AVC技術(shù)在石嘴山電網(wǎng)的應(yīng)用研究

張　波,　楊　鵬,　李靖科,　淡文國(guó),　孫振權(quán)

(1.石嘴山市供電公司， 寧夏 石嘴山 753000；2.烏蘭察布電業(yè)局， 內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000；3.陜西省地方電力(集團(tuán))有限公司， 陜西 西安 710061；4.陜西理工學(xué)院 電氣工程學(xué)院， 陜西 漢中 723000)

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AVC技術(shù)在石嘴山電網(wǎng)的應(yīng)用研究

張波1,楊鵬1,李靖科1,淡文國(guó)2,孫振權(quán)3,4

(1.石嘴山市供電公司， 寧夏 石嘴山 753000；2.烏蘭察布電業(yè)局， 內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000；3.陜西省地方電力(集團(tuán))有限公司， 陜西 西安 710061；4.陜西理工學(xué)院 電氣工程學(xué)院， 陜西 漢中 723000)

[摘要]闡述了區(qū)域AVC系統(tǒng)的三級(jí)電壓控制理論，介紹了AVC系統(tǒng)的控制原則及系統(tǒng)組成，分析了AVC系統(tǒng)在石嘴山電網(wǎng)的應(yīng)用效果?；陔娋W(wǎng)無(wú)功調(diào)控能力和關(guān)口無(wú)功功率控制范圍，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)電壓控制方法，提出了區(qū)域電網(wǎng)無(wú)功電壓優(yōu)化目標(biāo)方案及分布式控制策略。在石嘴山地區(qū)電網(wǎng)驗(yàn)證了自動(dòng)電壓控制的有效性，AVC系統(tǒng)的分級(jí)電壓控制方案，既降低了系統(tǒng)網(wǎng)損，又保證了系統(tǒng)電壓質(zhì)量，是一種行之有效的工程實(shí)施方案。

[關(guān)鍵詞]自動(dòng)電壓控制；無(wú)功；三級(jí)電壓控制

供電企業(yè)的基本目標(biāo)是高質(zhì)量、高可靠性和低損耗地向電力用戶供應(yīng)電能，其供電電壓合格率是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)。自動(dòng)電壓控制(Automatic Voltage Control，AVC)系統(tǒng)從整個(gè)系統(tǒng)的角度出發(fā)，以電壓安全和優(yōu)質(zhì)為約束，以經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)，采用分層控制的方法，對(duì)電壓連續(xù)閉環(huán)地進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化控制，以保證電網(wǎng)安全運(yùn)行、電壓合格和網(wǎng)損最低，提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性和電力設(shè)備的使用壽命[1-2]。

關(guān)于AVC系統(tǒng)，德國(guó)RWE電力公司提出了兩級(jí)控制模式，而歐洲大多數(shù)國(guó)家采用了法國(guó)EDF公司提出的三級(jí)電壓控制模式[3]。一級(jí)電壓控制是控制本區(qū)域內(nèi)的變壓器調(diào)壓、發(fā)電機(jī)調(diào)勵(lì)磁以及電容器投切；二級(jí)電壓控制的核心是選擇區(qū)域中樞紐母線，保證該母線電壓為整定值；三級(jí)電壓控制是其中的最高層，需要根據(jù)無(wú)功優(yōu)化計(jì)算確定各區(qū)域中樞母線電壓的整定值，然后下發(fā)到二級(jí)電壓控制實(shí)施。

隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，電壓穩(wěn)定水平除了影響電能質(zhì)量，還關(guān)系到大電網(wǎng)系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的問(wèn)題[4-5]，國(guó)家電網(wǎng)公司也加大了AVC系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制的研究和投入。寧夏回族自治區(qū)石嘴山區(qū)域電網(wǎng)，以220 kV電壓等級(jí)為主網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)內(nèi)用電負(fù)荷快速增長(zhǎng)，以至于經(jīng)常出現(xiàn)電壓越限運(yùn)行的情況。影響因素主要有：用電負(fù)荷呈現(xiàn)出按時(shí)間分布的階段性；冬季釆暖負(fù)荷變化大，難以預(yù)測(cè)；恒功率的高能耗負(fù)荷，不利于電壓的恢復(fù)等。

本文基于石嘴山地區(qū)電網(wǎng)構(gòu)架及潮流分布特點(diǎn)，從AVC系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)到技術(shù)方案分別闡述，并結(jié)合石嘴山電網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行分析討論。

1區(qū)域電網(wǎng)AVC系統(tǒng)原理與組成

在三級(jí)協(xié)調(diào)控制模式下，第一級(jí)和第二級(jí)基于快速響應(yīng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電壓控制與校正；第三級(jí)基于非準(zhǔn)實(shí)時(shí)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)區(qū)域無(wú)功調(diào)控。通過(guò)三級(jí)電壓協(xié)同控制為系統(tǒng)提供全網(wǎng)優(yōu)化方案的決策。從第三級(jí)到第一級(jí)具體分工為：第三級(jí)屬全系統(tǒng)控制模式，協(xié)調(diào)控制第二級(jí)控制模式，按照規(guī)定限值，實(shí)現(xiàn)電壓與無(wú)功的綜合調(diào)控；第二級(jí)是一種區(qū)域控制方式，采用區(qū)域控制器，協(xié)調(diào)一個(gè)區(qū)域內(nèi)的控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)選擇區(qū)域中樞紐母線的母線電壓和系統(tǒng)無(wú)功的調(diào)整；第一級(jí)屬就地控制模式，對(duì)系統(tǒng)擾動(dòng)造成的電壓與無(wú)功變化進(jìn)行調(diào)整，是一種快速反應(yīng)的閉環(huán)控制，結(jié)合第二級(jí)控制策略，就地實(shí)現(xiàn)電壓與無(wú)功快速調(diào)節(jié)。

AVC系統(tǒng)主要由硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成，硬件系統(tǒng)由數(shù)據(jù)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、通信管理機(jī)等組成；軟件部分涵蓋操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、開(kāi)發(fā)工具和最重要的控制系統(tǒng)實(shí)用軟件。

2石嘴山電網(wǎng)AVC控制方案

石嘴山電網(wǎng)AVC采取三級(jí)協(xié)調(diào)控制模式?；凇胺謱臃謪^(qū)”控制方案，通過(guò)調(diào)節(jié)樞紐廠站無(wú)功設(shè)備，調(diào)節(jié)區(qū)域各級(jí)母線電壓；通過(guò)控制電源端發(fā)電機(jī)無(wú)功、變電站側(cè)電容及電抗器、變壓器檔位，實(shí)現(xiàn)無(wú)功平衡，從而降低線損與變損。該AVC系統(tǒng)模塊嵌入調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，利用無(wú)功優(yōu)化程序，基于電網(wǎng)安全約束條件，在確保供電質(zhì)量和降低損耗的前提下，給出各個(gè)節(jié)點(diǎn)與斷面所需的無(wú)功量值、變電站高壓母線電壓限值，自動(dòng)調(diào)節(jié)相關(guān)的設(shè)備與裝置，實(shí)現(xiàn)無(wú)功與電壓的綜合調(diào)控。

發(fā)電廠端可利用AVC控制系統(tǒng)的AVQC控制功能，在考慮給定的無(wú)功與母線電壓的閾值范圍內(nèi)，結(jié)合發(fā)電機(jī)設(shè)備本身的機(jī)械特性及發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)，綜合調(diào)整與分配無(wú)功量值和設(shè)備檔位。從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電廠端的無(wú)功與電壓調(diào)控。

220 kV電網(wǎng)通過(guò)AVC系統(tǒng)全網(wǎng)無(wú)功電壓優(yōu)化協(xié)調(diào)，按照母線電壓、功率因數(shù)的約束條件，在變電站端合理調(diào)整變壓器分接頭開(kāi)關(guān)及無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的投切開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)樞紐變電站端的無(wú)功與電壓控制。

110 kV及以下電網(wǎng)，AVC系統(tǒng)按照一定的周期從SCADA系統(tǒng)獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，結(jié)合關(guān)口分時(shí)段考核母線電壓約束指標(biāo)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治觯袆e是否有母線電壓越限，確保上一級(jí)電網(wǎng)無(wú)功總量的前提下，調(diào)整變壓器的有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)檔位。

石嘴山地區(qū)電網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為環(huán)網(wǎng)供電。結(jié)合環(huán)網(wǎng)的拓?fù)涮卣骱瓦\(yùn)行方式，按照電壓等級(jí)將系統(tǒng)分為幾個(gè)子區(qū)域，無(wú)功在每個(gè)區(qū)域內(nèi)通過(guò)控制實(shí)現(xiàn)平衡，電壓相互間的相干性最弱，從而達(dá)到電網(wǎng)分層與分區(qū)的電壓與無(wú)功的優(yōu)化控制。具體的控制方案基于DF8003系統(tǒng)的靈活配置來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3石嘴山電網(wǎng)AVC系統(tǒng)運(yùn)行效果分析

石嘴山電網(wǎng)AVC系統(tǒng)基于準(zhǔn)確性、時(shí)效性、可靠性及安全性的建設(shè)原則，將其功能模塊嵌入在DF8003調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了電壓及無(wú)功的自動(dòng)控制，能有效改善系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的電壓水平，提升全網(wǎng)電壓合格率和減少網(wǎng)損，既減輕運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度，又優(yōu)化了電網(wǎng)無(wú)功平衡狀態(tài)，提高了電壓穩(wěn)定性，從而產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益，具體表現(xiàn)為以下方面。

3.1改善電能質(zhì)量，提高了區(qū)域電網(wǎng)電壓合格率

在AVC系統(tǒng)投入前后兩種情況下，對(duì)區(qū)域內(nèi)變電站10、35、110、220 kV電壓等級(jí)各母線電壓峰值、谷值及平均值進(jìn)行了量測(cè)與分析。表1記錄的數(shù)據(jù)表明，AVC投入后明顯改善了每個(gè)電壓等級(jí)的電壓分布，基本消除了電壓越限的現(xiàn)象，達(dá)到了改善電能質(zhì)量的效果。

表1　AVC系統(tǒng)投入前后母線電壓值對(duì)比　　　　　　(kV)

表2給出了某區(qū)域AVC系統(tǒng)投入前后母線電壓的合格率。數(shù)據(jù)表明，10、35、110、220 kV電壓等級(jí)的電壓合格率都得到了提高，尤其是10 kV電壓合格率已經(jīng)超過(guò)了99%。

表2　某區(qū)域AVC系統(tǒng)投入前后母線電壓合格率對(duì)比

表3　某區(qū)域電網(wǎng)AVC系統(tǒng)投入前后同期網(wǎng)損比較

3.2有效提高負(fù)荷高峰時(shí)段的功率因數(shù)

AVC系統(tǒng)設(shè)定功率因數(shù)考核曲線和閾值范圍：功率因數(shù)一般在高峰負(fù)荷時(shí)段低值設(shè)為0.96，在負(fù)荷低谷時(shí)段保持在0.9～0.96之間。實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)無(wú)功裝置協(xié)調(diào)控制，區(qū)域內(nèi)就地平衡，減少線路無(wú)功流動(dòng)，降低了系統(tǒng)網(wǎng)損。表3是某區(qū)域應(yīng)用AVC系統(tǒng)模塊前后的綜合網(wǎng)損比較。分析表明，連續(xù)6個(gè)月的網(wǎng)損平均降低0.19%。若按石嘴山電網(wǎng)售電量為200億kW·h來(lái)計(jì)算，一年將能低網(wǎng)損電量200億kW·h×0.19%=0.38億kW·h，節(jié)約資金0.38億×0.5元=0.19億元。

表4是AVC投入前后的24 h內(nèi)，石嘴山地區(qū)某220 kV變電站的母線電壓實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)。分析表明，在AVC系統(tǒng)投入前，中樞母線電壓隨著負(fù)荷的變化有著明顯變化，低負(fù)荷時(shí)峰值電壓達(dá)到236.17 kV，負(fù)荷高峰時(shí)波谷電壓達(dá)到232.03 kV，差值為4.14 kV。AVC系統(tǒng)投入之后，改善了母線電壓的波動(dòng)范圍，負(fù)荷低谷時(shí)峰值電壓234.95 kV，高負(fù)荷時(shí)最小電壓234.01 kV，其差值為0.94 kV，明顯地減少了電壓的波動(dòng)。

表4　某變電站AVC投入前后24 h母線電壓對(duì)比

綜上所述，按照AVC系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和地區(qū)無(wú)功缺額提示，能及時(shí)有效地確定石嘴山電網(wǎng)在最大負(fù)荷時(shí)電網(wǎng)的無(wú)功補(bǔ)償度。

4結(jié)論

本文基于三級(jí)電壓控制模型，提出了石嘴山地區(qū)AVC系統(tǒng)的控制方案，通過(guò)工程實(shí)施驗(yàn)證方式，分析了石嘴山地區(qū)基于DF8003調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的AVC模塊的應(yīng)用效果。通過(guò)采用發(fā)電廠、電網(wǎng)關(guān)口無(wú)功功率協(xié)調(diào)控制方法的AVC系統(tǒng)模式，完成了無(wú)功分層分區(qū)協(xié)同控制，實(shí)現(xiàn)了減少變損和線損的目標(biāo)，提高了供電可靠性，改善了電能質(zhì)量，達(dá)到了預(yù)期效果。

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[責(zé)任編輯：魏 強(qiáng)]

Research on application of AVC technology in Shizuishan power system

ZHANG Bo1,YANG Peng1,LI Jing-ke1,DAN Wen-guo2,SUN Zhen-quan3,4

(1.Shizuishan Electric Power Company, Shizuishan 753000, China;2.Ulanqab Power Electric Group Limited Company, Ulanqab 012000, China;3.Shaanxi Regional Electric Power Group Limited Company, Xi’an 710061, China;4.School of Electrical Engineering, Shaanxi University of Techology, Hanzhong 723000, China)

Abstract:This paper expounds the regional automatic voltage control(AVC) system based on three-level hierarchical of voltage control theory firstly, and then introduces the control principle and system composition of AVC system, and finally analyzes the application effect of AVC system in Shizuishan power network. Based on the reactive power control of the power grid and the checkpoint, the method of automatic voltage control is presented, and the scheme of reactive power and voltage optimization and distributed control strategy are proposed. The effectiveness of automatic voltage control is verified in Shizuishan regional power grid. The voltage control scheme of AVC system, which can not only reduce the system loss and guarantee the system voltage quality, is a kind of effective project implementation plan.

Key words:automatic voltage control(AVC);reactive power mart;three-level hierarchical of voltage control

[中圖分類號(hào)]TM76

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

作者簡(jiǎn)介：張波(1975—)，男，寧夏回族自治區(qū)石嘴山市人，石嘴山市供電公司高級(jí)工程師，碩士，主要研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)無(wú)功優(yōu)化；[通信作者]孫振權(quán)(1966—)，男，吉林省松原市人，陜西省地方電力(集團(tuán))有限公司教授級(jí)高級(jí)工程師，陜西理工學(xué)院碩士生導(dǎo)師，博士，主要研究方向?yàn)殡娏υO(shè)備在線監(jiān)測(cè)及智能配電網(wǎng)。

收稿日期：2016-01-09修回日期：2016-02-15

[文章編號(hào)]1673-2944(2016)02-0011-03