調(diào)控制成為未來無功優(yōu)化電壓控制和管理的高級目標和發(fā)展方向。

根據(jù)目前杭州地區(qū)電網(wǎng)地調(diào)AVC系統(tǒng)和縣調(diào)AVC系統(tǒng)的分布及應用情況，設(shè)計并實現(xiàn)了杭州地區(qū)電網(wǎng)內(nèi)相關(guān)AVC系統(tǒng)的互聯(lián)協(xié)調(diào)控制，由一個基于全網(wǎng)無功優(yōu)化的地調(diào)自動電壓控制AVC系統(tǒng)和多個基于區(qū)域無功優(yōu)化的縣調(diào)自動電壓AVC系統(tǒng)組成地區(qū)全電網(wǎng)電壓無功控制系統(tǒng)，完成對地區(qū)電網(wǎng)電壓無功自動優(yōu)化控制。該方案充分考慮了杭州電網(wǎng)的組織結(jié)構(gòu)和AVC系統(tǒng)的應用現(xiàn)狀，在確保全網(wǎng)無功優(yōu)化、電壓自動調(diào)節(jié)前提下，通過關(guān)口協(xié)調(diào)變量控制和直接遙控遙調(diào)指令兩種指令方式混合使用來實現(xiàn)杭州地區(qū)電網(wǎng)的AVC互聯(lián)功能。

1 杭州電網(wǎng)AVC系統(tǒng)應用現(xiàn)狀

目前，杭州地區(qū)電網(wǎng)的電力SCADA系統(tǒng)分為杭州市地調(diào)SCADA系統(tǒng)和市區(qū)、桐廬、蕭山、富陽、余杭和臨安等6個縣調(diào)SCADA系統(tǒng)。2003年，首先在杭州地調(diào)SCADA系統(tǒng)上投入了市區(qū)各站的AVC系統(tǒng)，隨后依次在各縣調(diào)SCADA系統(tǒng)上投入了基于區(qū)域無功優(yōu)化的AVC系統(tǒng)。2009年，杭州電網(wǎng)AVC系統(tǒng)實現(xiàn)了與省級調(diào)度AVC系統(tǒng)的互聯(lián)協(xié)調(diào)控制。杭州電網(wǎng)自動化系統(tǒng)及AVC系統(tǒng)投運情況見表1。

表1 杭州電網(wǎng)AVC系統(tǒng)投運情況

這些AVC系統(tǒng)完全是在各自區(qū)域內(nèi)獨立進行無功優(yōu)化和自動電壓調(diào)節(jié)，由于各AVC系統(tǒng)之間無內(nèi)在聯(lián)系，使電壓無功調(diào)控無法同步和協(xié)調(diào)控制，也不可能實現(xiàn)杭州電網(wǎng)全網(wǎng)的無功優(yōu)化和電壓穩(wěn)定控制目標。隨著電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)的建設(shè)和完善，在杭州地調(diào)和各縣調(diào)之間已實現(xiàn)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡連接，為地調(diào)和各縣調(diào)AVC系統(tǒng)互聯(lián)具備了條件。

2 基于全網(wǎng)無功優(yōu)化的AVC系統(tǒng)

2.1 基于全網(wǎng)無功優(yōu)化AVC系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

按照電網(wǎng)自動化系統(tǒng)的分層及分割原則，根據(jù)杭州地區(qū)現(xiàn)行的電力調(diào)度組織結(jié)構(gòu)和SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，由一個運行在地調(diào)SCADA系統(tǒng)上的自動電壓控制系統(tǒng)和多個運行在縣調(diào)度SCADA系統(tǒng)上的自動電壓控制系統(tǒng)，協(xié)調(diào)完成整個電網(wǎng)的電壓無功控制。

地調(diào)AVC系統(tǒng)與地調(diào)SCADA系統(tǒng)采用一體化設(shè)計，基于全網(wǎng)無功優(yōu)化自動電壓控制算法完成對全網(wǎng)的電壓無功調(diào)控策略計算。地調(diào)AVC系統(tǒng)擁有本地區(qū)電網(wǎng)全模型數(shù)據(jù)，利用地調(diào)SCADA系統(tǒng)的電網(wǎng)模型和實時信息進行動態(tài)分區(qū)和靈敏度計算，并通過接口從地調(diào)SCADA系統(tǒng)獲取實時數(shù)據(jù)，對全網(wǎng)電壓無功進行綜合優(yōu)化計算與分析，得到電網(wǎng)電壓無功調(diào)節(jié)策略。將協(xié)調(diào)控制模型中關(guān)口控制變量實時控制策略，通過國調(diào)標準E語言文本下發(fā)到關(guān)口所在的縣調(diào)AVC系統(tǒng)中。在杭州地調(diào)和市區(qū)調(diào)度之間，則通過CIS接口將控制策略下達。

縣調(diào)AVC系統(tǒng)擁有所在區(qū)域電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)，實時接受地調(diào)AVC的全網(wǎng)協(xié)調(diào)控制策略，從縣調(diào)SCADA系統(tǒng)中獲取實時數(shù)據(jù)，最終完成對所在區(qū)域的無功優(yōu)化和自動電壓控制，地調(diào)和縣調(diào)AVC系統(tǒng)聯(lián)結(jié)關(guān)系見圖1。

圖1 杭州電網(wǎng)AVC系統(tǒng)互聯(lián)示意圖

2.2 AVC系統(tǒng)互聯(lián)實時協(xié)調(diào)控制模型文本傳送

地調(diào)AVC系統(tǒng)和各縣調(diào)AVC系統(tǒng)之間實現(xiàn)實時協(xié)調(diào)控制，可采用模型自描述的E語言文本文件來進行模型及數(shù)據(jù)的實時交互，并利用調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)實時傳送文件。

地調(diào)下發(fā)的E語言文本文件內(nèi)容數(shù)據(jù)由模型自描述和實時協(xié)調(diào)指令兩部分組成，模型自描述部分包括AVC系統(tǒng)、廠站模型、協(xié)調(diào)模型中關(guān)口母線和變壓器；而實時協(xié)調(diào)指令部分則主要為地調(diào)下發(fā)各關(guān)口實時協(xié)調(diào)電壓無功控制指令?？h調(diào)AVC系統(tǒng)上傳E語言文本文件中內(nèi)容除了互聯(lián)協(xié)調(diào)模型自描述外，還包括自身AVC實時狀態(tài)，各關(guān)口無功補償實時能力及電壓協(xié)調(diào)控制請求等。

2.3 AVC系統(tǒng)互聯(lián)算法及決策流程

杭州地調(diào)AVC系統(tǒng)是實現(xiàn)杭州電網(wǎng)無功優(yōu)化電壓自動控制系統(tǒng)的核心部分，其模型與原有SCADA系統(tǒng)中的應用軟件模塊緊密結(jié)合。AVC系統(tǒng)優(yōu)化控制算法充分利用SCADA系統(tǒng)中高級應用軟件相關(guān)模塊，包括實時網(wǎng)絡拓撲、實時狀態(tài)估計和實時潮流等模塊的計算結(jié)果，進行AVC動態(tài)分區(qū)和AVC實時網(wǎng)絡靈敏度分析。同時，根據(jù)收到的省級調(diào)度和地區(qū)網(wǎng)內(nèi)縣調(diào)AVC系統(tǒng)實時協(xié)調(diào)控制模型，完成基于杭州全網(wǎng)無功優(yōu)化的自動電壓控制策略和協(xié)調(diào)指令。

不考慮互聯(lián)協(xié)調(diào)限制條件時，地調(diào)AVC優(yōu)化控制計算模型可用下式表示：

式中：i為母線節(jié)點個數(shù)；PLoss為系統(tǒng)有功網(wǎng)損；λ1為罰因子；ViLim根據(jù)Vi實時取值；

考慮省地縣互聯(lián)協(xié)調(diào)限制條件后，優(yōu)化控制模型加入省地關(guān)口約束條件和縣區(qū)聯(lián)絡節(jié)點調(diào)節(jié)能力約束條件，得到地調(diào)在省地縣互聯(lián)時的優(yōu)化控制模型：

式中：λ2，λ3為罰因子；j為省地互聯(lián)模型中關(guān)口節(jié)點個數(shù)；k為地縣區(qū)實時協(xié)調(diào)模型中定義的關(guān)口節(jié)點個數(shù)；QjLim，QkLim的取值與ViLim相同。

杭州地調(diào)AVC系統(tǒng)的優(yōu)化控制目標，就是求取式（2）中F的最小值所對應的包括縣調(diào)無功調(diào)節(jié)設(shè)備在內(nèi)的電壓無功設(shè)備優(yōu)化控制方案。系統(tǒng)采用遺傳算法進行全網(wǎng)無功優(yōu)化計算，同時求取地調(diào)電網(wǎng)和縣調(diào)電網(wǎng)之間聯(lián)絡線節(jié)點的無功潮流值，即AVC系統(tǒng)的功率因數(shù)控制目標值，將此值下達給對應縣調(diào)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)。優(yōu)化控制結(jié)果同時依次滿足本區(qū)域母線電壓合格，網(wǎng)損最小和省地關(guān)口控制目標及下級電壓實時請求。

2.4 地調(diào)AVC系統(tǒng)與市區(qū)調(diào)度AVC系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制

地調(diào)AVC系統(tǒng)和市區(qū)調(diào)度AVC系統(tǒng)之間采用了參數(shù)統(tǒng)一的維護平臺，實現(xiàn)了設(shè)備模型的相互轉(zhuǎn)化，可確保地調(diào)自動化系統(tǒng)（DF8002）和市區(qū)SCADA系統(tǒng)（DF8003）的設(shè)備參數(shù)具有嚴格一一對應關(guān)系。因此，對于市區(qū)調(diào)度的互聯(lián)實時協(xié)調(diào)控制采用了直接遙調(diào)遙控指令下達的方式，由地調(diào)AVC系統(tǒng)統(tǒng)一計算，將實時設(shè)備控制指令通過CIS接口下達到市區(qū)調(diào)度AVC系統(tǒng)，由市區(qū)調(diào)度AVC系統(tǒng)執(zhí)行后，將控制指令的執(zhí)行結(jié)果再通過CIS接口上傳給地調(diào)AVC系統(tǒng)。采用一對一C/S結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)地調(diào)AVC系統(tǒng)和市區(qū)調(diào)度AVC系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)控制互聯(lián)。

CIS服務器和CIS客戶端分別安裝于地調(diào)AVC系統(tǒng)和市區(qū)調(diào)度AVC系統(tǒng)，提供2種數(shù)據(jù)訪問方式，用電網(wǎng)模型數(shù)據(jù)訪問的通用數(shù)據(jù)訪問接口（GDA）、變化數(shù)據(jù)訪問使用的高速數(shù)據(jù)訪問接口（HSDA）實現(xiàn)2個AVC系統(tǒng)之間的實時通信。根據(jù)地調(diào)AVC的運行狀態(tài)和控制設(shè)備閉鎖狀態(tài)信息，生成的實時調(diào)節(jié)指令和設(shè)備手工閉鎖操作信息，通過HSDA接口提供給市區(qū)調(diào)度AVC系統(tǒng)。市區(qū)調(diào)度AVC的運行、調(diào)節(jié)狀態(tài)，各設(shè)備的閉鎖狀態(tài)信息包括手工閉鎖操作及策略執(zhí)行狀態(tài)也通過HSDA提供給地調(diào)AVC系統(tǒng)，而地調(diào)的動態(tài)分區(qū)結(jié)果，實時靈敏度結(jié)果等電網(wǎng)模型慢變化數(shù)據(jù)則通過GDA提供給市區(qū)調(diào)度AVC系統(tǒng)訪問。

3 省地縣互聯(lián)的地調(diào)AVC系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 省地縣AVC系統(tǒng)的互聯(lián)

地調(diào)AVC系統(tǒng)處于省地縣互聯(lián)的中間層，通過省地關(guān)口實時數(shù)據(jù)交互實現(xiàn)省地互聯(lián)，通過地縣實時協(xié)調(diào)控制模型交互實現(xiàn)本地區(qū)內(nèi)AVC系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制：收集并上傳所轄省地關(guān)口無功調(diào)節(jié)能力至省調(diào)AVC系統(tǒng)；計算并得到實時控制指令下達給市區(qū)AVC系統(tǒng)；得到并下達地縣區(qū)關(guān)口實時協(xié)調(diào)指令實現(xiàn)與縣調(diào)AVC系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制；最終實現(xiàn)本地區(qū)母線電壓合格、網(wǎng)損最小、省調(diào)AVC關(guān)口無功指標合格和減少本地區(qū)設(shè)備調(diào)節(jié)次數(shù)的目標，互聯(lián)框圖見圖2。

圖2 省地縣AVC系統(tǒng)互聯(lián)

其中縣區(qū)調(diào)上行數(shù)據(jù)主要包括相關(guān)地縣關(guān)口的無功調(diào)節(jié)能力及運行狀態(tài)等，調(diào)節(jié)指令則主要包括關(guān)口無功目標及電壓合格范圍等。

3.2 地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)的決策流程

地調(diào)AVC系統(tǒng)在實時接收省調(diào)AVC給出的省地關(guān)口電壓控制目標及收集到各縣調(diào)AVC系統(tǒng)上傳的實時協(xié)調(diào)模型和數(shù)據(jù)后，周期性進行基于式（2）的全網(wǎng)優(yōu)化控制計算，返回的實時協(xié)調(diào)模型及實時協(xié)調(diào)控制指令以E語言文本文件模式或CIS接口模式傳送給相關(guān)縣調(diào)AVC系統(tǒng)，整個系統(tǒng)決策流程見圖3。

圖3 地調(diào)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)決策流程

4 AVC協(xié)調(diào)控制應注意的問題

AVC協(xié)調(diào)控制是AVC系統(tǒng)發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，對地調(diào)SCADA系統(tǒng)和AVC系統(tǒng)都提出了更高的要求，在準備和實現(xiàn)過程應該注意以下問題∶

（1）地調(diào)與縣調(diào)的SCADA系統(tǒng)必須穩(wěn)定可靠，地調(diào)AVC和縣調(diào)AVC都是基于SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)平臺的應用系統(tǒng)，平臺是基礎(chǔ)，基礎(chǔ)必須要可靠。

（2）地調(diào)和縣調(diào)SCADA系統(tǒng)采集的相關(guān)數(shù)據(jù)必須要準確同步，否則會影響協(xié)調(diào)策略效果。

（3）由于互聯(lián)時模型匹配是通過設(shè)備命名來實現(xiàn)的，地調(diào)與縣調(diào)中SCADA系統(tǒng)中設(shè)備的命名需要事先規(guī)范，命名不規(guī)范的需要對SCADA的命名進行修改。由于杭州地區(qū)和整個浙江省電力設(shè)備的命名做得比較好，所以實施時模型匹配非常順利，對SCADA系統(tǒng)的影響也較少。

（4）AVC協(xié)調(diào)控制工程是跨單位跨部門的綜合性工程，AVC協(xié)調(diào)直接影響電壓無功的實時控制，需要各單位部門在各階段的高度重視和積極配合。

目前，杭州地調(diào)AVC系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了與省調(diào)、市區(qū)調(diào)度AVC系統(tǒng)、蕭山縣調(diào)AVC系統(tǒng)的互聯(lián)，與其他縣調(diào)AVC系統(tǒng)互聯(lián)工程正在進行中。從已經(jīng)互聯(lián)的情況來看，能實現(xiàn)互聯(lián)區(qū)域整體的無功調(diào)控，能更好地響應省調(diào)對杭州地調(diào)的無功電壓分配，并利用區(qū)域內(nèi)所有可調(diào)設(shè)備來進行調(diào)控，使調(diào)節(jié)結(jié)果更優(yōu)。

5 結(jié)語

基于全網(wǎng)無功優(yōu)化的自動電壓控制系統(tǒng)和縣調(diào)自動電壓控制系統(tǒng)互聯(lián),不僅符合杭州地區(qū)電網(wǎng)現(xiàn)行的電力調(diào)度組織結(jié)構(gòu)和SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，而且解決了原縣調(diào)AVC系統(tǒng)各自獨立計算和控制帶來的不利影響。大大提高了杭州電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時也滿足了省地AVC系統(tǒng)的要求，實現(xiàn)了省地縣AVC系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制。

[1]陳浩，吳宇.分層控制系統(tǒng)在電網(wǎng)調(diào)度方面的應用[J].廣東電力，2004，17（6）∶22-24.

[2]盧強，孫元章.電力系統(tǒng)非線性控制[M].北京：科學出版社，1993.

[3]何仰贊，溫增銀，汪馥瑛，等.電力系統(tǒng)分析修訂版（上、下）[M].武漢∶華中理工大學出版社，1995.

（本文編輯：楊 勇）

Realization of Interconnection Coordination Control for Hangzhou Power Grid AVC system

LU Wei1，YANG Yang1，LI Sui-rong2
（1.Hangzhou Electric Power Bureau，Hangzhou 310009，China；2.Yantai Dongfang Electronics Information Industry Co.，Ltd，Yantai Shandong 264000，China）

This paper introduces the interconnection coordination control method of the regional Automatic Voltage Control（AVC）system for Hangzhou power grid.Itrealizes the coordination control of voltage and reactive power of Hangzhou power grid by establishing real-time coordination model and controlling gateway variables in the model.It applies regional power dispatch AVC system in Hangzhou and establishes the interconnection coordination controlbetween the regionaland counties′AVC systems apartfrom retaining the originalfunctions of voltage and reactive power adjustment of power dispatch AVC systems in all the regions and counties in order to realize automatic voltage control of Hangzhou power grid based on entire grid reactive power optimization.

AVC system；interconnection coordination；E Language；CIS interface

TM714.3∶TM732

B

1007-1881（2010）09-0004-04

2010-04-26

陸 煒（1978－），男，浙江湖州人，工程師，華北電力大學在職研究生，研究方向為電力系統(tǒng)電壓無功優(yōu)化控制。