華東電網(wǎng)自動電壓控制系統(tǒng)網(wǎng)省協(xié)調控制方案研究

牟善科，秦 瑩

（1.華東電網(wǎng)有限公司，上海 200120；2.華東電力設計院，上海 200001）

0 引言

隨著特高壓電網(wǎng)的建設，電網(wǎng)結構和運行特性日益復雜，對電網(wǎng)安全穩(wěn)定控制能力的要求也越來越高。為保證各級電網(wǎng)的電壓穩(wěn)定，自動電壓控制（AVC）系統(tǒng)已在網(wǎng)省調中普遍應用，且達到了提高電壓質量、降低系統(tǒng)網(wǎng)損和提高電壓穩(wěn)定水平的效果。

目前，華東網(wǎng)調AVC系統(tǒng)對江蘇、浙江、安徽、上海?。ㄊ校﹥?nèi)500 k V變電站的低壓電容器、電抗器采用直控方式。但在目前大運行的調度管理方式下，華東區(qū)域內(nèi)500 k V變電站已由各省調進行運維管理。因此，華東AVC主站直接向變電站下發(fā)開關遙控指令的方式已不再適用，需研究新的500 k V變電站無功電壓網(wǎng)省協(xié)調控制方案，實現(xiàn)網(wǎng)省調各自管理的電網(wǎng)之間的最優(yōu)無功電壓控制，以對具備一定條件的電網(wǎng)調度中心提供參考借鑒作用。

1 網(wǎng)省AVC協(xié)調控制原則

華東網(wǎng)調AVC系統(tǒng)與江蘇、浙江、安徽、上海各?。ㄊ校┱{AVC系統(tǒng)的綜合協(xié)調控制方案基于500 k V主變低壓側無功直控，500 k V主變中壓側無功協(xié)調的原則，即500 k V主變低壓側的無功設備由網(wǎng)調AVC系統(tǒng)直控，500 k V主變中壓側的無功作為網(wǎng)省協(xié)調控制的對象（見圖1）。

500 k V主變低壓側無功直控模式是為適應大運行調度管理方式，華東網(wǎng)調通過省調AVC系統(tǒng)對500 k V變電站實施分布式控制，保證網(wǎng)調對500 k V母線電壓的控制能力。500 k V主變中壓側無功協(xié)調模式體現(xiàn)了網(wǎng)調和省調之間“雙向互動”的上下級協(xié)調控制方式，與以往僅強調省調對網(wǎng)調的追隨方式不同。協(xié)調控制的目標為：合理充分運用網(wǎng)、省調各自的無功調節(jié)資源，在電壓合格的基礎上達到電壓等級間無功的合理分布，降低網(wǎng)損。

2 主變低壓側無功直控方案

2.1 方案說明

華東區(qū)域（除福建省外）500 k V變電站主變低壓側無功設備由華東AVC主站直控，可采用網(wǎng)－省二級協(xié)同的分布式控制模式，在江蘇、浙江、安徽、上海各?。ㄊ校┱{AVC系統(tǒng)中建設500 k V變電站控制的策略執(zhí)行子站模塊（以下簡稱省調子站模塊），通過主站下發(fā)控制指令、子站執(zhí)行指令并直控開關的方式，實現(xiàn)華東網(wǎng)調對500 k V低壓側無功設備直接、有效的控制。對于福建電網(wǎng)，不存在華東網(wǎng)調直控其低壓無功設備的情況。

網(wǎng)－省二級協(xié)同的分布式控制流程如下：

1）子站模塊上傳無功設備信息 省調子站模塊根據(jù)電網(wǎng)拓撲結構、無功設備運行狀態(tài)等，實時計算500 k V主變低壓側的可增減無功容量，并上傳至網(wǎng)調AVC主站。

2）主站優(yōu)化計算并下發(fā)指令 網(wǎng)調主站進行優(yōu)化計算，并根據(jù)計算結果向省調子站模塊發(fā)送每臺500 k V主變低壓側的無功調節(jié)指令。

3）子站模塊遙控投切無功設備 省調子站模塊按照無功調節(jié)指令，選擇主變低壓側可控制的無功設備進行遙控投切。

2.2 網(wǎng)調AVC主站功能

對于網(wǎng)－省二級協(xié)同的分布式控制模式，華東網(wǎng)調AVC主站應具備的功能包括：

1）實時數(shù)據(jù)采集 采集數(shù)據(jù)包括500 k V變電站無功設備控制狀態(tài)和主變低壓側可增加無功容量等，采集周期不大于30 s。

2）控制策略計算 在保證主變高、中、低三側母線電壓合格的基礎上，追隨全局無功優(yōu)化給出的500 k V母線電壓優(yōu)化設定值，進行策略計算，考慮并列運行的多臺主變的低壓側無功均衡，優(yōu)化選擇投切容量。

3）廠站協(xié)調控制 控制執(zhí)行時應考慮離散調節(jié)設備和連續(xù)調節(jié)設備的動作時序要求，相互協(xié)作，避免過調或欠調，避免出現(xiàn)電廠和變電站之間不合理的無功流動。

4）站站協(xié)調控制 主要實現(xiàn)自動控制的500 k V變電站和未參與自動控制的變電站之間的控制配合，以及自動控制的500 k V變電站之間的電壓協(xié)調控制。協(xié)調局部區(qū)域變電站設備的時序控制。

5）控制指令下發(fā) 通過遙調設點方式，給出主變低壓側的無功變化值。

6）統(tǒng)計分析功能 自動統(tǒng)計500 k V變電站閉環(huán)控制的投運率和閉環(huán)控制的成功率。

2.3 省調AVC子站模塊功能

對于網(wǎng)－省二級協(xié)同的分布式控制模式，省調AVC子站模塊應具備的功能包括：

1）集成于AVC系統(tǒng) 500 k V變電站控制子站模塊應集成于省調AVC應用中，在省調AVC應用中建立500 k V變電站的控制模型，在省調AVC應用中統(tǒng)一監(jiān)控。

2）變電站信息采集 子站模塊應采集變電站相關的遙測遙信信息，包括電容／抗器開關刀閘信號、電容／抗器及主變分接頭的遠方／就地控制信號等。

3）控制參數(shù)設置 具備從平臺數(shù)據(jù)庫中自動同步所需參數(shù)的功能。可設置的參數(shù)包括設備最大操作次數(shù)、設備日平均操作最大次數(shù)、設備操作間隔時間、操作失敗允許重試次數(shù)等。

4）變電站運行監(jiān)控 實時監(jiān)視各500 k V變電站的遠方／就地狀態(tài)、主變?nèi)齻饶妇€電壓、低壓無功設備運行狀態(tài)、有載分接頭裝置狀態(tài)等，能夠對選定的電容／電抗器設備和有載分接頭設備進行通道測試，下發(fā)控制命令。

5）可調容量計算 綜合考慮設備當前運行狀況，排除由于各種約束條件閉鎖不能參與控制的設備，計算和統(tǒng)計主變低壓側可增減無功容量。

6）控制信息上傳 根據(jù)網(wǎng)調主站要求，通過遙信、遙測方式，上傳變電站采集信息和可增減無功容量計算結果。

7）控制指令執(zhí)行 執(zhí)行網(wǎng)調AVC下發(fā)的無功調節(jié)指令，同時綜合考慮設備的動作情況，選擇控制對象，生成控制策略。

8）統(tǒng)計分析功能 以曲線形式顯示控制設備動作前后相關設備的運行狀態(tài)，自動統(tǒng)計給定時間周期電容／電抗器的投入率、控制成功率，以及主變分接頭的控制成功率。

3 主變中壓側無功協(xié)調方案

3.1 方案說明

華東區(qū)域（除福建省外）各省（市）調控制電網(wǎng)與華東網(wǎng)調的調度邊界位于500 k V主變中壓側，協(xié)調控制方案將保持網(wǎng)調和省調現(xiàn)有建模范圍和調度分工，采用主變中壓側母線電壓和關口無功作為協(xié)調變量，通過在網(wǎng)調AVC系統(tǒng)中建立網(wǎng)省協(xié)調模塊，實時交換雙向約束，在上下級電網(wǎng)間實現(xiàn)互動協(xié)調控制，如圖2所示。

圖2 網(wǎng)省雙向互動協(xié)調控制模式圖

對于福建省電網(wǎng)，可采用500 k V樞紐變電站的500 k V側母線電壓和500 k V省際聯(lián)絡線關口無功作為協(xié)調變量，實現(xiàn)方案上可將網(wǎng)省協(xié)調的母線電壓范圍從邊界的500 k V母線擴大為邊界“近區(qū)”的500 k V母線，即協(xié)調的500 k V母線從邊界向省網(wǎng)內(nèi)部推進1～2層。

網(wǎng)省雙向互動協(xié)調控制流程如下：

1）網(wǎng)、省AVC系統(tǒng)將各自電網(wǎng)的運行狀態(tài)發(fā)送至協(xié)調模塊。

2）協(xié)調模塊融合各電網(wǎng)運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，進行協(xié)調策略計算，并可將計算結果發(fā)送給各AVC系統(tǒng)。

3）網(wǎng)、省AVC系統(tǒng)接收并執(zhí)行協(xié)調模塊生成的協(xié)調策略。

3.2 網(wǎng)調AVC系統(tǒng)控制要求

對于網(wǎng)省協(xié)調控制模式，網(wǎng)調AVC系統(tǒng)（不包含網(wǎng)省協(xié)調模塊）控制要求如下：

1）提出網(wǎng)調調節(jié)能力 計算華東網(wǎng)調側對關口電壓的調節(jié)能力，提供至協(xié)調模塊。

2）提出網(wǎng)調運行約束 計算華東網(wǎng)調側對關口無功的優(yōu)化值以及對應的范圍，提供至協(xié)調模塊。

3）執(zhí)行網(wǎng)省協(xié)調策略 執(zhí)行協(xié)調模塊產(chǎn)生的關口電壓協(xié)調策略，并根據(jù)關口母線電壓約束進行網(wǎng)調電網(wǎng)電壓無功控制策略的計算。

3.3 省調AVC系統(tǒng)控制要求

對于網(wǎng)省協(xié)調控制模式，省調AVC系統(tǒng)控制要求如下：

1）提出省調調節(jié)能力 計算省調側控制設備對關口無功的調節(jié)能力，并上傳至網(wǎng)調側協(xié)調模塊。

2）提出省調運行約束 計算省調側對關口電壓的允許調節(jié)范圍，并上傳至網(wǎng)調側協(xié)調模塊。

3）執(zhí)行網(wǎng)省協(xié)調策略 將協(xié)調模塊下發(fā)的協(xié)調控制約束引入無功電壓控制模型，實現(xiàn)與省調AVC的協(xié)調控制。

3.4 網(wǎng)省協(xié)調模塊控制要求

1）生成網(wǎng)省協(xié)調約束集 根據(jù)關口運行狀態(tài)信息生成協(xié)調約束集，包括網(wǎng)調、省調兩個方向。協(xié)調約束集同時作為相應的協(xié)調控制策略下發(fā)，其中向網(wǎng)調AVC系統(tǒng)發(fā)送關口電壓約束條件，向省調AVC系統(tǒng)發(fā)送關口無功約束條件。

2）提出網(wǎng)省協(xié)調控制目標 綜合考慮網(wǎng)、省無功調節(jié)手段和網(wǎng)、省運行電壓約束條件，計算出無功電壓優(yōu)化目標。

3）生成網(wǎng)省協(xié)調控制策略 以優(yōu)化協(xié)調目標為調節(jié)控制方向，基于網(wǎng)省雙向協(xié)調約束，生成網(wǎng)省協(xié)調策略。

4 網(wǎng)省AVC系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信

網(wǎng)省AVC協(xié)調控制過程中，因網(wǎng)省調AVC系統(tǒng)均為基于調度中心智能電網(wǎng)調度技術支持系統(tǒng)（D5000）平臺上的應用，因此網(wǎng)省調AVC系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交互均通過D5000基礎平臺提供的數(shù)據(jù)轉發(fā)通信接口，信息基本流向見圖3。

圖3 網(wǎng)省AVC系統(tǒng)數(shù)據(jù)流向圖

網(wǎng)省AVC系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互通信流程如下：

1）省調D5000平臺實時數(shù)據(jù)庫服務器將網(wǎng)省AVC控制協(xié)調所需的相關數(shù)據(jù)通過調度數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳至華東網(wǎng)調。

2）網(wǎng)調AVC系統(tǒng)從網(wǎng)調D5000平臺實時數(shù)據(jù)庫讀取省調上送的信息，計算500 k V主變低壓側無功控制策略和主變中壓側無功協(xié)調策略，并將計算結果通過D5000平臺通信接口，經(jīng)調度數(shù)據(jù)網(wǎng)發(fā)送至省調。

3）省調AVC系統(tǒng)從省調D5000平臺實時數(shù)據(jù)庫讀取網(wǎng)調AVC下發(fā)的500 k V主變低壓側無功的控制指令，轉化為低壓無功設備的投切遙控指令并下發(fā)執(zhí)行；讀取主變中壓側無功的協(xié)調指令，作為省調AVC進行自動電壓控制的約束條件。

5 結語

本文提出的AVC系統(tǒng)網(wǎng)省協(xié)調方案是在網(wǎng)、省調AVC系統(tǒng)均已建設完成，且AVC控制策略算法成熟應用的基礎上提出的，對于具備上述條件的電網(wǎng)調度中心，可以作為工程參考。采用“500 k V主變低壓側無功直控，500 k V主變中壓側無功協(xié)調”的方案，既可以保證網(wǎng)調AVC對500 k V主變低壓無功設備的直接控制，加強網(wǎng)調對500 k V電網(wǎng)的電壓控制能力；也可以兼顧500 k V電網(wǎng)和220 k V電網(wǎng)之間無功的合理流動，實現(xiàn)多電壓等級的全局無功優(yōu)化。

［1］ 秦瑩.華東電網(wǎng)自動無功電壓（AVC）系統(tǒng)適用特高壓運行的改造初步設計［R］.中國電力工程顧問集團華東電力設計院，2013.

［2］ 趙美蓮，賴業(yè)寧，董愛芹.福建電網(wǎng)自動電壓控制系統(tǒng)技術實現(xiàn)探討［J］.江蘇電機工程，2011，30（4）：5-7.

［3］ 伍期剛，翟海保.大運行模式下無功電壓自動控制（AVC）系統(tǒng)的探討［J］.華東電力，2011，39（1）：103-105.