許春彩 安徽淮北供電公司
摘要：電壓無功優化控制（AVC）是電網安全、優質和經濟運行的重要手段。文中介紹了淮北地區所投入使用的實時電壓無功優化自動控制系統。AVC充分利用SCADA/EMS一體化平臺提供的豐富信息并根據淮北地區電網的實際情況，考慮了足夠完善的控制策略及其全面的安全措施，確保了實時自動控制的有效安全可靠性。
關鍵詞：電壓無功優化控制 AVC 控制策略 安全策略 一體化SCADA/EMS平臺
緒論
電力系統及電力企業管理運行的基本目標是安全、優質、經濟地向用戶提供電能，而電壓是電能質量重要指標之一，網損則是最重要的經濟指標。電力系統的無功補償與無功平衡是保證電壓質量的基本條件。有效的電壓調節和無功補償不僅能保證電壓質量，而且能提高電力系統的穩定性和安全性，而電壓質量的提高與網損的降低是一致的
淮北地區電網調度監控中心或變電站隨著負荷波動對其電壓及無功調節需求往往很頻繁。如果人工對變電站電壓無功進行判斷操作和干預，既增加值班員負擔，又難以保證調節合理性。隨著變電站綜合自動化能力提高及變電站無人值班改造，用于10kV母線的無功電壓綜合自動控制(VQC)裝置和軟件已不能滿足電網發展的需要。
因此，為了提高淮北電網的電能質量，進一步減輕調度員和監控員的勞動強度，同時也為了拓展電網調度自動化系統SCADA/EMS的應用范圍，充分發揮該系統的潛力，新增了實時電壓無功優化自動控制（AVC）系統。
1 系統的結構及控制目標
1.1 系統結構
系統主要由三個模塊構成：電壓無功優化模塊、遙控接口模塊和報警模塊。電壓無功優化自動控制系統結構如圖1所示。電壓無功優化模塊是AVC系統的核心，遙控接口則是AVC系統的關鍵環節，當AVC系統處于自動控制狀態時，通過遙控接口向SCADA發送遙控命令，執行變壓器升降和電容器投切。報警程序負責顯示和報告電壓無功優化模塊提出的調壓建議、命令、異常事件和遙控程序執行遙控調壓命令的動態信息。
圖1 電壓無功優化自動控制結構圖
1.2 控制目標 全網無功電壓閉環控制目標是：（1）當省調AVC有指令下發時，確保跟蹤省網無功指令，以有效控制主網樞紐變電所電壓的穩定。（2）保持地區電網范圍內所有變電所負荷側母線電壓在規定范圍內；（3）有效地利用電壓無功調控手段，使所有變電所無功盡可能就地平衡，減少因遠距離輸送無功而引起的網損；（4）在全網無功電壓閉環控制條件下，使各變電所的電容器最合理地投入和有載變壓器分接檔位動作次數盡可能少。
2 系統控制的基本原理和控制策略
2.1控制模式
根據淮北地區電網220kV主網環網運行、110kV網絡輻射狀運行特點，電壓無功優化采取分層分區控制模式，兩層相互協調。第二級為全網協調，第一級為區域電壓無功集中控制系統。系統的控制模式如圖2所示。
圖2 淮北電網AVC系統控制模式
對于淮北電網，由于南坪、五里郢、楊柳、縱樓四所220kV變電站需與省調AVC進行協調控制，主網優化計算協調實際上只接受省調下發的AVC無功指令并進行校核。
2.2 控制策略
AVC的控制策略確保了電壓無功控制的有效性，使無功分布滿足分層分區平衡原則，分片優化，在保證電壓合格的基礎上，盡量減少各個區域無功流動，從而降低網損。AVC系統采用了以下調壓控制策略。
2.2.1 實時拓撲分區
AVC數據庫模型定義了廠站、電壓監測點（母線）、控制設備（電容器及變壓器）等記錄。基于一體化SCADA/EMS平臺，AVC從SCADA中獲取電網實時量測數據，從網絡建模中獲取設備參數及其物理聯接關系。。因為淮北地區電網運行方式具有閉環結線、開環運行的特點，分區方法是以220KV或110KV變電站為中心，其所供電的下屬變電站構成一個區域。
2.2.2 區域調壓和廠站調壓協調配合
按照所采用的分區方法，220KV或110KV變電站為該區域樞紐變電站，下屬變電站則為區域內變電站。AVC對電網電壓無功狀態輪循監視，對于每個區域，采用如下控制策略：
（1）當區域內個別變電站電壓需要調節時，首先調節該變電站電壓。
（2）如果區域內變電站電壓都處于合格范圍內，根據區域電壓質量統計結果，當該區域電壓普遍偏高（低）時，考慮啟動區域調節設備（一般為電容器）進行區域電壓調節。在投切區域內變電站電容器時，允許無功在同等級電網合理倒流，倒流限值可以由用戶設置。在實際運行中，110KV電網一般呈放射狀運行，當無功向上級電網倒流時，切除該電容器。
2.2.3 變壓器和電容器分時段協調配合
根據電網無功平衡基本原則及電壓無功設備控制上的電氣特性，區域內110KV變電站采用如下調壓控制策略：
（1）電壓偏低時，優先投入電容器并盡量使其投入運行，提高電容器投入率。
（2）根據母線時段設置，調整各變母線電壓上下限。高峰時段電壓下限偏高，低谷時段電壓上限偏低。
（3）因每天調壓設備動作次數是有限制的，根據日負荷曲線變化規律，輔以人工經驗修正，合理分配負荷時段及各時段變壓器調節次數。
（4）各時段調節次數考慮負荷動態特性，在負荷上坡段、下坡段采取動態控制策略，盡量減少設備動作次數。
2.2.4 與省調AVC接口
淮北AVC保留與省調AVC接口，待時機成熟時與省調AVC進行省地調電壓無功協調控制。省調AVC根據負荷曲線和優化策略，對淮北AVC下達所期望的無功負荷指令,淮北AVC將優先以省調指令為優化目標進行控制。
3 系統的可行性和安全策略
3.1 可行性
(1) SCADA “四遙”(遙測、遙信、遙控、遙調)的實現及PAS高級應用狀態估計SE、調度員潮流DTS、及負荷預報模塊的穩定運行為自動控制提供了可能性。
(2) 有載調壓變壓器和并聯補償電容器為自動控制提供了手段。
(3) 計算機技術的發展為電壓無功自動控制的實現提供了必備的條件。
3.2 安全策略
3.2.1 控制狀態
控制狀態分為“建議”或“自控”，對于系統、廠站、監控設備、調壓設備均可以設置控制狀態。控制狀態的優先級是系統＞廠站＞監測設備（母線）＞調壓設備（主變分頭或電容器）。
AVC系統在廠站自控接入方式上具有很強的靈活性和適應性，在保證電網安全可靠運行前提下，將電網中各廠站逐步接入。控制狀態可分級設置，從整個系統可以設置到調壓設備（變壓器、電容器）。自控接入時，根據各廠站自動化實際情況，可以采取開環或閉環控制方式。對于新接入廠站，首先應置于開環方式運行，由值班員人工干預來優化或確認控制方案，待該廠站運行穩定、正確、可靠后再接入閉環運行。對于閉環運行的廠站，其所屬調壓設備仍可以根據實際狀態決定控制狀態。
3.2.2數據處理
遙測數據及遙信狀態是AVC自動控制系統的數據來源，對于SCADA采集的遙信遙測信息按照AVC的要求進行預處理后方能使用。
3.2.2.1 數據質量檢驗
(1)當SCADA量測量帶有不良質量標志（如檢修置牌）時，該量測量被視為無效量測；
(2)當SCADA量測量越限時，該量測量被視為壞數據，無效；
(3)當SCADA量測量長時間不刷新，該量測量被視為死數據，無效。
AVC對于無效量測點對應的電壓監測點（各段母線）不進行分析計算，不發建議和控制命令。
3.2.2.2 數字濾波
實際運行電壓及無功會有瞬時擾動，為了避免或減少誤動，采取多次采樣的數字濾波方法過濾干擾。使用的濾波方式是多次采樣，淮北電網AVC系統連續3次采樣，取值都越限才下發控制命令,采樣次數可合理地自由設置。
3.2.2.3 遙測穩定誤差
由于現場變送器誤差及RTU傳送精度等原因，SCADA采集的電壓遙測值和現場電壓監測儀記錄的電壓具有一種很穩定的誤差，在AVC系統中使用的電壓值經過校正處理后才使用。
3.2.2.4 誤遙信檢測
受傳輸通道或環境因素的干擾，SCADA采集的遙信狀態可能和現場開關刀閘狀態不一致，當發生遙信變位事件時，AVC系統自動暫停分析計算并將相關設備閉鎖。事后AVC自動對誤遙信事件進行檢測，并提示用戶確認并決定是否解除相關設備閉鎖。
3.2.3 AVC周期
AVC系統周期性循環監視電網狀態并進行分析計算，提出調壓建議或下發控制命令，校核命令處理狀態。AVC周期包括采樣周期、執行周期和設備控制命令周期。
AVC采樣周期：淮北電網設置為15秒，采樣周期可以視實際情況自行設置。在每一個采樣周期內，AVC更新實時數據并檢測電網異常事件，校核命令處理狀態。
AVC執行周期：執行周期也可設定，應為采樣周期的整數倍。在每一個執行周期內，AVC除完成采樣周期內各任務外，還要對電網電壓無功狀態進行分析計算，但是否下發控制命令還取決于設備控制命令周期。
設備控制命令周期：該周期是可變的，它由AVC執行周期和設備的控制命令反饋時間共同決定。
3.2.4 操作規程
為防止設備調節過于頻繁，延長設備使用壽命，電力系統調壓設備必須按照電力系統操作規程進行操作。
(1) 對于電容器，切除后必須間隔一段時間后再投入，時間間隔可以修改，一般至少設置為5分鐘。
(2) 對于有載變壓器分接頭，遙控時間間隔也不能太短，一般至少設置為2分鐘。
(3) 當變壓器流過功率越限時，自動閉鎖分接頭，流過功率恢復到正常范圍時，自動恢復分接頭調壓功能。
(4) 為防止環流，對于并列變壓器進行交替調節，使并列變壓器處于同一變比。
3.2.5 異常事件
AVC系統能夠自動處理電壓無功控制中的大量異常事件并進行可靠閉鎖，增強了自動控制的安全可靠性并減輕了運行人員處理異常事件的工作量。
(1) 如果變壓器遙控命令下發，連續兩次調節而電壓無變化，認為變壓器檔位拒動，停止下發命令并自動閉鎖，當電壓有變化時自動解除閉鎖。
(2) 在調節變壓器分頭滑檔時，發變壓器急停命令并自動閉鎖。
(3) 如果10kV母線單相接地則自動切除該母線所連電容器并閉鎖該母線。
(4) 由于通道不暢或其他原因，電容器開關如果一次遙控不成功則自動閉鎖該電容器。
(5) 電容器開關檢修時將不允許下發遙控命令，該電容器自動閉鎖。
(6) 電容器開關如果由于其他原因（可能是人工操作、事故跳閘等）引起變位，將自動判斷電容器人工操作并閉鎖該電容器。
(7) 某些開關由于現場裝置原因，正常執行遙控命令也會報故障信息，AVC將自動對誤報故障進行檢測，并對誤報故障進行恢復。如我公司管轄的220kV五里郢變電站由于現場機構原因，當521、522電容器正常分閘時提示為事故分閘，于是自動閉鎖兩電容器。當AVC自檢測出是誤報警后，運行人員便可執行“故障恢復”命令，然后方可將被閉鎖的電容器設為自控狀態。
異常事件檢測并閉鎖相關設備后，運行人員通過調壓命令信息可以查明閉鎖原因，并待設備狀態恢復正常后解除閉鎖狀態。
3.2.6 遙控接口
遙控接口為保證遙控安全可靠，進行附加條件判斷，只有電容器開關或變壓器分頭才能進行遠方自動調節，其他點全部閉鎖。
4 系統生成
如新增廠站的SCADA功能運行穩定，即可將該廠站接入AVC系統，在AVC信息提示下開環運行，運行人員在系統提示的調壓建議基礎上結合運行經驗，確定是否對該廠站手工進行電壓無功控制。磨合一段時間待其開環運行正確后，即可轉入閉環控制運行方式。
AVC系統生成及維護工作重點在于網絡建模、AVC控制模型和遙控接口測試。AVC進程為主備機配置，正常情況下主機值班，備機輔助調試。數據流圖如圖3所示。
圖3 淮北電網AVC系統生成數據流圖
5 小結
2004年底，淮北地區電網管轄的16所變電站全部投入AVC閉環運行，其中與省調協調配合閉環的4所220kV變電站運行情況亦很良好。實際應用表明，AVC系統的投入可以顯著減輕運行人員勞動強度、電壓波動幅度小，有效提高全網各節點電壓合格率；在改善無功平衡狀態基礎上，廠站變壓器分頭調節平均次數由原來的每天6.32次下降至4.53次，提高了設備使用壽命；2004年4-12月電容器投運率（31.51％）與2003年同期相比，增長7.51個百分點，對于減少網損、產生較好的經濟效益作出了極大的貢獻。
參考文獻
[1] 實時電壓無功優化自動控制(AVC)系統技術說明.南瑞:國電南瑞科技股份有限公司,2003年.
[2] 淮北供電公司電壓無功優化自動控制系統技術協議.
[3] 淮北地區電網調度規程. 淮北供電公司. 2004年.
[4] 淮北供電公司關于電壓無功優化自動控制模塊的說明.
