地区电网分层分区无功电压控制策略

李乃飚

【摘  要】基于无功分层分区控制和无功电压区域控制的原则，提出一种地区电网AVC系统控制策略。通过母线电压无功策略、区域无功投入策略和设备闭锁策略，实现了全网电压合格和无功优化调节，使区域电压和无功逼近电网潮流最优状态，保证电网系统安全运行，在一定程度上减轻了监控人员的工作压力。

【关键词】自动电压控制;AVC控制策略

引言

电压是衡量电力系统运行质量的重要指标，电压质量对保证电网安全经济运行有着重要作用。电力系统无功补偿和无功平衡时保证电压质量的基本条件，通过合理的无功补偿方式，不仅能提高电力系统运行安全性和稳定性，保证电压质量，更能充分发挥电能的经济效益。

由于设备技术和管理水平的限制，电网调度运行人员长期通过经验对电压无功进行管理，保证系统电压质量，和电网无功优化分布[1，2]。无需通过全网潮流计算进行分析，而通过查看电压是否越限，系统是否存在大量无功倒送情况，或者各变电站无功是否基本平衡等方式分析电网运行状态，并考虑进行无功补偿设备的投切来调节电网无功和电压。这种传统的电力系统无功调节方式存在以下一些问题：

（1）无功补偿方式不合理。传统的调度人员往往习惯于单凭经验和简单逻辑判断，未经过精确地最优潮流计算而盲目投切无功补偿装置，这不仅增加了调度人员的负担，也难以确保调压的合理性。

（2）系统调压不及时。由于传统系统电压管理方式的欠缺，导致调度人员无法在第一时间对电压异常区域进行补偿设备的投切操作，系统缺乏电压无功调节的敏感性。

（3）补偿装置落后。传统的电压无功控制系统（VQC）已难以实现全网范围的电压无功最优化控制，尽管对于单个厂站而言，VQC系统提高了电压合格率，然而容易出现电压调节不合理现象，造成不必要的网损。

因此，传统的电压无功经验调节方式已经远远不能满足电网调度运行的发展，现代无功优化方式具有严格的理论基础，通过内点法或智能优化算法[3-6]，获得电压质量最高的最优解。为此，本文借鉴国内外专家学者研究成果，提出一种全局实时动态分层分区平衡调节、局域无功就地补偿的方法，结合具体电网实例，分析对电力系统网架结构的无功平衡调节策略。

1 地区电网AVC控制方式

1.1 实时动态分区

地区电网电压控制目标是：确保电网安全稳定运行，保证电压和功率因素合格以及尽可能减少线路无功损耗，降低电网因不必要的无功潮流引起的有功损耗，因此要求AVC系统从SCADA中实时获取实时遥信和遥测信息，进行网络拓扑，并自动识别电网运行方式。AVC实时动态分区设计可以实现以下功能：

⑴通过电网拓扑判断主变压器是否处在并列运行;

⑵通过SCADA系统实时数据，同步更新电网运行方式，识别变电站之间连接关系;

⑶实时更新电容器遥信和主变分接头位置状态。

地区电网AVC控制范围为地调管辖的220kV变电站及以下电压等级的电网系统，结合地区电网运行特点，本文定义的分层分区原则为：以220kV等级变电站为根节点，与其有直接电气连接关系的220kV以下变电站作为叶子节点，構成树状区域进行分层控制;与其有直接电气连接关系的220kV变电站也作为另一个区域的根节点，构成网状区域进行分区控制。

1.2 区域无功电压控制

在实际电网运行中，由于电力系统中负荷变化具有一定的波动性，因此将各区域母线流入和流出的无功数值控制为零是不现实的，因此在工程上的一种成熟的方法是将关口母线功率因素控制在较高水平。目前投入运行的AVC无功电压控制有以下三种方式：

⑴区域电压控制。通过获取SCADA实时数据进行灵敏度分析和自适应区域划分确定区域枢纽厂站，并通过SCADA遥控功能控制厂站无功设备，当区域内电压水平越限时，以尽可能少的控制设备调节次数、最大范围内提高区域电压水平为原则，进行厂站内无功设备调节，实现区域电压的最优化控制。

⑵电压就地控制。依据站内九区图原理，有目的性的就地控制区域内厂站无功设备，快速响应相关变电站电压越限等信号告警，实现电网局部电压优化的目的。

⑶电压协调控制。根据具体的电网拓扑和无功分布情况自适应选择合理的全网电压最优调节措施。当区域内220kV变电站关口母线电压越限时采用“区域电压控制”，个别厂站母线越限时采用“电压就地控制”。

2 地区电网AVC控制策略

2.1母线电压无功策略

AVC的电压无功策略是以母线为控制目标，循环遍历区域内母线，通过约束条件过滤不可调压的母线，当母线满足AVC系统要求时，进入母线电压无功控制模块，AVC程序策略如图1所示。

母线电压无功控制模块工作原理如下：

⑴首先筛选出母线电压越限的厂站。

⑵若AVC系统判断某厂站母线电压超过上限，则系统再判断无功是否越限：

（a）如果无功过补，则自动切掉该站区域内的电容器;

（b）如果无功欠补或显示正常，则自动降低该站对应主变的档位。

（1）若AVC系统判断该站母线电压低于下限，则系统再判断无功是否越限：

（a）如果无功过补，则自动投入该站区域内的电容器;

（b）如果无功欠补或显示正常，则自动提升该站对应主变的档位。

2.2 区域无功投入策略

满足电压无功调节目标后，AVC会根据区域内变电站内无功情况进行调节，目前无功投入策略有两种方式：

（1）如果区域内没有220kV关口母线，则调节方式采用就地无功平衡的原则。首先AVC系统循环遍历区域内变电站母线电压，若在该区域内未发现220kV关口母线电压遥测值时，判断110kV变电站高压侧母线电压。如果无功过补，则自动查找站内可调节的电容器并切电容。如果无功欠补，则自动遍历该站内查找可调节电容器并投电容。

（2）如果区域内存在220kV关口母线，则该区域会自动形成一个以220kV母线为根节点的网络拓扑结构，无功调节以220kV变电站高压侧关口母线为主，结合中性点控制、区域无功控制和单站无功控制。系统策略原理如图2所示。

2.3 设备闭锁策略

AVC系统可以将设备闭锁，并自动触发生成AVC告警信息，满足设备闭锁情况有以下九点：

⑴在AVC系统中设置关联SCADA保护信息，AVC系统可检测到保护动作信号，同时在AVC告警窗发出告警信号，并自动闭锁该设备。

⑵若对某设备下发两次遥控控制命令均无反校，则自动闭锁该设备，同时在AVC告警窗发出该设备拒动的告警信号。

⑶当220kV变电站关口母线电压越下限时，系统自动闭锁该站主变分接头的上调功能。

⑷当主变出现滑档情况时，AVC系统自动闭锁相应主变的分接头调节功能，并在AVC告警窗的发出滑档告警。

⑸AVC系统自动计算电容器和主变分接头的动作次数，当达到该时段的动作次数上限值后，自动闭锁该设备，并在AVC告警窗发出该设备动作次数越上限的告警信息。

⑹在AVC系统未下发遥控指令的情况下，如果系統检测到某设备动作，则系统自动判断为手动操作，并在AVC告警窗发出手动操作的告警信息。

⑺当主变或者电容器挂牌时，AVC自动闭锁挂牌的设备。

⑻当主变高压侧的无功或者电流值超过限值时，闭锁该主变调压。

⑼当母线电压越事故限值时，闭锁该母线调压，并在AVC告警窗中发出母线过电压或母线欠电压告警信息。

3 总结

本文研究了基于电网分层分区平衡调节的电压无功控制系统，应用于地区电网实现实时无功电压优化控制。该系统采用采用一体化设计，从SCADA获取实时数据，根据母线电压无功策略和区域无功投入策略，使区域电压无功逐步逼近电网潮流优化状态，改进了VQC的不足，提高了系统实用性。

参考文献：

[1] 张勇军，任霞，李邦峰.电力系统无功优化调度研究综述[J].电网技术，2005，29（2）：50-56.

[2] 君华.电力系统无功源配置与分级电压控制的研究[D].杭州：浙江大学，2006.

[3] 缪楠林，刘明波，赵维兴.电力系统动态无功优化并行算法及其实现[J].电工技术学报，2009，24（2）：150-157.

[4] 李彩华，郭志忠，樊爱军.原–对偶内点法最优潮流在电力系统中的应用[J].电力自动化设备，2002，22（8）：4-7.

[5] 徐进东，丁晓群，覃振成，等.基于非线性预报–校正内点法的电力系统无功优化研究[J].电网技术，2005，29（9）：36-40.

[6] Qiu W，Flueck A J，Tu F.A new parallel algorithm for security constrained optimal power flow with a nonlinear interior point method[C]//IEEE Power engineering Society General Meeting.San Francisco，USA：IEEE，2005：447-453.