电压无功优化自动控制系统在监控中的应用

[摘 要]电压是电能质量的重要指标。电压质量的好坏直接影响着用电设备的安全经济运行及工农业生产的发展和人民群众的正常生活。随着自动化技术的发展及无人值班的需求，监控值班员远方调节电压的方式，从技术应用和管理模式上都有所局限。因此，需采用一种新的电压无功优化控制方式即电压无功优化自动控制系统，从全网角度进行无功电压优化控制，实现无功补偿设备合理投入和主变分接开关适量调节，从而实现无功分层就地平衡，进一步提高电网调度自动化水平，提高电力系统运行的经济性和安全性，全面改善和提高电网电压质量，实现系统对电压合格率、线损率的要求。

[关键词]电压无功优化自动控制系统 监控 控制方式

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）18-0126-02

电压是电力系统考察电能质量的主要指标之一，随着工农业生产和人民生活对用电质量要求的不断提高，对电压质量的要求也越来越高。

太原电力调控中心监控班主要负责68座无人值班变电站的监控、电压无功调整和事故处理等工作。因此，保证电压质量是监控值班员的基本任务之一。其中无功投切和主变压器分接头调整是保证电压质量的两个主要因素。以往电压控制方式是以监控员的监视为前题，当发现电压越限后再实施调节，未能摆脱“人”的制约。不但劳动强度大，而且不能及时发现电压越限，造成电压质量的降低。

随着自动化技术的发展及无人值班的需求，监控员远方调节电压的方式，从技术应用和管理模式上都有所局限，这种制约产生的实时性矛盾，让先进的自动化系统功能产生“瓶颈”效应。原有的人工调节有载分接头和无功的模式，已越来越不适应形势的发展。只有采用自动电压控制的方法才能进一步提高电压质量。

随着变电站一二次设备的更新改造，调度自动化“四遥”功能已日益完善。利用调度自动化“四遥”功能实现全电网无功电压优化运行实时闭环控制已成为可能。调控中心监控班在自动化班专业人员指导下以“地区电网电压无功优化运行闭环控制系统软件”作为技术平台，使电网电压无功优化自动控制系统（简称“AVC系统”）运用于监控工作中。

AVC系统是采用集中控制方式，通过调度自动化系统采集各节点遥测、遥信等实时数据进行在线分析和计算，以各节点电压合格、关口功率因数为约束条件，进行在线电压无功优化控制，实现主变分接开关调节次数最少、电容器投切最合理、电压合格率最高和输电网损率最小的综合优化目标，最终形成控制指令，通过调度自动化系统自动执行，实现了电压无功优化自动闭环控制。

AVC系统在运用中采用集中控制模式，由地调AVC系统控制220kV（110kV）变电站，变电站侧不建设专门的子站系统，根据调控中心所下达的电压曲线，由中心AVC主站系统生成控制调整策略，生成对电容器、电抗器和变压器有载调压分接头的遥控遥调指令，利用调度自动化SCADA系统的遥控遥调功能实现对电容器、电抗器和变压器有载调压分接头的调节控制。这样一方面大大减轻值班人员工作量，消除了人为调节的不合理性，另一方面保证了电压质量。

AVC系统对所监控220kV（110kV）变电站采用的主要控制目标为：在保电网安全稳定运行的前提下再优化控制，所以母线电压合格是系统的首要控制目标，其次满足关口功率因数约束，建立网损尽量小的控制策略。

目前太原地区AVC系统对220kV（110kV）变电站采用的主要控制策略的原理如下。

1、控制目标

（1）母线电压合格：系统首先保证母线电压合格，母线电压合格率的优先级是：220kV母线、10kV母线、110kV母线、35kV母线。因太原电网部分220kV变电站的低压侧电压为10kV，直接给配网供电，所以提高了220kV变电站10kV母线的电压控制优先级。在充分利用所有控制手段的前提下，为了保证高优先级的母线电压合格，允许低优先级的母线电压不合格。母线电压不合格是指电压当前量测值超过给定的当前电压上限或下限。

（2）无功合理：在所有母线电压合格的基础上，系统保证220kV主变关口的无功合理性，目前检查无功是否合理的判据为：220kV主变高压侧关口不能出现无功倒送的情况。

（3）电压优化：在1）和2）的条件都能满足的情况下，进行电压优化。当全局电压优化计算收敛时，变电站220kV电压采用全局三级优化（中调AVC主站负责三级控制，地区AVC负责地区电网的二级控制和一级控制）计算得到的协调变量（关口功率因数上限和下限）进行控制。

2、控制手段

系统上述优化目标的控制的手段如图1.1所示。

1.1 AVC系统控制策略逻辑流程图

3、系统主要模块（如图1）

电压无功优化自动控制系统的主要功能：

1、保电网安全与无功电压控制相结合

控制程序引入了设备的保护信号，实现对设备的可靠闭锁，同时支持用户自定义故障信号，如挂牌、检修等；对于主变过载、系统周波越限等故障情况都有相关的闭锁；在确保设备安全方面做了充分的考虑，并已作应急处理。例如电容器连续投切、主变分接开关“滑档”、PT 断线、低电压等。若有“变电站改造”，或者相关设备“检修”，或者“不需要AVC系统进行控制”，或系统者设备“故障”时，将相应厂站状态设为封锁或者设备状态设为封锁，保证电网安全运行。

2、全网无功优化补偿功能

确保系统功率因数合格的情况下进行无功潮流优化。 当电网内各级变电站电压处在合格范围内，控制本级电网内无功功率流向合理，达到无功功率分层就地平衡，提高受电功率因数。 依据电网对电压、无功变化的需要，计算决策同电压等级不同变电站电容器组、同变电站不同容量电容器组谁优先投入；同变电站电容器轮换投入。实现了输电网与配电网无功电压联合优化控制，真正意义上实现了无功分层就地平衡。采用超短期、短期负荷预测技术与智能AVC相结合的策略，防止在负荷波动较频繁区域设备频繁动作。

3、全网优化调节电压功能

当无功功率流向合理，某变电站10kV 侧母线电压超上限或下限运行，处在不合理范围时，分析同电源、同电压等级变电站和上级变电站电压情况，决定是调节本变电站有载主变分接开关还是调节上级电源变电站有载主变分接开关，做到多级电压协调控制；当地区电网内各级变电站电压在合格范围内，控制本级电网内无功功率流向合理，达到无功功率分层就地平衡；当变电站10kV母线电压超上限时，在无功功率流向合理前提下，先降低主变分接开关档位，如达不到要求，再切除电容器；当变电站10kV母线电压超下限时，先投入电容器，达不到要求时，再升高主变分接开关档位，尽可能做到电容器投入量达到最合理。预算10kV母线电压和负荷变化，防止无功补偿设备投切振荡。

4、逆调压

可以根据当前的负荷水平，实现逆调压功能在电压合格范围内，高峰负荷提高运行电压，低谷负荷降低运行电压.这样充分保证电压合格范围，进一步提高电压合格率。

5、控制信息管理功能

（1）记录无功电压运行自动化控制系统每一次动作的执行时间和执行原因的设备动作记录表；（2）设备动作失败或不正常动作情况表，可供检修、运行、调度部门掌握设备运行状况和检修使用；（3）记录主变分接开关、无功补偿设备开关动作次数汇总表；（4）电压曲线分析表，从曲线可以直接判断电压运行水平。

6、综合统计分析功能

（1）能够形成以下报表：电压合格率统计报表、力率合格率统计表、电容器可投率及利用率统计报表；（2）能够实现以下图形显示：系统主接线图、厂站接线图、电压曲线图；（3）设备动作次数（变压器抽头调整记录、电容器投切记录）的统计分析；（4）按日查询运行人员的操作信息；（5）按日查询软件告警、闭锁信息。

7、安全控制功能

AVC系统只借助接口程序从调度自动化（SCADA）系统读取实时数据，对设备的控制命令也是由接口程序传送到SCADA系统，再由SCADA系统执行操作命令，并保证能在一段时间内对同一设备只有一个操作命令，所以AVC系统与SCADA系统应无内部耦合性，不影响SCADA系统的内部物理结构和逻辑结构。

AVC系统运行中存在的问题：

监控员在AVC系统对无人值班变电站进行电压无功调整过程中，发现部分无人站的10kV与35kV电压不能兼顾，如大盂、大夫庄、柴村等，需要调整相关策略；110kV黄寨站负荷变化幅度较大，负荷突增时造成220kV上安站110kV电压偏低或短时越限，至上安站下级110kV变电站母线电压偏低，AVC需增加综合策略。在AVC系统运行期间，监控人员应加强对所管辖站的电容器及主变有载分接开关的运行监视，发现异常及时闭锁遥控电容器或调节分接开关并记入运行日志。

AVC系统实现了电压无功实时自动控制，使主变分接开关调节次数最少、电容器投切最合理、电压合格率最高和输电网损率最小的综合优化，最终形成控制指令，通过调度自动化系统自动执行，改变了被动式电压无功调节的局面，取得了良好的经济效益和社会效益。

电压无功优化自动控制系统（AVC）作为建设坚强智能电网的重要组成部分，它在减轻监控值班人员劳动强度的同时，可以有效降低电能损耗、减少设备动作次数，保障了电能质量，提高了输电效率，降低了网损，实现了绿色电网，保证电网安全、稳定经济运行，为降损增效工作提供强劲的技术支持。是顺应社会发展的战略要求，对共创和谐社会有着长远的意义。