基于10kV电容器组长时间运行挖掘管控方法研究

摘  要：为降低10kV电容器组长时间运行缺陷导致扩大停电风险，提高电网供电可靠性。本文首先对自动电压控制系统（automatic voltage controller，AVC）策略和电容器组长时间运行原因进行分析，提出了基于AVC系统的电容器组自动轮换方法及策略。通过引入电容器组运行时间阈值和策略判据，以目标值为导向，实现AVC系统对电容器组的综合控制。同时为解决AVC系统功能闭锁导致电容器组无法自动轮换问题，本文通过挖掘电容器组最后一次合闸时间，实现电容器组长时间运行告警功能，并生成轮换策略，辅助调控员人工干预。

关键词：电容器组;AVC;长时间运行;轮换;定值;人工干预

基于调控一体化模式，10kV电容器组的控制方式分为自动电压控制系统（automatic voltage controller，AVC）根据目标值自动投切和人工遥控投切两种模式。目前，AVC系统的目标值为母线电压和主变功率因数，可根据预先设定的电压和功率因数上、下限定值综合判断，自动调节主变档位和投退电容器组，考虑负荷谷期电网无功功率冗余，AVC策略将控制切除电容器或投入电抗器。但AVC系统常因信号判斷设置、设备改造等多种原因导致AVC系统在某一电容器或主变档位控制方面出现功能闭锁，致使电容器组在无人工干预的情况下长时间运行。电容器组长时间运行会出现发热，易导致缺陷，因10kV电容器组通过开关并列运行于10kV母线，每段母线配置两至三组电容器组，数量庞大，当其因缺陷不能被隔离处理时，需要扩大停电范围，将母线停电配合缺陷处理。上述处理方式将因部分10kV馈线无法转供将导致用户停电。

现行的AVC系统可通过优化功率因数和电压上、下限值控制电容器组退出运行，但策略匹配度不够，不能对所有电容器实现轮换，无法解决AVC系统功能闭锁问题。

针对上述问题，本文研究一种轮换电容器运行的方法，将电容器最后一次合闸时间与当前时间作差形成实际运行时间，并给定电容器长时间运行允许值，当电容器实际运行时间大于长时间运行允许值，首先由AVC系统根据电压和无功功率冗余情况自动投切或轮换电容器;若AVC功能出现闭锁，电容器没有在允许运行时间内完成轮换，则以告警信号形式形式呈现于调度员，并给出轮换决策，辅助调度员精确快速实现人工干预。上述电容器轮换方法可降低设备缺陷概率，保证用户可靠供电。同时可挖掘分析AVC功能闭锁信号，协同专业班组进行处理，达到提高电容器利用率的目的。

1  原AVC无功电压调节模式

AVC系统通过采集10kV母线电压和电流，计算出运行母线上的无功功率和功率因数，图1为AVC功能“九区”图。1区：电压越下限、无功负荷超标时，AVC发出切除电抗或投入电容指令，当功率因数合格后，电压仍低于U下限时，则发出变压器分接头升压调节指令;2区：电压合格、无功负荷超标时，AVC系统仅发出切除电抗或投入电容指令;3区：电压超上限、无功负荷超标时，AVC发出变压器分接头降压调节指令，电压合格后，或无功负荷仍越上限，则发出投电容器指令;4区：电压超上限、功率因数合格时，AVC仅发出变压器分接头降压调节指令;5区：电压超上限、无功功率过剩时，AVC发出电容器切除或投电抗器指令，当功率因数合格后，电压仍高于U上时，则发出变压器分接头降压调节指令;6区：电压合格，无功超下限，发出电容器切除或电抗器投入指令;7区：电压超下限，无功功率过剩时，AVC发出变压器分接头升压调节指令，当电压合格后，若无功仍越下限，再发出电容器切除或电抗器投入指令;8区：电压超下限，功率因数合格时，AVC仅发出变压器分接头升压调节指令;9区：电压、功率因数均合格时，则维持该母线电压运行，不发调整指令[3-4]。

2  AVC轮换电容策略

本文统计电容器最后一次合闸时间，同当前时间作差形成实际运行时间，并给定电容器长时间运行允许值，在原有AVC策略的基础上，引入电容器实际运行时间和长时间运行允许值作为电容器运行轮换判据，由AVC系统根据电压和无功功率冗余情况自动投切或轮换电容器。

电容器自动轮换方法包括下列步骤：

（1）当电容器实际运行时间大于长时间运行允许值，判断电容器退出后电压及功率因数仍满足时，则由AVC直接发出切除电容器指令;

（2）当电容器实际运行时间大于长时间运行允许值，判断电容器退出后电压偏低，但功率因数满足时，则先由AVC发出调节主变档位指令，主变档位调整毕，待判断电容切除后电压满足时，则发切除电容器指令;

（3）当电容器实际运行时间大于长时间运行允许值，判断电容器退出后功率因数不满足，但电压满足要求时，则先由AVC发出切除电容器指令，再发投入指令于同一段母线上的其它电容器。

3  电容器长时间运行挖掘与管控方法

3.1 长时间运行挖掘方法

在AVC系统自动轮换电容器的基础上，本发明统计电容器实际运行时间，当电容器实际运行时间大于长时间运行允许值而未退出运行时，则以信号告警的形式出现于调度系统的信号监视界面，同时以列表的形式呈现，并在AVC策略中给出该电容器轮换决策，辅助调度员精确快速实现人工干预，解决电容器因闭锁信号原因无法自动轮换问题。

方法包括下列步骤：

（1）在信号告警数据库中加入电容器实际运行时间统计，引入长时间运行阈值并进行判断，当电容器实际运行时间大于长时间运行阈值时，该判据触发运行时间越限告警，呈现告警信号窗。

（2）统计电容器实际运行时间纳入数据库，引入长时间运行阈值并进行判断，针对上述数据开发属性列表，实时同步越限数据，将超运行阈值的电容器测点记录于列表。

（3）针对自动轮换失败的电容器，挖掘其最后一次轮换策略，形成人工轮换电容的辅助决策。

3.2 AVC功能闭锁管控方法

因无功调压设备运行异常或误信号，AVC系统将出现功能闭锁导致长时间运行的电容器无法自动轮换，AVC策略不匹配也将导致上述同样问题出现。

为此本文针对AVC功能闭锁信号，采取优化管理手段和方法。如图3所示，利用网络信息技术在智能指挥平台中开发新模块，将AVC功能闭锁信号由调度自动化系统（PCS9000）同步至智能指挥平台，闭锁信号及AVC策略经分类筛选后，分别传递至各巡维中心，从而指导相关巡维中心进行日常巡视工作，并及时复归相关闭锁信号。针对AVC策略不匹配问题，挖掘AVC轮换电容器不成功策略，剔除闭锁信号导致的影响，再传递至自动化专业进行分析处理，实现全流程闭环管控。

4 结论

降低10kV电容器组长时间运行缺陷导致扩大停电风险，本文提出了电容器组长时间运行挖掘管控方法。

（1）通过优化AVC系统策略实现电容器组的自动轮换;

（2）针对电容器组自动轮换闭锁现象，本文提出了长时间运行挖掘方法，并形成了闭环管控措施。

参考文献：

[1]戴彦.自动电压控制（AVC）系统控制策略的比较和研究[J].华东电力，2008，（1）：98-101.

[2]蔡凯. 电压无功综合控制装置控制原理的新讨论——由“九区图”到“五区图”[J]. 电力系统自动化， 2004， 28（19）：92-95.

[3]孙文生， 张明军. 关于“五区图”电压无功综合控制原理的再讨论[J]. 电力系统自动化， 2005， 29（23）：69-75.

[4]苗竹梅. 配电网无功与电压实时监测系统的开发与应用[J]. 电力设备， 2004（04）：43-46.

[5]庄侃沁， 李兴源. 变电站电压无功控制策略和实现方式[J]. 电力系统自动化， 2001（15）：47-50.

作者简介：

刘宏（1991—），男，硕士研究生，研究方向为电能质量治理、电力电子变换技术等。

项目名称：10kV及以上电压等级的电容器和电抗器长时间运行挖掘 项目编号，031900KK52200169