大電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制技術(shù)的研究及發(fā)展

吳志恒 李 芳

（河南心連心化肥有限公司 河南新鄉(xiāng) 453731）

大電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制技術(shù)的研究及發(fā)展

吳志恒 李 芳

（河南心連心化肥有限公司 河南新鄉(xiāng) 453731）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷的發(fā)展與我國(guó)電力企業(yè)不斷的提升，電力網(wǎng)絡(luò)也逐步加快形成一個(gè)巨大的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)聯(lián)系的越來(lái)越緊密然而有效地提高了系統(tǒng)的安全性，但在對(duì)電力系統(tǒng)電壓的調(diào)控變得越來(lái)越復(fù)雜化及有一定的困難性。自動(dòng)電壓無(wú)功控制（AVC）系統(tǒng)是針對(duì)傳統(tǒng)人工監(jiān)控方式的弊端而開發(fā)的旨在提高電壓質(zhì)量，降低網(wǎng)損的一個(gè)系統(tǒng)。其對(duì)電網(wǎng)的正常、穩(wěn)定運(yùn)行而言具有重要的功能和意義。本文將對(duì)在大電網(wǎng)當(dāng)中自動(dòng)電壓控制技術(shù)的研究和發(fā)展進(jìn)行探討。

大電網(wǎng)；自動(dòng)電壓控制；問(wèn)題；發(fā)展

1 引言

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，幾年的城網(wǎng)改造，我國(guó)電網(wǎng)自動(dòng)化水平發(fā)生飛躍發(fā)展，調(diào)度監(jiān)控信息系統(tǒng)廣泛應(yīng)用。電能主要的質(zhì)量指標(biāo)就是電壓。電壓的質(zhì)量對(duì)于保證用戶生產(chǎn)和安全，產(chǎn)品的質(zhì)量和電氣設(shè)備壽命與安全有著重要影響。在電網(wǎng)當(dāng)中無(wú)功電力是和有功電力相同的，都是降低電能損耗，保證電網(wǎng)安全運(yùn)行的重要組成部分。我國(guó)電力系統(tǒng)的規(guī)模不斷的擴(kuò)大，電網(wǎng)之間的互聯(lián)性更強(qiáng)，整個(gè)電力系統(tǒng)的復(fù)雜程度也在不斷的提高，就使電壓的無(wú)功優(yōu)化的控制問(wèn)題也越來(lái)越大，在原來(lái)只是變電站側(cè)安裝電壓的自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)在的需要了，這種控制的方式只是一種局部的控制，不能對(duì)整個(gè)電網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化。

大電網(wǎng)的電壓自動(dòng)控制，不僅具有較高的安全性，其經(jīng)濟(jì)性也在同等級(jí)控制技術(shù)當(dāng)中，也有比較大優(yōu)勢(shì)，能夠?qū)θ诌M(jìn)行多目標(biāo)的控制，當(dāng)前，這種控制技術(shù)已經(jīng)成為了相關(guān)人員的研究重點(diǎn)。但是，在實(shí)際的工作當(dāng)中，要想建立好比較健全的控制系統(tǒng)，還有著許多的困難，和一般的控制系統(tǒng)相比，基于大電網(wǎng)的這種自動(dòng)電壓控制的控制技術(shù)，對(duì)于控制模式，有著更加嚴(yán)格的要求，并且，控制裝置也比較多樣。盡管有關(guān)的研究在不斷的進(jìn)行，仍然有許多的問(wèn)題，需要我們不斷的處理和研究。

2 自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)概述

自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)是通過(guò)監(jiān)視變電站母線的電壓和關(guān)口無(wú)功，保證母線電壓和關(guān)口無(wú)功在合格條件下對(duì)無(wú)功電壓進(jìn)行計(jì)算優(yōu)化，通過(guò)調(diào)整電網(wǎng)當(dāng)中，可控的無(wú)功電源出力，對(duì)變壓器的分接頭不斷調(diào)整，來(lái)達(dá)到經(jīng)濟(jì)安全運(yùn)行的條件，降低網(wǎng)損，提高電壓的質(zhì)量。

一般而言，自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)（AVC）有兩種主要的形式，其中一種是集中型，在電網(wǎng)調(diào)度的系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)控裝置之間，閉環(huán)控制以實(shí)現(xiàn)AVC系統(tǒng)；另一種則是分散型，就是單獨(dú)的在現(xiàn)場(chǎng)的電壓控制裝置上調(diào)控模塊和計(jì)算模塊之間，閉環(huán)控制以實(shí)現(xiàn)AVC功能。

3 系統(tǒng)建設(shè)的必要條件

根據(jù)目前電網(wǎng)有關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀況和電網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)備的具體狀況，自動(dòng)電壓運(yùn)行的控制系統(tǒng)的建設(shè)需要達(dá)到以下條件：

3.1 電網(wǎng)自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)的實(shí)用化水平要保持穩(wěn)定

無(wú)功優(yōu)化的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)建設(shè)的前提條件就是電網(wǎng)自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)實(shí)用化的能力，電網(wǎng)自動(dòng)化調(diào)度系統(tǒng)要可以提供全網(wǎng)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，是進(jìn)行計(jì)算優(yōu)化的基礎(chǔ)。另外，系統(tǒng)還需要具備遙控和遙調(diào)的功能。

3.2 要具備優(yōu)良通道

進(jìn)行主變分接開關(guān)的自動(dòng)控制與電容器自動(dòng)的投切，都要求具備優(yōu)質(zhì)通道。否則就不能保證系統(tǒng)正常的運(yùn)行。比如進(jìn)行大規(guī)模光纖環(huán)網(wǎng)的建設(shè)，就能夠給實(shí)施遠(yuǎn)方的自動(dòng)控制，提供好的條件。

3.3 變電站的RTU更新

經(jīng)過(guò)自動(dòng)化的建設(shè)，電力變電站需要保證進(jìn)行RTU的換代更新，各個(gè)變電站的無(wú)功功率，有功功率以及母線的電壓完全采集，并且具有遙控的功能。

4 自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的控制模式

通過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐和研究發(fā)現(xiàn)，從技術(shù)方面來(lái)說(shuō)，自動(dòng)電壓系統(tǒng)控制模式的選擇和研究對(duì)于自動(dòng)電壓控制技術(shù)實(shí)施成功與否具有決定性的作用。當(dāng)前在國(guó)內(nèi)外，自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)主要有三種模式：兩層電壓的控制模式，軟三層電壓的控制以及三層電壓的控制模式。

4.1 三層電壓控制模式

三級(jí)電壓的控制系統(tǒng)，其全局控制主要可以分成三個(gè)層次，一是一級(jí)電壓的控制，二級(jí)電壓的控制以及三級(jí)電壓的控制。其中，一級(jí)電壓控制是由控制速度較快的發(fā)電廠構(gòu)成的，控制器是勵(lì)磁調(diào)節(jié)器。二級(jí)電壓控制是地區(qū)的AVC系統(tǒng)構(gòu)成的，控制器是在發(fā)電廠安裝的側(cè)電壓控制器；三級(jí)電壓控制是省電力調(diào)度中心AVC系統(tǒng)所組成的，也被稱作是全局控制，它可以給出每個(gè)廠站優(yōu)化之后的結(jié)果。

三層電壓的控制模式和兩層模式的方案相比，是利用了無(wú)功電壓區(qū)域特性把電網(wǎng)進(jìn)行劃分成若干個(gè)可以相互解耦的控制的區(qū)域，并且以這種方式為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)分區(qū)分級(jí)控制。系統(tǒng)的控制力較強(qiáng)，可靠性能也比較高，但是這種模式十分的復(fù)雜，并且安裝設(shè)計(jì)的控制器也不能適應(yīng)在電力系統(tǒng)當(dāng)中，實(shí)時(shí)運(yùn)行大幅度的變化。

4.2 兩層模式

兩層模式是一種比較簡(jiǎn)單的控制模式，AVC的主站可以通過(guò)對(duì)于全網(wǎng)狀態(tài)的估計(jì)結(jié)果，實(shí)時(shí)的對(duì)電壓的控制進(jìn)行決策，指令可以直接的下達(dá)到每個(gè)相關(guān)廠站，實(shí)施調(diào)節(jié)。對(duì)設(shè)備機(jī)械的投資也比較少，但是對(duì)于OPF依賴性比較強(qiáng)，在現(xiàn)實(shí)的運(yùn)行當(dāng)中不能保證可靠性，也不能夠確保電壓的穩(wěn)定性。

4.3 軟三級(jí)控制模式

在三級(jí)的控制系統(tǒng)和二級(jí)控制系統(tǒng)都不能夠滿足我國(guó)電力系統(tǒng)的發(fā)展需要的時(shí)候，有關(guān)的專家學(xué)者提出了軟三級(jí)的電壓控制模式，并且這種模式已經(jīng)在我國(guó)得到了比較廣泛的應(yīng)用。這種控制系統(tǒng)不用研制地理上進(jìn)行分布的二級(jí)電壓的控制器。但是實(shí)際上還是一種二級(jí)電壓的控制模式，不過(guò)在其中加入了三級(jí)電壓控制模式的思想，形成了一種新的控制模式。這種控制模式的思想是：先把整個(gè)電網(wǎng)合理的進(jìn)行分區(qū)，然后選擇中樞的節(jié)點(diǎn)，再通過(guò)三級(jí)電壓控制實(shí)時(shí)的對(duì)電壓進(jìn)行無(wú)功優(yōu)化。給中樞節(jié)點(diǎn)電壓的參考值。然后在AVC的主站，以軟件的形式，進(jìn)行軟二級(jí)電壓的控制，使中樞節(jié)點(diǎn)的電壓的實(shí)際值維持在參考值左右。

5 無(wú)功自動(dòng)控制系統(tǒng)的運(yùn)行效果及有價(jià)值的研究方向

5.1 系統(tǒng)的運(yùn)行效果

①電壓質(zhì)量顯著提高，社會(huì)效益倍增。電網(wǎng)電壓無(wú)功自動(dòng)控制系統(tǒng)優(yōu)化方案的采用，使得電壓合格率提高，通過(guò)對(duì)母線的監(jiān)視，主站給出系統(tǒng)控制方案，可行性強(qiáng)，調(diào)節(jié)效果顯著；②輸電設(shè)備能力提高。電網(wǎng)電容器每天每臺(tái)平均投切次數(shù)降低，達(dá)到了無(wú)功分層就地平衡，提高了地區(qū)受電率。電網(wǎng)平均功率提高，保護(hù)了線路和變壓器。提高設(shè)備效率相當(dāng)于增加了設(shè)備數(shù)量，節(jié)省了必要的設(shè)備投資，且增加了輸出電力的產(chǎn)值；③網(wǎng)損降低，經(jīng)濟(jì)效益提升。該系統(tǒng)使得電網(wǎng)網(wǎng)損率降低，一年下來(lái)節(jié)省了不少設(shè)備開支，當(dāng)區(qū)域電網(wǎng)全部大規(guī)模覆蓋之后，年效益非?？捎^；④系統(tǒng)控制模式安全可靠，提高了電網(wǎng)安全運(yùn)行水平。分層分級(jí)控制模式安全性強(qiáng)，電網(wǎng)控制能力巨大，克服了單獨(dú)站內(nèi)就地控制裝置的局部控制缺陷，提高了整體控制水平。所具備的自動(dòng)閉鎖功能將電網(wǎng)所受影響控制到最小程度，達(dá)到了優(yōu)化策略的目的。

5.2 該系統(tǒng)有價(jià)值的研究方向

理論上講，集中且全局的處理局部?jī)?yōu)化數(shù)據(jù)，最通常的是考慮通過(guò)調(diào)度中心來(lái)控制，根據(jù)全網(wǎng)狀態(tài)進(jìn)行最優(yōu)化計(jì)算，得出最佳優(yōu)化方案，該方式既可得出全網(wǎng)電壓無(wú)功最優(yōu)解，又可進(jìn)行安全性分析。具體的算法有線性規(guī)劃、遺傳算法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。這三者各有利弊：線性規(guī)劃速度快但不易收斂，遺傳算法速度慢不適于實(shí)時(shí)優(yōu)化計(jì)算，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有待探索中。實(shí)現(xiàn)操作性強(qiáng)的實(shí)時(shí)全局優(yōu)化控制值得作為未來(lái)的研究方向。

6 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)電力事業(yè)發(fā)展十分迅猛，使電力網(wǎng)絡(luò)連結(jié)成為了一個(gè)巨大復(fù)雜的互聯(lián)系統(tǒng)，所以，對(duì)與電壓調(diào)控的難度也越來(lái)越大。所以，大電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的應(yīng)用意義就變得更加的廣泛。對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行控制優(yōu)化，分級(jí)進(jìn)行監(jiān)控每個(gè)子站的電壓，閉環(huán)進(jìn)行控制，對(duì)防止電壓崩潰，減少網(wǎng)損，提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和安全性，降低工作人員勞動(dòng)的強(qiáng)度，增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，都有非常重要的意義。

[1]戴彥.自動(dòng)電壓控制（AVC）系統(tǒng)控制策略的比較和研究[J].華東電力，2013（01）.

[3]黃旭東.自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)在發(fā)電廠側(cè)的應(yīng)用[J].浙江電力，2014（01）.

[6]程倫，趙自剛.基于協(xié)調(diào)控制的自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)分析[J].河北電力技術(shù)，2012（03）.

TM761+.1

A

1004-7344（2016）05-0296-02

2016-2-5

吳志恒（1973-），男，助理工程師，中共中央黨校畢業(yè)。

李芳（1985-），男，助理工程師，碩士，畢業(yè)于內(nèi)蒙古科技大學(xué)，控制理論與控制工程專業(yè)。