電網自動電壓控制（AVC）

第一部分AVC基本原理第二部分AVC解決方案第三部分AVC省地協調1儲能元件：電容器/電抗器2電磁能量轉換：電動機3無功本身不產生能量消耗，但傳輸過程中引起有功/無功損耗4無功≠“無用之功”，無功優化目的是減少無功傳輸，而不是減少無功注入電力系統無功功率概念有功/無功/力率關系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，最好各節點分散自治平衡電力系統無功平衡1發電機組無功出力：調節勵磁，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、調相機4輸電線路充電無功電力系統無功電源1感應電動機，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）電力系統無功負荷1調整發電機無功出力2投切電容器3投切電抗器4調整主變分接頭(改變無功分布而不輸出無功)5其他電力系統無功電壓調節手段傳統電壓無功管理與控制方式人工分散控制，經驗調節，典型方式如下：1、每季度對發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要求；2、運行人員嚴密監視電壓，必要時手動調整無功設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量的電量。傳統電壓無功管理與控制困難1、靜態下達的電壓曲線將不能適應日益復雜的動態潮流分布2、較難保證發電機組安全穩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足夠的動態無功儲備的要求4、無功電壓的就地分散控制難以達到全網優化的目標5、無功電壓控制調整的勞動強度大人工控制特殊難點1、電廠之間無功協調困難；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）不能和電網實際合理協調。AVC發展路線圖法國分區分級控制全網離線分析OPF在線離線變電站VQC基于九區圖國內:AVC方興未艾德國基于OPF19902001地調AVC省調AVCAGC變電站VQC基于九區圖的變電站VQC裝置及其軟件優點：原理明晰簡單可靠性較高不足：只能控制單個廠站全網協調性差國外AVC現狀與發展以法國為代表的分區分級（三級）控制全局優化控制區域電壓控制器1SVC-1電力設備的自動控制裝置區域電壓控制器iSVC-i區域電壓控制器nSVC-n電力設備的自動控制裝置電力設備的自動控制裝置…………VrefVref一級控制二級控制三級控制優點：符合無功電壓的區域性和分散性基本符合國內網-省-地-縣調的分級分區調度體系不足：硬的“物理分區”可能與軟的“電氣分區”不一致僅考慮發電機，未考慮負荷側OLTC及電容器配合三級控制OPF的可用性不強國內AVC系統發展特點自底向上，由變電站→地調→省調隨著自動化通信技術發展，經歷了一個單站、區域、全網的發展過程，也是一個簡單到復雜的過程國內電網AVC現狀國內AVC系統理論研究上跟蹤國外最新進展，技術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系統相比，我國全網AVC閉環控制工程應用仍然處于起步階段，應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合，提高應用水平，取得類似AGC閉環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控系統跟蹤i分區中樞母線電壓一級控制電壓無功優化跟蹤j分區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裝置變電站監控系統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量狀態估計算法電壓無功優化算法歷史的產物!!!三級電壓控制模式誕生的背景二級控制變電站監控系統跟蹤i分區中樞母線電壓地調AVC系統一級控制電壓無功優化跟蹤j分區中樞母線電壓三級控制省調AVC主站分鐘級秒級小時級電廠AVC裝置變電站監控系統“軟”三級電壓控制模式對三級電壓控制模式進行改進，將硬分區改為軟分區。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劃模型跟蹤中樞母線電壓定值。目的：削弱對狀態估計及無功優化算法的依賴性。由分區算法輔助進行軟分區。“軟”三級控制模式的基本思路三級優化目標與二級控制目標不一致，導致優化結果經二級控制執行時發生偏移，經濟性差。三級優化的周期長，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。中樞點一般應位于分區中心或附近，但容易越限的點則一般位于電網的末梢，維持中樞點電壓基本不變即可維持電網的電壓品質是讓人懷疑的。在100%時間里采用妥協的控制方法。“軟”三級控制模式存在的主要問題二級控制機組勵磁系統電容器電抗器主變分接頭變電站監控系統電廠AVC裝置電壓無功優化一級控制省調AVC主站分鐘級秒級地調AVC系統電容器電抗器主變分接頭變電站監控系統遙控遙調指令遙控遙調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)啟動電壓無功優化計算，使優化結果能夠真實反映電網的電壓無功運行狀況。缺點：對狀態估計及電壓無功優化算法的計算性能及可靠性提出了更高的要求。優化結果直接下發至相關廠站實施閉環控制，保證控制精度高、電壓品質優、經濟性好。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省地協調具體目標包括：提高電壓合格率；保證適當的電壓穩定水平；避免離散設備頻繁調節；保證控制的平穩性；降低電能損耗。實時監視電網的電壓無功運行狀況，給出電壓無功調整策略,通過閉環控制使電網盡可能地運行在最優無功運行狀態或附近。AVC控制目標電壓無功特性－提高電壓節能效益

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

補償前功率因數0.60.650.70.750.80.850.9補償后功率因數

0.95降低網損（％）60534638292010功率因數補償在傳輸環節表現就是無功傳輸減少AGC啟發－AVC與AGC比較區域自適應變化，無功在盡量小區域平衡分區固定，有功分區平衡區域平衡必須考慮無功網絡傳輸路徑，減少支路無功可以降低網損控制聯絡線無功，盡量減少無功傳輸確保電壓質量（V）自動電壓控制（AVC）不考慮有功網絡傳輸過程，網損或發電費用優化須與EDC結合控制聯絡線有功，使有功在計劃值內確保頻率質量（f）自動發電控制（AGC）經濟性目標控制目標2控制目標1500kV及以上變電站地調AVC主站110kV變電站省調AVC主站220kV變電站220kV電廠AVC系統總體結構地區電網AVC系統－電網結構特點220kV變電站及以下網絡（110/35kV）為輻射狀運行，運行結構相對簡單地區電網AVC系統－電網的分層分區分區：以220kV主變為樞紐點進行，分為獨立的片網分層：220kV主變高壓側、110kV及10kV網絡各片網電氣耦合弱，地區電網全網控制轉換為分片區控制控制變量為電容電抗器、有載主變分頭地區電網220kV及以上網絡無功電壓：省調管轄、地調維護地調可觀測但不可控制控制變量為發電機應由省調AVC進行分析控制地區電網AVC系統－220kV網絡控制1、數據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、控制軟件設計與運行工程經驗5、系統配置冗余性6、安全策略完備性7、運行管理方便性地區電網AVC系統－設計實現原則地區電網AVC系統－系統主要功能

全網電壓優化調節；全網無功優化控制；控制全網關口力率；全網控制自動協調；省地調AVC協調控制；優化動作次數；運行安全措施；維護方便，操作簡單,全面的歷史查詢；全網無功普查，根據分析及統計確定無功補償點。地區電網AVC系統－控制模型目標函數：網損最小約束條件：電壓合格，關口功率因數（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劃分為安全區、預警區及警戒區；在目標函數中對預警區及警戒區加以懲罰。將電壓約束處理為“軟”約束；AVC系統工程中電壓限值的實用化處理離散量一天內有操作次數限制，兩次調節之間有時間間隔限制。

負荷趨勢電壓趨勢調節手段降升切電容、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，以保證控制的平穩性。對于每一個控制周期：電廠高壓母線電壓調幅不超過一定范圍(2kV)每個廠站最多調整一組補償設備任一主變最多調整一檔省地協調關口無功調節幅度不超過一定范圍AVC系統工程中控制平穩性的處理日電壓波動范圍一般具有漸變的性質；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化空間，提高電網運行的安全性及經濟性。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省地協調主要調壓手段特點省調機組連續調節地調電容、電抗、主變分接頭離散調節

離散調節手段影響設備使用壽命，主要用于粗調，連續調節手段用于細調。AVC省地協調的思路負荷趨勢電壓趨勢調節手段降升切電容、投電抗、降檔位升降切電抗、投電容、升檔位AVC省地協調——離散量控制原則220kV母線電壓水平變電站高壓側功率因數范圍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一標準計劃按季節性進行調整AVC省地協調——長期功率因數控制計劃220kV母線電壓水平變電所高壓側功率因數范圍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日電壓波動范圍預測結果調整AVC省地協調——短期功率因數控制計劃省調AVC：實時優