国内电网应用AVC系统效益及存在问题前瞻

王宇 朱华 长沙电力职业技术学院电力工程系，长沙 410131

国内电网应用AVC系统效益及存在问题前瞻

王宇 朱华 长沙电力职业技术学院电力工程系，长沙 410131

国内电网针对当前无功调节上技术水平的落后以及VQC调控装置的缺陷，开始引入自动电压控制（Automatic Voltage Control——AVC）系统。AVC系统的无功分层平衡、区域控制以及优化动作次数等特征能使得电网取得可观的经济效益，减少在无功平衡及稳定电网电压上投入的人力物力资源，且能实现更加安全可靠的自动化电网控制。但是电网应用AVC系统亦会存在一些问题，文章就国内电网应用AVC系统将会带来的效益及可能存在的问题进行了前瞻性的分析与讨论。

AVC；无功补偿；分层分区调控；存在问题

引言

电力系统及电力企业运行管理的基本目标是安全、优质、经济地向电力用户供应电能，然而电压是衡量电能质量的一项重要指标。电压过高或过低不仅会直接影响电气设备的效率和寿命,而且还会危及电力系统的安全和稳定,甚至可能造成系统崩溃、大面积停电等严重事故，严重影响社会的生产与稳定。而无功功率平衡是保证电压稳定的重要手段。如果电力系统无功功率不足会造成供电系统功率因数下降,相同有功负荷情况下电流增大,造成供电设备发热损耗增大,线损增加,而无功功率过剩会造成电力系统电压升高,同样会使变压器、电动机励磁损耗增大,绝缘损坏,降低其使用寿命。这两种原因造成的损耗增加的数目都是相当惊人的。因此，利用无功电压控制技术，提高电压质量、减少线路无功流动、提高受电功率因数对电力系统稳定运行、降低线路损耗和保证工农业生产安全、提高产品质量、降低用电单耗等都有着十分重大的意义。

现阶段，国内电网无功功率控制所采用的方式主要有：人工调节以及基于变电站的电压无功控制软件/装置(VQC)的应用。随着无人值守变电站的深化建设以及数字化变电站技术的发展，自动化系统取代人工调节是未来发展的必然趋势，此外，电压无功控制的VQC装置也存在着明显的缺陷和不足，因此近年来，国内各省电网都将目光集中到了自动电压控制（AVC）系统这种无功电压控制方式上面。

1. 自动电压控制(AVC)

自动电压控制（Automatic Voltage Control-AVC）系统能对全网的无功电压状态进行集中监视和分析计算，从全局的角度对广域分散的电网无功装置进行协调优化控制，是保持电力系统电压稳定、提升电网电压品质和整个电力系统经济运行水平、提高无功电压管理水平的重要技术手段。

该系统只要给定电压的约束条件就能在自动装置的作用下,对发电厂(机)的励磁、变电站和电力用户的无功补偿装置以及变压器的分接头进行指令控制，自动进行闭环式的调整, 使它们注入电网的无功逐渐接近电网要求的最优值，从而使全网的无功电压潮流接近最优值，以此来达到提高电压质量和降低线损的目的[1]。

2. AVC系统的优点

2.1 无功分层平衡

当前的VQC装置虽然能保证单个变电站的无功平衡以及电压稳定，但是它无法对全网进行统一的调控，而且投切动作频繁，产生的波动对电网的影响很大。而AVC系统则是分层进行平衡的，从全网的角度来进行全局的调控，因此往往可以有效地减少动作的次数，减少无功在线路上的传输，这样就可以有效的延长电气设备的使用寿命和降低线损，从而提高经济效益。

2.2 区域控制

AVC系统在分层平衡的基础上，还能进行区域控制，把同一层的电厂和变电站进行动态分区，以各个动态分区为最小单元进行局部的无功平衡和电压的稳定，也就是采用就地平衡的优化原则来实现无功功率的区域控制。

AVC系统为了实现区域电压控制的优化，会进行各种有效的调节，当区域内无功功率分布合理，但是区域内电压普遍偏高（低）时，AVC系统会调节枢纽电厂或变电站的无功设备，以尽可能少的次数对设备进行控制，使最大范围内的电压合格或者提高群体电压水平，同时还可以避免区域内因为多台主变同时调节所引起的系统振荡。

当电网电压合格并处于较高运行水平后，AVC系统将会按区域或就地检查线路无功功率传输是否合理，通过实时潮流灵敏度分析计算决定投切的无功功率补偿装置、以此来尽量减少线路上无功流动、降低线损，同时AVC系统还会调节有关电压的目标值，使各个电压等级网络之间无功功率分层平衡、提高受电功率因数，会使得处在各个电压等级网络内部的无功功率在尽可能小的区域范围内就地平衡，以此来达到减少线路无功传输、降低网损的目的[3]。

2.3 优化动作次数

每天对调压设备（主变分级开关和电容器开关）的动作次数是有限制的，因此优化动作次数，减少动作次数对延长电气设备的使用寿命有着重大的意义。AVC系统能根据历史负荷曲线优化分配各时段的动作次数，在考虑了负荷的动态特性后，在负荷上坡段、下坡段采取不同的动态控制策略，发出具有一定预见性的控制指令，以此来尽量减少设备的动作次数[4-5]。

3. 湖南电网AVC应用情况

3.1 湖南电网AVC系统能带来的效益

首先，针对湖南电网而言，当前最高电压等级的变电站还是500kV的，因此省网一级的无功平衡也就主要是针对500kV的变电站和电厂。由湖南省调使用AVC系统对湖南省的电网进行最高一层的无功平衡调控，由于省调该层只需要对湖南省电网的500kV变电站进行无功平衡及电压稳定，因此只需要与电厂进行协调，适当地进行主变分接头的调节以及电容器等的投切就可以实现。而省调与地调之间，只用由省调给出一个无功调节的期望值给地调就可以了，220kV以及110kV变电站的调控就交给地调的AVC系统进行控制。同理，地调再对下一级的县调AVC系统给出无功调节的期望值，由县调AVC系统来平衡各个10kV电力用户电网。分层调控之后，各层的调度都只用负责自身这一层的无功平衡，这样就能更加有效的利用人力和资源，不断的提高效益[2]。

其次，湖南电网来说，虽然当前的用电负荷比起东南沿海还比较落后，但随着湖南经济的高速发展，用电负荷在未来将会不断增大，电网结构也会变得日益复杂，AVC系统省时省力省资源的优势将会日趋明显。

其次，湖南电网来说，负荷分布分散且很不平衡，电源分布也不合理，线路无功传输大，网损高。因此AVC系统的区域控制应该能在相当程度上减少线路上无功的传输，有效的降低网损，所以湖南电网应用AVC系统定能带来可观的经济效益。

再次，湖南电网来说，在经历了2008年冰灾之后，电网受损严重。在经济上面临巨大的挑战，而AVC系统这种优化动作次数、减少电网波动、延长电气设备使用寿命的功效会在较长的时间里减少湖南电网恢复重建的经济压力。

3.2 湖南电网AVC系统可能存在的问题

对于湖南电网来说，应用AVC系统也存在如下一些问题。

（1）当前大部分变电站的电容器与电抗器都是采用的成组补偿方式，不能平滑的调节无功出力。因此，在应用AVC系统的同时必须要对各个变电站进行改造。新建的变电站应该要采用可控电抗器[6]与电容器组成的可控调节装置，老变电站也应该逐渐改造，以此来实现无功出力的平滑调节。同时还应该增加电抗补偿、以期在实现无功平滑调节的同时获得响应时间快和抑制谐波的效益。

（2）湖南电网的补偿还存在布局不合理的问题，应该通过无功考核，尽快地使计划无功补偿经济转为市场无功补偿经济，以此来解决无功补偿容量的一些其他问题。

（3）在调压困难的时期，负荷会下降得很快，电压会迅速的飙升，如果我省的电压调控自动化程度不够的话，可能会难以快速响应AVC系统的指令，难以遏制电压的飙升，这样将会极大的增加调压的难度。

（4）有部分电厂对进相认识还不足，他们对进相调压的积极性不高；甚至部分电厂还忽略了进相的各种限制条件，在系统电压接近下限的情况下，还一味的要求机组加深进相运行深度，这都将使得湖南电网的安全运行受到威胁。

（5）AVC系统的稳定运行和闭环控制都是建立在精确的数据采集的基础上的，湖南电网的通信网络建设仍有很多地方需要进行改造和更新。在应用AVC系统时，如果整个通信网络不够稳定可靠，将会造成AVC系统下达的控制指令不能够可靠的执行，给湖南电网的稳定运行带来安全隐患；同时，对于数据采集而言也是一样，如果采集的数据不精确或者说出现了差错，那么AVC系统将可能做出错误的判断，发出错误的控制指令，进而造成电气设备的误动，甚至可能产生电压振荡，使得整个湖南电网产生电压波动，严重影响电压的质量和电网的稳定运行，并可能产生极大的潜在危害。

4. 江苏省电网AVC应用情况

江苏电网的特点是苏北的无功过剩，而苏南的无功不足，再加上电容器分布分散不利于进行行部分控制。综合考虑了以上因素后，江苏电网的AVC系统采用了基于全局模式的无功电压控制模式。此模式采取了动态分区与主导节点选择，并且加入了联络线控制，各区域控制中心的二级电压控制全由软件完成。主站无功电压控制功能直接嵌入EMS之中，其带来的效益如下：

（1）电压稳定的安全监视和预警

因其AVC系统可以实时扫描系统关键负荷母线、关键线路、机组及较弱电压控制区电压安全指标（如主力发电机无功出力裕度、负荷中心电压水平等），动态计算重要负荷节点的电压稳定裕度并给出反映系统电压稳定程度的直观指标（如PV、QV曲线），所以可为调度人员提供决策参考。

（2）无功电压优化控制

AVC系统通过实时在线无功优化程序可以实现系统安全经济运行的优化目标，如给出中枢母线的电压设定参考值和联络线无功潮流的设定值，均可供二级电压控制使用。虽然无功优化计算不一定每次都能得到最优解，但可由调度人员人工设定中枢母线参考值或保持上一时段的参考值。若计算成功，则可通过二级电压控制实现闭环。

（3）二级电压控制

AVC系统的二级电压控制对象为中枢母线电压，控制手段为调节本区域发电机的无功出力。分区即指控制区域的划分及相应中枢母线及发电机的选择。由于控制区域划分能真实反映本区的电压水平，并且能使用各区会有足够的无功电源储备来控制本区的电压变化，所以能减少相邻区域间二级电压控制的相互影响。由于电网分区可在离线状态下根据系统当前拓扑进行电压控制区域划分，所以在线应用时，如果系统发生大的方式变化导致原有分区解耦不好，则可根据需求重新进行动态分区并调整控制器模块控制目标和手段。

江苏电网AVC系统采用向上分级合并迭代算法进行分区和中枢点选择。首先其应用向上分级合并算法（精度高但速度慢）得到初始分区结果，然后再利用迭代分区算法（速度快但易局部收敛）进行迭代求解得到全局最优分区结果。

5. 安徽省电网AVC应用情况

安徽省电网的特点是坑口电厂集中、大厂间距离短、无功协调矛盾突出，因此运行人员工作强度很大，各厂站只关注自身母线电压，没有从全局角度考虑无功的协调，由此导致无功传输大甚至容易出现无功环流问题。大多数电容器采用早8点全投、晚10点全切方式，没有考虑与发电机组的协调，导致白天机组无功进相运行，电网最大无功负荷出现在晚10点后的不合理现象。因此有必要从全局角度考虑全网无功和机组无功的协调控制。

安徽AVC主站软件采用Unix操作系统下C语言编程，基于原有EMS平台开发，与高级应用软件运行于同一服务器。安徽电网AVC系统通过控制机组无功功率结合地区负荷功率因数考核实现电压、网损的优化控制。安徽是参照法国、意大利的电压控制模式，将省网按空间划分分区进行控制的，通过控制各区内枢纽厂站母线电压实现无功电压的调节。枢纽母线一般选取区内重要厂站高压母线。电压母线上下限的选取原则是保证区内所有厂站母线电压在此范围内均合格。枢纽母线电压控制模式包括计划式（按方式下达电压曲线计算各时刻电压上下限，高峰时段逼近电压上限减少网损，低谷时段逼近电压下限降低变压器铁损）、固定式（按人工给定电压目标值运行）及自动式（以电网线损最小为目标，按经济压差原则确定各母线无功负荷且满足电压上下限值）三种。电压考核点一般不少于电压监测点的80%，以EMS采集数据统计考核，采样周期不大于1小时，由EMS自动完成电压合格率统计。

6. 结论

国内电网应用AVC系统是实现无功分层平衡、电网无功优化控制的方法，是保证国内电网更安全、更优质、更经济运行的重要条件。AVC系统也是国内电网提高电压质量和降低线损的根本措施。无功分层平衡、区域控制和优化动作次数是AVC的三大特征。分析和计算表明，当前国内大部分的变电站电容器容量基本满足电网AVC系统的需求。如前文所述应用AVC系统必将给国内电网带来巨大的效益，但同时也存在一些亟待解决的问题，相信在解决各种问题的同时，AVC系统将在国内各省的电网中发挥更为举足轻重的作用。

[1] 唐寅生, 周全仁. 论分散控制是220 kV 湖南电网AVC 最佳方案[J]. 湖南电力. 2003; 23(1)

[2] 唐寅生, 周全仁, 冯辉. 110 kV 常德电网自动电压控制(AVC)研究[J]. 电力设备. 2001

[3] 钟毅, 陈蕊. 地区电网AVC系统设计与实现[J]. 电力系统保护与控制. 2008;36(23)

[4] 许文超, 郭伟. 电力系统无功优化的模型及算法综述[J]. 电力系统及其自动化学报. 2003; 15(1):100-104

[5] 熬丽敏, 王永春, 吴庆. 短期负荷预测分析及一种新模型构想[J]. 吉林电力.2006; 6(4):16-19

[6] 陈伯超. 新型可控饱和电抗器理论及应用[M]. 武汉水利电力大学出版社.1999

The Discuss Of Benefit And Problem When AVC System Used By Power Network

Wang Yu Zhu Hua

Recently, because of the technology of reactive control is backward and there is a flaw in VQC equipment, power network is going to use Automatic Voltage Control---AVC system. The characteristic of AVC system that layered reactive balance, zone control and improving the number of acts would bring lots of economic benefit, decrease the labor and resources that spent on reactive balance and standing voltage of Hunan power network. But there is some problem if Hunan power network used the AVC system, this paper analyses and discusses the benefit and problem when AVC system used by power network.

AVC; reactive compensation; layered control; existent problem

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.08.013

王宇（1968-），女（汉族），长沙电力职业技术学院副教授，学士，主要从事电力系统无功调节，变电运行与继电保护的研究；

朱华（1983－），男（汉族），长沙电力职业技术学院助教，硕士，主要从事高电压技术与绝缘测试的研究。