丁 勇

(國網(wǎng)重慶市電力公司 北碚供電分公司，重慶 400700)

地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)控制策略探討

丁 勇

(國網(wǎng)重慶市電力公司 北碚供電分公司，重慶 400700)

為滿足地區(qū)電網(wǎng)運行要求，提升廠站無功、電壓協(xié)調(diào)自動控制能力，降低無功調(diào)節(jié)設備日均動作次數(shù)，通過改善地區(qū)電網(wǎng)自動電壓控制系統(tǒng)(AVC)控制策略，提升電網(wǎng)運行精益化。

地區(qū)電網(wǎng)；AVC系統(tǒng)；電壓控制

自2013年以來，地區(qū)電網(wǎng)自動電壓控制系統(tǒng)(AVC系統(tǒng))在各地區(qū)電網(wǎng)廣泛應用，通過調(diào)度自動化系統(tǒng)采集各節(jié)點遙測、遙信等實時數(shù)據(jù)進行在線分析和計算，實現(xiàn)了電壓無功優(yōu)化自動閉環(huán)控制[1]。AVC系統(tǒng)投入運行以來，對于保障電能質(zhì)量，提高輸電效率，降低網(wǎng)損，實現(xiàn)電網(wǎng)穩(wěn)定運行和經(jīng)濟運行有著積極的意義。

1 存在的問題

隨著AVC系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的不斷運用，電網(wǎng)無功設備動作次數(shù)也逐漸增加。2013年2月以來，AVC系統(tǒng)的投運提高了母線電壓合格率，也大大減輕了運行人員的操作壓力，但無功補償裝置的投切次數(shù)卻大大增加。

2012年，北碚電網(wǎng)內(nèi)電容器動作次數(shù)及主變分頭調(diào)整次數(shù)月均1 100次左右。AVC投入運行后，2013年月均2 000次左右，設備動作次數(shù)增加約兩倍。動作次數(shù)過于頻繁將降低電氣設備的壽命及供電可靠性，同時也增加了設備調(diào)節(jié)費用。因此，如何優(yōu)化AVC控制策略，降低無功調(diào)節(jié)設備日均動作次數(shù)，已經(jīng)成為當前必須面對和解決的問題。

2 變電站控制策略改進措施

2.1 合理劃分AVC策略控制時段，提高無功電壓精確控制能力

目前，AVC系統(tǒng)無論采取電壓優(yōu)先還是無功優(yōu)先的原則，都是在電壓或者功率因數(shù)越限時才生成策略。為及時應對早、晚高峰及中午負荷波動，采取適度提前AVC控制時段的辦法，在負荷變化來臨前提前改變控制策略，通過“預控制”，保證系統(tǒng)電壓穩(wěn)定運行[2]。

為做好AVC系統(tǒng)策略控制時段的合理修正，對單個220 kV變電站動態(tài)區(qū)域特性分別進行了研究。圖1和圖2分別為220 kV梅花山站和110 kV歇馬站的典型日負荷曲線分析圖。

圖1 220 kV梅花山站負荷特性曲線分析

圖2110kV歇馬站負荷特性曲線分析

數(shù)據(jù)分析選取了各季度典型日負荷曲線(節(jié)假日、周末除外)，且每5 min取1個點，每天取288個點。在劃分控制時段時，為避免溫度對負荷的影響，采取“歸一化”的方法對典型日負荷曲線進行處理。歸一化處理的方式有多種，此次研究采用下列公式進行處理：設日負荷曲線各點初始數(shù)據(jù)為{y1,y2,…,y24}，歸一化處理后的數(shù)據(jù)為{z1,z2,…,z24}。其中，zi=yimax(y1,y2,…,y24)，即每個點的取值均為實際值除以當日最大值[3]。通過對該動態(tài)區(qū)域所有變電站(包括1個220 kV變電站，5個110 kV變電站和1個35 kV變電站)的負荷性質(zhì)進行逐一分析，220 kV梅花山片區(qū)變電站日負荷曲線大致可分成4個時段：早低谷段(00:00～8:00)；負荷上升段(08:00～11:30)；午峰時段(11:30～22:00)；晚低谷段(22:00～24:00)。

為合理劃分AVC策略控制時段，研究人員又對AVC系統(tǒng)投運以來，無功設備的運行曲線及動作次數(shù)進行了詳細的統(tǒng)計和分析。圖3為2014年7～8月220 kV梅花山站典型日主變檔位運行情況。表1為2014年7～8月220 kV梅花山站片區(qū)下110 kV變電站典型日主變及電容器動作次數(shù)。

圖3 2014年7～8月220 kV梅花山站典型日主變檔位運行情況

變電站電壓等級/kV負荷性質(zhì)2014年7月2014年8月1#主變2#主變電容器1#主變2#主變電容器龍鳳溪110城區(qū)居民負荷,供北碚城區(qū)39360034合川110城區(qū)居民負荷,供合川城區(qū)121417131415歇馬110供歇馬城區(qū),包括部分工業(yè)負荷25249891451鹽井110工業(yè)負荷為主,包括水泥廠、礦業(yè)等5713289429367

從圖3和表1分析可以看出，無功調(diào)節(jié)設備每日動作次數(shù)分布具有如下幾個特點。

1)動作集中在早、中、晚3個時段，主要原因是此3個時段負荷波動較大。

2)動作次數(shù)帶有明顯的區(qū)域特點。以工業(yè)負荷為主的變電站，負荷波動較大，動作次數(shù)明顯高于以居民負荷為主的變電站。

3)同一變電站內(nèi)電容器的動作次數(shù)相近，避免了單個電容器頻繁動作，說明AVC系統(tǒng)在控制上實現(xiàn)了良好的均衡性。

經(jīng)過對日負荷曲線特性及歷史動作次數(shù)的研究，基于“預控制”的原則，AVC策略控制時段劃分為：早低谷段(00:00～7:30)；負荷上升段(07:30～11:00)；午峰時段(11:00～21:30)；晚低谷段(21:30～24:00)。

2.2 優(yōu)化母線電壓整定值，降低設備動作次數(shù)

從電氣設備裝置本身出發(fā)，必須對調(diào)壓設備(主變分接開關和電容器開關)每天的動作次數(shù)有嚴格的限制。因此，優(yōu)化母線電壓整定值，減少動作次數(shù)對延長電氣設備的使用壽命和提高供電可靠性有著重大的意義。

對電壓基礎數(shù)據(jù)進行深入分析后，以220 kV梅花山片區(qū)(包括220 kV梅花山變電站，110 kV北碚、歇馬、團山堡、東陽和縉云山變電站)10 kV母線電壓為例，闡述電壓整定值的整定過程。

首先，采集動態(tài)區(qū)域內(nèi)所有變電站10 kV母線電壓日數(shù)據(jù)，本次研究采集時間從2014年7月15日至2014年8月15日，采集值為每日電壓整點數(shù)據(jù)。

然后，繪制變電站10 kV母線日電壓平均值曲線，尋找區(qū)域電壓特性。圖4為220 kV梅花山片區(qū)所有變電站10 kV母線日電壓平均值曲線。圖中，每條曲線的24個點分別代表各變電站所有分析日內(nèi)24點的平均值。

圖4 220 kV梅花山片區(qū)所有變電站10 kV母線日電壓平均值曲線

從圖4可以看出，全日24 h電壓分布特性與日負荷特性具有相關性，凌晨0:00～7:30和17:00～19:00下班期間負荷較低時，電壓水平較高，負荷上升段(08:00～11:30)電壓水平較低。此外，220 kV梅花山片區(qū)各站負荷特性基本一致。因此，針對該區(qū)域內(nèi)各變電站，在制定AVC策略時相同時段可采取相同策略。即在負荷水平較高時，適當提高母線電壓整定值；在負荷水平較低時，適當降低母線電壓整定值。最后，繪制變電站10 kV母線日電壓最大、最小值曲線，確定AVC策略電壓上、下限值。圖5和圖6分別為220 kV梅花山片區(qū)所有變電站10 kV母線日電壓最大、最小值曲線。圖中，每條曲線的24個點分別代表各變電站所有分析日內(nèi)24點的最大、最小值平均值。

圖5 各變電站10 kV母線日電壓最大值曲線

圖6各變電站10kV母線日電壓最小值曲線

從最大電壓值曲線可以看出，各站電壓一般分布在10.4～10.65 kV之間。電壓整定值上限取最高電壓，即10.65 kV?？紤]“逆調(diào)壓”原則，負荷早、晚低谷段電壓整定值下調(diào)0.05 kV，取值10.6 kV。從最小電壓值曲線可以看出，各站電壓一般分布在10.1～10.4 kV之間。電壓整定值下限取最低電壓，即10.1 kV?？紤]“逆調(diào)壓”原則，負荷上升段電壓整定值上調(diào)0.1 kV，取值10.2 kV。

此次研究的動態(tài)區(qū)域中，由于220 kV梅花山變電站10 kV側負荷較重，達4萬 kW運行時，中、低壓側電壓存在不能兼顧的情況。因此，在制訂AVC策略時，在負荷上升段電壓下限整定值下調(diào)0.1 kV，保持全天電壓下限均為10.1 kV，在保證電壓合格率的同時能降低無功調(diào)節(jié)設備動作次數(shù)。

此外，通過對110 kV母線電壓的分析研究發(fā)現(xiàn)，在區(qū)域電壓控制策略中，樞紐變電站(220 kV變電站)的電壓調(diào)整能有效改善下屬各廠站平均電壓水平，降低整個分區(qū)設備動作次數(shù)。即在負荷高峰即將來臨的爬坡階段，區(qū)域內(nèi)各母線電壓均有逐漸降低的趨勢，上調(diào)區(qū)域樞紐變電站的主變檔位，普遍提高區(qū)域內(nèi)各母線的電壓水平，從而達到只動作一次設備而改善區(qū)域電壓水平的目的。為保證整個區(qū)域電壓水平，在制定策略時，對中樞點電壓(220 kV變電站110 kV母線)各時段的限值進行比較嚴格的限制[4]。即早低谷段(00:00～7:30)取112～116 kV；負荷上升段(07:30～11:00)取113～117 kV；午峰時段(11:00～21:30)取112～117 kV；晚低谷段(21:30～24:00)取112～116 kV。而對下級110 kV變電站電壓可適當放寬電壓約束，對電壓限值考核，其上下限均未超過考核值。

而針對沖擊負荷較大、負荷特性不明顯的變電站，可采取適當放寬電壓限值的方法，避免無功調(diào)節(jié)設備無效動作。針對中、低壓側負荷不兼顧，動作頻繁的變電站，在保證電壓合格率的同時，也可放寬母線電壓約束，降低無功設備動作次數(shù)。

2.3 規(guī)范電容器管理，提高電容器可用率

為促進無功電壓調(diào)度運行精細化管理，提升電網(wǎng)無功電壓協(xié)調(diào)控制能力，強化無功電壓調(diào)度運行及管理隱患的整改，進一步規(guī)范電容器運行、維護管理，保證電網(wǎng)安全、經(jīng)濟運行。

電容器投運管理：在電網(wǎng)規(guī)劃階段，調(diào)控中心積極參加本地區(qū)電網(wǎng)規(guī)劃評審，確保無功補償設備配置充足，單組設備容量合理；在設備投運時，督促建設單位確保無功補償設備與變壓器同步投產(chǎn)。

電容器運行管理：AVC投運以來，無功設備動作次數(shù)明顯增加，經(jīng)常發(fā)生開關“控制回路斷線”，跳閘線圈燒壞的異?，F(xiàn)象。為提高無功設備缺陷處理效率，北碚供電公司進一步規(guī)范了缺陷匯報及處理流程。要求監(jiān)控人員在運行監(jiān)視時，發(fā)現(xiàn)無功調(diào)壓設備缺陷后，及時通知運維站人員到站處理，并詳細記錄電容器缺陷原因、是否影響電壓調(diào)整、處理措施及處理時間等。對不能及時處理的缺陷，納入無功電壓調(diào)度運行及管理隱患整改計劃，明確責任部門、計劃處理時間和聯(lián)系人員。

3 取得的成效

3.1 降低了無功調(diào)節(jié)設備動作次數(shù)

圖7為220 kV梅花山站110 kV母線日電壓變化曲線。從圖中可以看出策略改進后，在保證全天電壓合格率的情況下，24 h內(nèi)主變調(diào)檔次數(shù)降低了4次(如圖中A、B、C、D所示)。

圖7220kV梅花山站110kV母線日電壓運行情況

AVC系統(tǒng)控制策略的改進，降低了無功設備動作次數(shù)，大大提高了設備的使用壽命。據(jù)統(tǒng)計，2014年1～8月北碚公司220 kV梅花山片區(qū)無功調(diào)節(jié)設備月均動作次數(shù)為761次，而2014年9月僅565次，減少了196次，降低了25.8%。詳細統(tǒng)計情況如圖8所示。

圖8 策略改變前后無功設備動作次數(shù)同比情況

3.2 降低了監(jiān)控人員工作強度

AVC系統(tǒng)投入運行后，徹底改變了由運行人員通過手動控制電容器投切來實現(xiàn)變電站無功控制的方式，相對于以往人工監(jiān)視、手動調(diào)節(jié)的方式，既減輕了運行人員的監(jiān)控壓力，又大大提高了無功調(diào)節(jié)的及時性[5]。

4 今后的改進方向和對策

4.1 動態(tài)調(diào)整無功設備動作次數(shù)

進一步降低無功設備動作次數(shù)，根據(jù)歷史負荷特性曲線，對0～24 h進行劃分，合理分配各時段的動作次數(shù)。在考慮了負荷動態(tài)特性后，在負荷上坡段、下坡段、負荷波動段分別設置動作次數(shù)上限值。以此，盡量減少全天設備的動作次數(shù)。

4.2 逐步更換變壓器調(diào)壓裝置

目前電網(wǎng)內(nèi)，部分35 kV變壓器為無載調(diào)壓變壓器，電壓調(diào)整困難。在以后工作中，將無載調(diào)壓變壓器在技改項目中逐漸更換為有載調(diào)壓。對于無技改計劃的變電站，可制訂無載調(diào)壓主變分接頭調(diào)整方案，并納入年度運行方式管理，在計劃停電時及時調(diào)整分接頭檔位，確保電壓質(zhì)量。

[1] 吳春梅.淺談自動電壓控制(AVC)在地調(diào)自動化系統(tǒng)的應用[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟，2012(16)：80-82.

[2] 趙文博.地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)的設計及實現(xiàn)[J].自動化應用，2010(5)：41-44.

[3] 李翔，顧潔.運用聚類算法預測地區(qū)電網(wǎng)典型日負荷曲線[J].電力與能源，2013(01)：47-50.

[4] 張海，敬貴銘.區(qū)域電網(wǎng)AVC控制策略研究[J].中國新技術新產(chǎn)品，2013(18)：51-52.

[5] 岑建福，焦洪峰.110 kV變電站VQC的實施[J].電氣技術，2008(6)：58-60.

AStudyontheControlStrategiesfortheAVCSysteminRegionalPowerGrids

Ding Yong

(Beibei Power Supply Branch of State Grid Chongqing Electric Power Company，Beibei Chongqing 400700，P.R.China)

In order to meet the requirements of the operation of regional power grids，abilities of automatic reactive control and coordinated voltage control of substations should be improved to reduce daily actions of reactive power regulations of the equipment．Lean operation of the power grids can be realized by improving the control strategies for the AVC system in regional power grids．

regional power grids；AVC system；voltage control

TM711.2

A

1008- 8032(2017)05- 0024- 04

2017-06-02

丁 勇(1979-)，工程師，主要從事調(diào)控技術管理工作。