淺談奎屯電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)的應(yīng)用與分析

牛嘉鑫+姚晶+胡欣+王飛

【摘要】為了解決奎屯地區(qū)電網(wǎng)頻繁調(diào)節(jié)無(wú)功設(shè)備，減輕運(yùn)行人員壓力，奎屯供電公司于2012年底開(kāi)始推進(jìn)建設(shè)AVC系統(tǒng)。但AVC系統(tǒng)存在的一些問(wèn)題，致使監(jiān)控人員須分散精力判斷AVC動(dòng)作的正確性。本文針對(duì)奎屯電網(wǎng)AVC系統(tǒng)應(yīng)用情況分析，為監(jiān)控員優(yōu)化AVC控制，提出可靠建議。

【關(guān)鍵詞】無(wú)功電壓控制；策略；應(yīng)用分析

【Abstract】In order to solve the frequent adjustment of reactive power equipment in the power network in the Kuitun area and reduce the pressure on operating personnel， Kuitun Power Supply Company started to build the AVC system by the end of 2012. However， AVC system， some problems exist， resulting in monitoring personnel must be distracted to determine the correctness of AVC action. This article analyzes the application situation of the AVC system in Kuitun Power Grid and puts forward some credible suggestions for the monitor to optimize the AVC control.

【Key words】Reactive voltage control；Strategy；Application analysis

1. 引言

（1）隨著近幾年奎屯電網(wǎng)規(guī)模的日益擴(kuò)大和負(fù)荷需求的不斷增加，負(fù)荷波動(dòng)對(duì)其電壓及無(wú)功的調(diào)節(jié)越來(lái)越頻繁，電網(wǎng)無(wú)功潮流的不合理分布成為日益突出的問(wèn)題，按照電網(wǎng)電壓和無(wú)功實(shí)行“統(tǒng)一調(diào)度、分級(jí)管理”的原則，且按逆調(diào)壓的方式做到無(wú)功“分層、分區(qū)和就地平衡”，保障電壓質(zhì)量。單憑人工對(duì)電網(wǎng)電壓無(wú)功進(jìn)行判斷操作和干預(yù)，既增加值班人員的負(fù)擔(dān)，又難以保證調(diào)節(jié)的合理性。

（2）實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)（Automatic Voltage Control-AVC），對(duì)全網(wǎng)無(wú)功電壓狀態(tài)進(jìn)行集中監(jiān)視和分析計(jì)算，從全局的角度對(duì)分散的電網(wǎng)無(wú)功裝置進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，是保持系統(tǒng)電壓穩(wěn)定、提高無(wú)功電壓管理水平的重要技術(shù)手段。既保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，保證電壓質(zhì)量和減少網(wǎng)損，又減輕運(yùn)行維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2. AVC系統(tǒng)基礎(chǔ)建設(shè)分析

（1）目前，奎屯電網(wǎng)監(jiān)控區(qū)現(xiàn)有64座變電站，其中220千伏變電站11座，110千伏變電站26座，35千伏變電站36座，除個(gè)別35千伏變電站無(wú)法實(shí)現(xiàn)廠站數(shù)據(jù)上送，不具備遠(yuǎn)方監(jiān)控外其他均已經(jīng)全部實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，并由奎屯供電公司電力調(diào)控中心負(fù)責(zé)監(jiān)控工作?？碗娋W(wǎng)AVC系統(tǒng)使用單站無(wú)功優(yōu)化控制已經(jīng)運(yùn)行了一段時(shí)間了，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，但還是存在一些問(wèn)題。

（2）奎屯電網(wǎng)AVC系統(tǒng)是基于OPEN-3000平臺(tái)下建設(shè)的，主要功能在于改變電網(wǎng)中無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的投切、變壓器分接頭的調(diào)整來(lái)完成電壓無(wú)功的“分層、分區(qū)”控制。AVC系統(tǒng)用以對(duì)全網(wǎng)無(wú)功電壓狀態(tài)進(jìn)行集中監(jiān)視和分析計(jì)算，從全局角度對(duì)廣域分散的電網(wǎng)無(wú)功裝置進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化控制；AVC系統(tǒng)從PAS網(wǎng)絡(luò)建模獲取控制模型，從SCADA獲取實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，根據(jù)電網(wǎng)無(wú)功電壓實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行在線分析和計(jì)算，通過(guò)SCADA遠(yuǎn)動(dòng)通道下發(fā)遙控遙調(diào)命令，從而逐步逼近全網(wǎng)無(wú)功電壓潮流優(yōu)化狀態(tài)?？碗娋W(wǎng)AVC系統(tǒng)是按照電壓等級(jí)進(jìn)行分層，按照電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分區(qū)。AVC數(shù)據(jù)庫(kù)模型定義了廠站、電壓監(jiān)測(cè)點(diǎn)、控制設(shè)備等層次記錄，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)建模建立記錄之間的靜態(tài)關(guān)聯(lián)。AVC與EMS平臺(tái)是一體化設(shè)計(jì)，采用增量模型更新技術(shù)，自動(dòng)建立AVC監(jiān)控點(diǎn)和控制設(shè)備模型并自動(dòng)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了智能建模。

（3）奎屯電網(wǎng)大致可分為奎屯、烏蘇、沙灣三個(gè)片區(qū)，三個(gè)片區(qū)內(nèi)35千伏變電站承擔(dān)著較多的農(nóng)灌負(fù)荷（典型的夏大冬小），但這些變電站大多數(shù)都是設(shè)備老舊、自動(dòng)化信息不完善、信息通道不穩(wěn)定，甚至多次出現(xiàn)全站失去監(jiān)控的情況，且變電站多數(shù)變壓器為無(wú)載調(diào)壓變壓器，無(wú)載調(diào)壓變壓器使得AVC系統(tǒng)缺少一個(gè)有利的控制策略手段。在全年負(fù)荷變化較大情況下，固定的變壓器檔位會(huì)使AVC系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)壓很難實(shí)施。所以，在系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)壓試驗(yàn)階段，未將35千伏變電站納入AVC系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)壓。但根據(jù)電壓無(wú)功的“分層、分區(qū)，就地平衡”控制原則，通過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)35千伏變電站的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備的投切人工操作量在夏季負(fù)荷高峰時(shí)期非常頻繁。

（4）奎屯電網(wǎng)由于110千伏變電站設(shè)備狀態(tài)最為良好，設(shè)備信息、參數(shù)相對(duì)完善，首先納入AVC系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)壓。但發(fā)現(xiàn)一些投運(yùn)時(shí)間長(zhǎng)的變電站無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備容量不足，容量多為2～3Mvar，調(diào)節(jié)能力有所限制，且110千伏變電站多為各片區(qū)的中心廠站，35千伏變電站若不能及時(shí)配合調(diào)壓，AVC系統(tǒng)調(diào)節(jié)效果不明顯。一些投運(yùn)時(shí)間不長(zhǎng)變電站則因?yàn)閱闻_(tái)容量過(guò)大造成，容量多為5～6Mvar，造成AVC系統(tǒng)認(rèn)為無(wú)功過(guò)補(bǔ)，調(diào)壓未達(dá)到預(yù)想效果。其次110千伏變電站接入的較大波動(dòng)性負(fù)荷，也嚴(yán)重制約了AVC系統(tǒng)調(diào)壓的準(zhǔn)確性，造成調(diào)壓設(shè)備的頻繁動(dòng)作。

（5）在調(diào)度、監(jiān)控、繼電保護(hù)、自動(dòng)化、運(yùn)維檢修多部門配合下，進(jìn)行針對(duì)影響AVC系統(tǒng)運(yùn)行的問(wèn)題大力整改后，對(duì)35千伏變電站設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，同時(shí)設(shè)優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)。將35千伏變電站無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備投入AVC系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)壓，提高AVC系統(tǒng)可用率。同時(shí)積極協(xié)調(diào)在技改工程中逐漸將無(wú)載變壓器更換為有載調(diào)壓變壓器，能夠使得AVC系統(tǒng)優(yōu)化得出更好的調(diào)壓方案（AVC電壓無(wú)功策略簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1）。

3. AVC系統(tǒng)控制策略

3.1奎屯地區(qū)AVC系統(tǒng)執(zhí)行單站無(wú)功優(yōu)化控制，AVC系統(tǒng)無(wú)功調(diào)壓按照九區(qū)域圖原理，AVC系統(tǒng)基本控制策略如下：

（1）低壓母線電壓越上限、無(wú)功正常時(shí)：下調(diào)主變分接頭。

（2）母線電壓越上限、無(wú)功越上限時(shí)：先下調(diào)主變分接頭再投電容器組。

（3）母線電壓在下限臨界、無(wú)功越上限時(shí)：投電容器組。

（4）母線電壓在上限臨界、無(wú)功越上限時(shí)：如還有電容器未投，則先下調(diào)主變分接頭再投電容器組。

（5）母線電壓越下限、無(wú)功越上限時(shí)：先投電容器組，如電壓仍低于下限則上調(diào)主變分接頭。

（6）母線電壓越下限、無(wú)功正常時(shí)：上調(diào)主變分接頭。

（7）母線電壓越下限、無(wú)功越下限時(shí)：先上調(diào)主變分接頭再切電容器組。

（8）母線電壓合格、無(wú)功越下限時(shí)：切電容器組。

（9）母線電壓在下限臨界、無(wú)功越下限時(shí)：如有電容器未切，則先上調(diào)主變分接頭再切電容。

（10）母線電壓越上限、無(wú)功越下限時(shí)：先切電容器組，如電壓仍高于上限則先下調(diào)主變分接頭。

3.2奎屯AVC系統(tǒng)測(cè)試及運(yùn)行階段均使用上述無(wú)功策略，根據(jù)奎屯電網(wǎng)日負(fù)荷及電壓情況將系統(tǒng)時(shí)段分為四個(gè)時(shí)間區(qū)域，且每個(gè)主變檔位及無(wú)功補(bǔ)償裝置在每個(gè)區(qū)間內(nèi)只能調(diào)節(jié)2次。

3.3在系統(tǒng)開(kāi)環(huán)測(cè)試時(shí)，我們利用人工對(duì)無(wú)功及母線電壓進(jìn)行置數(shù)，改變實(shí)際電壓數(shù)值、調(diào)整無(wú)功分布，來(lái)測(cè)試AVC系統(tǒng)下發(fā)命令是否正確，得到的結(jié)果均與策略一致。驗(yàn)證AVC系統(tǒng)模型和策略執(zhí)行都是正確的后，將AVC系統(tǒng)投入半閉環(huán)測(cè)試運(yùn)行。

3.4在AVC系統(tǒng)半閉環(huán)測(cè)試時(shí)，我們將電壓和無(wú)功上下限值定義的較窄，這樣便于得到更準(zhǔn)確的系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)。測(cè)試期間發(fā)現(xiàn)在較窄參數(shù)設(shè)備情況下，無(wú)功策略下發(fā)命令頻繁，電容器及變壓器執(zhí)行次數(shù)非常多，人工干預(yù)次數(shù)也非常多。主要有以下問(wèn)題：

（1）首先，在測(cè)試初期為了利用AVC系統(tǒng)提高電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。我們將功率因數(shù)區(qū)間設(shè)定的較高，這樣使得系統(tǒng)下發(fā)調(diào)壓命令很多，造成設(shè)備頻繁調(diào)壓，系統(tǒng)設(shè)備調(diào)節(jié)次數(shù)達(dá)到后，系統(tǒng)自動(dòng)閉鎖調(diào)壓，這時(shí)由于電壓不能滿足要求，調(diào)控人員又進(jìn)行人工干預(yù)；若可以將系統(tǒng)設(shè)定的無(wú)功電壓經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的閥值適當(dāng)修正或降低，則可以減少系統(tǒng)下發(fā)命令次數(shù)。

（2）其次，半閉環(huán)期間頻繁的調(diào)壓命令下發(fā)，容易造成AVC系統(tǒng)遙控成率低，尤其是主變并列運(yùn)行進(jìn)行系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)壓時(shí)，及其容易造成變壓器檔位不一致，因回調(diào)又受制于調(diào)節(jié)次數(shù)，所以易引起環(huán)流，造成安全隱患。遙調(diào)成功率低的問(wèn)題可能是AVC系統(tǒng)并列運(yùn)行的變壓器間隔時(shí)間小于廠站設(shè)置的間隔時(shí)間；再有調(diào)度主站在規(guī)定時(shí)間內(nèi)（一般是30s）沒(méi)有收到廠站上傳的變位遙信，就判定為未收到變位動(dòng)作，當(dāng)AVC系統(tǒng)連續(xù)對(duì)某設(shè)備下發(fā)3次操作命令未成功時(shí)，將會(huì)閉鎖該設(shè)備，認(rèn)定該設(shè)備拒動(dòng)。這類情況在人工遙控操作時(shí)是可以執(zhí)行成功，變位信息也能及時(shí)上傳，這是有可能AVC系統(tǒng)認(rèn)為設(shè)備遙調(diào)的點(diǎn)號(hào)與SCADA遙調(diào)點(diǎn)號(hào)不是一個(gè)點(diǎn)號(hào)造成，兩個(gè)點(diǎn)號(hào)上送之間有時(shí)間差。

（3）最后，將系統(tǒng)電壓參數(shù)進(jìn)行逐站設(shè)定，例如還有一些廠站電壓由于負(fù)荷波動(dòng)造成越限，而無(wú)功補(bǔ)償裝置投入退出，又會(huì)造成系統(tǒng)認(rèn)為無(wú)功過(guò)補(bǔ)或欠補(bǔ)的，那么可以將此類廠站AVC系統(tǒng)無(wú)功參數(shù)及功率因數(shù)參數(shù)區(qū)間根據(jù)年平均水平進(jìn)行適當(dāng)放寬，電壓區(qū)間也可以適當(dāng)放寬，同時(shí)可以將電容器投切及主變調(diào)檔間隔時(shí)間由不少于5分鐘調(diào)整為10分鐘等，來(lái)避免波動(dòng)性負(fù)荷的干擾；這樣會(huì)減少系統(tǒng)下發(fā)調(diào)壓指令，還可以保證電網(wǎng)電壓及時(shí)調(diào)整，減少人工干預(yù)。

3.5所以要使AVC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)準(zhǔn)確的調(diào)壓，一是提高設(shè)備水平，二是完善調(diào)壓策略及修正參數(shù)設(shè)定。

4. AVC系統(tǒng)應(yīng)用中分析

AVC系統(tǒng)進(jìn)入閉環(huán)運(yùn)行階段后，監(jiān)控人員的操作量會(huì)大量減少，隨之而來(lái)的是對(duì)電網(wǎng)無(wú)功優(yōu)化控制的分析與改進(jìn)。奎屯電網(wǎng)AVC系統(tǒng)閉環(huán)期間發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題：

（1）經(jīng)常出現(xiàn)無(wú)功設(shè)備保護(hù)閉鎖信息，造成AVC系統(tǒng)閉鎖調(diào)壓設(shè)備，無(wú)法進(jìn)行自動(dòng)調(diào)壓。這類問(wèn)題主要一是設(shè)備停電檢修后，現(xiàn)場(chǎng)人員在對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修調(diào)試完，設(shè)備已經(jīng)恢復(fù)送電了，相關(guān)信息上送至AVC系統(tǒng)，系統(tǒng)默認(rèn)有保護(hù)信息動(dòng)作，造成設(shè)備閉鎖；二是一些設(shè)備測(cè)控系統(tǒng)不穩(wěn)定AVC系統(tǒng)根據(jù)默認(rèn)保護(hù)信息進(jìn)行閉鎖造成不能調(diào)壓；三是由于現(xiàn)場(chǎng)人員不及時(shí)跟監(jiān)控人員進(jìn)行設(shè)備信息核對(duì)，造成此類閉鎖設(shè)備不能調(diào)壓的情況時(shí)常發(fā)生。

（2）系統(tǒng)部分廠站的無(wú)功補(bǔ)償裝置會(huì)出現(xiàn)AVC系統(tǒng)默認(rèn)不具備遙控操作，但人工能夠進(jìn)行操作；主要是部分設(shè)備的遙測(cè)信息會(huì)出現(xiàn)不刷新或者間歇性中斷，還有一些設(shè)備系統(tǒng)認(rèn)定在冷備用狀態(tài)，實(shí)際在熱備用或者運(yùn)行狀態(tài)，遙測(cè)遙信與現(xiàn)場(chǎng)不一致，甚至出現(xiàn)和SCADA信息一致的情況。

（3）電網(wǎng)中的無(wú)功補(bǔ)償裝置和變壓器檔位是AVC系統(tǒng)的主要調(diào)節(jié)設(shè)備。因此電容器和變壓器的異常、缺陷的及時(shí)處理是AVC系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，所以調(diào)控人員要加強(qiáng)與自動(dòng)化、保護(hù)、方式、運(yùn)維檢修部等部門溝通協(xié)調(diào)。AVC系統(tǒng)始終是為了優(yōu)化電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，減少調(diào)控人員頻繁操作，如果能將AVC系統(tǒng)各種操作提示等信息上送至實(shí)時(shí)監(jiān)控信息里，并單獨(dú)成立一欄信息、強(qiáng)化語(yǔ)音告警，以便利于監(jiān)控人員進(jìn)行巡視和查閱；還能夠?qū)VC系統(tǒng)電壓調(diào)整相關(guān)設(shè)備動(dòng)作信息自動(dòng)統(tǒng)計(jì)，有利于調(diào)控人員進(jìn)行分析和設(shè)備巡視。

（4）在實(shí)時(shí)電網(wǎng)電壓調(diào)節(jié)中往往會(huì)出現(xiàn)，個(gè)別廠站電壓無(wú)調(diào)節(jié)手段，需要其他廠站進(jìn)行配合調(diào)壓，出現(xiàn)此種情況時(shí)，系統(tǒng)能進(jìn)行告警提示；當(dāng)主變檔位不一致，但調(diào)節(jié)達(dá)到規(guī)定次數(shù)時(shí)，必須進(jìn)行回調(diào)，且不受調(diào)節(jié)次數(shù)的約束。

5. 優(yōu)化AVC系統(tǒng)應(yīng)用建議

奎屯電網(wǎng)在AVC系統(tǒng)閉環(huán)運(yùn)行階段，電壓各項(xiàng)指標(biāo)雖均在合格范圍內(nèi)，無(wú)功調(diào)壓動(dòng)作的設(shè)備均正確。但應(yīng)持續(xù)跟蹤AVC系統(tǒng)運(yùn)行情況，系統(tǒng)安全管理至關(guān)重要。所以需要加強(qiáng)各專業(yè)人員在系統(tǒng)維護(hù)、設(shè)備巡視、操作、檢修狀態(tài)下理清各自職責(zé)和工作流程規(guī)范，避免在AVC系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)安全事故，嚴(yán)格執(zhí)行AVC系統(tǒng)運(yùn)行的相關(guān)管理規(guī)定。監(jiān)控人員在交接班時(shí)應(yīng)加強(qiáng)AVC系統(tǒng)閉鎖設(shè)備進(jìn)行交接。AVC系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)功能應(yīng)該滿足運(yùn)行管理人員的統(tǒng)計(jì)分析工作要求，為AVC系統(tǒng)功能的不斷完善提供數(shù)據(jù)支撐。

6. 結(jié)束語(yǔ)

（1）各個(gè)地區(qū)電網(wǎng)都會(huì)自身特點(diǎn)及運(yùn)行要求，其地區(qū)負(fù)荷特性及電壓要求也有不同需求。所以AVC系統(tǒng)必須通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)和測(cè)試才能夠找到適合自身電網(wǎng)的參數(shù)設(shè)定和調(diào)壓策略。

（2）奎屯電網(wǎng)還是要在不同負(fù)荷時(shí)期及時(shí)跟蹤調(diào)整控制策略，完善應(yīng)用功能，優(yōu)化運(yùn)行管理制度，努力增強(qiáng)奎屯地區(qū)電網(wǎng)無(wú)功電壓控制水平，提高電壓合格率和功率因數(shù)合格率。在嚴(yán)格遵循準(zhǔn)確性、可靠性、時(shí)效性、安全性的原則下，減輕監(jiān)控人員日常操作量，將監(jiān)控人員的操作從單純的電壓調(diào)整工作轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷罕O(jiān)視與優(yōu)化分析工作，積極推進(jìn)奎屯地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)與省調(diào)AVC系統(tǒng)一體化進(jìn)程，全面提高奎屯電網(wǎng)的區(qū)域無(wú)功電壓控制能力。