AVC技术在石嘴山电网的应用研究

张　波,　杨　鹏,　李靖科,　淡文国,　孙振权

(1.石嘴山市供电公司， 宁夏 石嘴山 753000；2.乌兰察布电业局， 内蒙古 乌兰察布 012000；3.陕西省地方电力(集团)有限公司， 陕西 西安 710061；4.陕西理工学院 电气工程学院， 陕西 汉中 723000)



AVC技术在石嘴山电网的应用研究

张波1,杨鹏1,李靖科1,淡文国2,孙振权3,4

(1.石嘴山市供电公司， 宁夏 石嘴山 753000；2.乌兰察布电业局， 内蒙古 乌兰察布 012000；3.陕西省地方电力(集团)有限公司， 陕西 西安 710061；4.陕西理工学院 电气工程学院， 陕西 汉中 723000)

[摘要]阐述了区域AVC系统的三级电压控制理论，介绍了AVC系统的控制原则及系统组成，分析了AVC系统在石嘴山电网的应用效果。基于电网无功调控能力和关口无功功率控制范围，实现自动电压控制方法，提出了区域电网无功电压优化目标方案及分布式控制策略。在石嘴山地区电网验证了自动电压控制的有效性，AVC系统的分级电压控制方案，既降低了系统网损，又保证了系统电压质量，是一种行之有效的工程实施方案。

[关键词]自动电压控制；无功；三级电压控制

供电企业的基本目标是高质量、高可靠性和低损耗地向电力用户供应电能，其供电电压合格率是衡量电能质量的重要指标。自动电压控制(Automatic Voltage Control，AVC)系统从整个系统的角度出发，以电压安全和优质为约束，以经济性为目标，采用分层控制的方法，对电压连续闭环地进行实时优化控制，以保证电网安全运行、电压合格和网损最低，提高电网的经济性和电力设备的使用寿命[1-2]。

关于AVC系统，德国RWE电力公司提出了两级控制模式，而欧洲大多数国家采用了法国EDF公司提出的三级电压控制模式[3]。一级电压控制是控制本区域内的变压器调压、发电机调励磁以及电容器投切；二级电压控制的核心是选择区域中枢纽母线，保证该母线电压为整定值；三级电压控制是其中的最高层，需要根据无功优化计算确定各区域中枢母线电压的整定值，然后下发到二级电压控制实施。

随着电网规模的扩大，电压稳定水平除了影响电能质量，还关系到大电网系统安全经济运行的问题[4-5]，国家电网公司也加大了AVC系统协调控制的研究和投入。宁夏回族自治区石嘴山区域电网，以220 kV电压等级为主网架结构，网内用电负荷快速增长，以至于经常出现电压越限运行的情况。影响因素主要有：用电负荷呈现出按时间分布的阶段性；冬季釆暖负荷变化大，难以预测；恒功率的高能耗负荷，不利于电压的恢复等。

本文基于石嘴山地区电网构架及潮流分布特点，从AVC系统模型结构到技术方案分别阐述，并结合石嘴山电网实际应用情况进行分析讨论。

1区域电网AVC系统原理与组成

在三级协调控制模式下，第一级和第二级基于快速响应机制，实现系统电压控制与校正；第三级基于非准实时机制，实现区域无功调控。通过三级电压协同控制为系统提供全网优化方案的决策。从第三级到第一级具体分工为：第三级属全系统控制模式，协调控制第二级控制模式，按照规定限值，实现电压与无功的综合调控；第二级是一种区域控制方式，采用区域控制器，协调一个区域内的控制设备，实现选择区域中枢纽母线的母线电压和系统无功的调整；第一级属就地控制模式，对系统扰动造成的电压与无功变化进行调整，是一种快速反应的闭环控制，结合第二级控制策略，就地实现电压与无功快速调节。

AVC系统主要由硬件系统和软件系统组成，硬件系统由数据服务器、应用服务器、通信管理机等组成；软件部分涵盖操作系统、数据库、开发工具和最重要的控制系统实用软件。

2石嘴山电网AVC控制方案

石嘴山电网AVC采取三级协调控制模式。基于“分层分区”控制方案，通过调节枢纽厂站无功设备，调节区域各级母线电压；通过控制电源端发电机无功、变电站侧电容及电抗器、变压器档位，实现无功平衡，从而降低线损与变损。该AVC系统模块嵌入调度自动化系统，利用无功优化程序，基于电网安全约束条件，在确保供电质量和降低损耗的前提下，给出各个节点与断面所需的无功量值、变电站高压母线电压限值，自动调节相关的设备与装置，实现无功与电压的综合调控。

发电厂端可利用AVC控制系统的AVQC控制功能，在考虑给定的无功与母线电压的阈值范围内，结合发电机设备本身的机械特性及发电机台数，综合调整与分配无功量值和设备档位。从而实现发电厂端的无功与电压调控。

220 kV电网通过AVC系统全网无功电压优化协调，按照母线电压、功率因数的约束条件，在变电站端合理调整变压器分接头开关及无功补偿设备的投切开关，实现枢纽变电站端的无功与电压控制。

110 kV及以下电网，AVC系统按照一定的周期从SCADA系统获取实时数据，结合关口分时段考核母线电压约束指标进行网络拓扑分析，判别是否有母线电压越限，确保上一级电网无功总量的前提下，调整变压器的有载调压开关档位。

石嘴山地区电网的拓扑结构为环网供电。结合环网的拓扑特征和运行方式，按照电压等级将系统分为几个子区域，无功在每个区域内通过控制实现平衡，电压相互间的相干性最弱，从而达到电网分层与分区的电压与无功的优化控制。具体的控制方案基于DF8003系统的灵活配置来实现。

3石嘴山电网AVC系统运行效果分析

石嘴山电网AVC系统基于准确性、时效性、可靠性及安全性的建设原则，将其功能模块嵌入在DF8003调度自动化系统中，实现了电压及无功的自动控制，能有效改善系统各节点的电压水平，提升全网电压合格率和减少网损，既减轻运行人员劳动强度，又优化了电网无功平衡状态，提高了电压稳定性，从而产生较好的经济效益，具体表现为以下方面。

3.1改善电能质量，提高了区域电网电压合格率

在AVC系统投入前后两种情况下，对区域内变电站10、35、110、220 kV电压等级各母线电压峰值、谷值及平均值进行了量测与分析。表1记录的数据表明，AVC投入后明显改善了每个电压等级的电压分布，基本消除了电压越限的现象，达到了改善电能质量的效果。

表1　AVC系统投入前后母线电压值对比　　　　　　(kV)

表2给出了某区域AVC系统投入前后母线电压的合格率。数据表明，10、35、110、220 kV电压等级的电压合格率都得到了提高，尤其是10 kV电压合格率已经超过了99%。

表2　某区域AVC系统投入前后母线电压合格率对比

表3　某区域电网AVC系统投入前后同期网损比较

3.2有效提高负荷高峰时段的功率因数

AVC系统设定功率因数考核曲线和阈值范围：功率因数一般在高峰负荷时段低值设为0.96，在负荷低谷时段保持在0.9～0.96之间。实现全网无功装置协调控制，区域内就地平衡，减少线路无功流动，降低了系统网损。表3是某区域应用AVC系统模块前后的综合网损比较。分析表明，连续6个月的网损平均降低0.19%。若按石嘴山电网售电量为200亿kW·h来计算，一年将能低网损电量200亿kW·h×0.19%=0.38亿kW·h，节约资金0.38亿×0.5元=0.19亿元。

表4是AVC投入前后的24 h内，石嘴山地区某220 kV变电站的母线电压实际测量数据。分析表明，在AVC系统投入前，中枢母线电压随着负荷的变化有着明显变化，低负荷时峰值电压达到236.17 kV，负荷高峰时波谷电压达到232.03 kV，差值为4.14 kV。AVC系统投入之后，改善了母线电压的波动范围，负荷低谷时峰值电压234.95 kV，高负荷时最小电压234.01 kV，其差值为0.94 kV，明显地减少了电压的波动。

表4　某变电站AVC投入前后24 h母线电压对比

综上所述，按照AVC系统数据统计和地区无功缺额提示，能及时有效地确定石嘴山电网在最大负荷时电网的无功补偿度。

4结论

本文基于三级电压控制模型，提出了石嘴山地区AVC系统的控制方案，通过工程实施验证方式，分析了石嘴山地区基于DF8003调度自动化系统的AVC模块的应用效果。通过采用发电厂、电网关口无功功率协调控制方法的AVC系统模式，完成了无功分层分区协同控制，实现了减少变损和线损的目标，提高了供电可靠性，改善了电能质量，达到了预期效果。

[参考文献]

[1]钟毅,陈蕊.地区电网AVC系统设计与实现[J].电力系统保护与控制,2008,36(23):41-46.

[2]王永平.自动电压控制技术(AVC)在电网中的应用研究[J].技术研发,2011,18(12):64-67.

[3]LEFEBRE H,FRAGNIER D,BOUSSION J Y,et al.Secondary Coordinated Voltage Control System:Feedback of EDF[C].Power Engineering Society Summer Meeting,2000.IEEE(Volume:1):290-295.

[4]张勇军,林建熙,杨银国.电力系统无功电压调控配合研究综述[J].电网技术,2012,36(3):101-106.

[5]张勇军,张锡填,苏杰和.基于AVC系统的省地电网关口无功功率协调控制方法[J].电网技术,2013,37(10):2771-2777.

[6]姜新凡,严庆伟,周帆,等.基于实时灵敏度分析的湖南电网无功电压优化控制系统[J].电网技术,2004,28(16):82-85.

[7]郭庆来,孙宏斌,张伯明,等.江苏电网AVC主站系统的研究和实现[J].电力系统自动化,2004,28(22):83-87.

[8]郭庆来,孙宏斌,张伯明,等.协调二级电压控制的研究[J].电力系统自动化,2005,29(23):19-23.

[责任编辑：魏 强]

Research on application of AVC technology in Shizuishan power system

ZHANG Bo1,YANG Peng1,LI Jing-ke1,DAN Wen-guo2,SUN Zhen-quan3,4

(1.Shizuishan Electric Power Company, Shizuishan 753000, China;2.Ulanqab Power Electric Group Limited Company, Ulanqab 012000, China;3.Shaanxi Regional Electric Power Group Limited Company, Xi’an 710061, China;4.School of Electrical Engineering, Shaanxi University of Techology, Hanzhong 723000, China)

Abstract:This paper expounds the regional automatic voltage control(AVC) system based on three-level hierarchical of voltage control theory firstly, and then introduces the control principle and system composition of AVC system, and finally analyzes the application effect of AVC system in Shizuishan power network. Based on the reactive power control of the power grid and the checkpoint, the method of automatic voltage control is presented, and the scheme of reactive power and voltage optimization and distributed control strategy are proposed. The effectiveness of automatic voltage control is verified in Shizuishan regional power grid. The voltage control scheme of AVC system, which can not only reduce the system loss and guarantee the system voltage quality, is a kind of effective project implementation plan.

Key words:automatic voltage control(AVC);reactive power mart;three-level hierarchical of voltage control

[中图分类号]TM76

[文献标识码]A

作者简介：张波(1975—)，男，宁夏回族自治区石嘴山市人，石嘴山市供电公司高级工程师，硕士，主要研究方向为电力系统无功优化；[通信作者]孙振权(1966—)，男，吉林省松原市人，陕西省地方电力(集团)有限公司教授级高级工程师，陕西理工学院硕士生导师，博士，主要研究方向为电力设备在线监测及智能配电网。

收稿日期：2016-01-09修回日期：2016-02-15

[文章编号]1673-2944(2016)02-0011-03