AVC系統在中山電網的應用與優化

摘 要：本文介紹了一種與EMS（Energy Management System）一體化設計的AVC（Automatic Voltage Control）系統。系統根據電網電壓無功分布，自動選擇區域電壓控制、電壓校正控制、區域無功控制等控制策略，調用EMS遙控接口對無功設備進行周期性的控制，逐步優化無功潮流。系統實現了中山電網的無功電壓協調控制，同時結合電網實際情況提出了解決電壓和檔位遙測異常的方法。

關鍵詞：AVC 無功電壓協調控制 優化

中圖分類號：TM727文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）09（a）-0081-02

電壓是電能質量的重要指標，它對電力系統穩定性、用電設備的安全性、電網損耗等方面起著非常重要的作用。由于電網負荷的峰谷差異，電壓也呈現出峰期降低、谷期升高的特性，目前廣泛采用調節無功設備，來調整電壓質量。隨著變電站綜合自動化技術的發展，具備自動電壓無功控制功能VQC裝置對電壓質量發揮了重要的作用，但由于其數據源和控制手段都局限于一個變電站內，本身也存在不能站間協同控制、投資大、告警信號不穩定等缺陷。為了進一步提升電壓質量，同時消除VQC系統的局限性，中山電網在調度自動化EMS上建設了AVC系統，實現了全網的無功電壓協調控制。

1 系統的功能

AVC（Automatic Voltage Control）系統的主要功能是在確保電網安全穩定運行的前提下，各等級的電壓、保證電網各片區和關口功率因數合格，盡可能減少線路無功傳輸、降低因電網流引起的不必要無功潮有功損耗。系統從EMS獲取網絡模型和實時數據，進行在線分析和計算來生成控制命令，調用EMS系統的遙控接口對變電站有載調壓裝置和無功補償設備進行統一管理、集中監視和在線控制，實現全網無功電壓優化控制。

2 控制策略和流程

2.1 控制策略

AVC（Automatic Voltage Control）主要有3種控制策略：區域電壓控制、電壓校正控制、區域無功控制。

（1）區域電壓控制

控制區域樞紐廠站電壓無功設備，校正或優化區域內母線群體電壓水平。區域群體電壓水平受區域樞紐廠站無功設備控制影響，是區域整體無功平衡的結果。結合實時靈敏度分析和自適應區域嵌套劃分確定區域樞紐廠站。當區域內分布合理，但區域內電壓普遍偏高（低）時，調節樞紐廠站無功設備，盡可能少的控制設備調節次數，使最大范圍內電壓合格或提高群體電壓水平，同時避免區域內多主變同時調節引起振蕩，實現區域電壓控制的優化。

（2）電壓校正控制

電壓校正控制：主要由各廠站就地控制無功設備快速響應就地電壓的變化。由實時靈敏度分析可知，就地無功設備控制可最快、最有效地校正當地電壓越限。廠站內變壓器和電容器按九區圖基本原理分時段控制。電壓限值根據逆調壓規則確定，低谷時段電壓上限偏低，高峰時段電壓下限偏高，實現逆調壓。

（3）區域無功控制

區域無功控制：全面協調控制發電機容抗器投切、無功出力、變壓器分接頭升降，使全網電壓線路無功潮流最小、水平盡可能高、降低網損。當電網電壓合格并處于較高運行水平后，按無功分層分區甚至就地平衡的優化原則檢查線路無功傳輸是否合理，通過實時潮流靈敏度分析計算決定投切無功補償裝置以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。

1）區域無功欠補（不足），流進區域無功偏大時，根據實時潮流靈敏度分析，從該區域補償降損效益最佳廠站開始尋找可投入無功設備，使得無功潮流在盡可能小的區域內滿足分區平衡，線路上無功流動最小；

2）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，根據實時潮流靈敏度分析，從該區域切除電容器校正無功越限最靈敏廠站開始尋找可切除無功設備，消除無功越限。

2.2 控制流程

AVC（Automatic Voltage Control）根據電網電壓無功空間分布狀態自動選擇控制策略，控制策略優先級為區域電壓控制>電壓校正控制>區域無功控制。AVC閉環控制隨時間跟蹤電壓無功狀態自動協調有序進行，AVC檢測到電壓越限時，啟動區域電壓控制或電壓校正控制，控制命令調用遙控接口，遙控命令通過EMS控制無功設備，從而形成新的穩態潮流并消除越限。全網電壓合格時，啟動區域無功優化控制，無功設備調節采用序列投切，即每周期內只允許一次投切動作。下一周期，AVC根據新的潮流狀態自動判斷選擇控制模式，從而逐步逼進優化運行狀態并且避免控制過調。AVC系統總體數據流程如圖1。

3 實現方式

3.1 與EMS系統一體化設計

AVC（Automatic Voltage Control）作為EMS系統的一個應用與EMS平臺一體化設計，可從PAS網絡建模獲取控制模型、從SCADA獲取實時采集數據并進行在線分析和計算，對電網內各變電所的有載調壓裝置和無功補償設備進行集中監視、在線控制和統一管理，實現全網無功電壓優化控制閉環運行。AVC一體化設計具備以下優點：

1）數據無縫銜接，利于方便考慮足夠有效的安全措施；

2）減少控制命令的傳輸環節，保證控制過程的流暢性和可靠性；

3）網絡建模及參數驗證自動完成且只需維護一套參數，與EMS系統共享人機界面，減少維護工作量；

4）基于穩定可靠、安全性高的UNIX操作系統，減少系統網絡不安全因素；

一體化設計的AVC系統的建模數據流程如圖2。

3.2 進程配置

AVC軟件作為EMS系統的一個應用，可配置在EMS系統Ⅰ區任何一臺服務器節點上，配置主備節點互為熱備用，由于AVC對CPU、內存等資源占用較小，可布置在互為備用的SCADA節點上，其它節點作為客戶端具備瀏覽功能，可用作監視管理、圖模維護和功能演示，AVC進程配置示意圖如圖3。

4 應用效果

中山電網現有500kV變電站2座，220kV變電站15座，110kV變電站66座，目前除500kV變電站外其他81座變電站均接入AVC運行。系統投運后，調通中心編制了《中山供電局自動電壓控制系統運行管理規定》和《中山供電局自動電壓控制系統監控員使用手冊》。系統投運后達到了預期的效果，提升了電壓合格率，降低了網損，如表1表2所示。

5 安全性和效率優化

5.1 對電壓遙測異常的處理

10kV母線的線電壓是AVC最重要的實時數據，它對系統的控制起著非常重要的作用。由于數據經過了PT、變送器、測控裝置、遠動機和EMS前置系統轉換而來，當某個環節故障而引起電壓不合格并保持不變化時，可能引起AVC連續調節從而導致電壓調節越限，而此時SCADA系統無法給出告警。

對于這種問題可以通過比較調壓前后母線電壓的變化來實現。當主變控制成功后，檢測調壓命令發出一定時間后母線電壓變化情況，若小于一定的值或與主變調節趨勢相反，則認為該主變調節異常，及時閉鎖該主變。

增加上述閉鎖條件后必須提高電壓遙測量的準確性及上送速度，從而防止出現調壓后電壓不變化

引起AVC對主變不必要的閉鎖。在新站遠動驗收時，對10kV母線電壓應要求絕對誤差不超過0.1kV。驗收時分別以10.0、10.5、10.7kV為基值，驗證在+/-0.1kV變化時，主站系統能正確收到變化；同時建議將10kV母線電壓的遙測序號定在最前面，從而加快電壓變化的上送時間。在AVC接入前，應觀察10kV母線電壓曲線，若曲線呈不連續的階梯狀變化時，應采用減小測控裝置、遠動裝置遙測上送門檻值的方法來解決。

5.2 對變壓器“0”檔位的處理

為了防止主變滑檔，AVC在調節一次檔位變化超過2檔時會閉鎖該主變的調節。系統一般將檔位變化后第一時間收到的檔位作為調檔后的檔位與調檔前對比，若超過2檔則閉鎖。但由于主變檔位的變化行程較長，在變化過程中會出現“0”等中間檔位，由于一些遠動機不能對檔位作延時判斷處理，調檔時經常會先上送一個中間檔位，此時系統絕大多數情況會判調檔超過2檔（即滑檔），閉鎖主變調壓。而穩定的檔位隨后上送后，又會判手動操作（在沒有AVC調壓的情況下，主變由0檔變化為其他的檔位）。遇到這種現象時，調度員需要手動復歸“分接頭滑檔”、“主變手動操作”兩個信號，從而降低了主變的調節效率。

解決這一問題，可以將系統調檔后3個采樣周期內穩定不變的檔位作為調檔后的檔位與調檔前進行對比，這樣可以有效的將中間檔位作為異常數據排除。

5.3 模型的準確性

電網模型是AVC控制的重要基礎數據，它描述了電網設備的拓撲連接關系和線路、變壓器、電容、電抗器等設備的參數，必須為AVC提供準確的電網模型才能保證系統控制的安全性和準確性。

這就要求自動化維護人員在電網模型發生變更時（例如容抗器由Ⅰ段改接至Ⅱ段，變電站的110kV、進線發生改接線）重新生成新的電網模型，并向AVC拷貝。自動化人員還應經常通過使用EMS系統的狀態估計來檢查電網的模型，對大誤差點進行分析排查，提高模型的準確性。

另外，當遠動系統沒有采集的10kV分段、變壓器低壓側的刀閘位置發生變化時，應提醒調度員及時對相應的刀閘人工置位，以保證拓撲的準確性，防止系統判斷母線不帶電而停止控制。

6 結語

AVC系統實現了中山電網全網的電壓無功協調控制，提高了電壓合格率，降低了網損。在建設和運行過程中，我們采用了一系列技術措施提升了系統的安全性和有效性。作為一套建設在EMS系統上的自動控制系統，它也對遠動數據的準確性和實時性提出了更高的要求，隨著SVC、STATCOM等無功補償技術的成熟以及負荷多樣化的發展，AVC有著廣闊的研究空間。

參考文獻

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