魏俞芝，張 森，豈小梅

(滄州供電公司，河北 滄州 061000)

電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行是電力系統(tǒng)調(diào)度與運(yùn)營(yíng)追求的目標(biāo),其中無(wú)功電壓的控制至關(guān)重要。自動(dòng)電壓控制(AVC)系統(tǒng)通過(guò)滄州供電公司的調(diào)度自動(dòng)化(SCADA)系統(tǒng)采集全網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)遙測(cè)、遙信等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行在線分析和計(jì)算。在電網(wǎng)與設(shè)備安全運(yùn)行的前提下，以各節(jié)點(diǎn)電壓合格、省網(wǎng)關(guān)口功率因數(shù)為約束條件，從全網(wǎng)角度進(jìn)行電壓無(wú)功優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)主變壓器分接斷路器調(diào)節(jié)次數(shù)最少和電容器投切合理、電壓合格率最高。集中控制系統(tǒng)最終形成有載調(diào)壓變壓器分接開關(guān)調(diào)節(jié)、無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備投切控制策略，借助監(jiān)控中心的調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的“四遙”功能，通過(guò)監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)自動(dòng)執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)內(nèi)各變電站的有載調(diào)壓裝置和無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的集中監(jiān)視、集中管理和集中控制。該系統(tǒng)是無(wú)人值班模式下解放運(yùn)行人員重復(fù)勞動(dòng)，全面提升整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行技術(shù)水平的重要標(biāo)志。

1 AVC系統(tǒng)的技術(shù)方案

在調(diào)度中心建設(shè)AVC主站，各監(jiān)控中心建設(shè)監(jiān)控子站，通過(guò)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和專用雙通道連接。監(jiān)控中心負(fù)責(zé)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行監(jiān)視，調(diào)度中心采集全網(wǎng)的數(shù)據(jù)，包括監(jiān)控中心的維護(hù)信息，進(jìn)行全網(wǎng)的策略計(jì)算，策略計(jì)算完畢后，將策略下發(fā)各監(jiān)控中心執(zhí)行，各監(jiān)控中心子系統(tǒng)具備獨(dú)立計(jì)算執(zhí)行功能。一旦主站系統(tǒng)有問(wèn)題或通道有問(wèn)題，將自己獨(dú)立運(yùn)行，執(zhí)行AVC調(diào)整控制。

功電壓優(yōu)化控制算法完成計(jì)算后，形成對(duì)電容器或分接頭的遙控、遙調(diào)控制命令序列后，需要將這些命令序列下發(fā)給SCADA，由SCADA對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行控制。方案執(zhí)行環(huán)節(jié)即完成此功能。

在電網(wǎng)發(fā)生各種事故的情況下，應(yīng)當(dāng)以安全運(yùn)行為主要目的，此時(shí)立即閉鎖無(wú)功閉環(huán)控制軟件。安全監(jiān)視環(huán)節(jié)的優(yōu)先級(jí)要高于其他環(huán)節(jié)，當(dāng)檢測(cè)到電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，在決策環(huán)節(jié)中自動(dòng)閉鎖相應(yīng)的設(shè)備或廠站；如果在執(zhí)行過(guò)程中，檢測(cè)到設(shè)備工作不正常，則馬上閉鎖執(zhí)行環(huán)節(jié)。

2 AVC系統(tǒng)控制方法

2.1 數(shù)據(jù)采集

系統(tǒng)從SCADA系統(tǒng)中獲得電網(wǎng)的實(shí)時(shí)信息，主要包括電壓、有功、無(wú)功、電流等遙測(cè)信息以及斷路器、隔離開關(guān)等遙信信息，由于在故障時(shí)需要閉鎖相關(guān)功能，因此還需要事故總信號(hào)等遙信信息。

2.2 數(shù)據(jù)過(guò)濾

實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于SCADA系統(tǒng)的量測(cè)誤差、通信干擾等因素會(huì)造成無(wú)功電壓優(yōu)化控制系統(tǒng)用于分析計(jì)算的的基礎(chǔ)性量測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯(cuò)誤。在這些錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)上進(jìn)行計(jì)算是沒(méi)有意義的，該AVC系統(tǒng)通過(guò)對(duì)直接取自SCADA的電網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，濾除壞數(shù)據(jù)，使無(wú)功電壓優(yōu)化控制算法能正確計(jì)算的軟件模塊。

2.3 規(guī)則庫(kù)建立

決策環(huán)節(jié)所使用的規(guī)則來(lái)源于事先設(shè)定好的規(guī)則庫(kù)，而這部分也是系統(tǒng)能否靈活實(shí)用的關(guān)鍵。規(guī)則庫(kù)由商用數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)兩部分組成，其中商用數(shù)據(jù)庫(kù)作為規(guī)則庫(kù)的存儲(chǔ)媒介，而決策環(huán)節(jié)在實(shí)際使用時(shí)，考慮到速度的因素，需要把商用數(shù)據(jù)庫(kù)下載到內(nèi)存中。規(guī)則庫(kù)里最重要的內(nèi)容是規(guī)則的描述和規(guī)則的生成。

2.4 控制策略

控制策略環(huán)節(jié)是該系統(tǒng)的核心部分。滄州電網(wǎng)AVC系統(tǒng)在生成控制策略時(shí)，采用面向區(qū)域電網(wǎng)的潮流計(jì)算模型。采用EMS系統(tǒng)提供的電網(wǎng)拓?fù)淠Ｐ汀⒃O(shè)備參數(shù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)控制前后的電網(wǎng)進(jìn)行潮流計(jì)算，根據(jù)計(jì)算得到的電壓、電流、有功、無(wú)功來(lái)計(jì)算功率因數(shù)、網(wǎng)損等，進(jìn)而確定控制策略。

2.4.1 電壓控制策略

首先，按無(wú)功電力分層、分區(qū)就地平衡的原則，控制并聯(lián)電容器投切，確保各110 kV變電站變壓器一次側(cè)功率因數(shù)達(dá)到和超過(guò)設(shè)定的下限(一般為0.9)。如果由于電容器安裝容量不足，出現(xiàn)在負(fù)荷高峰時(shí)，投入變電站所有電容器后，變壓器一次側(cè)功率因數(shù)仍不合格，AVC系統(tǒng)則給出告警，提示應(yīng)該在該變電站加裝電容器。

其次，在無(wú)功功率分層分區(qū)基本平衡的條件下，為進(jìn)一步提高電壓合格率，調(diào)整相應(yīng)的有載調(diào)壓變壓器的分接開關(guān)位置。對(duì)于220 kV變電站變壓器安裝有有載調(diào)壓分頭的送電區(qū)域，首先考查該區(qū)域的110 kV母線的系統(tǒng)電壓情況。如果110 kV母線的系統(tǒng)電壓不合格，則提示運(yùn)行人員，由調(diào)度中心向河北省調(diào)度中心申請(qǐng)，調(diào)整220 kV變電站變壓器有載調(diào)壓分頭的位置(若該分接頭檔位由地調(diào)AVC系統(tǒng)直接進(jìn)行控制，則可以直接閉環(huán)執(zhí)行)，若運(yùn)行人員認(rèn)可此要求，則等待220 kV變電站變壓器有載調(diào)壓分頭位置改變后，再進(jìn)行無(wú)功電壓綜合控制；反之，若運(yùn)行人員否認(rèn)此要求，則調(diào)整本110 kV變電站變壓器有載調(diào)壓分頭位置，使本廠站10 kV考核母線的電壓達(dá)到合格。對(duì)于220 kV變電站變壓器沒(méi)有安裝有有載調(diào)壓分頭的送電區(qū)域，則直接調(diào)整該110 kV變電站變壓器有載調(diào)壓分頭位置。若調(diào)整有載調(diào)壓分頭位置后，母線電壓仍不合格，則提示運(yùn)行人員，人工進(jìn)行運(yùn)行方式調(diào)整或負(fù)荷轉(zhuǎn)移。

AVC系統(tǒng)在控制電壓時(shí)，可以根據(jù)運(yùn)行人員的指定進(jìn)行逆調(diào)壓，即高峰時(shí)期各個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓偏上運(yùn)行，在負(fù)荷低谷時(shí)各個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓偏下限運(yùn)行。這時(shí)調(diào)壓的目標(biāo)不僅是保證電壓合格，而且還需要保證電壓在設(shè)定的的區(qū)域內(nèi)。

2.4.2 功率因數(shù)控制策略

如果供電區(qū)域的220 kV變電站變壓器關(guān)口功率因數(shù)未達(dá)到河北省電力公司的考核要求，且220 kV站本身電容器也由地調(diào)AVC控制，則優(yōu)先考慮220 kV變電站本身的無(wú)功資源，否則按距該220 kV變電站的電氣距離由遠(yuǎn)及近和110 kV變電站本身的變壓器一次側(cè)的功率因數(shù)由低到高的原則，逐個(gè)選擇110 kV變電站，在不導(dǎo)致其本身的考核母線電壓越上限的情況下，對(duì)存在無(wú)功冗余(含操作次數(shù)冗余)的110 kV變電站進(jìn)行無(wú)功優(yōu)化配置，調(diào)整其電容器投切，并允許其一次側(cè)適當(dāng)向110 kV系統(tǒng)倒送無(wú)功，直到220kV變電站變壓器一次側(cè)的功率因數(shù)達(dá)到河北省電力公司的考核要求，使無(wú)功潮流流向更趨合理，降低系統(tǒng)網(wǎng)損。如果出現(xiàn)投入了所有符合條件的電容器后，220 kV變電站變壓器一次側(cè)的功率因數(shù)仍不合格，則給出告警，提示運(yùn)行人員應(yīng)該調(diào)整方式轉(zhuǎn)移負(fù)荷，以及在該區(qū)域加裝電容器。 如果功率因數(shù)的控制優(yōu)先級(jí)高于電壓控制，系統(tǒng)會(huì)犧牲電壓控制的目標(biāo)(即電壓合格率)，調(diào)整110 kV變電站的電容器投切，滿足220 kV變電站主變壓器河北省電力公司關(guān)口的功率因數(shù)要求，此時(shí)AVC系統(tǒng)應(yīng)該能自動(dòng)選擇對(duì)電壓合格率影響最小的電容器進(jìn)行投切，能夠最大限度地保證電壓合格率。

3 應(yīng)用效果

變電站閉環(huán)運(yùn)行是AVC系統(tǒng)根據(jù)變電站電壓、功率因數(shù)、設(shè)備允許動(dòng)作次數(shù)等，自動(dòng)調(diào)整各變電站主變壓器分頭和電容器的投切，使得電壓和功率因數(shù)滿足要求。選取北孟110 kV變電站閉環(huán)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)且具有一定代表性的變電站，選取日負(fù)荷水平和負(fù)荷變化趨勢(shì)相近的2 d作為對(duì)比日，對(duì)比人工調(diào)節(jié)和AVC自動(dòng)控制2種控制模式下的調(diào)節(jié)效果。

3.1 電壓

a. 在相同的電壓合格范圍內(nèi)，尤其是在凌晨或傍晚，AVC的電壓調(diào)節(jié)水平優(yōu)于人工調(diào)節(jié)。

b. 在設(shè)置了合理的電壓控制上限值后，AVC系統(tǒng)基本上能夠?qū)?0 kV母線控制在上下限范圍之內(nèi)。

c. 對(duì)比日比較，10 kV母線電壓在一天內(nèi)的波動(dòng)基本滿足電壓曲線的限制，并且高峰時(shí)段電壓升高，低谷時(shí)段電壓降低，符合“逆調(diào)壓”的要求。

3.2 功率因數(shù)

AVC自動(dòng)控制優(yōu)于人工調(diào)節(jié)，尤其是在凌晨或傍晚負(fù)荷水平較低的時(shí)段，AVC自動(dòng)控制時(shí)功率因數(shù)保持較高水平，如圖1所示。

3.3 人工控制和AVC自動(dòng)控制對(duì)比

AVC投入運(yùn)行以后，對(duì)比人工控制和AVC自動(dòng)控制下的電容器和主變壓器分頭調(diào)節(jié)次數(shù)。人工控制電容器調(diào)節(jié)7次，AVC自動(dòng)控制調(diào)節(jié)4次；人工控制主變壓器分頭調(diào)節(jié)3次，AVC自動(dòng)控制調(diào)節(jié)1次。

AVC投入運(yùn)行以后，對(duì)比人工控制和AVC閉環(huán)控制下的電壓合格率。人工控制電壓合格率99.63%，AVC自動(dòng)控制電壓合格率為99.75%。通過(guò)統(tǒng)計(jì)可以看出：AVC閉環(huán)控制下的設(shè)備比人工

控制下的設(shè)備動(dòng)作次數(shù)少，且電壓合格率有所提高，可以說(shuō)明AVC系統(tǒng)的調(diào)節(jié)優(yōu)于人工調(diào)節(jié)。

4 結(jié)束語(yǔ)

滄州供電公司的AVC系統(tǒng)閉環(huán)運(yùn)行近2年，是河北省南部電網(wǎng)首家投入閉環(huán)運(yùn)行的地調(diào)。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行應(yīng)用，技術(shù)人員每月定期進(jìn)行分析總結(jié)、統(tǒng)計(jì)動(dòng)作、設(shè)備閉鎖、電壓合格率情況，不斷的優(yōu)化控制策略，包括調(diào)整電壓、功率因數(shù)上下限，將主變壓器動(dòng)作次數(shù)細(xì)化多時(shí)段、在不同情況下優(yōu)先電容器和主變壓器分頭的可選擇性等綜合技術(shù)策略，使得無(wú)功設(shè)備動(dòng)作次數(shù)明顯減少，但同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，AVC系統(tǒng)的應(yīng)用效果很大程度上取決于自動(dòng)化水平、設(shè)備健康水平和管理水平的高低。在大運(yùn)行模式下，AVC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)省、地、縣一體化控制將是進(jìn)一步研究的方向。AVC系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了主網(wǎng)電壓的穩(wěn)定和電壓質(zhì)量的要求，并為河北省南部電網(wǎng)全面推廣該技術(shù)做出了有益嘗試。