地区电网AVC系统控制策略探讨

丁 勇

(国网重庆市电力公司 北碚供电分公司，重庆 400700)

地区电网AVC系统控制策略探讨

丁 勇

(国网重庆市电力公司 北碚供电分公司，重庆 400700)

为满足地区电网运行要求，提升厂站无功、电压协调自动控制能力，降低无功调节设备日均动作次数，通过改善地区电网自动电压控制系统(AVC)控制策略，提升电网运行精益化。

地区电网；AVC系统；电压控制

自2013年以来，地区电网自动电压控制系统(AVC系统)在各地区电网广泛应用，通过调度自动化系统采集各节点遥测、遥信等实时数据进行在线分析和计算，实现了电压无功优化自动闭环控制[1]。AVC系统投入运行以来，对于保障电能质量，提高输电效率，降低网损，实现电网稳定运行和经济运行有着积极的意义。

1 存在的问题

随着AVC系统在电力系统中的不断运用，电网无功设备动作次数也逐渐增加。2013年2月以来，AVC系统的投运提高了母线电压合格率，也大大减轻了运行人员的操作压力，但无功补偿装置的投切次数却大大增加。

2012年，北碚电网内电容器动作次数及主变分头调整次数月均1 100次左右。AVC投入运行后，2013年月均2 000次左右，设备动作次数增加约两倍。动作次数过于频繁将降低电气设备的寿命及供电可靠性，同时也增加了设备调节费用。因此，如何优化AVC控制策略，降低无功调节设备日均动作次数，已经成为当前必须面对和解决的问题。

2 变电站控制策略改进措施

2.1 合理划分AVC策略控制时段，提高无功电压精确控制能力

目前，AVC系统无论采取电压优先还是无功优先的原则，都是在电压或者功率因数越限时才生成策略。为及时应对早、晚高峰及中午负荷波动，采取适度提前AVC控制时段的办法，在负荷变化来临前提前改变控制策略，通过“预控制”，保证系统电压稳定运行[2]。

为做好AVC系统策略控制时段的合理修正，对单个220 kV变电站动态区域特性分别进行了研究。图1和图2分别为220 kV梅花山站和110 kV歇马站的典型日负荷曲线分析图。

图1 220 kV梅花山站负荷特性曲线分析

图2110kV歇马站负荷特性曲线分析

数据分析选取了各季度典型日负荷曲线(节假日、周末除外)，且每5 min取1个点，每天取288个点。在划分控制时段时，为避免温度对负荷的影响，采取“归一化”的方法对典型日负荷曲线进行处理。归一化处理的方式有多种，此次研究采用下列公式进行处理：设日负荷曲线各点初始数据为{y1,y2,…,y24}，归一化处理后的数据为{z1,z2,…,z24}。其中，zi=yimax(y1,y2,…,y24)，即每个点的取值均为实际值除以当日最大值[3]。通过对该动态区域所有变电站(包括1个220 kV变电站，5个110 kV变电站和1个35 kV变电站)的负荷性质进行逐一分析，220 kV梅花山片区变电站日负荷曲线大致可分成4个时段：早低谷段(00:00～8:00)；负荷上升段(08:00～11:30)；午峰时段(11:30～22:00)；晚低谷段(22:00～24:00)。

为合理划分AVC策略控制时段，研究人员又对AVC系统投运以来，无功设备的运行曲线及动作次数进行了详细的统计和分析。图3为2014年7～8月220 kV梅花山站典型日主变档位运行情况。表1为2014年7～8月220 kV梅花山站片区下110 kV变电站典型日主变及电容器动作次数。

图3 2014年7～8月220 kV梅花山站典型日主变档位运行情况

变电站电压等级/kV负荷性质2014年7月2014年8月1#主变2#主变电容器1#主变2#主变电容器龙凤溪110城区居民负荷,供北碚城区39360034合川110城区居民负荷,供合川城区121417131415歇马110供歇马城区,包括部分工业负荷25249891451盐井110工业负荷为主,包括水泥厂、矿业等5713289429367

从图3和表1分析可以看出，无功调节设备每日动作次数分布具有如下几个特点。

1)动作集中在早、中、晚3个时段，主要原因是此3个时段负荷波动较大。

2)动作次数带有明显的区域特点。以工业负荷为主的变电站，负荷波动较大，动作次数明显高于以居民负荷为主的变电站。

3)同一变电站内电容器的动作次数相近，避免了单个电容器频繁动作，说明AVC系统在控制上实现了良好的均衡性。

经过对日负荷曲线特性及历史动作次数的研究，基于“预控制”的原则，AVC策略控制时段划分为：早低谷段(00:00～7:30)；负荷上升段(07:30～11:00)；午峰时段(11:00～21:30)；晚低谷段(21:30～24:00)。

2.2 优化母线电压整定值，降低设备动作次数

从电气设备装置本身出发，必须对调压设备(主变分接开关和电容器开关)每天的动作次数有严格的限制。因此，优化母线电压整定值，减少动作次数对延长电气设备的使用寿命和提高供电可靠性有着重大的意义。

对电压基础数据进行深入分析后，以220 kV梅花山片区(包括220 kV梅花山变电站，110 kV北碚、歇马、团山堡、东阳和缙云山变电站)10 kV母线电压为例，阐述电压整定值的整定过程。

首先，采集动态区域内所有变电站10 kV母线电压日数据，本次研究采集时间从2014年7月15日至2014年8月15日，采集值为每日电压整点数据。

然后，绘制变电站10 kV母线日电压平均值曲线，寻找区域电压特性。图4为220 kV梅花山片区所有变电站10 kV母线日电压平均值曲线。图中，每条曲线的24个点分别代表各变电站所有分析日内24点的平均值。

图4 220 kV梅花山片区所有变电站10 kV母线日电压平均值曲线

从图4可以看出，全日24 h电压分布特性与日负荷特性具有相关性，凌晨0:00～7:30和17:00～19:00下班期间负荷较低时，电压水平较高，负荷上升段(08:00～11:30)电压水平较低。此外，220 kV梅花山片区各站负荷特性基本一致。因此，针对该区域内各变电站，在制定AVC策略时相同时段可采取相同策略。即在负荷水平较高时，适当提高母线电压整定值；在负荷水平较低时，适当降低母线电压整定值。最后，绘制变电站10 kV母线日电压最大、最小值曲线，确定AVC策略电压上、下限值。图5和图6分别为220 kV梅花山片区所有变电站10 kV母线日电压最大、最小值曲线。图中，每条曲线的24个点分别代表各变电站所有分析日内24点的最大、最小值平均值。

图5 各变电站10 kV母线日电压最大值曲线

图6各变电站10kV母线日电压最小值曲线

从最大电压值曲线可以看出，各站电压一般分布在10.4～10.65 kV之间。电压整定值上限取最高电压，即10.65 kV。考虑“逆调压”原则，负荷早、晚低谷段电压整定值下调0.05 kV，取值10.6 kV。从最小电压值曲线可以看出，各站电压一般分布在10.1～10.4 kV之间。电压整定值下限取最低电压，即10.1 kV。考虑“逆调压”原则，负荷上升段电压整定值上调0.1 kV，取值10.2 kV。

此次研究的动态区域中，由于220 kV梅花山变电站10 kV侧负荷较重，达4万 kW运行时，中、低压侧电压存在不能兼顾的情况。因此，在制订AVC策略时，在负荷上升段电压下限整定值下调0.1 kV，保持全天电压下限均为10.1 kV，在保证电压合格率的同时能降低无功调节设备动作次数。

此外，通过对110 kV母线电压的分析研究发现，在区域电压控制策略中，枢纽变电站(220 kV变电站)的电压调整能有效改善下属各厂站平均电压水平，降低整个分区设备动作次数。即在负荷高峰即将来临的爬坡阶段，区域内各母线电压均有逐渐降低的趋势，上调区域枢纽变电站的主变档位，普遍提高区域内各母线的电压水平，从而达到只动作一次设备而改善区域电压水平的目的。为保证整个区域电压水平，在制定策略时，对中枢点电压(220 kV变电站110 kV母线)各时段的限值进行比较严格的限制[4]。即早低谷段(00:00～7:30)取112～116 kV；负荷上升段(07:30～11:00)取113～117 kV；午峰时段(11:00～21:30)取112～117 kV；晚低谷段(21:30～24:00)取112～116 kV。而对下级110 kV变电站电压可适当放宽电压约束，对电压限值考核，其上下限均未超过考核值。

而针对冲击负荷较大、负荷特性不明显的变电站，可采取适当放宽电压限值的方法，避免无功调节设备无效动作。针对中、低压侧负荷不兼顾，动作频繁的变电站，在保证电压合格率的同时，也可放宽母线电压约束，降低无功设备动作次数。

2.3 规范电容器管理，提高电容器可用率

为促进无功电压调度运行精细化管理，提升电网无功电压协调控制能力，强化无功电压调度运行及管理隐患的整改，进一步规范电容器运行、维护管理，保证电网安全、经济运行。

电容器投运管理：在电网规划阶段，调控中心积极参加本地区电网规划评审，确保无功补偿设备配置充足，单组设备容量合理；在设备投运时，督促建设单位确保无功补偿设备与变压器同步投产。

电容器运行管理：AVC投运以来，无功设备动作次数明显增加，经常发生开关“控制回路断线”，跳闸线圈烧坏的异常现象。为提高无功设备缺陷处理效率，北碚供电公司进一步规范了缺陷汇报及处理流程。要求监控人员在运行监视时，发现无功调压设备缺陷后，及时通知运维站人员到站处理，并详细记录电容器缺陷原因、是否影响电压调整、处理措施及处理时间等。对不能及时处理的缺陷，纳入无功电压调度运行及管理隐患整改计划，明确责任部门、计划处理时间和联系人员。

3 取得的成效

3.1 降低了无功调节设备动作次数

图7为220 kV梅花山站110 kV母线日电压变化曲线。从图中可以看出策略改进后，在保证全天电压合格率的情况下，24 h内主变调档次数降低了4次(如图中A、B、C、D所示)。

图7220kV梅花山站110kV母线日电压运行情况

AVC系统控制策略的改进，降低了无功设备动作次数，大大提高了设备的使用寿命。据统计，2014年1～8月北碚公司220 kV梅花山片区无功调节设备月均动作次数为761次，而2014年9月仅565次，减少了196次，降低了25.8%。详细统计情况如图8所示。

图8 策略改变前后无功设备动作次数同比情况

3.2 降低了监控人员工作强度

AVC系统投入运行后，彻底改变了由运行人员通过手动控制电容器投切来实现变电站无功控制的方式，相对于以往人工监视、手动调节的方式，既减轻了运行人员的监控压力，又大大提高了无功调节的及时性[5]。

4 今后的改进方向和对策

4.1 动态调整无功设备动作次数

进一步降低无功设备动作次数，根据历史负荷特性曲线，对0～24 h进行划分，合理分配各时段的动作次数。在考虑了负荷动态特性后，在负荷上坡段、下坡段、负荷波动段分别设置动作次数上限值。以此，尽量减少全天设备的动作次数。

4.2 逐步更换变压器调压装置

目前电网内，部分35 kV变压器为无载调压变压器，电压调整困难。在以后工作中，将无载调压变压器在技改项目中逐渐更换为有载调压。对于无技改计划的变电站，可制订无载调压主变分接头调整方案，并纳入年度运行方式管理，在计划停电时及时调整分接头档位，确保电压质量。

[1] 吴春梅.浅谈自动电压控制(AVC)在地调自动化系统的应用[J].内蒙古科技与经济，2012(16)：80-82.

[2] 赵文博.地区电网AVC系统的设计及实现[J].自动化应用，2010(5)：41-44.

[3] 李翔，顾洁.运用聚类算法预测地区电网典型日负荷曲线[J].电力与能源，2013(01)：47-50.

[4] 张海，敬贵铭.区域电网AVC控制策略研究[J].中国新技术新产品，2013(18)：51-52.

[5] 岑建福，焦洪峰.110 kV变电站VQC的实施[J].电气技术，2008(6)：58-60.

AStudyontheControlStrategiesfortheAVCSysteminRegionalPowerGrids

Ding Yong

(Beibei Power Supply Branch of State Grid Chongqing Electric Power Company，Beibei Chongqing 400700，P.R.China)

In order to meet the requirements of the operation of regional power grids，abilities of automatic reactive control and coordinated voltage control of substations should be improved to reduce daily actions of reactive power regulations of the equipment．Lean operation of the power grids can be realized by improving the control strategies for the AVC system in regional power grids．

regional power grids；AVC system；voltage control

TM711.2

A

1008- 8032(2017)05- 0024- 04

2017-06-02

丁 勇(1979-)，工程师，主要从事调控技术管理工作。