張　波,　楊　鵬,　李靖科,　淡文國,　孫振權

(1.石嘴山市供電公司， 寧夏 石嘴山 753000；2.烏蘭察布電業(yè)局， 內蒙古 烏蘭察布 012000；3.陜西省地方電力(集團)有限公司， 陜西 西安 710061；4.陜西理工學院 電氣工程學院， 陜西 漢中 723000)

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AVC技術在石嘴山電網的應用研究

張波1,楊鵬1,李靖科1,淡文國2,孫振權3,4

(1.石嘴山市供電公司， 寧夏 石嘴山 753000；2.烏蘭察布電業(yè)局， 內蒙古 烏蘭察布 012000；3.陜西省地方電力(集團)有限公司， 陜西 西安 710061；4.陜西理工學院 電氣工程學院， 陜西 漢中 723000)

[摘要]闡述了區(qū)域AVC系統(tǒng)的三級電壓控制理論，介紹了AVC系統(tǒng)的控制原則及系統(tǒng)組成，分析了AVC系統(tǒng)在石嘴山電網的應用效果?；陔娋W無功調控能力和關口無功功率控制范圍，實現自動電壓控制方法，提出了區(qū)域電網無功電壓優(yōu)化目標方案及分布式控制策略。在石嘴山地區(qū)電網驗證了自動電壓控制的有效性，AVC系統(tǒng)的分級電壓控制方案，既降低了系統(tǒng)網損，又保證了系統(tǒng)電壓質量，是一種行之有效的工程實施方案。

[關鍵詞]自動電壓控制；無功；三級電壓控制

供電企業(yè)的基本目標是高質量、高可靠性和低損耗地向電力用戶供應電能，其供電電壓合格率是衡量電能質量的重要指標。自動電壓控制(Automatic Voltage Control，AVC)系統(tǒng)從整個系統(tǒng)的角度出發(fā)，以電壓安全和優(yōu)質為約束，以經濟性為目標，采用分層控制的方法，對電壓連續(xù)閉環(huán)地進行實時優(yōu)化控制，以保證電網安全運行、電壓合格和網損最低，提高電網的經濟性和電力設備的使用壽命[1-2]。

關于AVC系統(tǒng)，德國RWE電力公司提出了兩級控制模式，而歐洲大多數國家采用了法國EDF公司提出的三級電壓控制模式[3]。一級電壓控制是控制本區(qū)域內的變壓器調壓、發(fā)電機調勵磁以及電容器投切；二級電壓控制的核心是選擇區(qū)域中樞紐母線，保證該母線電壓為整定值；三級電壓控制是其中的最高層，需要根據無功優(yōu)化計算確定各區(qū)域中樞母線電壓的整定值，然后下發(fā)到二級電壓控制實施。

隨著電網規(guī)模的擴大，電壓穩(wěn)定水平除了影響電能質量，還關系到大電網系統(tǒng)安全經濟運行的問題[4-5]，國家電網公司也加大了AVC系統(tǒng)協調控制的研究和投入。寧夏回族自治區(qū)石嘴山區(qū)域電網，以220 kV電壓等級為主網架結構，網內用電負荷快速增長，以至于經常出現電壓越限運行的情況。影響因素主要有：用電負荷呈現出按時間分布的階段性；冬季釆暖負荷變化大，難以預測；恒功率的高能耗負荷，不利于電壓的恢復等。

本文基于石嘴山地區(qū)電網構架及潮流分布特點，從AVC系統(tǒng)模型結構到技術方案分別闡述，并結合石嘴山電網實際應用情況進行分析討論。

1區(qū)域電網AVC系統(tǒng)原理與組成

在三級協調控制模式下，第一級和第二級基于快速響應機制，實現系統(tǒng)電壓控制與校正；第三級基于非準實時機制，實現區(qū)域無功調控。通過三級電壓協同控制為系統(tǒng)提供全網優(yōu)化方案的決策。從第三級到第一級具體分工為：第三級屬全系統(tǒng)控制模式，協調控制第二級控制模式，按照規(guī)定限值，實現電壓與無功的綜合調控；第二級是一種區(qū)域控制方式，采用區(qū)域控制器，協調一個區(qū)域內的控制設備，實現選擇區(qū)域中樞紐母線的母線電壓和系統(tǒng)無功的調整；第一級屬就地控制模式，對系統(tǒng)擾動造成的電壓與無功變化進行調整，是一種快速反應的閉環(huán)控制，結合第二級控制策略，就地實現電壓與無功快速調節(jié)。

AVC系統(tǒng)主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，硬件系統(tǒng)由數據服務器、應用服務器、通信管理機等組成；軟件部分涵蓋操作系統(tǒng)、數據庫、開發(fā)工具和最重要的控制系統(tǒng)實用軟件。

2石嘴山電網AVC控制方案

石嘴山電網AVC采取三級協調控制模式?；凇胺謱臃謪^(qū)”控制方案，通過調節(jié)樞紐廠站無功設備，調節(jié)區(qū)域各級母線電壓；通過控制電源端發(fā)電機無功、變電站側電容及電抗器、變壓器檔位，實現無功平衡，從而降低線損與變損。該AVC系統(tǒng)模塊嵌入調度自動化系統(tǒng)，利用無功優(yōu)化程序，基于電網安全約束條件，在確保供電質量和降低損耗的前提下，給出各個節(jié)點與斷面所需的無功量值、變電站高壓母線電壓限值，自動調節(jié)相關的設備與裝置，實現無功與電壓的綜合調控。

發(fā)電廠端可利用AVC控制系統(tǒng)的AVQC控制功能，在考慮給定的無功與母線電壓的閾值范圍內，結合發(fā)電機設備本身的機械特性及發(fā)電機臺數，綜合調整與分配無功量值和設備檔位。從而實現發(fā)電廠端的無功與電壓調控。

220 kV電網通過AVC系統(tǒng)全網無功電壓優(yōu)化協調，按照母線電壓、功率因數的約束條件，在變電站端合理調整變壓器分接頭開關及無功補償設備的投切開關，實現樞紐變電站端的無功與電壓控制。

110 kV及以下電網，AVC系統(tǒng)按照一定的周期從SCADA系統(tǒng)獲取實時數據，結合關口分時段考核母線電壓約束指標進行網絡拓撲分析，判別是否有母線電壓越限，確保上一級電網無功總量的前提下，調整變壓器的有載調壓開關檔位。

石嘴山地區(qū)電網的拓撲結構為環(huán)網供電。結合環(huán)網的拓撲特征和運行方式，按照電壓等級將系統(tǒng)分為幾個子區(qū)域，無功在每個區(qū)域內通過控制實現平衡，電壓相互間的相干性最弱，從而達到電網分層與分區(qū)的電壓與無功的優(yōu)化控制。具體的控制方案基于DF8003系統(tǒng)的靈活配置來實現。

3石嘴山電網AVC系統(tǒng)運行效果分析

石嘴山電網AVC系統(tǒng)基于準確性、時效性、可靠性及安全性的建設原則，將其功能模塊嵌入在DF8003調度自動化系統(tǒng)中，實現了電壓及無功的自動控制，能有效改善系統(tǒng)各節(jié)點的電壓水平，提升全網電壓合格率和減少網損，既減輕運行人員勞動強度，又優(yōu)化了電網無功平衡狀態(tài)，提高了電壓穩(wěn)定性，從而產生較好的經濟效益，具體表現為以下方面。

3.1改善電能質量，提高了區(qū)域電網電壓合格率

在AVC系統(tǒng)投入前后兩種情況下，對區(qū)域內變電站10、35、110、220 kV電壓等級各母線電壓峰值、谷值及平均值進行了量測與分析。表1記錄的數據表明，AVC投入后明顯改善了每個電壓等級的電壓分布，基本消除了電壓越限的現象，達到了改善電能質量的效果。

表1　AVC系統(tǒng)投入前后母線電壓值對比　　　　　　(kV)

表2給出了某區(qū)域AVC系統(tǒng)投入前后母線電壓的合格率。數據表明，10、35、110、220 kV電壓等級的電壓合格率都得到了提高，尤其是10 kV電壓合格率已經超過了99%。

表2　某區(qū)域AVC系統(tǒng)投入前后母線電壓合格率對比

表3　某區(qū)域電網AVC系統(tǒng)投入前后同期網損比較

3.2有效提高負荷高峰時段的功率因數

AVC系統(tǒng)設定功率因數考核曲線和閾值范圍：功率因數一般在高峰負荷時段低值設為0.96，在負荷低谷時段保持在0.9～0.96之間。實現全網無功裝置協調控制，區(qū)域內就地平衡，減少線路無功流動，降低了系統(tǒng)網損。表3是某區(qū)域應用AVC系統(tǒng)模塊前后的綜合網損比較。分析表明，連續(xù)6個月的網損平均降低0.19%。若按石嘴山電網售電量為200億kW·h來計算，一年將能低網損電量200億kW·h×0.19%=0.38億kW·h，節(jié)約資金0.38億×0.5元=0.19億元。

表4是AVC投入前后的24 h內，石嘴山地區(qū)某220 kV變電站的母線電壓實際測量數據。分析表明，在AVC系統(tǒng)投入前，中樞母線電壓隨著負荷的變化有著明顯變化，低負荷時峰值電壓達到236.17 kV，負荷高峰時波谷電壓達到232.03 kV，差值為4.14 kV。AVC系統(tǒng)投入之后，改善了母線電壓的波動范圍，負荷低谷時峰值電壓234.95 kV，高負荷時最小電壓234.01 kV，其差值為0.94 kV，明顯地減少了電壓的波動。

表4　某變電站AVC投入前后24 h母線電壓對比

綜上所述，按照AVC系統(tǒng)數據統(tǒng)計和地區(qū)無功缺額提示，能及時有效地確定石嘴山電網在最大負荷時電網的無功補償度。

4結論

本文基于三級電壓控制模型，提出了石嘴山地區(qū)AVC系統(tǒng)的控制方案，通過工程實施驗證方式，分析了石嘴山地區(qū)基于DF8003調度自動化系統(tǒng)的AVC模塊的應用效果。通過采用發(fā)電廠、電網關口無功功率協調控制方法的AVC系統(tǒng)模式，完成了無功分層分區(qū)協同控制，實現了減少變損和線損的目標，提高了供電可靠性，改善了電能質量，達到了預期效果。

[參考文獻]

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[責任編輯：魏 強]

Research on application of AVC technology in Shizuishan power system

ZHANG Bo1,YANG Peng1,LI Jing-ke1,DAN Wen-guo2,SUN Zhen-quan3,4

(1.Shizuishan Electric Power Company, Shizuishan 753000, China;2.Ulanqab Power Electric Group Limited Company, Ulanqab 012000, China;3.Shaanxi Regional Electric Power Group Limited Company, Xi’an 710061, China;4.School of Electrical Engineering, Shaanxi University of Techology, Hanzhong 723000, China)

Abstract:This paper expounds the regional automatic voltage control(AVC) system based on three-level hierarchical of voltage control theory firstly, and then introduces the control principle and system composition of AVC system, and finally analyzes the application effect of AVC system in Shizuishan power network. Based on the reactive power control of the power grid and the checkpoint, the method of automatic voltage control is presented, and the scheme of reactive power and voltage optimization and distributed control strategy are proposed. The effectiveness of automatic voltage control is verified in Shizuishan regional power grid. The voltage control scheme of AVC system, which can not only reduce the system loss and guarantee the system voltage quality, is a kind of effective project implementation plan.

Key words:automatic voltage control(AVC);reactive power mart;three-level hierarchical of voltage control

[中圖分類號]TM76

[文獻標識碼]A

作者簡介：張波(1975—)，男，寧夏回族自治區(qū)石嘴山市人，石嘴山市供電公司高級工程師，碩士，主要研究方向為電力系統(tǒng)無功優(yōu)化；[通信作者]孫振權(1966—)，男，吉林省松原市人，陜西省地方電力(集團)有限公司教授級高級工程師，陜西理工學院碩士生導師，博士，主要研究方向為電力設備在線監(jiān)測及智能配電網。

收稿日期：2016-01-09修回日期：2016-02-15

[文章編號]1673-2944(2016)02-0011-03