广东清远电网自动电压控制策略研究

广东电网公司清远供电局 卞 超

自动电压控制技术（Automatic Voltage Control，以下简称AVC）的总体控制方案是对电网进行分层分区控制，使AVC控制在空间上协调作用。分层一般根据电压等级划分；分区是根据无功平衡的局域性，以一个220kV的变电站为中心，将该厂站和其所属下级厂站及设备化为一个分区，必要时以电气距离远近进行理论分区并作校正。AVC根据电网电压无功空间分布状态自动选择控制模式并使各种控制模式自适应协调配合，对电网内各变电站的有载调压装置和无功补偿设备进行集中监视、统一管理和在线控制，从全局的角度对广域分散的电网无功装置进行协调优化控制，实现全网无功电压优化控制闭环运行。

1.分层分区

根据无功平衡的局域性和分散性，AVC对地区电网电压无功分层分区控制，使其自动控制在空间上解耦。AVC数据库模型定义了厂站、电压监测点（母线）、控制设备（电容器、变压器）等记录，并根据网络拓扑实时跟踪方式变化，进行动态分区，以220kV枢纽变电站为中心，将整个电网分成若干彼此间无功电压电气耦合度很弱的区域电网[1]。

典型的地区电网区域接线图如图1所示。

AVC中的区域是动态的概念，最小区域为一个厂站，最大区域则为全网。AVC分区支持自适应区域嵌套划分，如图1中可划分出A、B、C、BC、ABC等5个区域。AVC控制仅仅使地区电网无功在关口满足功率因数要求、达到平衡是远远不够的。为优化无功平衡状态，必须在尽可能小的区域范围内使无功就地平衡。AVC自动拓扑分区支持自适应区域嵌套划分，首先尽量使小区域无功就地平衡，如果该区域无功就地平衡无法得到满足，则将该区域范围扩大到相邻厂站，在此扩大区域内使无功得到就地平衡。

2.电压控制策略

2.1 区域电压控制

区域群体电压水平受区域枢纽厂站无功设备控制影响，是区域整体无功平衡的结果。结合实时灵敏度分析和自适应区域嵌套划分确定区域枢纽厂站。当区域内电压普遍偏高（低）时，调节枢纽厂站无功设备，以尽可能少的控制设备调节次数，使最大范围内电压合格或提高群体电压水平，同时避免区域内多主变同时调节引起振荡，实现区域电压控制的优化。具体措施如下：对一个区域内所有10kV母线的电压进行判断（只对电压在9-11kV的母线统计，停运或电压不正常的母线不计入统计，但非闭环站纳入计算），如果60%的母线电压越（上下）限（清远地区上下限定值设为10.3--10.55kV），则相应的（向下上）调节区域内220kV站主变抽头，从而达到全局控制，避免了区域内多站投切电容或调整档位操作。同时还可以避免关口无功的波动，增大了AVC可控对象裕度。

2.2 就地电压控制

由实时灵敏度分析可知，就地无功设备控制能够最快、最有效校正当地电压，消除电压越限。当某厂站电压越限时，启动该厂站内无功设备调节。该厂站内变压器和电容器按就地电压策略协调控制，实现电压无功综合优化。具体控制策略如图2所示。

2.3 电压控制的选择与约束条件

图2中无论是通过区域电压控制模式还是就地电压控制模式对110kV、10kV越限母线进行电压调节，上述220kV电压均指被调节的母线所在分区内的根节点220kV母线电压。对35kV和6kV母线，只有就地电压控制模式，其控制策略与图2中针对110kV和10kV母线的策略一致。不论是区域电压控制模式或是就地电压控制模式，为实现调压目的而对主变档位进行升降或对电容器进行投切操作时，均考虑以下约束条件：

针对电容器，投入电容器前进行以下预判：

a)投入电容器时该厂站主变或所在区域内220kV主变无功倒流。若某110kV站主变闭锁且10kV母线电压越下限，为保证该10kV母线电压，在不造成区域220kV关口无功倒流的情况下，可暂时忽略本110kV站主变高压侧的无功，强投电容。清远电网由于存在较多地方电，特别是三连一阳地区小水电集中，在丰水期必然存在关口无功倒送的情况，这时在控制策略里面分片对各关口允许合理限值的无功倒送220kV电网；

b)该时段电容器动作次数越限，一般根据各站负荷特性，分峰谷时段设定允许电容动作次数，防止电容器频繁投切增大设备故障风险；

c)该电容器已投入；

d)该电容器被切除后时间小于5分钟，避免电容未充分放电投入运行；

如以上4个条件成立则不投入电容器，电容器优先投入动作被过滤。

针对主变，调整主变档位前也进行以下预判：

a)主变并列运行档位相差大（大于等于2档），目前清远电网AVC相差1档则自动调节一致。

b)主变档位动作次数越限，清远地区有较多重工业（如大型铁厂），该类变电站电压特性呈宽幅锯齿状，若不限制档位动作次数，每日调档可达50次，对变压器运行产生极为不利影响。对于宽幅锯齿状电压特性的站，应尽量将时段分得更细，日运行动作总次数一般不高于10次。

c)主变处于极限档位（最高档/最低档）。

d)主变距上次调整时间小于2分钟，避免频繁调档引起脱扣。

如以上4个条件成立则不进行档位调节，主变档位优先动作被过滤。

对于并列主变调节时考虑如下策略：

a)根据基于开关刀闸状态的拓扑算法判断是否并列运行，如果主变无负荷即轻载情况下，主变不在AVC控制范围内。

b)档位调整时同步调节，保证档位的一致性；若并列主变中一台调节成功，另一台调节失败，则不将已调节成功的主变档位调节回去，并提示并列主变档位不一致。

c)对于7档、17档等不同变比并列运行的主变，根据人工填写AVC并列档位对照表，以使系统调节时能自动对齐使变比一致。

3.无功控制策略

3.1 经济压差原理

对于支路潮流计算有下列公式：

输电损耗：ΔP=R×P2/U2+R×Q2/U2

线路压降：ΔU≈（P×R+Q×X）/U

式中：R为线路电阻，X为线路电抗，P为输送有功功率，Q为输送无功功率，U为母线电压[2]。

分析上述公式可以得出：U越大，Q越小，则输电损耗和线路压降越小，Q=0时，线路无功分点恰好位于中点，此时ΔU称为经济压差。经济压差原理是高电压水平下无功分层分区平衡原则极限状态的定量表示。

3.2 无功控制策略

针对区域无功可能出现的过补和欠补两种情况，AVC的无功控制相应地可分为无功切除、无功投入两个操作方向。在无功切除或投入时需对区域内电容器序列切除和投入，分析判断指标即是根据上述经济压差原理的Q×X。其中，Q为线路上流动或穿过主变的无功，X为线路或主变阻抗。

区域无功切除策略：

1)从区域根结点220kV A站开始扫描，将当前区域注入无功与考核标准进行比较，当偏差大于所设定精度(即带宽)时，启动区域无功切除策略。

2)将任意结点(A站、B站、C站均有可能)下属子区域已投入电容器放进切除队列，并按电气指标Q×X进行升序排列。

3)当选择某站(如A站)电容器切除时，计算切除前后电气指标Q×X，若切除后Q×X变小，说明切除该电容器不会使网损增加，确实应该切除；否则，选择队列中的下一个电容器。

4)切除电容器时对电压进行预判，如果切除后电压可能越下限，则上调档位后再切除该电容器(组合策略)。若上调档位不成功，则选择下一个电容器。

区域无功投入策略：

1)从区域最末端结点开始扫描，将当前区域注入无功与考核标准进行比较，当无功不足且偏差大于所设定精度(即带宽)时，启动区域无功投入策略。

2)将任意结点(A站、B站、C站均有可能)下属子区域已切除电容器放进投入队列，并按电气指标Q×X进行降序排列。

3)当选择某站(如C站)电容器投入时，判断该电容器投入是否使区域根结点(关口)无功越上限，如果不越上限则投入；否则，选择队列中的下一个电容器。

4)投入电容器时对电压进行预判，如果投入后电压可能越上限，则下调档位后再投入电容器(组合策略)。

4.设备闭锁策略及安全措施

针对以下情形，AVC可将设备闭锁并自动触发生成AVC告警信号：

1)通过设置关联SCADA保护信号，AVC可检测到设备的保护动作并自动闭锁对该设备的控制，同时发告警信号。一个设备可关联多个保护信号，同时一个保护信号也可关联多个设备，信号之间以“或”的关系进行处理，只要设备关联的其中一个保护信号动作即闭锁该设备。

2)如果对某个设备的控制连续两次均无响应，则闭锁对该设备的控制，并发出设备拒动的告警信号。

3)在220kV主网电压过低(系统默认为213kV)的情况下，系统自动闭锁上调220kV主变分接开关，防止造成主网电压崩溃。

4)出现主变滑档情况时，系统自动闭锁对主变分接头的控制，并发滑档告警。

5)系统自动计算电容器和主变分接头的动作次数，当达到该时段动作次数限值后，自动闭锁该设备，并发设备动作次数越限的告警信号。

6)在AVC没有下发指令时，如果检测到有电容器开关遥信变位或主变档位调整的情况，则判为手工操作，AVC闭锁对该设备的控制，并发手工操作的告警信号。

7)主变或电容器挂牌时，AVC自动读取挂牌标志并闭锁相关设备。

8)当主变高压侧的无功或电流大于(小于)定值时(定值在变压器控制表中设定)，闭锁该主变调压。

9)当母线电压越事故限值时(默认高于11.9、低于9.0)，闭锁该母线调压，并发母线过电压或母线欠电压的告警信号。

10)当母线电压因各种原因发生异常时，母线电压越限±20%自动闭锁该母线的AVC控制，当母线电压处于额定电压±20%以内时，任意运行主变在600秒内发生同一方向上连续调压3次，则对该主变自动硬闭锁，并由运行人员确认调压原因后，手动解锁恢复该主变的AVC运行。

11)对同一段母线上的电容器当日动作次数进行分析，将同一段母线上年度动作次数最少的电容优先受控，并根据动作次数对电容受控序列排序，避免了AVC控制时会出现对某一电容器次数较多而另一电容器次数较少的不对称现象。

[1]赖永生,刘明波.电力系统动态无功优化问题的快速解耦算法[J].中国电机工程学报,2008,28(7):32-39.

[2]何仰赞,温增银.电力系统分析(第三版)[M].武汉:华中科技大学出版社,2002.