自動電壓控制

國內(nèi)對于系統(tǒng)范圍無功電壓自動控制的研究已經(jīng)處于快速發(fā)展階段，研究方向主要集中在無功電壓優(yōu)化控制算法、優(yōu)化閉環(huán)控制、仿真分析和無功電壓管理等方面。

較早以前，國內(nèi)大部分在線運(yùn)行的無功電壓控制裝置基本都是以就地?zé)o功電壓控制為目標(biāo)，其控制原理以九區(qū)圖為基礎(chǔ)，僅保證就地?zé)o功電壓控制在上下范圍內(nèi)，可能會對主網(wǎng)的無功分布、電壓水平產(chǎn)生不利影響。另外，這些裝置也不具有網(wǎng)絡(luò)聯(lián)調(diào)功能，不能實現(xiàn)全網(wǎng)無功電壓的優(yōu)化控制。

福建、河南、江蘇、安徽、遼寧和湖北等省網(wǎng)都已經(jīng)實現(xiàn)無功電壓的優(yōu)化控制，每個系統(tǒng)都有其優(yōu)缺點，例如普遍存在動態(tài)分區(qū)結(jié)果不實用、三級控制魯棒性不高等問題，這些都是以后AVC研究中亟待解決的問題。即使這樣，各省網(wǎng)AVC系統(tǒng)實踐表明，AVC系統(tǒng)的推廣應(yīng)用確實有助于提高系統(tǒng)的電壓質(zhì)量及安全穩(wěn)定運(yùn)行水平，并降低網(wǎng)損，同時可減輕運(yùn)行人員頻繁調(diào)整無功的工作量。

自動電壓控制是指對全網(wǎng)無功電壓狀態(tài)進(jìn)行集中監(jiān)視和分析計算，從全局的角度對廣域分散的電網(wǎng)無功裝置進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，它不僅可以實現(xiàn)對無功電壓的自動調(diào)節(jié)，而且具有一定的優(yōu)化功能，是保持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定、提升電網(wǎng)電壓品質(zhì)和整個系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平、提高無功電壓管理水平的重要技術(shù)手段。

AVC在正常運(yùn)行情況下，通過數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制系統(tǒng)實時采集電網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，在確保電網(wǎng)安全運(yùn)行的前提下，以經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)、安全性為約束，根據(jù)狀態(tài)估計結(jié)果、從全局角度進(jìn)行電壓無功優(yōu)化。并根據(jù)控制指令，通過遠(yuǎn)程終端對發(fā)電機(jī)無功、有載調(diào)壓變壓器分接頭、可投切無功補(bǔ)償裝置、SVC、SVG等電壓無功調(diào)節(jié)設(shè)備進(jìn)行閉環(huán)調(diào)節(jié)，同時通過電力調(diào)度數(shù)據(jù)通信網(wǎng)與上、下級電網(wǎng)進(jìn)行無功協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)全網(wǎng)無功功率分層分區(qū)就地平衡、提高電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)損等目的。

完整地AVC系統(tǒng)主要由主站和子站兩部分組成。對于省調(diào)而言，AVC主站安裝在調(diào)度控制中心，周期性的進(jìn)行全網(wǎng)優(yōu)化計算，得出相應(yīng)的控制指令，并將控制指令下發(fā)到各AVC子站。AVC子站安裝在電廠和變電站，當(dāng)其參與省調(diào)AVC主站的調(diào)節(jié)時，接收AVC主站下發(fā)的控制指令，并根據(jù)本廠站的實際情況，將指令分解到廠站內(nèi)相應(yīng)的無功設(shè)備，通過調(diào)節(jié)無功設(shè)備來響應(yīng)AVC主站的指令。當(dāng)其不參與省調(diào)AVC主站的調(diào)節(jié)時，即為就地運(yùn)行狀態(tài)，則跟蹤運(yùn)行方式部門事先設(shè)定的電壓曲線，根據(jù)當(dāng)前電壓值與同時段電壓曲線值得偏差，調(diào)節(jié)本廠站內(nèi)的無功設(shè)備，使本廠站的電壓值與相應(yīng)時間段的電壓曲線值吻合。對于地調(diào)而言，此時也可以看做是省調(diào)AVC主站的一個子站。通過設(shè)定省、地關(guān)口，選擇合適的協(xié)調(diào)變量，進(jìn)行省地電壓無功協(xié)調(diào)控制，省調(diào)通過電力調(diào)度數(shù)據(jù)通信網(wǎng)向地調(diào)下發(fā)對各省地關(guān)口的無功功率需求，地調(diào)將當(dāng)前關(guān)口的無功功率與省調(diào)要求的無功功率進(jìn)行對比，并通過地調(diào)自身的AVC系統(tǒng)調(diào)節(jié)相應(yīng)的無功設(shè)備，來補(bǔ)償兩者之間的無功功率偏差。

電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的根本目的是提高電壓質(zhì)量、減小網(wǎng)損、保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定裕度。AVC的作用就在于優(yōu)化電網(wǎng)無功潮流分布，使電網(wǎng)趨于安全性和經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的運(yùn)行狀態(tài)。AVC系統(tǒng)集經(jīng)濟(jì)性與安全性于一身，符合智能電網(wǎng)的發(fā)展趨勢，實現(xiàn)了安全約束下的經(jīng)濟(jì)控制，減輕了調(diào)度人員的工作強(qiáng)度，是公認(rèn)的電壓和無功功率控制的最高形式。

電力系統(tǒng)的負(fù)荷是經(jīng)常變化的，有的是有規(guī)律性的，如隨著工廠的上班負(fù)荷會增加；有的是隨機(jī)的，如某條輸電線突然跳閘。負(fù)荷發(fā)生變化后，系統(tǒng)的頻率將隨之變化。為了維持系統(tǒng)的頻率，就需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，使頻率恢復(fù)到原先的水平，也就是期望的水平，當(dāng)然允許一定的誤差。這個誤差隨系統(tǒng)規(guī)模的大小而變。一般來說，大系統(tǒng)允許的誤差要小些，如0．1Hz，小系統(tǒng)允許的誤差大些。嚴(yán)格地說，負(fù)荷發(fā)生變化后，不僅頻率受到影響，電壓也受到影響。因此，有功功率的控制與無功功率的控制是有聯(lián)系的。但相應(yīng)的系統(tǒng)靈敏性分析表明：

(1)有功功率的不平衡主要影響系統(tǒng)頻率，基本上不影響系統(tǒng)母線電壓。

(2)無功功率的不平衡主要影響系統(tǒng)母線電壓，基本上不影響系統(tǒng)頻率。 　因此，通常將有功功率控制與無功功率控制分成兩個相對獨立的問題來處理。這種分割在分析系統(tǒng)小波動時是合適的，如果系統(tǒng)發(fā)生大波動，頻率和電壓偏差都比較大，相互獨立的假設(shè)就不再成立。電力系統(tǒng)的自動發(fā)電控制不涉及系統(tǒng)大波動情況，屆時，它將自動退出控制。因此，我們只研究小波動時的情況，可以將自動發(fā)電控制與自動電壓控制分別單獨處理。現(xiàn)在，我們深人地分析系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化以后的情況。

一旦某條輸電線跳閘或突然有一批負(fù)荷增加到系統(tǒng)中，出力與負(fù)荷的不平衡首先由系統(tǒng)的慣性存儲的能量來補(bǔ)償，這導(dǎo)致系統(tǒng)頻率的下降。系統(tǒng)頻率下降后，一些負(fù)荷(如電動機(jī)負(fù)荷)也會隨之下降，因此，新的平衡有可能在較低的新頻率下達(dá)到。如果不平衡值不大的話，此效果能阻止系統(tǒng)頻率的下降，通常這在不到2s的時間內(nèi)完成。如果出力與負(fù)荷的不平衡值比較大，導(dǎo)致頻率偏差超過了機(jī)組調(diào)速器的死區(qū)，調(diào)速器將動作，增加機(jī)組的出力以減小系統(tǒng)頻率的偏差，我們通常稱之為一次性調(diào)節(jié)。調(diào)速器的動作和負(fù)荷因頻率下降而減少，補(bǔ)償了出力與負(fù)荷的不平衡，就可能達(dá)到新的平衡。這種新平衡通常在10s左右時間完成。

（1）由省調(diào)或地調(diào)EMS/SCADA系統(tǒng)從電網(wǎng)獲得實時消息并轉(zhuǎn)換為E數(shù)據(jù)；

（2）電壓預(yù)防控制軟件判斷穩(wěn)定裕度是否充足，若不充足，則調(diào)用預(yù)防控制模塊進(jìn)行調(diào)整；若充足，則進(jìn)入優(yōu)化控制模塊；

（3）二級電壓控制模塊根據(jù)電網(wǎng)實時信息進(jìn)行周期性計算，周期為5min，進(jìn)行一次校正控制，無功優(yōu)化模塊的計算周期為15min，先調(diào)用二級電壓控制模塊（為算法提供一個好的初值，不進(jìn)行控制），再以降低網(wǎng)損為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化控制；

（4）發(fā)電廠和500kV變電站的AVC控制點目標(biāo)電壓由省調(diào)EMS/SCADA系統(tǒng)直接下發(fā)到VQC裝置，220kV變電站的AVC控制點目標(biāo)電壓由省調(diào)EMS/SCADA系統(tǒng)傳送到地調(diào)AVC系統(tǒng)，地調(diào)AVC軟件算得出方案，下發(fā)指令到就地VQC裝置。

（5）發(fā)電廠子站系統(tǒng)根據(jù)下達(dá)的目標(biāo)電壓，依據(jù)設(shè)定的分配原則自動設(shè)定各機(jī)組的機(jī)端目標(biāo)電壓或無功值，由機(jī)組DCS系統(tǒng)或AVR裝置自動完成電壓的調(diào)整。

（6）變電站VQC裝置根據(jù)下達(dá)的目標(biāo)電壓，自動控制變壓器分接頭的擋位或低壓電容器/電抗器的投退，或接受上級指令，按指令對設(shè)備進(jìn)行控制。

考慮到電網(wǎng)500kV/220kV系統(tǒng)無功電壓管理的現(xiàn)狀，從運(yùn)行安全性與經(jīng)濟(jì)性著眼，需要實現(xiàn)分層與分區(qū)控制，AVC系統(tǒng)宜采用集散控制原理進(jìn)行設(shè)計，以分布式控制為主，集中控制為輔，具體地說，主要由一個中心控制子系統(tǒng)和3類分散控制子系統(tǒng)組成，以及相關(guān)的通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。

一個中心控制子系統(tǒng)

中心控制子系統(tǒng)為省調(diào)AVC系統(tǒng)。

3類分散控制子系統(tǒng)

3類分散子系統(tǒng)包括：

（1）地調(diào)AVC系統(tǒng)；

（2）變電站（主要為550kV變電站）的自動電壓控制系統(tǒng)；

（3）發(fā)電廠的自動電壓控制系統(tǒng)。

省調(diào)AVC系統(tǒng)以網(wǎng)損最小為優(yōu)化目標(biāo)，通過對220kV以上電網(wǎng)各節(jié)點電壓和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備負(fù)責(zé)將優(yōu)化目標(biāo)發(fā)到各個控制子系統(tǒng)，各個控制子系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制目標(biāo)的實現(xiàn)，從而完成集中決策、多級協(xié)調(diào)、分層控制的過程。各級優(yōu)化控制系統(tǒng)都是按照電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)的調(diào)度原則進(jìn)行設(shè)計的。系統(tǒng)由省調(diào)AVC主站系統(tǒng)和分布于各個地區(qū)、發(fā)電廠、500kV變電站的協(xié)調(diào)控制子系統(tǒng)組成，主站系統(tǒng)和子系統(tǒng)之間通過高速電力數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信。

AVC系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)和難點在于包括實時數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、安全監(jiān)測指標(biāo)的計算、實時無功電壓優(yōu)化方法、動態(tài)電壓分區(qū)、中樞節(jié)點的選擇、控制策略的協(xié)調(diào)（由省網(wǎng)級完成，包括時間上的協(xié)調(diào)）、區(qū)域內(nèi)控制策略的優(yōu)化、靜態(tài)電壓預(yù)防控制，以及模態(tài)分析、基于連續(xù)潮流的負(fù)荷裕度指標(biāo)計算方法、故障篩選和排序方法等。其中最關(guān)鍵的技術(shù)為實時無功優(yōu)化方法和靜態(tài)電壓控制。

《電網(wǎng)自動電壓控制(AVC)技術(shù)及案例分析》對電網(wǎng)自動電壓控制（AVC）技術(shù)領(lǐng)域的最新研究成果進(jìn)行了總結(jié)和提煉，結(jié)合作者多年對無功優(yōu)化在線控制理論的研究和工程應(yīng)用經(jīng)驗，充分闡述了自動電壓控制中的建模、算法、控制等理論問題，以及在實際工程中的一些工程化的特別處理方法。此外，還對長久以來電力系統(tǒng)中爭執(zhí)不下的無功優(yōu)化和電壓穩(wěn)定的關(guān)系等問題進(jìn)行了討論，并提出了自動電壓控制系統(tǒng)在面對智能電網(wǎng)時可能遇到的問題和解決方法。

《電網(wǎng)自動電壓控制(AVC)技術(shù)及案例分析》適合于電力系統(tǒng)管理人員、研發(fā)人員，以及高等院校相關(guān)專業(yè)本科生和研究生閱讀。

《電力系統(tǒng)自動電壓控制》系統(tǒng)闡述了現(xiàn)代大規(guī)模電力系統(tǒng)自動電壓控制的基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)和工程應(yīng)用。《電力系統(tǒng)自動電壓控制》分為四篇共13章。第一篇基礎(chǔ)知識；第二篇基礎(chǔ)技術(shù)，包括控制模式、在線自適應(yīng)分區(qū)、三級電壓控制、二級電壓控制、靜態(tài)電壓穩(wěn)定預(yù)警等；第三篇介紹自動電壓控制中的高級協(xié)調(diào)問題，包括多級控制中心協(xié)調(diào)、安全與經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)、支撐大規(guī)模風(fēng)電匯集接入的自律協(xié)同電壓控制；第四篇工程實踐，包括與 EMS 的集成、標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)、大規(guī)模電力系統(tǒng)的應(yīng)用實例等。

序

前言

第1章 電網(wǎng)自動電壓控制

1.1 概述

1.2 無功優(yōu)化與電壓控制

1.2.1 無功優(yōu)化與電壓控制的重要性

1.2.2 無功優(yōu)化基本概念

1.2.3 常用的無功補(bǔ)償設(shè)備

1.3 國內(nèi)外無功優(yōu)化研究現(xiàn)狀

1.3.1 國內(nèi)外無功優(yōu)化算法研究現(xiàn)狀

1.3.2 國內(nèi)無功優(yōu)化軟件研究現(xiàn)狀

1.4 現(xiàn)代電網(wǎng)對AVC的需求

1.5 電網(wǎng)AVC的基本原理和功能

1.5.1 電網(wǎng)AVC基本原理與控制結(jié)構(gòu)

1.5.2 國外AVC系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

1.5.3 國內(nèi)AVC系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀

1.6 適應(yīng)于不同電網(wǎng)的AVC算法比較

1.6.1 無功優(yōu)化算法綜述

1.6.2 人工智能算法

1.6.3 無功優(yōu)化混合算法

1.6.4 適合地區(qū)電網(wǎng)AVC的無功優(yōu)化算法

1.6.5 適合省級電網(wǎng)AVC的無功優(yōu)化算法

第2章 地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)

2.1 概述

2.2 地區(qū)電網(wǎng)AVC模式和特點

2.2.1 地區(qū)電網(wǎng)無功優(yōu)化控制的特點

2.2.2 無功優(yōu)化在地區(qū)電網(wǎng)中的關(guān)鍵點

2.2.3 地區(qū)電網(wǎng)AVC模式

2.3 地區(qū)電網(wǎng)集中式AVC

2.3.1 系統(tǒng)使用范圍

2.3.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.3.3 系統(tǒng)的功能

2.4 地區(qū)電網(wǎng)分布式AVC

2.4.1 系統(tǒng)使用范圍

2.4.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.4.3 地區(qū)電網(wǎng)分布式AVC系統(tǒng)主要功能

2.5 地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)控制策略

2.5.1 地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)控制策略概述

2.5.2 地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)控制策略

2.6 地區(qū)電網(wǎng)控制實驗

2.6.1 實施控制實驗的原因

2.6.2 控制實驗的一般步驟

第3章 省級電網(wǎng)電壓/無功優(yōu)化控制系統(tǒng)

3.1 概述

3.2 省級電網(wǎng)無功優(yōu)化控制的特點

3.3 省級電網(wǎng)無功優(yōu)化控制的關(guān)鍵點

3.4 省級電網(wǎng)無功優(yōu)化控制主站系統(tǒng)

3.4.1 系統(tǒng)的總體設(shè)計方案

3.4.2 省網(wǎng)AVC系統(tǒng)的模型和主要算法

3.4.3 系統(tǒng)控制策略

3.5 省級電網(wǎng)無功優(yōu)化控制子站系統(tǒng)

3.5.1 電廠側(cè)無功優(yōu)化控制系統(tǒng)

3.5.2 變電站側(cè)無功優(yōu)化控制

3.6 結(jié)合電壓穩(wěn)定的省級電壓/無功優(yōu)化控制

3.6.1 電壓穩(wěn)定裕度計算的方法

3.6.2 無功優(yōu)化和電壓穩(wěn)定的結(jié)合

3.7 省級電壓/無功控制和上下級電網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制

3.7.1 省地聯(lián)調(diào)方案

3.7.2 網(wǎng)省聯(lián)調(diào)方案

3.8 省級電壓/無功控制工程實用化處理

3.8.1 系統(tǒng)抵御異常的方法

3.8.2 潮流改進(jìn)與分析技術(shù)

3.8.3 工程實用化策略

3.8.4 引入負(fù)荷預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行輔助控制決策

第4章 電網(wǎng)AVC系統(tǒng)工程化處理

4.1 概述

4.2 輸入數(shù)據(jù)的工程化處理

4.2.1 數(shù)據(jù)的工程化處理

4.2.2 量測數(shù)據(jù)和狀態(tài)估計數(shù)據(jù)

4.2.3 離散控制的工程化處理

4.3 控制的工程化處理

4.3.1 閉鎖設(shè)置的應(yīng)用

4.3.2 主變壓器并列運(yùn)行的處理

4.3.3 機(jī)組無功儲備和進(jìn)相工程化處理

4.3.4 控制平穩(wěn)的工程化處理

4.4 精度的工程化處理

4.4.1 負(fù)荷預(yù)測的應(yīng)用

4.4.2 外網(wǎng)等值的處理

第5章 地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)應(yīng)用案例分析

5.1 概述

5.2 衡水電網(wǎng)使用地區(qū)集中式AVC的案例分析

5.2.1 衡水電網(wǎng)及集中式AVC應(yīng)用概況

5.2.2 集中式AVC在衡水地區(qū)應(yīng)用案例分析

5.3 某電網(wǎng)使用地區(qū)分布式AVC的案例分析

5.3.1 某電網(wǎng)及分布式AVC應(yīng)用概況

5.3.2 分布式AVC在某地區(qū)應(yīng)用案例分析

第6章 省級電網(wǎng)無功優(yōu)化系統(tǒng)實例介紹

6.1 實例電網(wǎng)基本情況簡介

6.2 實例電網(wǎng)實施AVC系統(tǒng)的可行性

6.2.1 調(diào)度自動化系統(tǒng)接入AVC系統(tǒng)的可行性研究

6.2.2 AVC系統(tǒng)可行性研究

6.3 實例系統(tǒng)的技術(shù)性能指標(biāo)

6.3.1 參考和引用的標(biāo)準(zhǔn)

6.3.2 實施標(biāo)準(zhǔn)

6.3.3 系統(tǒng)容量規(guī)模

6.3.4 系統(tǒng)可用性指標(biāo)

6.3.5 系統(tǒng)可靠性指標(biāo)

6.3.6 系統(tǒng)信息處理指標(biāo)

6.3.7 實時性指標(biāo)

6.3.8 負(fù)荷率指標(biāo)

6.3.9 存儲容量指標(biāo)

6.3.10 系統(tǒng)的冷啟動、熱啟動和加電技術(shù)指標(biāo)

6.4 實例系統(tǒng)軟硬件配置

6.4.1 軟件配置

6.4.2 硬件結(jié)構(gòu)圖

6.5 實例系統(tǒng)部分子系統(tǒng)和算例展示

6.5.1 監(jiān)視子系統(tǒng)部分功能展示

6.5.2 維護(hù)子系統(tǒng)部分功能展示

6.5.3 分析查詢子系統(tǒng)部分功能展示

6.5.4 權(quán)限管理子系統(tǒng)部分功能展示

6.5.5 雙機(jī)互備子系統(tǒng)部分功能展示

6.5.6 跨越網(wǎng)絡(luò)安全區(qū)實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步方法展示

6.5.7 控制實驗子系統(tǒng)部分功能展示

6.5.8 無功優(yōu)化計算結(jié)果展示和分析

第7章 AVC輔助產(chǎn)品介紹

第8章 自動電壓控制展望

參考文獻(xiàn) 2100433B