AVC系統在新疆電網的應用

趙立斌 焦春雷 景偉

摘要：由于新疆電網風電、光伏裝機規模增大，清潔能源的波動性、隨機性造成聯絡線傳輸功率不穩定，同時部分地區用電負荷峰谷差不斷增大，導致地區電壓控制日趨困難，為滿足用戶端電壓要求，自動電壓控制（Automatic Voltage Control，AVC）系統在新疆電網得到大規模推廣應用。它通過采集新疆電網的實時運行數據，實時監視電壓和無功功率情況，進行在線分析和計算，實施最優閉環控制，在滿足新疆電網安全約束條件下優化無功潮流運行，為保證新疆電網安全、優質、經濟運行奠定了堅實的基礎。

關鍵字：AVC、控制策略

0引言

2018年，隨著昌吉-古泉±1100千伏特高壓直流投運，新疆電網將形成“兩直兩交”外送四通道，疆電外送能力得到大幅提升。750kV網架建設的不斷推進，疆內電網形成“三環網，兩延伸”的新格局，外送電力能力和疆內地區間電力資源優化配置能力進一步提升[1-2]。但2018年新疆電網仍然處于堅強智能送端電網建設的過渡期，伴隨著電網調度自動化、信息化水平的明顯提高，在調度控制中心建設自動電壓控制系統，實現電壓和無功功率閉環管理已經成為共識。

1? 新疆電網無功電壓現況

1.1無功現況

截至2017年底，全網最大進相無功容量198萬千乏，在機組全開的情況下，全網機組最大進相無功容量為784.0萬千乏;新疆電網直調公用無功可調節電廠總裝機容量為3128萬千乏，滿足全網最大無功934.8萬千乏的需求[1]。但上述動態容性、感性無功平衡情況均是考慮在機組全開的情況下，若考慮機組檢修，特別是考慮在新能源消納和調峰限制機組開機方式的情況下，機組動態容性、感性無功平衡情況不容樂觀，特別是機組動態感性無功補償容量存在一定的缺額。

1.2電壓現況

2017年新疆主網中樞點電壓合格率100%，電網220千伏電壓基本運行在230～242千伏以內。隨著全網750、220千伏AVC系統的閉環運行，全年新疆電網整體繼續呈現電壓偏高運行態勢得到明顯好轉，但局部地區由于感性補償度不足電壓偏高問題仍然存在，需要進一步的改善。

2AVC系統的應用

2017年新疆電網實現了750、220千伏系統的網省一體化AVC全閉環運行，協同國調和西北分調完成了天中直流近區新能源匯集站及新能源廠站的AVC閉環運行工作，全網17座750千伏變電站均實現了AVC閉環運行[1]。全疆電網實現自動電壓控制的控制模式，大大緩解了調壓工作壓力，通過對電廠子站AVC的控制，明顯提升了全網的調壓水平。

但是目前全網的AVC正常自動調壓，過度依賴AVC自動化及通信系統的正常可靠運行，同時省、地調AVC主站及各電廠（變電站）AVC子站的安全可靠運行，也將對整個AVC系統的正常運行產生較大的影響，需要加強全網AVC主、子站及AVC輔助自動化通信系統的運行維護，確保全網AVC系統可靠運行[2]。

2.1AVC系統主站工作原理

AVC主站對全疆各地區的電壓水平進行判斷分析，形成控制命令，然后將控制命令發送至D5000平臺，命令通過調度通訊網絡到達相應電廠/變電站AVC子站系統，隨后子站系統收到命令，對其進行解析，最后通過AVR控制勵磁系統實現無功電壓的調節。

下圖為新疆電網AVC控制結構框圖：

下圖是AVC主站系統入口畫面，根據AVC系統主要功能和流程將其劃分為“系統運行”、“運行狀態監視”、“控制命令與告警”和“歷史查詢與統計”四個功能區，這四個功能區中包括了相關功能的概要狀態顯示和更詳細的監視設置界面的調取按鈕。在畫面上方的控制條，分別用于AVC主站運行、電廠AVC運行、變電站AVC運行、地調AVC運行等的狀態監視和設置。

“運行節點”：AVC主站系統包括了兩臺AVC服務器—AVC1和AVC2，兩臺AVC服務器互為備用，一臺服務器有異常退出時，另一臺服務器可以無縫接入。其運行情況有三種可能的狀態，分別是“主機”、“備機”和“離線”，“主機”表示其當前為AVC的主服務器，“備機”表示其當前為AVC的備用服務器，“離線”則表示該主機上AVC程序未運行。

“控制狀態”：AVC主站軟件可以設置為四種不同的控制狀態，分別是“閉鎖計算”、“開環計算”、“半閉環控制”和“閉環控制”?！伴]鎖計算”表示軟件不進行計算和控制，只進行必要的系統狀態采集和監視;“開環計算”表示軟件進行優化計算并形成控制策略，但不下發控制命令;“半閉環控制”表示軟件進行優化計算并形成控制策略，然后彈出窗口，需要人工確認命令，再下發出去;“閉環控制”表示軟件進行優化計算并形成控制策略，并且自動將控制命令直接下發給所調節的現場設備，并監視評估設備的命令執行情況。

“監視周期”和“計算周期”：監視周期較短，一般為10秒鐘，執行的操作包括電壓、設備運行狀態采集和監視、控制命令執行檢驗等;計算周期較長，一般為5分鐘，主要是針對實時電網狀態進行優化計算、形成控制策略并下發控制命令，以及進行相關的歷史記錄和統計[3]。

AVC主站系統控制目標是：（1）保持地區電網范圍內負荷側母線電壓在規定范圍內;（2）有效地利用電壓無功調控手段，使地區無功盡可能就地平衡，減少因遠距離輸送無功而引起的網損;（3）在全網無功電壓閉環控制條件下，使各變電站的電容器最合理地投入和有載變壓器分接檔位動作次數盡可能少[2]。

2.2子站系統工作原理

2.2.1控制模式

電廠AVC子站控制模式可以分為兩種方式，一種是控制命令直接下發給勵磁系統，另一種是控制命令發給DCS，然后DCS再利用原有的調節勵磁的命令通道，下發給勵磁系統，實現無功的調節。這兩種方式的最大區別在于是否需要DCS參與控制。一般建議采用第二種方式，因為DCS可以獲得更多的有關勵磁系統運行狀態的信號及測量值，對勵磁系統最清楚[4]。在AVC閉環運行時，先給DCS發送控制的請求信號，DCS結合勵磁系統的運行狀況以及發電機電壓、無功情況，判斷是否允許讓AVC來調節勵磁系統，這種方式可以最大限度保護勵磁系統及發電機。

電廠AVC系統還設置了遠方控制和本地控制兩種方式。遠方控制就是實時接收省調/地調下發的母線電壓/無功指令值，AVC系統根據指令值進行實時的調節。本地控制是在與主站通信通道出現故障或長時間接收不到主站指令時，AVC系統可以按照人工設定的電壓/無功目標值或已經設定好的電壓/無功計劃曲線進行本地電壓目標控制[4]。

2.2.2分配原則

1） 無功容量成比例原則

n：參加AVC的機組數

：參加AVC的第i臺機組的最大無功容量

：參加AVC機組的最大無功容量之和

：AVC分配到第i臺參加AVC機組的無功

2） 等功率因數原則

n：參加AVC的機組數

：參加AVC的第i臺機組的當前有功實發值

：參加AVC機組的當前有功實發值之和

：AVC分配到第i臺參加AVC機組的無功

3） 相似調整裕度原則

n：參加AVC的機組數

：參加AVC的第i臺機組的無功調整裕度

：參加AVC機組的當前無功調整裕度之和

：AVC分配到第i臺參加AVC機組的無功

3.AVC系統運行分析

3.1雙河電廠及博樂變AVC策略不協調情況

廠站網架結構示意圖下圖所示：博樂變近區有雙河電廠、磨合泉、口岸變、皇宮變。由于口岸變位于電網末端，且接入新能源，導致其電壓長期240KV左右運行，AVC投入運行后，通過雙河電廠和博樂變容抗器進行調壓。當時運行人員反映博樂變大量容抗器投入運行，同時相鄰的雙河電廠機組出現深度進相，出現無功局部環流現象。

由于電廠控制是閉環控制，而博樂變需要人工確認命令下發到站才能執行。在實際運行時，省調AVC下發的電廠命令直接執行，而博樂變電站內離散設備會出現延后執行或不執行的情況。因為省調AVC主站是全網優化分析，會出現跨廠站的組合命令。而由于地調監控人員收到站內命令，只關注本站電壓情況，按照經驗判斷電壓偏低（電壓運行在233KV，實際AVC的監視電壓上下限為[230，240]），所以選擇拒絕執行退電容命令，使調壓都集中到電廠側，導致博樂變和雙河電廠之間出現無功局部環流現象。

省調AVC主站認為：博樂變應該按照AVC命令執行博樂變電容器退出命令，AVC主站通過計算結果顯示每退出一個電容器，口岸變電壓下降，雙河電廠進相減緩，同時由于雙河進相緩解，博樂變電壓基本維持不變。此時地調運行人員認為：博樂變電壓過低，如果繼續退電容，導致電壓更低。隨后經過雙方協調溝通，博樂變工作人員通過嘗試性退出電容器，以及后續對電網運行狀態觀察，證明變電站按照省調AVC命令退電容后，電壓基本不變、雙河電廠進相有效緩解、口岸變電壓回到正常電壓范圍內。

3.2存在問題

（1） 電廠AVC子站參數配置不合理

參數不合理可能造成機組無功出力被過度限制，導致發電機組無功調壓功能不能充分發揮，或者由于參數設置不當造成AVC系統頻繁閉鎖，出現影響電廠機組安全運行的問題，影響調壓能力的發揮[1]。

（2） 電廠進相能力不足

電廠機組低勵限制、廠用電低壓限制以及廠用電負荷的變化導致機組無功進相調壓能力受限，不滿足前期電廠試驗的進相能力，嚴重影響機組進相運行的調壓能力。

（3） 無功補償設備遙控功能缺陷

變電站站內無功補償設備的遙控功能缺陷導致AVC無法正常遙控站內無功補償設備，從而影響電壓的調整，變電站由于設備異常AVC閉鎖導致無法參與AVC調壓。

（4） 通信網絡不穩定

AVC正常自動調壓，過度依賴AVC自動化及通信系統的正?？煽窟\行。各地調AVC主站接收省調AVC主站指令的過程中，由于自動化信號傳輸異?；蛘逜VC主站彈窗異常將導致地調AVC主站接收不到省調AVC主站的調壓指令，導致變電站無法正常AVC調壓的問題。

（5） 區域間協調調壓矛盾突出

AVC系統對全網各電壓等級電網特別是220和110千伏系統間的協調調壓矛盾較為突出，無法兼顧220和110千伏系統電壓的正常運行。存在220千伏廠站電壓在正常范圍內運行的情況下，所帶110千伏末端廠站電壓偏低或偏高運行，需要加強對220千伏變電站110千伏母線電壓曲線的實時跟蹤及優化分析，合理優化AVC系統的110千伏電壓曲線[1]。

4.新疆電網AVC改進措施

（1） 持續優化AVC系統控制策略;

（2） 優化全疆調度通訊網，進一步提高通訊穩定性;

（3） 加強全疆110千伏及以下電網AVC系統閉環管理工作，提高AVC系統110、35千伏的廠站覆蓋率，對不具備AVC閉環運行的廠站加快完成整改，使其具備閉環運行條件;

（4） 加強供電單位對各地區所管轄220千伏變電站AVC子站的運行維護，重點加強對電廠AVC子站的模型、參數、限值及閉鎖信息配置的檢查，加強AVC主站對子站的無功設備運行狀態、在控狀態和控制運行監視，確保AVC子站無功補償設備的正?？煽客锻?

（5） 推進全疆AVC新能源廠站的閉環運行工作，完善AVC系統的自動化電壓控制模式，加強新能源廠站AVC對SVC/SVG的運行管理，確保電壓的自動調控。

4? 結束語

AVC系統可以大大提高電網的安全、優質、經濟運行水平，降低網損。本文對新疆電網應用的AVC系統進行了分析，介紹了AVC主站和子站的系統結構和主要功能。對新疆電網的無功、電壓進行了分析，指出了目前新疆電網的無功、電壓方面存在的問題，并提出了相應的解決措施。

參考文獻

[1] 國網新疆電力有限公司，新疆電網2017年運行方式，

[2] 新疆電網自動電壓控制（AVC）系統運行管理規定

[3] 新疆電網AVC應用軟件使用說明書

[4] 南京南瑞AGCAVC維護手冊（V3.0.13）