电压无功控制系统（AVC）在电力系统中的运用探讨

2017-04-13张红梅

电子测试 2017年24期

张红梅

（国网山东省电力公司阳谷县供电公司,山东聊城，252300）

0 引言

电压无功控制系统主要利用对变电站的主变档位控制来实现与电容器投切操作的闭环，实现自动化。我国目前阶段所采用的电压无功控制系统主要为集中式系统，根据控制模式可分为三级模式、二级模式和动态分区软三级模式。其中二级模式应用最广泛，但其在线闭环控制原理无法实现真正的控制，为了适应电网发展，清华大学提出了软三级模式的概念，并已经开始了应用。

1 电压无功控制系统的构成

与三级模式和二级模式相比，清华大学所提出的基于动态分区的软三级电压无功控制系统模式更符合现阶段电网建设和电网发展的特点，由于网架变化、电气耦合的作用导致电网运行的变化会带来负荷的波动，因此软三级模式更加适合未来的发展和应用环境。电压无功控制系统通常需要包含三个功能模块，分别为电压无功优化、遥控和报警。电力系统会通过命令的方式对系统当中的遥控模块进行指令传达，遥控模块则通过数据采集与监控装置SCADA进行自动化的数据采集[1]，再接触通讯通道将所采集到的遥测遥信信息数据实时传输到电压无功优化模块之中。管理人员再借助网络建模的方式，对无功优化所获得的信息进行分析，一旦出现信息数值超出标准，则会形成告警信息传递到报警模块当中，进行警报。一般来说，为了能够实现快速、便捷的通信方式和分析方式，在模块内部还会采用分层分区的方法使控制建议更加准确。

2 电压无功控制系统的数据库建设

电压无功控制系统的数据库主要包含对变电厂站、母线及控制设备的数据搜集和存储，因此在进行数据库建设时，设计人员一般需要使数据库与自动化系统的一体平台相互结合，帮助数据库实现更加便捷的信息获取。因此设计人员在进行调度自动化的设计时，需要建立以数据库为中心的网络建模，通过物理关联关系实现电网信息、设备参数及实时遥测数据之间的沟通。在这种网络拓扑结构之中，网络拓扑关系可以保证对电网实际运行的状态监测和控制具有极高的灵敏度。

3 开展电力系统的无功控制系统配合

3.1 电力系统调压的配合方式

电压无功控制系统在使用过程中，要求具备调压和时间段控制的能力，这就要求在系统建设的过程中需要对区域与厂站之间的配合关系和配合方式进行研究。例如在对某220kV变电站所在区域进行控制系统建设时，设计人员首先需要对该区域内的电网电压和无功状态进行监视，从而采用行之有效的设计策略。在具体的实施过程中，当设计人员在进行少部分的变电站进行电压调节时需要首先完成本变电站的电压调节；而当所在的同一个区域之中所有变电站的电压都符合要求规定时，则需要采用诸如电力电容器的控制设备对区域内曾发生过电压值过高或过低的变电站进行控制，从而保证该区域电压值始终保持在稳定范围之内[2]。

3.2 电力系统中时间段控制的配合方式

时间段控制方面，设计人员则主要应当考虑电网的无功平衡特性和所进行调控的设备所具有的运行特性。以某地域分区内的110kV变电站设计为例，在进行设计和配合时，设计人员应当首先对母线的电压进行检查，当发现母线电压过低时，则需要投入电容器，通过增加电容器投入率的方式，使母线电压得到控制。此外，设计人员还需要将110kV变电站的母线电压通过时间段单位的方式进行统计，获得电压负荷曲线，从而借助调节电容器的方式来保证平衡。

4 电力系统中自动控制的运用方法

在进行系统运用的过程中，设计人员需要对电压无功控制系统的自动控制方法和主要方向进行设计和研究。本文在对以往控制系统结果进行研究和设计的过程中，将自动控制的主要运用方向总结为状态控制、数据处理和系统周期控制几个方面。

4.1 电力系统的状态控制

在电力系统中，自动控制首先应该进行状态控制。例如在某220kV变电站当中，变电站使用分级分层设置进行电压无功控制系统的使用，变电站在实际使用过程中，由于其所具有的分层分级特点，使其在进行状态控制时更加简单灵活，因此可以直接在设备上进行设定。基于这一特点，本文在对变电站的系统、母线及主变和电容器的状态进行分析后，对于其使用设备具有自由选择控制状态这一要求，将控制状态分为“建议状态”和“自控状态”[2]两个部分，用以分别应对不同的场景需要。譬如在电压无功控制系统刚刚纳入变电站时，工作人员需要采用“自控状态”，通过值班员对系统设备进行手动操作的方式来进行开环作业；而在使用过程中，系统设备的采集方式、采集数据准确无误，同时动作精准，可靠性较高后，值班员则可以选择“建议状态”，通过闭环方式进行系统控制，实现系统的自动化。

4.2 电力系统的数据处理

数据的质量检验主要是对数据采集的内容进行分析，对低劣质量、坏质量和死质量进行发现和剔除。其中，在自动化采集系统中，工作人员可以运用调度的方式对带有质量劣标的内容进行识别和认证，并将其标注为无效量测数据；同时，运用自动化系统的调度，对采集到的量测数据进行对比识别，对超出规定限值的数据进行标记，认定为“坏数据”，定义为“无效”；在工作人员进行自动化系统调度时，发现有部分数据未能进行实时更新，在一定时间之后，工作人员可以对其进行标记，认定为“死数据”，定义为“无效”。在电压运行的过程中由于无功的作用会出现瞬时扰动，扰动的出现和频发会造成信号采集功能的时效和信号的不准确，因此需要通过一定的技术手段进行滤波处理。在自动控制技术中，滤波的处理方式为“数字滤波”，工作人员通过对采样的周期、次数进行设置，从而根据采样范围得出调节意见。遥测稳定误差一般出现有载调压变送器的运行过程中，系统所能够完成采集的数据在于电压表记录数据相互比较后存在一定的误差，相较于前两种数据误差，遥测稳定误差的误差范围相对较小，工作人员可以通过自动闭锁设备的方式利用控制系统进行自动检测，从而完成对误差的判断和修正，获得准确的采集数据数值。

4.3 电力系统的周期控制

在电压无功控制系统之中，系统运行的周期一般分为采样期、执行期和命令期三个部分。其中，采样期是系统利用遥感设备进行数据采集的周期，通常情况下工作人员需要结合现场的实际情况，对系统自动实时更新数据的速度进行分析。例如在前文的110kV变电站中，工作人员在完成分析后按照常规标准将采样期设定为10s/期，并逐期进行数据分析。执行期的设置与采样期一样，通常为自由设置，由于在执行期内需要进行电压电网的无功功率计算，同时形成针对采样数据的调节建议，因此系统的执行期设定要求是采样期的整倍数。命令期的设定则是根据执行期和设备调节建议时间共同计算确定。