電網(wǎng)自動電壓控制（AVC）

第一部分AVC基本原理第二部分AVC解決方案第三部分AVC省地協(xié)調(diào)1儲能元件：電容器/電抗器2電磁能量轉(zhuǎn)換：電動機3無功本身不產(chǎn)生能量消耗，但傳輸過程中引起有功/無功損耗4無功≠“無用之功”，無功優(yōu)化目的是減少無功傳輸，而不是減少無功注入電力系統(tǒng)無功功率概念有功/無功/力率關(guān)系1無功電源＝負荷＋損耗2電壓表征無功平衡水平（相對地，頻率表征有功平衡水平）3無功不能遠距離傳輸，最好各節(jié)點分散自治平衡電力系統(tǒng)無功平衡1發(fā)電機組無功出力：調(diào)節(jié)勵磁，進相/遲相2分散的補償裝置：電容/電抗器3靜止無功補償器、調(diào)相機4輸電線路充電無功電力系統(tǒng)無功電源1感應(yīng)電動機，約占65%2變壓器損耗，約占20%3其他，約占15%4線路在重負荷時吸收無功（電抗消耗無功大于充電無功），輕負荷時輸出無功（電抗消耗無功小于充電無功）電力系統(tǒng)無功負荷1調(diào)整發(fā)電機無功出力2投切電容器3投切電抗器4調(diào)整主變分接頭(改變無功分布而不輸出無功)5其他電力系統(tǒng)無功電壓調(diào)節(jié)手段傳統(tǒng)電壓無功管理與控制方式人工分散控制，經(jīng)驗調(diào)節(jié)，典型方式如下：1、每季度對發(fā)電廠高壓母線和變電站高壓母線下達電壓曲線和功率因數(shù)要求；2、運行人員嚴密監(jiān)視電壓，必要時手動調(diào)整無功設(shè)備以滿足電壓在合格范圍；3、對電壓合格率達不到要求的電廠和供電公司罰一定數(shù)量的電量。傳統(tǒng)電壓無功管理與控制困難1、靜態(tài)下達的電壓曲線將不能適應(yīng)日益復雜的動態(tài)潮流分布2、較難保證發(fā)電機組安全穩(wěn)定水平所需的較好的電壓水平3、無功和電壓的就地分散控制不能滿足保持系統(tǒng)足夠的動態(tài)無功儲備的要求4、無功電壓的就地分散控制難以達到全網(wǎng)優(yōu)化的目標5、無功電壓控制調(diào)整的勞動強度大人工控制特殊難點1、電廠之間無功協(xié)調(diào)困難；2、廠站只注重母線電壓控制，無功竄動大；3、電容器投切（早投晚切）不能和電網(wǎng)實際合理協(xié)調(diào)。AVC發(fā)展路線圖法國分區(qū)分級控制全網(wǎng)離線分析OPF在線離線變電站VQC基于九區(qū)圖國內(nèi):AVC方興未艾德國基于OPF19902001地調(diào)AVC省調(diào)AVCAGC變電站VQC基于九區(qū)圖的變電站VQC裝置及其軟件優(yōu)點：原理明晰簡單可靠性較高不足：只能控制單個廠站全網(wǎng)協(xié)調(diào)性差國外AVC現(xiàn)狀與發(fā)展以法國為代表的分區(qū)分級（三級）控制全局優(yōu)化控制區(qū)域電壓控制器1SVC-1電力設(shè)備的自動控制裝置區(qū)域電壓控制器iSVC-i區(qū)域電壓控制器nSVC-n電力設(shè)備的自動控制裝置電力設(shè)備的自動控制裝置…………VrefVref一級控制二級控制三級控制優(yōu)點：符合無功電壓的區(qū)域性和分散性基本符合國內(nèi)網(wǎng)-省-地-縣調(diào)的分級分區(qū)調(diào)度體系不足：硬的“物理分區(qū)”可能與軟的“電氣分區(qū)”不一致僅考慮發(fā)電機，未考慮負荷側(cè)OLTC及電容器配合三級控制OPF的可用性不強國內(nèi)AVC系統(tǒng)發(fā)展特點自底向上，由變電站→地調(diào)→省調(diào)隨著自動化通信技術(shù)發(fā)展，經(jīng)歷了一個單站、區(qū)域、全網(wǎng)的發(fā)展過程，也是一個簡單到復雜的過程國內(nèi)電網(wǎng)AVC現(xiàn)狀國內(nèi)AVC系統(tǒng)理論研究上跟蹤國外最新進展，技術(shù)水平與國際先進保持同步。但是必須清醒地認識到，與國外較為成熟的AVC系統(tǒng)相比，我國全網(wǎng)AVC閉環(huán)控制工程應(yīng)用仍然處于起步階段，應(yīng)更加注重提高實用性，使先進算法研究與具體工程實際相結(jié)合，提高應(yīng)用水平，取得類似AGC閉環(huán)控制的良好實際運行效果。

三級電壓控制模式“軟”三級電壓控制模式兩級電壓控制模式電壓控制模式二級控制變電站監(jiān)控系統(tǒng)跟蹤i分區(qū)中樞母線電壓一級控制電壓無功優(yōu)化跟蹤j分區(qū)中樞母線電壓三級控制AVC主站分鐘級秒級小時級電廠AVC裝置電廠AVC裝置變電站監(jiān)控系統(tǒng)二級電壓控制器二級電壓控制器三級電壓控制模式計算機硬件水平通訊條件量測質(zhì)量狀態(tài)估計算法電壓無功優(yōu)化算法歷史的產(chǎn)物!!!三級電壓控制模式誕生的背景二級控制變電站監(jiān)控系統(tǒng)跟蹤i分區(qū)中樞母線電壓地調(diào)AVC系統(tǒng)一級控制電壓無功優(yōu)化跟蹤j分區(qū)中樞母線電壓三級控制省調(diào)AVC主站分鐘級秒級小時級電廠AVC裝置變電站監(jiān)控系統(tǒng)“軟”三級電壓控制模式對三級電壓控制模式進行改進，將硬分區(qū)改為軟分區(qū)。三級控制為二級控制提供中樞母線電壓定值。二級控制采用二次規(guī)劃模型跟蹤中樞母線電壓定值。目的：削弱對狀態(tài)估計及無功優(yōu)化算法的依賴性。由分區(qū)算法輔助進行軟分區(qū)?！败洝比壙刂颇Ｊ降幕舅悸啡墐?yōu)化目標與二級控制目標不一致，導致優(yōu)化結(jié)果經(jīng)二級控制執(zhí)行時發(fā)生偏移，經(jīng)濟性差。三級優(yōu)化的周期長，需對電壓帶寬進行較大壓縮方有可能使中樞母線電壓定值維持長期有效性。中樞點一般應(yīng)位于分區(qū)中心或附近，但容易越限的點則一般位于電網(wǎng)的末梢，維持中樞點電壓基本不變即可維持電網(wǎng)的電壓品質(zhì)是讓人懷疑的。在100%時間里采用妥協(xié)的控制方法。“軟”三級控制模式存在的主要問題二級控制機組勵磁系統(tǒng)電容器電抗器主變分接頭變電站監(jiān)控系統(tǒng)電廠AVC裝置電壓無功優(yōu)化一級控制省調(diào)AVC主站分鐘級秒級地調(diào)AVC系統(tǒng)電容器電抗器主變分接頭變電站監(jiān)控系統(tǒng)遙控遙調(diào)指令遙控遙調(diào)指令高壓母線電壓定值無功范圍兩級電壓控制模式以較短的周期(分鐘級)啟動電壓無功優(yōu)化計算，使優(yōu)化結(jié)果能夠真實反映電網(wǎng)的電壓無功運行狀況。缺點：對狀態(tài)估計及電壓無功優(yōu)化算法的計算性能及可靠性提出了更高的要求。優(yōu)化結(jié)果直接下發(fā)至相關(guān)廠站實施閉環(huán)控制，保證控制精度高、電壓品質(zhì)優(yōu)、經(jīng)濟性好。兩級電壓控制模式的基本思路第一部分AVC基本原理第二部分AVC解決方案第三部分AVC省地協(xié)調(diào)具體目標包括：提高電壓合格率；保證適當?shù)碾妷悍€(wěn)定水平；避免離散設(shè)備頻繁調(diào)節(jié)；保證控制的平穩(wěn)性；降低電能損耗。實時監(jiān)視電網(wǎng)的電壓無功運行狀況，給出電壓無功調(diào)整策略,通過閉環(huán)控制使電網(wǎng)盡可能地運行在最優(yōu)無功運行狀態(tài)或附近。AVC控制目標電壓無功特性－提高電壓節(jié)能效益

提高電壓（％）123456降低網(wǎng)損（％）23.85.77.59.311.2高壓輸電原理電壓無功特性－功率因數(shù)補償節(jié)能效益

補償前功率因數(shù)0.60.650.70.750.80.850.9補償后功率因數(shù)

0.95降低網(wǎng)損（％）60534638292010功率因數(shù)補償在傳輸環(huán)節(jié)表現(xiàn)就是無功傳輸減少AGC啟發(fā)－AVC與AGC比較區(qū)域自適應(yīng)變化，無功在盡量小區(qū)域平衡分區(qū)固定，有功分區(qū)平衡區(qū)域平衡必須考慮無功網(wǎng)絡(luò)傳輸路徑，減少支路無功可以降低網(wǎng)損控制聯(lián)絡(luò)線無功，盡量減少無功傳輸確保電壓質(zhì)量（V）自動電壓控制（AVC）不考慮有功網(wǎng)絡(luò)傳輸過程，網(wǎng)損或發(fā)電費用優(yōu)化須與EDC結(jié)合控制聯(lián)絡(luò)線有功，使有功在計劃值內(nèi)確保頻率質(zhì)量（f）自動發(fā)電控制（AGC）經(jīng)濟性目標控制目標2控制目標1500kV及以上變電站地調(diào)AVC主站110kV變電站省調(diào)AVC主站220kV變電站220kV電廠AVC系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)－電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點220kV變電站及以下網(wǎng)絡(luò)（110/35kV）為輻射狀運行，運行結(jié)構(gòu)相對簡單地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)－電網(wǎng)的分層分區(qū)分區(qū)：以220kV主變?yōu)闃屑~點進行，分為獨立的片網(wǎng)分層：220kV主變高壓側(cè)、110kV及10kV網(wǎng)絡(luò)各片網(wǎng)電氣耦合弱，地區(qū)電網(wǎng)全網(wǎng)控制轉(zhuǎn)換為分片區(qū)控制控制變量為電容電抗器、有載主變分頭地區(qū)電網(wǎng)220kV及以上網(wǎng)絡(luò)無功電壓：省調(diào)管轄、地調(diào)維護地調(diào)可觀測但不可控制控制變量為發(fā)電機應(yīng)由省調(diào)AVC進行分析控制地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)－220kV網(wǎng)絡(luò)控制1、數(shù)據(jù)傳輸實時性和可靠性2、使用方便、維護成本最小化3、運行模式靈活性4、控制軟件設(shè)計與運行工程經(jīng)驗5、系統(tǒng)配置冗余性6、安全策略完備性7、運行管理方便性地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)－設(shè)計實現(xiàn)原則地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)－系統(tǒng)主要功能

全網(wǎng)電壓優(yōu)化調(diào)節(jié)；全網(wǎng)無功優(yōu)化控制；控制全網(wǎng)關(guān)口力率；全網(wǎng)控制自動協(xié)調(diào)；省地調(diào)AVC協(xié)調(diào)控制；優(yōu)化動作次數(shù)；運行安全措施；維護方便，操作簡單,全面的歷史查詢；全網(wǎng)無功普查，根據(jù)分析及統(tǒng)計確定無功補償點。地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)－控制模型目標函數(shù)：網(wǎng)損最小約束條件：電壓合格，關(guān)口功率因數(shù)（無功）合格控制變量：離散型電容器及OLTC極值點：Q＝0，U靠近上限將電壓運行區(qū)劃分為安全區(qū)、預警區(qū)及警戒區(qū)；在目標函數(shù)中對預警區(qū)及警戒區(qū)加以懲罰。將電壓約束處理為“軟”約束；AVC系統(tǒng)工程中電壓限值的實用化處理離散量一天內(nèi)有操作次數(shù)限制，兩次調(diào)節(jié)之間有時間間隔限制。

負荷趨勢電壓趨勢調(diào)節(jié)手段降升切電容、投電抗、降檔位升降切電抗、投電容、升檔位AVC系統(tǒng)工程中離散量的控制AVC控制遵循小步多走的原則，以保證控制的平穩(wěn)性。對于每一個控制周期：電廠高壓母線電壓調(diào)幅不超過一定范圍(2kV)每個廠站最多調(diào)整一組補償設(shè)備任一主變最多調(diào)整一檔省地協(xié)調(diào)關(guān)口無功調(diào)節(jié)幅度不超過一定范圍AVC系統(tǒng)工程中控制平穩(wěn)性的處理日電壓波動范圍一般具有漸變的性質(zhì)；利用歷史電壓波動情況可預測次日的合理電壓波動范圍。通過日電壓波動范圍預測，使各母線的電壓控制上、下限相容，為實時電壓控制留出盡可能大的優(yōu)化空間，提高電網(wǎng)運行的安全性及經(jīng)濟性。日電壓波動范圍的預測控制第一部分AVC基本原理第二部分AVC解決方案第三部分AVC省地協(xié)調(diào)主要調(diào)壓手段特點省調(diào)機組連續(xù)調(diào)節(jié)地調(diào)電容、電抗、主變分接頭離散調(diào)節(jié)

離散調(diào)節(jié)手段影響設(shè)備使用壽命，主要用于粗調(diào)，連續(xù)調(diào)節(jié)手段用于細調(diào)。AVC省地協(xié)調(diào)的思路負荷趨勢電壓趨勢調(diào)節(jié)手段降升切電容、投電抗、降檔位升降切電抗、投電容、升檔位AVC省地協(xié)調(diào)——離散量控制原則220kV母線電壓水平變電站高壓側(cè)功率因數(shù)范圍U＞236

0.95≥COSφ≥0.90

236≥U＞233

0.97≥COSφ≥0.94

233≥U≥223

1.00>COSφ≥0.95

223＞U≥220

1.00>COSφ≥0.96

220＞U

1.00>COSφ≥0.97

高電壓時低力率運行，低電壓時高力率運行對所有變電站采用統(tǒng)一標準計劃按季節(jié)性進行調(diào)整AVC省地協(xié)調(diào)——長期功率因數(shù)控制計劃220kV母線電壓水平變電所高壓側(cè)功率因數(shù)范圍U＞236

0.95≥COSφ≥0.90

236≥U＞233

0.97≥COSφ≥0.94

233≥U≥223

1.00>COSφ≥0.95

223＞U≥220

1.00>COSφ≥0.96

220＞U

1.00>COSφ≥0.97

對各變電站給出各自的控制范圍計劃根據(jù)日電壓波動范圍預測結(jié)果調(diào)整AVC省地協(xié)調(diào)——短期功率因數(shù)控制計劃省調(diào)AVC：實時優(yōu)