許春彩 安徽淮北供電公司
摘要：電壓無功優(yōu)化控制（AVC）是電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟運行的重要手段。文中介紹了淮北地區(qū)所投入使用的實時電壓無功優(yōu)化自動控制系統(tǒng)。AVC充分利用SCADA/EMS一體化平臺提供的豐富信息并根據(jù)淮北地區(qū)電網(wǎng)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(guān)鍵詞：電壓無功優(yōu)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(tǒng)及電力企業(yè)管理運行的基本目標是安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟地向用戶提供電能，而電壓是電能質(zhì)量重要指標之一，網(wǎng)損則是最重要的經(jīng)濟指標。電力系統(tǒng)的無功補償與無功平衡是保證電壓質(zhì)量的基本條件。有效的電壓調(diào)節(jié)和無功補償不僅能保證電壓質(zhì)量，而且能提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，而電壓質(zhì)量的提高與網(wǎng)損的降低是一致的
淮北地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度監(jiān)控中心或變電站隨著負荷波動對其電壓及無功調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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(wǎng)發(fā)展的需要。
因此，為了提高淮北電網(wǎng)的電能質(zhì)量，進一步減輕調(diào)度員和監(jiān)控員的勞動強度，同時也為了拓展電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)SCADA/EMS的應(yīng)用范圍，充分發(fā)揮該系統(tǒng)的潛力，新增了實時電壓無功優(yōu)化自動控制（AVC）系統(tǒng)。
1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及控制目標
1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)主要由三個模塊構(gòu)成：電壓無功優(yōu)化模塊、遙控接口模塊和報警模塊。電壓無功優(yōu)化自動控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。電壓無功優(yōu)化模塊是AVC系統(tǒng)的核心，遙控接口則是AVC系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，當AVC系統(tǒng)處于自動控制狀態(tài)時，通過遙控接口向SCADA發(fā)送遙控命令，執(zhí)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(yōu)化模塊提出的調(diào)壓建議、命令、異常事件和遙控程序執(zhí)行遙控調(diào)壓命令的動態(tài)信息。
圖1 電壓無功優(yōu)化自動控制結(jié)構(gòu)圖
1.2 控制目標 全網(wǎng)無功電壓閉環(huán)控制目標是：（1）當省調(diào)AVC有指令下發(fā)時，確保跟蹤省網(wǎng)無功指令，以有效控制主網(wǎng)樞紐變電所電壓的穩(wěn)定。（2）保持地區(qū)電網(wǎng)范圍內(nèi)所有變電所負荷側(cè)母線電壓在規(guī)定范圍內(nèi)；（3）有效地利用電壓無功調(diào)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(wǎng)損；（4）在全網(wǎng)無功電壓閉環(huán)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(shù)盡可能少。
2 系統(tǒng)控制的基本原理和控制策略
2.1控制模式
根據(jù)淮北地區(qū)電網(wǎng)220kV主網(wǎng)環(huán)網(wǎng)運行、110kV網(wǎng)絡(luò)輻射狀運行特點，電壓無功優(yōu)化采取分層分區(qū)控制模式，兩層相互協(xié)調(diào)。第二級為全網(wǎng)協(xié)調(diào)，第一級為區(qū)域電壓無功集中控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的控制模式如圖2所示。
圖2 淮北電網(wǎng)AVC系統(tǒng)控制模式
對于淮北電網(wǎng)，由于南坪、五里郢、楊柳、縱樓四所220kV變電站需與省調(diào)AVC進行協(xié)調(diào)控制，主網(wǎng)優(yōu)化計算協(xié)調(diào)實際上只接受省調(diào)下發(fā)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(qū)平衡原則，分片優(yōu)化，在保證電壓合格的基礎(chǔ)上，盡量減少各個區(qū)域無功流動，從而降低網(wǎng)損。AVC系統(tǒng)采用了以下調(diào)壓控制策略。
2.2.1 實時拓撲分區(qū)
AVC數(shù)據(jù)庫模型定義了廠站、電壓監(jiān)測點（母線）、控制設(shè)備（電容器及變壓器）等記錄�；谝惑w化SCADA/EMS平臺，AVC從SCADA中獲取電網(wǎng)實時量測數(shù)據(jù)，從網(wǎng)絡(luò)建模中獲取設(shè)備參數(shù)及其物理聯(lián)接關(guān)系。。因為淮北地區(qū)電網(wǎng)運行方式具有閉環(huán)結(jié)線、開環(huán)運行的特點，分區(qū)方法是以220KV或110KV變電站為中心，其所供電的下屬變電站構(gòu)成一個區(qū)域。
2.2.2 區(qū)域調(diào)壓和廠站調(diào)壓協(xié)調(diào)配合
按照所采用的分區(qū)方法，220KV或110KV變電站為該區(qū)域樞紐變電站，下屬變電站則為區(qū)域內(nèi)變電站。AVC對電網(wǎng)電壓無功狀態(tài)輪循監(jiān)視，對于每個區(qū)域，采用如下控制策略：
（1）當區(qū)域內(nèi)個別變電站電壓需要調(diào)節(jié)時，首先調(diào)節(jié)該變電站電壓。
（2）如果區(qū)域內(nèi)變電站電壓都處于合格范圍內(nèi)，根據(jù)區(qū)域電壓質(zhì)量統(tǒng)計結(jié)果，當該區(qū)域電壓普遍偏高（低）時，考慮啟動區(qū)域調(diào)節(jié)設(shè)備（一般為電容器）進行區(qū)域電壓調(diào)節(jié)。在投切區(qū)域內(nèi)變電站電容器時，允許無功在同等級電網(wǎng)合理倒流，倒流限值可以由用戶設(shè)置。在實際運行中，110KV電網(wǎng)一般呈放射狀運行，當無功向上級電網(wǎng)倒流時，切除該電容器。
2.2.3 變壓器和電容器分時段協(xié)調(diào)配合
根據(jù)電網(wǎng)無功平衡基本原則及電壓無功設(shè)備控制上的電氣特性，區(qū)域內(nèi)110KV變電站采用如下調(diào)壓控制策略：
（1）電壓偏低時，優(yōu)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(jù)母線時段設(shè)置，調(diào)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(diào)壓設(shè)備動作次數(shù)是有限制的，根據(jù)日負荷曲線變化規(guī)律，輔以人工經(jīng)驗修正，合理分配負荷時段及各時段變壓器調(diào)節(jié)次數(shù)。
（4）各時段調(diào)節(jié)次數(shù)考慮負荷動態(tài)特性，在負荷上坡段、下坡段采取動態(tài)控制策略，盡量減少設(shè)備動作次數(shù)。
2.2.4 與省調(diào)AVC接口
淮北AVC保留與省調(diào)AVC接口，待時機成熟時與省調(diào)AVC進行省地調(diào)電壓無功協(xié)調(diào)控制。省調(diào)AVC根據(jù)負荷曲線和優(yōu)化策略，對淮北AVC下達所期望的無功負荷指令,淮北AVC將優(yōu)先以省調(diào)指令為優(yōu)化目標進行控制。
3 系統(tǒng)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(diào))的實現(xiàn)及PAS高級應(yīng)用狀態(tài)估計SE、調(diào)度員潮流DTS、及負荷預報模塊的穩(wěn)定運行為自動控制提供了可能性。
(2) 有載調(diào)壓變壓器和并聯(lián)補償電容器為自動控制提供了手段。
(3) 計算機技術(shù)的發(fā)展為電壓無功自動控制的實現(xiàn)提供了必備的條件。
3.2 安全策略
3.2.1 控制狀態(tài)
控制狀態(tài)分為“建議”或“自控”，對于系統(tǒng)、廠站、監(jiān)控設(shè)備、調(diào)壓設(shè)備均可以設(shè)置控制狀態(tài)�？刂茽顟B(tài)的優(yōu)先級是系統(tǒng)＞廠站＞監(jiān)測設(shè)備（母線）＞調(diào)壓設(shè)備（主變分頭或電容器）。
AVC系統(tǒng)在廠站自控接入方式上具有很強的靈活性和適應(yīng)性，在保證電網(wǎng)安全可靠運行前提下，將電網(wǎng)中各廠站逐步接入�？刂茽顟B(tài)可分級設(shè)置，從整個系統(tǒng)可以設(shè)置到調(diào)壓設(shè)備（變壓器、電容器）。自控接入時，根據(jù)各廠站自動化實際情況，可以采取開環(huán)或閉環(huán)控制方式。對于新接入廠站，首先應(yīng)置于開環(huán)方式運行，由值班員人工干預來優(yōu)化或確認控制方案，待該廠站運行穩(wěn)定、正確、可靠后再接入閉環(huán)運行。對于閉環(huán)運行的廠站，其所屬調(diào)壓設(shè)備仍可以根據(jù)實際狀態(tài)決定控制狀態(tài)。
3.2.2數(shù)據(jù)處理
遙測數(shù)據(jù)及遙信狀態(tài)是AVC自動控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗
(1)當SCADA量測量帶有不良質(zhì)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(shù)據(jù)，無效；
(3)當SCADA量測量長時間不刷新，該量測量被視為死數(shù)據(jù)，無效。
AVC對于無效量測點對應(yīng)的電壓監(jiān)測點（各段母線）不進行分析計算，不發(fā)建議和控制命令。
3.2.2.2 數(shù)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(shù)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(wǎng)AVC系統(tǒng)連續(xù)3次采樣，取值都越限才下發(fā)控制命令,采樣次數(shù)可合理地自由設(shè)置。
3.2.2.3 遙測穩(wěn)定誤差
由于現(xiàn)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(xiàn)場電壓監(jiān)測儀記錄的電壓具有一種很穩(wěn)定的誤差，在AVC系統(tǒng)中使用的電壓值經(jīng)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(huán)境因素的干擾，SCADA采集的遙信狀態(tài)可能和現(xiàn)場開關(guān)刀閘狀態(tài)不一致，當發(fā)生遙信變位事件時，AVC系統(tǒng)自動暫停分析計算并將相關(guān)設(shè)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(guān)設(shè)備閉鎖。
3.2.3 AVC周期
AVC系統(tǒng)周期性循環(huán)監(jiān)視電網(wǎng)狀態(tài)并進行分析計算，提出調(diào)壓建議或下發(fā)控制命令，校核命令處理狀態(tài)。AVC周期包括采樣周期、執(zhí)行周期和設(shè)備控制命令周期。
AVC采樣周期：淮北電網(wǎng)設(shè)置為15秒，采樣周期可以視實際情況自行設(shè)置。在每一個采樣周期內(nèi)，AVC更新實時數(shù)據(jù)并檢測電網(wǎng)異常事件，校核命令處理狀態(tài)。
AVC執(zhí)行周期：執(zhí)行周期也可設(shè)定，應(yīng)為采樣周期的整數(shù)倍。在每一個執(zhí)行周期內(nèi)，AVC除完成采樣周期內(nèi)各任務(wù)外，還要對電網(wǎng)電壓無功狀態(tài)進行分析計算，但是否下發(fā)控制命令還取決于設(shè)備控制命令周期。
設(shè)備控制命令周期：該周期是可變的，它由AVC執(zhí)行周期和設(shè)備的控制命令反饋時間共同決定。
3.2.4 操作規(guī)程
為防止設(shè)備調(diào)節(jié)過于頻繁，延長設(shè)備使用壽命，電力系統(tǒng)調(diào)壓設(shè)備必須按照電力系統(tǒng)操作規(guī)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(shè)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(shè)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(diào)壓功能。
(4) 為防止環(huán)流，對于并列變壓器進行交替調(diào)節(jié)，使并列變壓器處于同一變比。
3.2.5 異常事件
AVC系統(tǒng)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(fā)，連續(xù)兩次調(diào)節(jié)而電壓無變化，認為變壓器檔位拒動，停止下發(fā)命令并自動閉鎖，當電壓有變化時自動解除閉鎖。
(2) 在調(diào)節(jié)變壓器分頭滑檔時，發(fā)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(guān)如果一次遙控不成功則自動閉鎖該電容器。
(5) 電容器開關(guān)檢修時將不允許下發(fā)遙控命令，該電容器自動閉鎖。
(6) 電容器開關(guān)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(guān)由于現(xiàn)場裝置原因，正常執(zhí)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(xiàn)場機構(gòu)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(zhí)行“故障恢復”命令，然后方可將被閉鎖的電容器設(shè)為自控狀態(tài)。
異常事件檢測并閉鎖相關(guān)設(shè)備后，運行人員通過調(diào)壓命令信息可以查明閉鎖原因，并待設(shè)備狀態(tài)恢復正常后解除閉鎖狀態(tài)。
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(guān)或變壓器分頭才能進行遠方自動調(diào)節(jié)，其他點全部閉鎖。
4 系統(tǒng)生成
如新增廠站的SCADA功能運行穩(wěn)定，即可將該廠站接入AVC系統(tǒng)，在AVC信息提示下開環(huán)運行，運行人員在系統(tǒng)提示的調(diào)壓建議基礎(chǔ)上結(jié)合運行經(jīng)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(huán)運行正確后，即可轉(zhuǎn)入閉環(huán)控制運行方式。
AVC系統(tǒng)生成及維護工作重點在于網(wǎng)絡(luò)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(diào)試。數(shù)據(jù)流圖如圖3所示。
圖3 淮北電網(wǎng)AVC系統(tǒng)生成數(shù)據(jù)流圖
5 小結(jié)
2004年底，淮北地區(qū)電網(wǎng)管轄的16所變電站全部投入AVC閉環(huán)運行，其中與省調(diào)協(xié)調(diào)配合閉環(huán)的4所220kV變電站運行情況亦很良好。實際應(yīng)用表明，AVC系統(tǒng)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(wǎng)各節(jié)點電壓合格率；在改善無功平衡狀態(tài)基礎(chǔ)上，廠站變壓器分頭調(diào)節(jié)平均次數(shù)由原來的每天6.32次下降至4.53次，提高了設(shè)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(wǎng)損、產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益作出了極大的貢獻。
參考文獻
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[2] 淮北供電公司電壓無功優(yōu)化自動控制系統(tǒng)技術(shù)協(xié)議.
[3] 淮北地區(qū)電網(wǎng)調(diào)度規(guī)程. 淮北供電公司. 2004年.
[4] 淮北供電公司關(guān)于電壓無功優(yōu)化自動控制模塊的說明.
