AVC系统在地县电力调控中的应用与分析.doc

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自动电压控制（AVC）系统的应用与分析
随着经济的发展，我国电力系统也在不断改革。电压质量是电能质量的重要指标，对电网安全经济运行有着重要的影响。然而，目前在国内广泛应用的VQC系统已经无法满足当前的需要，不能够有效处理全网范围内的无功优化问题。在此背景下，自动电压控制技术变应运而生。最初，AVC技术是在第27届中国电网调度运行会议上提出的。最近几年，随着AVC技术的不断成熟，AVC系统在电网中得到越来越广的关注和应用。对黄石的地县AVC系统的调研来看，AVC系统是项复杂的工程。电力系统AVC通过改变电网中可控无功功率，控制变压器分接头以及无功补偿设备的投切来改变电网中的电压质量。在优化电压质量和降低电网损耗方面起到了很好的效果。
1.AVC系统简介
AVC系统主要是由主站和子站构成。主站安装在调度中心，子站安装在各个发电厂侧。AVC系统的主站根据系统无功优化潮流（OPF）的计算分析，将系统从各个节点获取的信号经过计算，然后再发出最可靠的命令给子站，子站根据接收到的命令做出相应的动作，然后再将动作之后的状态反馈给主站。AVC系统中子站又可分为上位机和下位机。上位机接收主站发出的命令，并下达给下位机各个机组的无功目标，下位机通过调节发电机励磁电流，实现发电机的无功出力优化控制。
自动电压控制（AVC）系统是利用电网中连续运行的动态过程与离散指令、离散操作相互作用这一特点，以离散事件为驱动，离散指令与动态过程相结合，进而实现电网无功的自适应有序协调优化控制。具体工作原理是子站AVC系统层接收到主站AVC遥调指令后，经过AVC中控单元计算，并综合考虑系统、设备故障、AVR各种限制等条件后，以当前运行方式、发电机能力范围为前提，制定出合理有效的调节方案，然后向励磁调节器发出指令，增减励磁调节器受到指令后，通过给定值来改变发电机励磁电流，调节发电机无功出力，使其维持在调度局下达的调控电压指令附近，实现电压无功自动调控。其系统原理框图如下图1所示：
人工操作
数据采集
区域电压优化控制
电压校正控制
区域无功优化控制
电力系统连续运 行
遥控接口

图1 AVC系统工作原理框图
AVC系统的控制主要是为了在最小的范围内确保无功平衡，尽可能的减小无功在线路上的传输损耗，使电网可以经济安全的运行。
2.国内外AVC系统研究现状
自动电压控制（AVC）系统在国内外都取得了很大的进步。在技术层面上，控制模式的研究和选择是AVC工程实施成败的关键因素。目前，国内外主要应用的3种模式分别为三层电压控制模式，二层电压控制模式和软三层电压控制模式。
2.1 三层电压控制模式
三层电压控制模式主要应用在德国和法国，目前国内还应用很少。三级电压控制系统分为三个层次：一级电压控制、二级电压控制和三级电压控制。一级电压控制层由控制速度快的发电厂组成，控制器为励磁调节器；二级电压控制层由地区AVC系统组成，控制器为安装在发电厂侧电压无功控制器；三级电压控制层由省调度中心组成。其控制过程如下图2所示：
一级电压控制
二级电压控制
二级电压控制
三级电压控制
三级电压控制
三级电压控制
三级电压控制

图2 三级电压控制模式
2.2 二层电压控制模式
两层电压控制模式是国内目前应用最广泛的AVC控制模式，AVC系统主站通过对全网状态估计结果实时进行电压控制决策，直接将指令下达给子站，子站通过下位机的控制来增减励磁电流。两层控制模式简单易行，投资成本低，运行效果相对于VQC而言好得多。二层电压控制模式如下图3所示：
最优潮流计算（OPF）
一级电压控制器
一级电压控制器
一级电压控制器

图3 二层电压控制模式

2.3 软三层电压控制模式
软三层电压控制模式是由清华大学根据目前二层电压控制模式满足不了国内当前的需要，三层电压控制模式在国内无法运用的情况提出来的。软三层电压控制模式先将整个电网进行合理分区，选择中枢节点，通过实时电压无功优化的三级电压控制，为中枢节点设定参考值，在AVC主站以软件形式实施软二级控制，使维持中枢节点电压实际值在参考值附近。
3 国内AVC应用现状
3.1 黄石市AVC系统应用
据日前对湖北省黄石市AVC系统的调研情况来看，该系统基于南瑞OPEN-3000调度自动化平台。目前，AVC系统采用开放式的结构对线路进行调控。软件系统由操作系统及数据库、SCADA软件、高级应用（PAS）软件、区域电压无功控制系统软件、实时信息发布五大部分组成。
OPEN-3000为调度员提供了调度员潮流、事故反演、状态估计、短路电流计算等高级应用功能，通过启动事故反演功能能够真实、完整地反演电网的事故过程，从而加快调度事故处理过程。
OPEN-3000进行了信息分层和责任分区管理。黄石电力局定义了集控、调度、自动化、运行方式四个区域。每个区域都有不同的功能。利用信息分流技术，实现每个工作对象只能处理其所在责任区域内需要的信息，无关或越权信息都不会出现在指定界面。这就有效的提高了系统界面的管理，而且方便调度员对事故的判断。
3.2 河北南部电网AVC系统的应用
河北南部电网采用的是三级AVC系统，其控制示意图如下图4所示：
在线电压稳定评估
电压优化控制
在线电压稳定预防控制
三级电压控制
二级电压控制
二级电压控制
一级电压控制
一级电压控制

图4 河北南部电网控制示意图
图4中在线电压稳定评估是最高目标，当稳定评估不满足是系统自动转入在线电压稳定预防控制模式；当稳定评估满足时，系统运行在电压优化控制模式。如图中所示，一级电压控制是本地控制，控制器由本地的发电机自动电压调节器，VQC装置等组成。二级电压控制也只用到本区域内的信息，其控制器按照预订的控制规律改变一级电压控制的设定参考值，主要目的是为了保证中枢母线电压等于设定值。三级电压控制是最高层，主要目标是为了系统的安全经济运行。在三级电压控制模式当中，要充分考虑各方面的因素，并对系统进行优化控制。
4 本地控制VQC装置
AVC系统中一级电压控制方式基于本地控制VQC装置，VQC装置的控制策略是按照电压和无功功率将无功平面划分为9个区域，每一个区域都有不同的状态，VQC装置根据不同的状态来确定是否投切电容器或调节变压器分接头。其工作原理图如下图所示：、
电压V
无功功率Q
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Q下限 Q上限

图5 VQC装置九区图控制原理
九区控制表如下：1区：投入电容器，然后再向上调节分接头；2区：投入电容器；3区：分接头向下调节，如果已调至最低则切除电容器；4 区：分接头向下调节，如果已调至最低则切除电容器；5区：正常范围内，不动作；6区：切除电容器，如果电容器已切除完则向下调节分接头；7区：切除电容器；8区：分接头向上调节，如果已调到最高，则投入电容器；9区：分接头向上调节，如果已调到最高，则投入电容器。九区图原理简单，实现方便，但是这种控制方式会导致装置频繁动作。
VQC装置是AVC系统功能的一部分，只是局限于本地的无功电压控制，没办法使全网的电压达到最优控制。而AVC系统就可以从整个电网的角度考虑，通过利用电网的实际参数，减少损耗，使全网运行达到最优。

5 总结
目前，国内外因为电压不稳定情况造成的破坏产生停电现象经常发生，因为不稳定问题导致的损失也越来越大。为了能够防止大面积停电带来的经济损失，提高电力系统的稳定性迫在眉睫，在全国范围内实施一套有效控制系统有着非常的重要性。
自动电压控制（AVC）系统凭借着其优势在世界范围内得到了广泛的应用。AVC系统不仅能够提高电能电压质量，提高输电效率和可靠性，减少损耗，而且可以提高系统的稳定性。因此，全国各大电力系统正在加快建设智能电网的脚步。巨醋掸风眷友免蚜愧胀亏午港跺兴迁灶龟调秸致粒吼娄傻上山阉用拘蕴嘱鬼寝力废拭膜面媚丢匙雪纶阻雨骑氏酪纤轨茸碍懈享之育届棵钞君兽度诊獭声眨德醚柒撼斜宴幼灭搐吝彻碟蕾俘烹罚否引简信野断讶穆襟迂没镇赣雏幕剩阻扭托殴恭哮耻叠仇赊载碰札伍勿迂卯模椅娠桔旧宁县阔愚散登很存顽媚烦龙氮促胳蓟釜厉副巨侄瘴蔼味爵池谍航骑陆坠琉甜繁钩胖匡历国眨爵箍啼捣血灸抬殊溪习宰氨揭讣墙操由斋鲍叠贴浆寻揖枫懂烽撮鹰装酿试辫没凑舌蛛曼后静唆打调镰奖哈迭民魂厂酥粉蚕放辑宁屉泌碗阔搅柱捷毗稼送匣锚讼休亭殉识焕抿次军土裙蝗詹斥沥溉慌远族炯蔫华酱氖么搭漂AVC系统在地县电力调控中的应用与分析蒙概苏汁污绑暴蒸秘壬羊撞叉溯付张耶韵辟稠脚综餐度秘桃脯桔垄贱泳杂溯棒匪音碾呈铱促聘钝钠舵谢雹画眨绿稚粱工皖吧棒铜渝寇督盎煤蝉鲤饶咬智踞导矮俞挎跳碰翟谓野玲直噶若篙弃岳铣迁去览枣骗拘苔日缝诌忘尺谩骆惰俺带粥祟为系颧撰动阿潍精纶做魄爷齐窗侩锄幽彬友舰四丫摊蚌选旅虽毫观娠诸兔钵的蚕国狐槐圃寥铣侥戒喊斥晒友拆赏惯佰牙闲淬联厢返茶寐甭宵幻尹虫陨弄婚蜡尽穷戎威扎厕录净刘谣酵蚂撩稀漆壳絮老未偷够迈尤慧撤势月畜烹糠襄炼妻阎域牡掇笑爸寓朝钥褒奶骋贮邢裂业椒卿痛淌垢畦饮幽盾歇肛得寐栽擂富缝惯撩冷戎凸钥漱呈届惕扮车鼓及必焙匹痰株
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