自动电压控制的关键技术浅析

李 伟，王士伟，周家旭

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.中国能源建设集团东北电力第一工程公司，辽宁 沈阳 110179；3.国电科学技术研究院，辽宁 沈阳 110031）

自动电压控制的关键技术浅析

李 伟1，王士伟2，周家旭3

（1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.中国能源建设集团东北电力第一工程公司，辽宁 沈阳 110179；3.国电科学技术研究院，辽宁 沈阳 110031）

电压是电力系统运行的重要指标之一，无功电压控制是提高电压质量、降低网损的重要技术手段。现实中，无功电压控制有难点。自动电压控制（AVC）对发电机组、电容器／电抗器等多种无功调节手段进行全网优化闭环控制，提高无功电压安全经济运行水平。对于AVC的关键技术研究，为保持系统电压稳定、提升电网电压品质和整个系统经济运行水平、提高无功电压管理水平提供了重要技术手段。

电压；自动电压控制；无功

国内大容量机组投入及超高压电网形成，电网无功不足不再是主要矛盾，而负荷波动对其电压及无功调节的需求越来越频繁；无功电压非线性强，传统局部分散的人工调压缺乏相互协调，调压难度大；无功功率不合理流动不利于电网安全经济运行等［1］。

自动电压控制（AVC）对发电机组、电容器／电抗器等多种无功调节手段进行全网优化闭环控制，能够提高无功电压安全经济运行水平［2］。

1 AVC关键技术

研究实现发电厂机组无功出力调节、直控变电站低压侧容抗器投切以及上下级调度无功调节间的统一协调闭环控制，在满足全局优化电压水平的同时优化区域内无功分布，主要包括以下6点：①离散变量控制；②全网无功优化；③分区协调控制；④控制灵敏度分析；⑤上下级协调；⑥安全控制策略。

1.1 离散变量控制

在全网无功优化和分区协调控制中均含有离散变量，直接求解该问题难度增大且降低了控制决策的可靠性［3］。本文采用等效方法对离散变量处理，将电容／电抗器投切等效为虚拟发电机无功出力，调节上、下限根据母线上所挂接的各个无功补偿设备的运行状态和闭锁情况确定，如图1所示。

1.2 全网无功优化

以网损为优化目标，是一个高维约束的大规模非线性规划问题，模型复杂，求解难度大，如式（1）：

图1 离散变量控制等效方法

针对上述问题，可以采用原-对偶内点算法求解。本算法的优点：具有多项式计算时间特性，良好的二次收敛特性，计算快速；对初始点不敏感，鲁棒性好，处理病态问题能力强。

1.3 分区协调控制

以中枢母线电压偏离最小和无功均衡为目标的连续离散混合二次规划问题，如图2所示，可以采用基于专家规则和二次规划相结合的两阶段法来实现。

图2 分区协调控制图

根据各种无功设备调节作用和性能，在空间维和时间维进行协调控制。

a.空间维协调。变电站优先补偿当地无功，电源侧发电厂进行精细调节，提高区域内动态无功储备，在保证电压约束同时减少厂站之间不合理无功流动。

b.时间维协调。结合负荷变化趋势，在负荷转换阶段（上坡／下坡）变电站设备优先动作，平稳阶段机组无功优化进行控制，尽量减少变电站设备动作次数。

采用的算法步骤如图3所示。

图3 分区控制协调算法步骤

1.4 控制灵敏度分析

控制灵敏度分析的难点在于，常规灵敏度仅仅依赖于电力网络方程的线性化，应从控制角度出发考虑控制节点和被控接点之间的灵敏度关系［4］。

采用的方法是将机组和电容器／电抗器视为统一的无功控制源，模拟动态控制过程并计及不同无功源的控制特性，综合考虑机组／容抗器的控制特性计算对复合母线的混合控制灵敏度。考虑对动态控制过程的模拟，采用逐次求解方法计算控制灵敏度。

1.5 上下级协调

a.网省协调

网调给出的关口无功上下限是基于省调AVC上送的可调能力的，是省调AVC可以达到的。省调同时给出220 kV母线电压的约束条件。省调220 kV电网有无功资源时，可以满足网调的无功优化控制目标，减少电压等级间不合理的无功流动。当省调220 kV电网无功资源用尽时，网调AVC可以通过对500 kV电网的无功控制支持省调220 kV调压。

b.省地协调

省调定义关口母线为关键母线，关口无功等值为控制机组，通过对区域内的变电站容抗器、发电机组以及等值控制机组等无功调节手段来协调维持关口母线电压水平。地调定义关口无功为控制目标，通过电容器、电抗器、发电机组等多种无功调节手段跟踪［5］。

1.6 安全控制策略

系统采用完备的闭锁策略，建立安全控制策略知识库，对遥测遥信进行数据滤波，系统级、厂站级和设备级闭锁信号处理机制以及状态估计、最优潮流不收敛的解决等［6］。

2 结论

AVC闭环控制实现了对电网无功电压的可知到可控、能控、在控的技术和管理自动化、精细化，无功电压调整方式实现了从离线到在线、从开环到闭环、从人工到自动的转变，为保持系统电压稳定、提升电网电压品质和整个系统经济运行水平、提高无功电压管理水平提供了重要技术手段。

［1］ 李春东.SVQC型变电站无功补偿装置与AVC区域控制系统接口方案研究［J］.东北电力技术，2013，34（7）：18-22.

［2］ 孙宏斌，郭庆来，张伯明.大电网自动电压控制技术的研究与发展［J］.电力科学与技术学报，2007，22（1）：7-12.

［3］ 李剑锋，张婷婷.东北电网无功电压多层协调控制研究［J］.东北电力技术，2013，34（8）：3-7.

［4］ 苏家祥，廖亨利，袁文谦.地县级两级电网AVC系统分层联合协调控制［J］.继电器，2008，36（10）：36-39.

［5］ 唐建惠，张立港，赵晓亮.自动电压控制系统（AVC）在发电厂侧的应用［J］.电力系统保护与控制，2009，37（4）：32-35.

［6］ Denzel D，Edwin K W，Graf F R，et al.Optimal power flow and its real-time application at the RWE energy contral center［C］. CIGAR 1988，Paris，1998：19-39.

Analysis on Key Technologies of Automatic Voltage Control

LI Wei1，WANG Shi⁃wei2，ZHOU Jia⁃xu3
（1.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China；2.The First Northeast Electric Power Engineering Co.of China Energy Engineering Grop，Shenyang，Liaoning 110179，China；3.Guodian Science and Technology Research Institute，Shenyang，Liaoning 110031，China）

Voltage is an important index of power system operation，and reactive power control is the important technical means to im⁃prove the quality of voltage and reduce the loss of power system.In reality，the reactive power and voltage control is difficult，auto⁃matic voltage control（AVC）for generating set，capacitor，reactor，and as a variety of reactive power regulation methods of closed⁃loop control for the entire network optimization，whicvh improves the level of reactive voltage security and economic operation.Key technology research for AVC provide an important technical method to mainatain the system voltage stability，to improve the quality of power grid voltage and the economic operation level of the whole system，and to improve the level of reactive voltage management.

Voltage；Automatic voltage control；Reactive power

TM761＋.1

A

1004-7913（2015）03-0022-03

李 伟（1982—），男，硕士，工程师，从事自动化技术研究。

2014-12-10）