自動電壓控制系統(tǒng)在溫州電網(wǎng)的應(yīng)用

江　涌，施正釵，臧怡寧

(國網(wǎng)溫州供電公司，浙江 溫州 325028)

自動電壓控制系統(tǒng)在溫州電網(wǎng)的應(yīng)用

江涌，施正釵，臧怡寧

(國網(wǎng)溫州供電公司，浙江 溫州 325028)

摘要：自動電壓控制(AVC)系統(tǒng)是保證供電質(zhì)量和降低電網(wǎng)損耗的重要設(shè)備。對AVC系統(tǒng)在溫州電網(wǎng)的運行情況做了全面綜述，結(jié)合調(diào)控員運行經(jīng)驗加以分析，指出現(xiàn)階段AVC系統(tǒng)存在的問題，并提出了優(yōu)化方案，取得了一定的成效。圖4幅，表1個。

關(guān)鍵詞：電網(wǎng)；電能質(zhì)量；AVC系統(tǒng)；改進

0引言

無功調(diào)節(jié)和電壓控制是提高電壓合格率，降低網(wǎng)絡(luò)損耗，保證電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟運行的重要措施。隨著電網(wǎng)自動化水平的提升和無人值守變電站技術(shù)的推廣，如何從全網(wǎng)的角度，對電網(wǎng)分散的無功設(shè)備進行協(xié)調(diào)優(yōu)化控制成為未來電網(wǎng)控制研究的重要方向。

自動電壓控制(AVC,Automatic Voltage Control)系統(tǒng)是以EMS(能量管理系統(tǒng))為基礎(chǔ)，利用SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng))實時信息，在線分析電網(wǎng)的電壓無功運行狀況，給出相應(yīng)的電壓無功調(diào)整策略；通過SCADA遠方調(diào)節(jié)電網(wǎng)變壓器有載分接開關(guān)和投切無功補償設(shè)備，實現(xiàn)對電網(wǎng)電壓及無功潮流分布的集中優(yōu)化控制，使電網(wǎng)盡可能地保持在最優(yōu)無功運行狀態(tài)和電網(wǎng)電壓穩(wěn)定，從而達到提高電壓合格率、降低網(wǎng)損的目的。

近幾年，AVC系統(tǒng)在省地縣各級電網(wǎng)中均得到了廣泛應(yīng)用，并取得了顯著效果；而隨著AVC系統(tǒng)應(yīng)用的推廣和加深，一些問題也逐漸凸顯出來。

1概述

1.1　系統(tǒng)簡述

溫州電網(wǎng)AVC系統(tǒng)由南京河海大學(xué)電力軟件有限公司開發(fā)，采用跨平臺嵌入模式，將AVC系統(tǒng)相關(guān)功能嵌入地縣一體EMS系統(tǒng)中，與EMS系統(tǒng)一體化運行，直接獲取SCADA實時數(shù)據(jù)和PAS(電網(wǎng)應(yīng)用軟件)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。電網(wǎng)模型與參數(shù)通過EMS系統(tǒng)統(tǒng)一維護，成為EMS系統(tǒng)高級應(yīng)用的一部分。溫州電網(wǎng)AVC系統(tǒng)分別安裝在2臺獨立的AVC服務(wù)器中，系統(tǒng)在硬件上采用“一主一備”方式運行。系統(tǒng)采用省地縣協(xié)調(diào)控制模式，省地縣協(xié)調(diào)采用用戶供電端電壓策略優(yōu)先，省調(diào)下發(fā)的無功策略次之，最后地調(diào)無功策略和縣調(diào)無功策略的先后順序控制模式。目前已接入30座220 kV變電站、135座110 kV變電站、68座35 kV變電站。

1.2　現(xiàn)狀

溫州電網(wǎng)AVC系統(tǒng)2012年投入運行，目前系統(tǒng)運行正常，用戶供電端側(cè)電壓(A類電壓)合格率從2011年的99.93%提高到100%，功率因數(shù)從2011年的97.51%提高到100%，人工調(diào)節(jié)工作從2011年的28.6萬次降低到5.3萬次。AVC系統(tǒng)的應(yīng)用，有效降低了網(wǎng)絡(luò)損耗，提高了電壓合格率，極大地減少了調(diào)控人員的工作量(見圖1)。

2012—2014年，AVC的應(yīng)用及完善逐步提高了電網(wǎng)運行指標，達到100%。人工調(diào)節(jié)操作逐年明顯下降，但2014年仍有5.3萬次操作量，平均每天144次，人工操作任務(wù)還是十分繁重。

圖1溫州電網(wǎng)AVC應(yīng)用成效示意

1.3　主要問題

(1)AVC控制指令執(zhí)行成功率不高。2014年AVC控制指令執(zhí)行成功率91.83%，經(jīng)過不斷完善調(diào)整，但成功率停滯不前，而人工操作成功率高達97.06%(見表1)。

表1　AVC與人工操作成功率對比

(2)無功設(shè)備故障漏檢率和誤判率高。2012—2014年，AVC判別設(shè)備故障出現(xiàn)漏判16起，誤判1 352起。其中2起電容器設(shè)備事故跳閘未監(jiān)測到而繼續(xù)使用，2起主變調(diào)檔機構(gòu)故障和5起主變調(diào)檔指令發(fā)反未監(jiān)測到而繼續(xù)調(diào)檔直至無設(shè)備可調(diào)，7起電容器開關(guān)機構(gòu)故障漏判而繼續(xù)使用。誤判主要是AVC判別設(shè)備連續(xù)3次調(diào)節(jié)不成功而人工調(diào)節(jié)又正常，AVC判別無功設(shè)備事故跳閘故障閉鎖而現(xiàn)場檢查設(shè)備無故障跳閘。

(3)AVC控制反應(yīng)時間長。溫州電網(wǎng)AVC一次獲取SCADA實時數(shù)據(jù)和運算耗時2 min左右，每個監(jiān)測點越限每次最多發(fā)出一個設(shè)備的控制指令，如遇到執(zhí)行不成功或監(jiān)測點數(shù)據(jù)變化較快，就需要人工參與控制。因為監(jiān)測點考核范圍>人工監(jiān)控范圍>AVC監(jiān)控范圍，為了保證監(jiān)測點指標合格率，AVC控制反應(yīng)時間過長，就會增加人工調(diào)節(jié)操作。

(4)AVC運算方式單一。溫州電網(wǎng)AVC以用戶供電端側(cè)電壓和220 kV主變功率因數(shù)作為二元變量的“九區(qū)圖”基本算法，其功率因數(shù)策略以省調(diào)下發(fā)的無功策略和不同220 kV電壓的因數(shù)策略的交集面作為動態(tài)修正，但電壓策略以24 h為時間軸的定時策略設(shè)置,不能根據(jù)具體運行方式和負荷調(diào)整策略。在節(jié)假日用電低谷、夏季用電高峰、變電站大修改造負荷臨時大變動的情況下(即使同一時刻不同天電網(wǎng)各點負荷也不同)，AVC控制策略卻始終不變，這給維持電網(wǎng)經(jīng)濟性帶來很大問題，經(jīng)常出現(xiàn)220 kV變電站電抗器設(shè)備與110 kV變電站電容器設(shè)備投入、相互抵消，也出現(xiàn)重載變壓器撤電容器方式進行調(diào)壓，增加功率損耗，甚至造成主變過載。

(5)AVC控制設(shè)備次數(shù)不均衡。2014年，溫州電網(wǎng)共有233座變電站1 472個無功設(shè)備接入AVC 控制，全年操作無功設(shè)備641 143次，逐年上升，且上升比率遠遠大于變電站上升比率；有的設(shè)備1 a操作次數(shù)高達到3 920次，有的設(shè)備1 a只操作1次，控制設(shè)備次數(shù)不均衡(見圖2)。

圖2歷年無功設(shè)備操作次數(shù)曲線

2應(yīng)用分析

2.1　AVC未在SCADA應(yīng)用規(guī)則上開發(fā)

地縣一體SCADA系統(tǒng)遙控執(zhí)行規(guī)則利用消息總線將遙控消息發(fā)送給各地縣前置系統(tǒng)，為保證操作安全性，前置系統(tǒng)對同一廠站一次只能執(zhí)行一個遙控指令，通過預(yù)置—反?！獔?zhí)行—判斷，任何環(huán)節(jié)有問題，遙控消息將丟棄，不再執(zhí)行。遙控消息和系統(tǒng)各類操作消息都走消息總線，同一時間消息總線消息過多，會出現(xiàn)消息堵塞。為了保證操作順暢，會將堵塞的消息丟棄，包括丟棄堵塞的遙控消息。

溫州電網(wǎng)AVC廠家與SCADA廠家為兩家單位，AVC前期開發(fā)接口只考慮如何獲取數(shù)據(jù)和輸送指令，未考慮上述SCADA系統(tǒng)遙控執(zhí)行規(guī)則，在電網(wǎng)負荷變化急劇時，同一時間發(fā)出大量執(zhí)行指令，最高達到31個/s(見圖3)。另外，同一變電站2個監(jiān)測點同時越限或功率調(diào)整容抗設(shè)備造成監(jiān)測點越限，會出現(xiàn)同一時間發(fā)出同一廠站2個指令，它們均違反SCADA系統(tǒng)遙控執(zhí)行規(guī)則，造成部分遙控消息丟棄。

圖32013年指令處理速率

2.2　AVC判別設(shè)備邏輯未結(jié)合當前廠站自動化水平

電網(wǎng)中，當前廠站自動化應(yīng)用有第一代老舊的RTU設(shè)備，有第四代新的智能化自動化設(shè)備，其通訊方式和現(xiàn)場源端采集信息方式及數(shù)量均不同，有的信息合并上送，有的信息采用脈沖式上送。在SCADA應(yīng)用中，利用信息變化轉(zhuǎn)化告警信息，調(diào)控員通過告警信息和實時信息來綜合判斷設(shè)備健康情況。

(1)AVC無法讀取到脈沖式信息，造成漏判斷。溫州電網(wǎng)AVC通過讀取SCADA實時數(shù)據(jù)進行設(shè)備健康判斷，但讀取實時數(shù)據(jù)過長，一次耗時2 min左右。許多脈沖式上送信息AVC錯過讀取，造成無功設(shè)備故障漏判，特別是脈沖式上送的保護動作信息漏讀取，將造成故障的無功設(shè)備頻繁投入電網(wǎng)。

(2)AVC單靠實時遙信信息判別無功設(shè)備執(zhí)行情況，造成漏判斷。以AVC投切電容器為例，因開關(guān)機構(gòu)故障，三相開關(guān)僅投入兩相或三相開關(guān)本體未合上而機構(gòu)已合閘到位，此時AVC會判斷操作正常未閉鎖設(shè)備。又如，主變分接開關(guān)機構(gòu)故障或接收降檔指令卻執(zhí)行升檔命令，利用機構(gòu)位置判斷操作而電壓仍未改善，將繼續(xù)調(diào)檔指令，如此反復(fù)，電壓越上限情況只會更嚴重。

(3)因前置通道偶發(fā)性故障，造成誤判斷閉鎖設(shè)備。為了避免多次操作故障設(shè)備，AVC設(shè)置設(shè)備連續(xù)3次調(diào)節(jié)不成功即閉鎖設(shè)備，但前置通道偶發(fā)性故障比較普遍，此時監(jiān)測點越限，AVC連續(xù)同一設(shè)備3次指令均未發(fā)到現(xiàn)場測控設(shè)備就閉鎖設(shè)備，偶發(fā)性事件結(jié)束后，已無設(shè)備可調(diào)，人工調(diào)節(jié)又正常。

(4)單憑合并信息判斷設(shè)備故障，造成誤判斷閉鎖設(shè)備。老舊的RTU變電站因傳輸數(shù)據(jù)數(shù)量有限，將電容器保護信息和線路保護信息合并上送，就不能單憑合并信息判斷電容器設(shè)備故障，需要結(jié)合當時開關(guān)分閘信息判斷，而AVC恰恰利用合并信息判斷設(shè)備故障，未結(jié)合當時開關(guān)動作信息。

2.3　AVC電網(wǎng)動態(tài)模型數(shù)據(jù)采集方式未結(jié)合電網(wǎng)實際

溫州電網(wǎng)AVC程序執(zhí)行按數(shù)據(jù)采集—計算判別(判斷上輪執(zhí)行結(jié)果)—指令發(fā)出—數(shù)據(jù)采集3個環(huán)節(jié)交替進行，其中電網(wǎng)動態(tài)模型數(shù)據(jù)采集周期耗時最長，占90 s，但其每天模型變化量較少，全網(wǎng)數(shù)據(jù)量大，每次全網(wǎng)采集動態(tài)模型數(shù)據(jù)十分浪費時間。應(yīng)結(jié)合電網(wǎng)實際操作，采用變化量數(shù)據(jù)采集方式，將大大減少數(shù)據(jù)時間(見圖4)。

圖4AVC執(zhí)行總體結(jié)構(gòu)示意

2.4　AVC運算未對全網(wǎng)性統(tǒng)籌考慮

在溫州電網(wǎng)AVC運算邏輯中，監(jiān)測順序先算110 kV變電站用戶供電端電壓，再算220 kV變電站功率因數(shù)，后算35 kV變電站用戶供電端電壓。電壓越限先對可控容抗設(shè)備進行運算，不通過再對調(diào)整檔位進行運算；功率因數(shù)越限先對可控220 kV變電站容抗設(shè)備進行運算，不通過再對可控110 kV變電站容抗設(shè)備進行驗算；后對可控35 kV變電站容抗設(shè)備進行驗算，同一電壓等級容抗設(shè)備控制順序以各設(shè)備當天操作次數(shù)進行排序，次數(shù)少先驗算。驗算規(guī)則以控制容抗設(shè)備需校驗關(guān)聯(lián)功率因數(shù)或該段母線電壓不會越限為第一原則，對于功率因數(shù)需要控制容抗設(shè)備會造成該段母線電壓越限的，先調(diào)檔再控制容抗設(shè)備。

在全網(wǎng)中，各點負荷分配不均、變化速度不同，而運算規(guī)則未對全面綜合考慮全網(wǎng)各點電壓、功率因數(shù)綜合調(diào)整，只按照既定規(guī)則，單點問題單點補償，造成解決東邊問題，過一會兒西邊又出問題，既增加設(shè)備操作次數(shù)，又出現(xiàn)投入相互抵消的電容電抗設(shè)備。在運算邏輯中未考慮重載逆調(diào)壓、無功就地平衡規(guī)則，造成當點功率損耗增加，甚至主變過載。

從上述運算規(guī)則可知，每天監(jiān)測點越限多先控制相同設(shè)備，造成有的設(shè)備操作次數(shù)多，有的設(shè)備操作次數(shù)少。隨著指標考核要求越來越高，限值策略調(diào)整越來越窄，也造成無效控制越來越多，就出現(xiàn)總次數(shù)逐年上升，設(shè)備控制次數(shù)越來越不均衡。

3效果

3.1　調(diào)整監(jiān)測點執(zhí)行限值

為了規(guī)避數(shù)據(jù)采集速度過慢，為了防止同一時間發(fā)出大量執(zhí)行指令，人為將溫州電網(wǎng)分成多個片區(qū)，在不同目標時段設(shè)置不同的上下限值，并調(diào)小上下限范圍，使多個片區(qū)錯峰發(fā)出執(zhí)行指令；另外提起動作，減少人工操作，但電壓上下限范圍也不能設(shè)置太小，會導(dǎo)致AVC頻繁動作，使得設(shè)備動作次數(shù)達上限從而無法繼續(xù)調(diào)節(jié)。經(jīng)過多次完善調(diào)整后，其同一時間最高發(fā)出執(zhí)行降到14個/s，人工操作逐年下降，但設(shè)備總體動作次數(shù)在上升。

3.2　調(diào)整AVC執(zhí)行指令發(fā)出規(guī)則

為了提升AVC執(zhí)行成功率，調(diào)整指令發(fā)出規(guī)則，在同一輪運算判別中出現(xiàn)同一廠站2個指令的，人為延時1個指令30 s以后發(fā)出，在同一輪運算判別中出現(xiàn)10個以上指令，人為分一半指令延時30 s以后發(fā)出，減少操作消息總線壓力，提升操作成功率。

3.3　調(diào)整AVC判別設(shè)備邏輯

為了規(guī)避讀取實時數(shù)據(jù)時間過長，錯過讀取脈沖式信息，增加了讀取信息最近變化“時標”進行比較。為了防止無功設(shè)備故障漏檢和誤判，無功設(shè)備操作成功判別增加遙測判別邏輯，在分閘時無功值未降到0.5 Mvar或合閘時無功值未升到70%額定容量，發(fā)出設(shè)備故障報警，提醒調(diào)控員核查設(shè)備情況。2015年1月到3月，通過新判別邏輯發(fā)現(xiàn)安全隱患7處，其中上報緊急缺陷3例，成功將電網(wǎng)安全隱患消滅在萌芽階段，保證了電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。

兼顧電網(wǎng)安全性與經(jīng)濟性，協(xié)調(diào)區(qū)域電網(wǎng)平衡，維持電網(wǎng)電壓穩(wěn)定和無功平衡是AVC發(fā)展的方向。自2012年全面引入AVC系統(tǒng)以來，其伴隨著溫州電網(wǎng)也日益成熟，但AVC在很多方面仍需繼續(xù)完善。例如，重復(fù)無效讀取全網(wǎng)采集動態(tài)模型數(shù)據(jù)而造成運算時間浪費，不能及時發(fā)現(xiàn)前置通道質(zhì)量和信息多元判斷，造成設(shè)備誤判錯過使用。下一步，應(yīng)利用SCADA實時信息與告警操作信息綜合運算判別，提升數(shù)據(jù)采集時間和設(shè)備判別準確性。

4結(jié)論

AVC系統(tǒng)在維持區(qū)域電網(wǎng)電壓穩(wěn)定和無功平衡上取得了巨大成效，結(jié)合實際運行方式，不難發(fā)現(xiàn)尚有很多值得改進之處。大運行體系下，無人值守變電站成為常態(tài)，AVC系統(tǒng)承載著維護區(qū)域無功電壓平衡的重任。如何合理利用網(wǎng)絡(luò)無功儲備，控制網(wǎng)絡(luò)無功分布，從而在保證電壓質(zhì)量的同時把網(wǎng)絡(luò)損耗降到最低，是AVC未來發(fā)展面臨的一個難題。結(jié)合地區(qū)電網(wǎng)實際運行經(jīng)驗，對AVC的策略適當?shù)募右哉{(diào)整，可以有效協(xié)調(diào)區(qū)域電網(wǎng)電壓與無功控制，保證電力系統(tǒng)各節(jié)點電壓水平，彌補個別地區(qū)電壓調(diào)節(jié)能力不足，降低線損提高電網(wǎng)安全性和經(jīng)濟性。目前AVC系統(tǒng)仍處于成長期，尚有很多不足，現(xiàn)有的改進措施大多是為了適應(yīng)各地區(qū)電網(wǎng)而進行的外圍調(diào)整，并未真正涉及AVC系統(tǒng)核心邏輯層面，優(yōu)化完善AVC系統(tǒng)的道路任重而道遠。但相信隨著更多的關(guān)注和人力的投入，AVC系統(tǒng)將更加完善，未來的電網(wǎng)將更加安全可靠。

參考文獻：

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責任編輯吳昊

作者簡介：江涌(1966-)，男，高級工程師，主要從事電力系統(tǒng)調(diào)控運行工作。

收稿日期：2015-08-17

E_mail：zangyining@126.com