阮璇，張鵬，陳偉，王以波，張曉思

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，云南 昆明 650011）

0 前言

自動電壓控制（Automatic Voltage Control,AVC）作為提高電壓質(zhì)量的重要手段獲得廣泛應(yīng)用，隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，電壓控制逐漸復(fù)雜化[1-4]。2021年某地區(qū)電網(wǎng)A類電壓合格率為99.83%，同比提升0.2個百分點，但A類、D類指標(biāo)管控較難[5]。電壓合格率除受供電半徑、負(fù)荷分布、季節(jié)性負(fù)荷變化等因素影響外，也受到地調(diào)主站端電壓控制不足的影響[6-10]。目前地調(diào)主站自動電壓控制系統(tǒng)主要存在以下幾個問題：

1）集中監(jiān)控廠站體量大導(dǎo)致調(diào)壓任務(wù)重。調(diào)控一體化和縣調(diào)集約化后，地調(diào)納入電壓管理的廠站達(dá)216座，其中35 kV變電站仍有9座未接入地調(diào)主站AVC功能，人工調(diào)壓任務(wù)重。

2）AVC定值設(shè)置不合理導(dǎo)致無法貼合實際情況。AVC定值設(shè)置不夠靈活，AVC策略與各地區(qū)、各廠站的負(fù)荷、電壓變化不匹配，導(dǎo)致AVC失去時效性。

3）AVC策略單一導(dǎo)致廠站缺乏配合。AVC策略為簡單的“就地調(diào)壓”，廠站上下級間配合不足，部分上級廠站調(diào)壓遲緩，下級廠站調(diào)壓頻繁，導(dǎo)致設(shè)備損耗嚴(yán)重。

4）未考慮過負(fù)荷對主變AVC功能的影響。負(fù)荷較重的地區(qū)，主變過負(fù)荷閉鎖調(diào)壓后，人工調(diào)壓和AVC均無法使用。

針對目前電壓和AVC現(xiàn)狀，本文從定值優(yōu)化和策略優(yōu)化兩方面展開研究，設(shè)計了適合地區(qū)電網(wǎng)調(diào)壓的智能AVC總體優(yōu)化方案：

1）定值優(yōu)化方面以分時段定值整定和特殊廠站定值整定相配合，使AVC電壓上下限貼合實際負(fù)荷和電壓情況，提高就地調(diào)壓時效性；

2）策略優(yōu)化方面以區(qū)域調(diào)壓和就地調(diào)壓相配合，提高區(qū)域整體電壓調(diào)節(jié)效率，減少設(shè)備動作次數(shù)，此外，在負(fù)荷較重的廠站采用預(yù)調(diào)壓措施，實現(xiàn)提前調(diào)壓；

3）在上述基礎(chǔ)上考慮了完備的安全閉鎖策略，確保AVC的安全性和可靠性。

AVC優(yōu)化的控制目標(biāo)和原則為：

1）優(yōu)先保證電壓合格率，其次考慮無功優(yōu)化，不能同時滿足電壓和無功要求時，應(yīng)首先滿足電壓要求；

2）減少無功設(shè)備和主變分接頭動作次數(shù)，降低設(shè)備損耗，優(yōu)先投切無功設(shè)備，再調(diào)整主變檔位，220 kV變電站主變檔位盡量不調(diào)整。

1 AVC定值優(yōu)化

1.1 分時段定值整定

分析某地區(qū)電網(wǎng)24 h負(fù)荷曲線可知，晚上23:30至次日08:00為負(fù)荷低谷時段，上午08:00至晚上23:30為負(fù)荷高峰時段，負(fù)荷高峰時段中又分別有上午、下午、晚上3個小高峰，上午08:00和晚上23:30開始，負(fù)荷變化快，為電壓調(diào)整的高峰期，需大量投退無功設(shè)備和調(diào)整主變檔位，電壓整體升高或降低后，負(fù)荷雖出現(xiàn)幾個小高峰或低谷，但變化相對較緩。

根據(jù)某地區(qū)電網(wǎng)負(fù)荷曲線，分時段設(shè)置AVC通用定值，晚上23:30至次日08:00負(fù)荷低谷時段，增大電壓上下限區(qū)間，降低電壓動作下限，使母線電壓在合格范圍內(nèi)偏低壓運行；上午08:00至晚上23:30負(fù)荷高峰時段，減小電壓上下限區(qū)間，升高電壓動作下限，使母線電壓在合格范圍內(nèi)偏高壓運行。分時段整定AVC通用定值一定程度上保證了負(fù)荷高峰時段調(diào)壓的靈敏度，同時也遵循逆調(diào)壓原則，適用于大部分負(fù)荷變化較平穩(wěn)的廠站。

1.2 特殊廠站定值整定

對于全天負(fù)荷起伏多次或變化率快的變電站，分兩個時段的通用定值已不再適用，需根據(jù)該廠站負(fù)荷特性設(shè)定AVC定值上下限區(qū)間，或分多時段設(shè)定不同的定值區(qū)間，以避免負(fù)荷快速升高或降低時，母線電壓變化過快而調(diào)壓不及時造成電壓越限。

AVC通用定值分時段整定和特殊廠站定值整定相配合，同時實現(xiàn)了定值的通用性與多樣性，使得AVC動作更貼近負(fù)荷特性。

2 AVC策略優(yōu)化

電壓和無功控制基本原則為：分層分區(qū)，就地平衡。地區(qū)電網(wǎng)基于該原則進行AVC策略優(yōu)化，區(qū)域調(diào)壓和就地調(diào)壓相配合，在此基礎(chǔ)上，負(fù)荷較重的廠站加入預(yù)調(diào)壓功能，實現(xiàn)提前調(diào)壓，最后再進行無功優(yōu)化。

2.1 區(qū)域調(diào)壓

地區(qū)電網(wǎng)區(qū)域調(diào)壓主要以220 kV變電站為樞紐，調(diào)節(jié)其110 kV母線電壓從而調(diào)整該片區(qū)整體電壓，因此區(qū)域調(diào)壓應(yīng)以下級變電站電壓和AVC運行情況為判斷參數(shù)，才能實現(xiàn)快速響應(yīng)，如以220 kV樞紐變電站110 kV母線電壓作為AVC動作判斷標(biāo)準(zhǔn)，則容易造成上下級AVC不匹配，發(fā)生下級電壓已大面積越限而上級AVC還未動作的情況。區(qū)域調(diào)壓動作條件設(shè)置為當(dāng)下級110 kV變電站電壓批量越限或主變檔位和無功設(shè)備AVC大量閉鎖時，投切上級220 kV變電站無功設(shè)備，必要時調(diào)整主變分接頭，調(diào)節(jié)區(qū)域整體電壓，減少該區(qū)域下級變電站調(diào)壓設(shè)備動作次數(shù)。

AVC系統(tǒng)自動實現(xiàn)拓?fù)渥粉櫤蛥^(qū)域劃分，把斷路器、主變、母線等設(shè)備設(shè)為節(jié)點，當(dāng)電網(wǎng)方式發(fā)生變化時，讀取SCADA系統(tǒng)遙信數(shù)據(jù)，自動刷新地區(qū)電網(wǎng)拓?fù)洳⑴袛嗌舷录夑P(guān)系，實現(xiàn)動態(tài)分區(qū)，防止非正常運行方式下AVC錯誤動作。

電網(wǎng)拓?fù)鋭討B(tài)分區(qū)示例如圖1所示。正常運行方式下，110 kV C變電站為線路變壓器組運行方式，兩臺主變分裂運行，電源點分別來自220 kV A變電站和220 kV B變電站，兩個220 kV變電站分別作為C變電站的上級樞紐。因檢修或方式需要電網(wǎng)拓?fù)浒l(fā)生變化，110 kV C變電站變?yōu)橹鱾浞绞焦╇?，兩臺主變高壓側(cè)并列運行，電源點來自220 kV A變電站，僅A變電站作為上級樞紐。

圖1 電網(wǎng)拓?fù)鋭討B(tài)分區(qū)示例

2.2 就地調(diào)壓

就地調(diào)壓適用于每個廠站，根據(jù)九區(qū)調(diào)壓原理圖，配合AVC定值優(yōu)化，快速靈敏地調(diào)節(jié)各廠站電壓，其靈敏度高于區(qū)域調(diào)壓，快速響應(yīng)本地電壓變化。九區(qū)調(diào)壓圖如圖2所示。就地調(diào)壓電壓上下限由前述AVC定值整定決定，功率因數(shù)上下限根據(jù)廠站的具體特性設(shè)置為0.95～0.99或0.90～0.99。實際運行中大部分變電站功率因數(shù)基本能滿足要求，因此九區(qū)調(diào)壓主要在1區(qū)、0區(qū)和5區(qū)中進行，為降低主變調(diào)壓風(fēng)險，電壓越上下限時優(yōu)先投切無功設(shè)備，無功設(shè)備無法滿足要求時，再調(diào)節(jié)主變檔位。無法同時滿足電壓和無功要求時，優(yōu)先滿足電壓要求。

圖2 九區(qū)調(diào)壓圖

2.3 預(yù)調(diào)壓

負(fù)荷較重的廠站，主變過負(fù)荷閉鎖調(diào)壓后，無法調(diào)壓將導(dǎo)致電壓越下限，針對這種情況在AVC策略中附加預(yù)調(diào)壓措施，以廠站負(fù)荷曲線為參考，在負(fù)荷還未達(dá)到主變閉鎖調(diào)壓前，提高母線電壓使之偏上限運行。

某35 kV變電站35 kV #2主變負(fù)荷和10 kVⅡ母電壓曲線如圖3所示。35 kV #2主變負(fù)荷達(dá)到85%以上自動閉鎖調(diào)壓，此時10 kVⅡ母電壓無其他調(diào)節(jié)措施，電壓越下限，采用預(yù)調(diào)壓策略后，AVC系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前負(fù)荷曲線斜率和歷史負(fù)荷曲線進行負(fù)荷預(yù)測，推算電壓上升趨勢，在主變負(fù)荷達(dá)到閉鎖調(diào)壓前半小時開始調(diào)壓，逐步升高主變檔位，使10 kV Ⅱ母電壓提前升高至10.5 kV左右，如圖中虛線曲線所示，隨著用電負(fù)荷的增長，電壓降到合格電壓區(qū)間中下游，越下限幾率降低。

圖3 某35 kV變電站35 kV #2主變負(fù)荷和10 kVⅡ母電壓曲線

3 安全閉鎖

無功設(shè)備和主變檔位在設(shè)備發(fā)生異常時應(yīng)及時閉鎖，避免帶異常動作引發(fā)電網(wǎng)風(fēng)險，結(jié)合SCADA系統(tǒng)采集到的電網(wǎng)信息，考慮以下幾種安全閉鎖AVC的情況：

1）主變分接頭拒動、主變分接頭滑檔、電容兩次拒動、變壓器調(diào)檔異常。

2）電容、主變跳閘。

3）電容、主變動作次數(shù)越限。

4）設(shè)備冷備用。

5）母線接地。

6）電容器間隔發(fā)控制回路斷線、彈簧未儲能等影響斷路器動作的信號。

7）主變間隔發(fā)主保護動作、油溫高告警、過負(fù)荷告警等影響調(diào)壓的信號。

4 效果分析

220 kV甲變電站片區(qū)110 kV乙變電站和110 kV丙變電站AVC優(yōu)化前后主變調(diào)壓次數(shù)（日均）見表1。AVC優(yōu)化前，該片區(qū)上下級調(diào)壓不配合，110 kV乙變電站和110 kV丙變電站調(diào)壓頻繁，AVC次數(shù)越限閉鎖后均需要人工調(diào)壓，主變?nèi)站{(diào)壓次數(shù)分別為5.59次和5.91次，采用區(qū)域調(diào)壓優(yōu)化后，220 kV甲變電站AVC提前調(diào)節(jié)片區(qū)電壓，110 kV乙變電站主變調(diào)壓次數(shù)可減少約1.41次/日，110 kV丙變電站主變調(diào)壓次數(shù)可減少約1.93次/日。

表1 110 kV部分變電站AVC優(yōu)化前后主變調(diào)壓次數(shù)（日均）

35 kV部分變電站AVC優(yōu)化前后10 kV母線電壓合格率見表2。AVC優(yōu)化前，丁變電站和戊變電站均因#2主變過負(fù)荷過負(fù)荷閉鎖調(diào)壓導(dǎo)致10 kV Ⅱ母電壓越下限情況嚴(yán)重，電壓合格率分別為99.25%和99.86%，越下限率分別為0.63%和0.12%，AVC優(yōu)化加入預(yù)調(diào)壓功能后，該電壓越限情況消除，丁變電站10 kVⅡ母電壓合格率可達(dá)99.88%，戊變電站10 kVⅡ母電壓合格率可達(dá)99.98%。

表2 35 kV部分變電站AVC優(yōu)化前后10 kV母線電壓合格率

5 結(jié)束語

本文分析并設(shè)計了地區(qū)電網(wǎng)適用的AVC總體優(yōu)化控制策略。在原就地電壓控制的基礎(chǔ)上進行AVC定值優(yōu)化，提高AVC動作效率，使得AVC更加貼合實際電網(wǎng)負(fù)荷和電壓變化，并采用就地調(diào)壓、區(qū)域調(diào)壓和預(yù)調(diào)壓相結(jié)合的策略，調(diào)節(jié)本地和區(qū)域電壓的同時減少調(diào)壓設(shè)備動作次數(shù)，同時解決了主變過負(fù)荷閉鎖調(diào)壓引起的電壓越限問題。根據(jù)效果分析，AVC定值優(yōu)化和AVC策略優(yōu)化相結(jié)合，可有效提高電壓合格率、降低設(shè)備損耗，大大降低地調(diào)監(jiān)控人員的勞動強度。下一步AVC建設(shè)重點將進行地、縣區(qū)調(diào)壓配合優(yōu)化，進一步提升偏遠(yuǎn)地區(qū)母線電壓質(zhì)量。