许春彩  安徽淮北供电公司

    摘要：电压无功优化控制（AVC）是电网安全、优质和经济运行的重要手段。文中介绍了淮北地区所投入使用的实时电压无功优化自动控制系统。AVC充分利用SCADA/EMS一体化平台提供的丰富信息并根据淮北地区电网的实际情况，考虑了足够完善的控制策略及其全面的安全措施，确保了实时自动控制的有效安全可靠性。
    关键词：电压无功优化控制 AVC 控制策略 安全策略 一体化SCADA/EMS平台

绪论

    电力系统及电力企业管理运行的基本目标是安全、优质、经济地向用户提供电能，而电压是电能质量重要指标之一，网损则是最重要的经济指标。电力系统的无功补偿与无功平衡是保证电压质量的基本条件。有效的电压调节和无功补偿不仅能保证电压质量，而且能提高电力系统的稳定性和安全性，而电压质量的提高与网损的降低是一致的

    淮北地区电网调度监控中心或变电站随着负荷波动对其电压及无功调节需求往往很频繁。如果人工对变电站电压无功进行判断操作和干预，既增加值班员负担，又难以保证调节合理性。随着变电站综合自动化能力提高及变电站无人值班改造，用于10kV母线的无功电压综合自动控制(VQC)装置和软件已不能满足电网发展的需要。

    因此，为了提高淮北电网的电能质量，进一步减轻调度员和监控员的劳动强度，同时也为了拓展电网调度自动化系统SCADA/EMS的应用范围，充分发挥该系统的潜力，新增了实时电压无功优化自动控制（AVC）系统。

1 系统的结构及控制目标

1.1 系统结构

    系统主要由三个模块构成：电压无功优化模块、遥控接口模块和报警模块。电压无功优化自动控制系统结构如图1所示。电压无功优化模块是AVC系统的核心，遥控接口则是AVC系统的关键环节，当AVC系统处于自动控制状态时，通过遥控接口向SCADA发送遥控命令，执行变压器升降和电容器投切。报警程序负责显示和报告电压无功优化模块提出的调压建议、命令、异常事件和遥控程序执行遥控调压命令的动态信息。

图1 电压无功优化自动控制结构图

    1.2 控制目标 全网无功电压闭环控制目标是：（1）当省调AVC有指令下发时，确保跟踪省网无功指令，以有效控制主网枢纽变电所电压的稳定。（2）保持地区电网范围内所有变电所负荷侧母线电压在规定范围内；（3）有效地利用电压无功调控手段，使所有变电所无功尽可能就地平衡，减少因远距离输送无功而引起的网损；（4）在全网无功电压闭环控制条件下，使各变电所的电容器最合理地投入和有载变压器分接档位动作次数尽可能少。

2 系统控制的基本原理和控制策略

2.1控制模式

    根据淮北地区电网220kV主网环网运行、110kV网络辐射状运行特点，电压无功优化采取分层分区控制模式，两层相互协调。第二级为全网协调，第一级为区域电压无功集中控制系统。系统的控制模式如图2所示。

图2 淮北电网AVC系统控制模式

    对于淮北电网，由于南坪、五里郢、杨柳、纵楼四所220kV变电站需与省调AVC进行协调控制，主网优化计算协调实际上只接受省调下发的AVC无功指令并进行校核。

2.2 控制策略

    AVC的控制策略确保了电压无功控制的有效性，使无功分布满足分层分区平衡原则，分片优化，在保证电压合格的基础上，尽量减少各个区域无功流动，从而降低网损。AVC系统采用了以下调压控制策略。

2.2.1 实时拓扑分区

    AVC数据库模型定义了厂站、电压监测点（母线）、控制设备（电容器及变压器）等记录。基于一体化SCADA/EMS平台，AVC从SCADA中获取电网实时量测数据，从网络建模中获取设备参数及其物理联接关系。。因为淮北地区电网运行方式具有闭环结线、开环运行的特点，分区方法是以220KV或110KV变电站为中心，其所供电的下属变电站构成一个区域。

2.2.2 区域调压和厂站调压协调配合

    按照所采用的分区方法，220KV或110KV变电站为该区域枢纽变电站，下属变电站则为区域内变电站。AVC对电网电压无功状态轮循监视，对于每个区域，采用如下控制策略：

     （1）当区域内个别变电站电压需要调节时，首先调节该变电站电压。

     （2）如果区域内变电站电压都处于合格范围内，根据区域电压质量统计结果，当该区域电压普遍偏高（低）时，考虑启动区域调节设备（一般为电容器）进行区域电压调节。在投切区域内变电站电容器时，允许无功在同等级电网合理倒流，倒流限值可以由用户设置。在实际运行中，110KV电网一般呈放射状运行，当无功向上级电网倒流时，切除该电容器。

2.2.3 变压器和电容器分时段协调配合

    根据电网无功平衡基本原则及电压无功设备控制上的电气特性，区域内110KV变电站采用如下调压控制策略：

    （1）电压偏低时，优先投入电容器并尽量使其投入运行，提高电容器投入率。

    （2）根据母线时段设置，调整各变母线电压上下限。高峰时段电压下限偏高，低谷时段电压上限偏低。

    （3）因每天调压设备动作次数是有限制的，根据日负荷曲线变化规律，辅以人工经验修正，合理分配负荷时段及各时段变压器调节次数。

    （4）各时段调节次数考虑负荷动态特性，在负荷上坡段、下坡段采取动态控制策略，尽量减少设备动作次数。

2.2.4 与省调AVC接口

    淮北AVC保留与省调AVC接口，待时机成熟时与省调AVC进行省地调电压无功协调控制。省调AVC根据负荷曲线和优化策略，对淮北AVC下达所期望的无功负荷指令,淮北AVC将优先以省调指令为优化目标进行控制。

3 系统的可行性和安全策略

3.1 可行性

    (1) SCADA “四遥”(遥测、遥信、遥控、遥调)的实现及PAS高级应用状态估计SE、调度员潮流DTS、及负荷预报模块的稳定运行为自动控制提供了可能性。

    (2) 有载调压变压器和并联补偿电容器为自动控制提供了手段。

    (3) 计算机技术的发展为电压无功自动控制的实现提供了必备的条件。

3.2 安全策略

3.2.1 控制状态

    控制状态分为“建议”或“自控”，对于系统、厂站、监控设备、调压设备均可以设置控制状态。控制状态的优先级是系统＞厂站＞监测设备（母线）＞调压设备（主变分头或电容器）。

    AVC系统在厂站自控接入方式上具有很强的灵活性和适应性，在保证电网安全可靠运行前提下，将电网中各厂站逐步接入。控制状态可分级设置，从整个系统可以设置到调压设备（变压器、电容器）。自控接入时，根据各厂站自动化实际情况，可以采取开环或闭环控制方式。对于新接入厂站，首先应置于开环方式运行，由值班员人工干预来优化或确认控制方案，待该厂站运行稳定、正确、可靠后再接入闭环运行。对于闭环运行的厂站，其所属调压设备仍可以根据实际状态决定控制状态。

3.2.2数据处理

    遥测数据及遥信状态是AVC自动控制系统的数据来源，对于SCADA采集的遥信遥测信息按照AVC的要求进行预处理后方能使用。

3.2.2.1 数据质量检验

(1)当SCADA量测量带有不良质量标志（如检修置牌）时，该量测量被视为无效量测；

(2)当SCADA量测量越限时，该量测量被视为坏数据，无效；

(3)当SCADA量测量长时间不刷新，该量测量被视为死数据，无效。

AVC对于无效量测点对应的电压监测点（各段母线）不进行分析计算，不发建议和控制命令。

3.2.2.2 数字滤波

    实际运行电压及无功会有瞬时扰动，为了避免或减少误动，采取多次采样的数字滤波方法过滤干扰。使用的滤波方式是多次采样，淮北电网AVC系统连续3次采样，取值都越限才下发控制命令,采样次数可合理地自由设置。

3.2.2.3 遥测稳定误差

    由于现场变送器误差及RTU传送精度等原因，SCADA采集的电压遥测值和现场电压监测仪记录的电压具有一种很稳定的误差，在AVC系统中使用的电压值经过校正处理后才使用。

3.2.2.4 误遥信检测

    受传输通道或环境因素的干扰，SCADA采集的遥信状态可能和现场开关刀闸状态不一致，当发生遥信变位事件时，AVC系统自动暂停分析计算并将相关设备闭锁。事后AVC自动对误遥信事件进行检测，并提示用户确认并决定是否解除相关设备闭锁。

3.2.3 AVC周期

    AVC系统周期性循环监视电网状态并进行分析计算，提出调压建议或下发控制命令，校核命令处理状态。AVC周期包括采样周期、执行周期和设备控制命令周期。

    AVC采样周期：淮北电网设置为15秒，采样周期可以视实际情况自行设置。在每一个采样周期内，AVC更新实时数据并检测电网异常事件，校核命令处理状态。

    AVC执行周期：执行周期也可设定，应为采样周期的整数倍。在每一个执行周期内，AVC除完成采样周期内各任务外，还要对电网电压无功状态进行分析计算，但是否下发控制命令还取决于设备控制命令周期。

设备控制命令周期：该周期是可变的，它由AVC执行周期和设备的控制命令反馈时间共同决定。

3.2.4 操作规程

    为防止设备调节过于频繁，延长设备使用寿命，电力系统调压设备必须按照电力系统操作规程进行操作。

(1) 对于电容器，切除后必须间隔一段时间后再投入，时间间隔可以修改，一般至少设置为5分钟。

(2) 对于有载变压器分接头，遥控时间间隔也不能太短，一般至少设置为2分钟。

(3) 当变压器流过功率越限时，自动闭锁分接头，流过功率恢复到正常范围时，自动恢复分接头调压功能。

(4) 为防止环流，对于并列变压器进行交替调节，使并列变压器处于同一变比。

3.2.5 异常事件

    AVC系统能够自动处理电压无功控制中的大量异常事件并进行可靠闭锁，增强了自动控制的安全可靠性并减轻了运行人员处理异常事件的工作量。

    (1) 如果变压器遥控命令下发，连续两次调节而电压无变化，认为变压器档位拒动，停止下发命令并自动闭锁，当电压有变化时自动解除闭锁。

    (2) 在调节变压器分头滑档时，发变压器急停命令并自动闭锁。

    (3) 如果10kV母线单相接地则自动切除该母线所连电容器并闭锁该母线。

    (4) 由于通道不畅或其他原因，电容器开关如果一次遥控不成功则自动闭锁该电容器。

    (5) 电容器开关检修时将不允许下发遥控命令，该电容器自动闭锁。

    (6) 电容器开关如果由于其他原因（可能是人工操作、事故跳闸等）引起变位，将自动判断电容器人工操作并闭锁该电容器。

    (7) 某些开关由于现场装置原因，正常执行遥控命令也会报故障信息，AVC将自动对误报故障进行检测，并对误报故障进行恢复。如我公司管辖的220kV五里郢变电站由于现场机构原因，当521、522电容器正常分闸时提示为事故分闸，于是自动闭锁两电容器。当AVC自检测出是误报警后，运行人员便可执行“故障恢复”命令，然后方可将被闭锁的电容器设为自控状态。

    异常事件检测并闭锁相关设备后，运行人员通过调压命令信息可以查明闭锁原因，并待设备状态恢复正常后解除闭锁状态。

3.2.6 遥控接口

    遥控接口为保证遥控安全可靠，进行附加条件判断，只有电容器开关或变压器分头才能进行远方自动调节，其他点全部闭锁。

4 系统生成

    如新增厂站的SCADA功能运行稳定，即可将该厂站接入AVC系统，在AVC信息提示下开环运行，运行人员在系统提示的调压建议基础上结合运行经验，确定是否对该厂站手工进行电压无功控制。磨合一段时间待其开环运行正确后，即可转入闭环控制运行方式。

    AVC系统生成及维护工作重点在于网络建模、AVC控制模型和遥控接口测试。AVC进程为主备机配置，正常情况下主机值班，备机辅助调试。数据流图如图3所示。

图3 淮北电网AVC系统生成数据流图

5 小结

    2004年底，淮北地区电网管辖的16所变电站全部投入AVC闭环运行，其中与省调协调配合闭环的4所220kV变电站运行情况亦很良好。实际应用表明，AVC系统的投入可以显著减轻运行人员劳动强度、电压波动幅度小，有效提高全网各节点电压合格率；在改善无功平衡状态基础上，厂站变压器分头调节平均次数由原来的每天6.32次下降至4.53次，提高了设备使用寿命；2004年4-12月电容器投运率（31.51％）与2003年同期相比，增长7.51个百分点，对于减少网损、产生较好的经济效益作出了极大的贡献。

参考文献

    [1] 实时电压无功优化自动控制(AVC)系统技术说明.南瑞:国电南瑞科技股份有限公司,2003年.

    [2] 淮北供电公司电压无功优化自动控制系统技术协议.

    [3] 淮北地区电网调度规程. 淮北供电公司. 2004年.

    [4] 淮北供电公司关于电压无功优化自动控制模块的说明.