廣東電網(wǎng)公司清遠供電局 卞 超

自動電壓控制技術(shù)（Automatic Voltage Control，以下簡稱AVC）的總體控制方案是對電網(wǎng)進行分層分區(qū)控制，使AVC控制在空間上協(xié)調(diào)作用。分層一般根據(jù)電壓等級劃分；分區(qū)是根據(jù)無功平衡的局域性，以一個220kV的變電站為中心，將該廠站和其所屬下級廠站及設(shè)備化為一個分區(qū)，必要時以電氣距離遠近進行理論分區(qū)并作校正。AVC根據(jù)電網(wǎng)電壓無功空間分布狀態(tài)自動選擇控制模式并使各種控制模式自適應協(xié)調(diào)配合，對電網(wǎng)內(nèi)各變電站的有載調(diào)壓裝置和無功補償設(shè)備進行集中監(jiān)視、統(tǒng)一管理和在線控制，從全局的角度對廣域分散的電網(wǎng)無功裝置進行協(xié)調(diào)優(yōu)化控制，實現(xiàn)全網(wǎng)無功電壓優(yōu)化控制閉環(huán)運行。

1.分層分區(qū)

根據(jù)無功平衡的局域性和分散性，AVC對地區(qū)電網(wǎng)電壓無功分層分區(qū)控制，使其自動控制在空間上解耦。AVC數(shù)據(jù)庫模型定義了廠站、電壓監(jiān)測點（母線）、控制設(shè)備（電容器、變壓器）等記錄，并根據(jù)網(wǎng)絡拓撲實時跟蹤方式變化，進行動態(tài)分區(qū)，以220kV樞紐變電站為中心，將整個電網(wǎng)分成若干彼此間無功電壓電氣耦合度很弱的區(qū)域電網(wǎng)[1]。

典型的地區(qū)電網(wǎng)區(qū)域接線圖如圖1所示。

AVC中的區(qū)域是動態(tài)的概念，最小區(qū)域為一個廠站，最大區(qū)域則為全網(wǎng)。AVC分區(qū)支持自適應區(qū)域嵌套劃分，如圖1中可劃分出A、B、C、BC、ABC等5個區(qū)域。AVC控制僅僅使地區(qū)電網(wǎng)無功在關(guān)口滿足功率因數(shù)要求、達到平衡是遠遠不夠的。為優(yōu)化無功平衡狀態(tài)，必須在盡可能小的區(qū)域范圍內(nèi)使無功就地平衡。AVC自動拓撲分區(qū)支持自適應區(qū)域嵌套劃分，首先盡量使小區(qū)域無功就地平衡，如果該區(qū)域無功就地平衡無法得到滿足，則將該區(qū)域范圍擴大到相鄰廠站，在此擴大區(qū)域內(nèi)使無功得到就地平衡。

2.電壓控制策略

2.1 區(qū)域電壓控制

區(qū)域群體電壓水平受區(qū)域樞紐廠站無功設(shè)備控制影響，是區(qū)域整體無功平衡的結(jié)果。結(jié)合實時靈敏度分析和自適應區(qū)域嵌套劃分確定區(qū)域樞紐廠站。當區(qū)域內(nèi)電壓普遍偏高（低）時，調(diào)節(jié)樞紐廠站無功設(shè)備，以盡可能少的控制設(shè)備調(diào)節(jié)次數(shù)，使最大范圍內(nèi)電壓合格或提高群體電壓水平，同時避免區(qū)域內(nèi)多主變同時調(diào)節(jié)引起振蕩，實現(xiàn)區(qū)域電壓控制的優(yōu)化。具體措施如下：對一個區(qū)域內(nèi)所有10kV母線的電壓進行判斷（只對電壓在9-11kV的母線統(tǒng)計，停運或電壓不正常的母線不計入統(tǒng)計，但非閉環(huán)站納入計算），如果60%的母線電壓越（上下）限（清遠地區(qū)上下限定值設(shè)為10.3--10.55kV），則相應的（向下上）調(diào)節(jié)區(qū)域內(nèi)220kV站主變抽頭，從而達到全局控制，避免了區(qū)域內(nèi)多站投切電容或調(diào)整檔位操作。同時還可以避免關(guān)口無功的波動，增大了AVC可控對象裕度。

2.2 就地電壓控制

由實時靈敏度分析可知，就地無功設(shè)備控制能夠最快、最有效校正當?shù)仉妷?，消除電壓越限。當某廠站電壓越限時，啟動該廠站內(nèi)無功設(shè)備調(diào)節(jié)。該廠站內(nèi)變壓器和電容器按就地電壓策略協(xié)調(diào)控制，實現(xiàn)電壓無功綜合優(yōu)化。具體控制策略如圖2所示。

2.3 電壓控制的選擇與約束條件

圖2中無論是通過區(qū)域電壓控制模式還是就地電壓控制模式對110kV、10kV越限母線進行電壓調(diào)節(jié)，上述220kV電壓均指被調(diào)節(jié)的母線所在分區(qū)內(nèi)的根節(jié)點220kV母線電壓。對35kV和6kV母線，只有就地電壓控制模式，其控制策略與圖2中針對110kV和10kV母線的策略一致。不論是區(qū)域電壓控制模式或是就地電壓控制模式，為實現(xiàn)調(diào)壓目的而對主變檔位進行升降或?qū)﹄娙萜鬟M行投切操作時，均考慮以下約束條件：

針對電容器，投入電容器前進行以下預判：

a)投入電容器時該廠站主變或所在區(qū)域內(nèi)220kV主變無功倒流。若某110kV站主變閉鎖且10kV母線電壓越下限，為保證該10kV母線電壓，在不造成區(qū)域220kV關(guān)口無功倒流的情況下，可暫時忽略本110kV站主變高壓側(cè)的無功，強投電容。清遠電網(wǎng)由于存在較多地方電，特別是三連一陽地區(qū)小水電集中，在豐水期必然存在關(guān)口無功倒送的情況，這時在控制策略里面分片對各關(guān)口允許合理限值的無功倒送220kV電網(wǎng)；

b)該時段電容器動作次數(shù)越限，一般根據(jù)各站負荷特性，分峰谷時段設(shè)定允許電容動作次數(shù)，防止電容器頻繁投切增大設(shè)備故障風險；

c)該電容器已投入；

d)該電容器被切除后時間小于5分鐘，避免電容未充分放電投入運行；

如以上4個條件成立則不投入電容器，電容器優(yōu)先投入動作被過濾。

針對主變，調(diào)整主變檔位前也進行以下預判：

a)主變并列運行檔位相差大（大于等于2檔），目前清遠電網(wǎng)AVC相差1檔則自動調(diào)節(jié)一致。

b)主變檔位動作次數(shù)越限，清遠地區(qū)有較多重工業(yè)（如大型鐵廠），該類變電站電壓特性呈寬幅鋸齒狀，若不限制檔位動作次數(shù)，每日調(diào)檔可達50次，對變壓器運行產(chǎn)生極為不利影響。對于寬幅鋸齒狀電壓特性的站，應盡量將時段分得更細，日運行動作總次數(shù)一般不高于10次。

c)主變處于極限檔位（最高檔/最低檔）。

d)主變距上次調(diào)整時間小于2分鐘，避免頻繁調(diào)檔引起脫扣。

如以上4個條件成立則不進行檔位調(diào)節(jié)，主變檔位優(yōu)先動作被過濾。

對于并列主變調(diào)節(jié)時考慮如下策略：

a)根據(jù)基于開關(guān)刀閘狀態(tài)的拓撲算法判斷是否并列運行，如果主變無負荷即輕載情況下，主變不在AVC控制范圍內(nèi)。

b)檔位調(diào)整時同步調(diào)節(jié)，保證檔位的一致性；若并列主變中一臺調(diào)節(jié)成功，另一臺調(diào)節(jié)失敗，則不將已調(diào)節(jié)成功的主變檔位調(diào)節(jié)回去，并提示并列主變檔位不一致。

c)對于7檔、17檔等不同變比并列運行的主變，根據(jù)人工填寫AVC并列檔位對照表，以使系統(tǒng)調(diào)節(jié)時能自動對齊使變比一致。

3.無功控制策略

3.1 經(jīng)濟壓差原理

對于支路潮流計算有下列公式：

輸電損耗：ΔP=R×P2/U2+R×Q2/U2

線路壓降：ΔU≈（P×R+Q×X）/U

式中：R為線路電阻，X為線路電抗，P為輸送有功功率，Q為輸送無功功率，U為母線電壓[2]。

分析上述公式可以得出：U越大，Q越小，則輸電損耗和線路壓降越小，Q=0時，線路無功分點恰好位于中點，此時ΔU稱為經(jīng)濟壓差。經(jīng)濟壓差原理是高電壓水平下無功分層分區(qū)平衡原則極限狀態(tài)的定量表示。

3.2 無功控制策略

針對區(qū)域無功可能出現(xiàn)的過補和欠補兩種情況，AVC的無功控制相應地可分為無功切除、無功投入兩個操作方向。在無功切除或投入時需對區(qū)域內(nèi)電容器序列切除和投入，分析判斷指標即是根據(jù)上述經(jīng)濟壓差原理的Q×X。其中，Q為線路上流動或穿過主變的無功，X為線路或主變阻抗。

區(qū)域無功切除策略：

1)從區(qū)域根結(jié)點220kV A站開始掃描，將當前區(qū)域注入無功與考核標準進行比較，當偏差大于所設(shè)定精度(即帶寬)時，啟動區(qū)域無功切除策略。

2)將任意結(jié)點(A站、B站、C站均有可能)下屬子區(qū)域已投入電容器放進切除隊列，并按電氣指標Q×X進行升序排列。

3)當選擇某站(如A站)電容器切除時，計算切除前后電氣指標Q×X，若切除后Q×X變小，說明切除該電容器不會使網(wǎng)損增加，確實應該切除；否則，選擇隊列中的下一個電容器。

4)切除電容器時對電壓進行預判，如果切除后電壓可能越下限，則上調(diào)檔位后再切除該電容器(組合策略)。若上調(diào)檔位不成功，則選擇下一個電容器。

區(qū)域無功投入策略：

1)從區(qū)域最末端結(jié)點開始掃描，將當前區(qū)域注入無功與考核標準進行比較，當無功不足且偏差大于所設(shè)定精度(即帶寬)時，啟動區(qū)域無功投入策略。

2)將任意結(jié)點(A站、B站、C站均有可能)下屬子區(qū)域已切除電容器放進投入隊列，并按電氣指標Q×X進行降序排列。

3)當選擇某站(如C站)電容器投入時，判斷該電容器投入是否使區(qū)域根結(jié)點(關(guān)口)無功越上限，如果不越上限則投入；否則，選擇隊列中的下一個電容器。

4)投入電容器時對電壓進行預判，如果投入后電壓可能越上限，則下調(diào)檔位后再投入電容器(組合策略)。

4.設(shè)備閉鎖策略及安全措施

針對以下情形，AVC可將設(shè)備閉鎖并自動觸發(fā)生成AVC告警信號：

1)通過設(shè)置關(guān)聯(lián)SCADA保護信號，AVC可檢測到設(shè)備的保護動作并自動閉鎖對該設(shè)備的控制，同時發(fā)告警信號。一個設(shè)備可關(guān)聯(lián)多個保護信號，同時一個保護信號也可關(guān)聯(lián)多個設(shè)備，信號之間以“或”的關(guān)系進行處理，只要設(shè)備關(guān)聯(lián)的其中一個保護信號動作即閉鎖該設(shè)備。

2)如果對某個設(shè)備的控制連續(xù)兩次均無響應，則閉鎖對該設(shè)備的控制，并發(fā)出設(shè)備拒動的告警信號。

3)在220kV主網(wǎng)電壓過低(系統(tǒng)默認為213kV)的情況下，系統(tǒng)自動閉鎖上調(diào)220kV主變分接開關(guān)，防止造成主網(wǎng)電壓崩潰。

4)出現(xiàn)主變滑檔情況時，系統(tǒng)自動閉鎖對主變分接頭的控制，并發(fā)滑檔告警。

5)系統(tǒng)自動計算電容器和主變分接頭的動作次數(shù)，當達到該時段動作次數(shù)限值后，自動閉鎖該設(shè)備，并發(fā)設(shè)備動作次數(shù)越限的告警信號。

6)在AVC沒有下發(fā)指令時，如果檢測到有電容器開關(guān)遙信變位或主變檔位調(diào)整的情況，則判為手工操作，AVC閉鎖對該設(shè)備的控制，并發(fā)手工操作的告警信號。

7)主變或電容器掛牌時，AVC自動讀取掛牌標志并閉鎖相關(guān)設(shè)備。

8)當主變高壓側(cè)的無功或電流大于(小于)定值時(定值在變壓器控制表中設(shè)定)，閉鎖該主變調(diào)壓。

9)當母線電壓越事故限值時(默認高于11.9、低于9.0)，閉鎖該母線調(diào)壓，并發(fā)母線過電壓或母線欠電壓的告警信號。

10)當母線電壓因各種原因發(fā)生異常時，母線電壓越限±20%自動閉鎖該母線的AVC控制，當母線電壓處于額定電壓±20%以內(nèi)時，任意運行主變在600秒內(nèi)發(fā)生同一方向上連續(xù)調(diào)壓3次，則對該主變自動硬閉鎖，并由運行人員確認調(diào)壓原因后，手動解鎖恢復該主變的AVC運行。

11)對同一段母線上的電容器當日動作次數(shù)進行分析，將同一段母線上年度動作次數(shù)最少的電容優(yōu)先受控，并根據(jù)動作次數(shù)對電容受控序列排序，避免了AVC控制時會出現(xiàn)對某一電容器次數(shù)較多而另一電容器次數(shù)較少的不對稱現(xiàn)象。

[1]賴永生,劉明波.電力系統(tǒng)動態(tài)無功優(yōu)化問題的快速解耦算法[J].中國電機工程學報,2008,28(7):32-39.

[2]何仰贊,溫增銀.電力系統(tǒng)分析(第三版)[M].武漢:華中科技大學出版社,2002.