地区电压无功电压控制系统的设计

梁祺

摘要：无功电压控制系统关系到电网的安全经济优质运行，电网无功电压控制系统是实现全局无功电压优化分布的关键，本文主要分析地区电压控制系统的作用以及主要功能，提出设计无功电压控制系统的措施。

关键词：地区电压；无功电压；控制系统；设计

1无功电压控制简介

电压是电力质量的重要指标之一，对电网的稳定运行具有重大的影响作用，无功电压又是影响电压质量的重要因素，对此，各级变电站担负着电压和无功调节的重要任务，电力系统的无功优化问题在数学上是一个多目标、多变量、多约束的混合非线性规划问题。在实际的工作当中，无功电压控制系统一般分为两个问题进行研究，一个是无功电源最优分布，一个是无功负荷最优补偿，因此其控制的目标概括为：（1）在正常运行条件下，改善全系统电压分布，从而使得网损最小。（2）当运行条件改变时，维持电压和电流在允许范围内。（3）在紧急情况下，通过电压控制和其他措施避免整个电力系统崩溃。

2电网无功电压控制管理存在的问题

2.1高峰负荷期间，无功补偿不足，变电所母线电压普遍偏低在低谷负荷期间，无功过剩，引起变电所母线电压升高。

2.2并联电容器分组和有载调压变压器分接头档位组合不合理。有的并联电容器每组容量过大，投运后母线电压偏高，切除后母线电压又偏低。有的有载调压变压器分接头每档调压过大，不能满足运行电压平稳调节的需要。

2.3无功调节设备质量不过硬。电容器损坏率较高有载调压变压器的频繁调压也易造成分接头故障，从而使变压器被迫退出运行。

2.4无功计量误差较大，测量数据不完整，给电压无功分析带来困难。

2.5缺乏有效的电压无功实时分析计算手段。电容器的投切和有载调压变压器的调压基本上凭经验，调节不够及时、准确。

正是由于以上问题的存在，电网电压与无功优化控制才显得更有实际意义。电压与无功电压优化控制对保证电压质量、提高系统的安全性和经济性都是十分重要的，随着调度自动化系统在地调中的广泛投入运行，根据全网系统的运行信息，实现全网的电压无功控制成为可能。只要在调度主站端安装全局无功优化控制软件，不但为电力企业节省设备投资，且可给出一个合理的控制措施，从而保证全网范围内的电压质量合格和无功功率的合理分布。

3AVC系统概述

电网无功电压闭环控制系统（以下简称AVC系统）是通过监视关口的无功和变电站母线电压，保证关口无功和母线电压合格的条件下进行无功电压优化计算，通过改变电网中可控无功电源的出力，无功补偿设备的投切，变压器分接头的调整来满足安全经济运行条件，提高电压质量，降低网损。系统优化的目标为关口无功合格，母线电压合格，网损最优。

它是通过地区变电站内的RTU与系统服务器及SCADA工作站通信的，所以每个变电站内都要有远方终端，它是电网调度自动化系统的重要组成部分，它的主要任务是将变电站的实时运行信息送给调度控制中心，把调度的控制、调节等命令送给厂站执行。

通过与省网主站AVC系统的连接通信，地区电网可根据省局下发的无功指令对电容器和变压器分接头进行调节，对各变电站进行电压无功的调整，进而实现对地区电网的无功优化控制。

4AVC系统的设计

4.1系统的设计原则

系统的控制原则是首先保证电网安全稳定运行，其次是保证电压和功率因数合格，当电网内各级变电所电压处在合格范围内，控制本级电网内无功功率流向合理，达到无功功率分层就地平衡，以达到降低网损的目标。控制包括有电压校正控制、功率因数校正控制、网损优化控制三种模式。对控制设备的选择主要根据电压、功率因数、网损的灵敏度分析和设备控制费用综合评估计算得到的综合指标进行选择，实现优化控制。

系统的控制模式：具有两种控制模式，优化控制和分区控制。优化控制的主要功能有电压校正控制、功率因数校正控制、网损优化控制。当电网部分遥信、遥测数据出现问题使优化计算不能完成时，系统自动切换为基于规则的分区控制。在这种控制方式下，系统可以根据设定的电压、功率因数限值进行变电站级的局部无功、电压控制，保证系统的连续稳定运行。

4.2系统的控制流程及实现方法

4.2.1系统流程

系统开始运行时首先读取拓扑数据库，启动三个独立的线程一个用于保护信号的监视，当保护动作时闭锁对应的设备一个用于电压、功率因数的监视，产生优化控制方案，当越限时产生最优校正控制方案另一个用于执行控制方案。

每一个独立的监控母线的电压受考核为一个电压监控点，每个220kV变电所高压侧关口作为一个单独的功率因素监控点。控制方案的可行性是通过计算分析严格验证的，保证控制后消除越限或有更好的运行状态。可行方案中包括本变电站的控制方案，上级变电站的控制方案，同级变电站的控制方案，可以很好的解决不同监控点的协调控制如三圈变压器的控制，上、下级变电站的联合控制，同级变电站的协调控制等问题。

主要控制过程为循环监控，包括以下主要步骤：

（1）取实时数据并进行滤波。当有非电容器开关变位时重新进行拓扑分析生成监控点，并进行灵敏度扫描计算。

（2）运行时获取状态估计数据，进行拓扑分析产生监控点，并进行灵敏度扫描计算。

（3）控制时如果灵敏度扫描周期到，获取状态估计数据，进行网损、功率因数、电压的灵敏度扫描计算。

（4）根据扫描结果进行电压、功率因数、网损的设备操作灵敏度分析。

（5）根据灵敏度分析结果计算各个设备的综合指标，利用滤波后的实时量测进行监视，当有越限时进行方案的综合评估和排序，产生最优方案。在产生方案时考虑设备的各种制约因素及保护信号，如设备不可用则进行闭锁。

如果有最优控制方案，执行该方案，否则进行报警。

4.2.2系统的控制方案

（1）变电站母线电压的校正控制

对监控点的电压进行监视，当出现电压越限时，根据优化计算的结果产生校正控制方案，通过并联补偿设备的投切和变压器分接头的调整来保证监控点的电压在规定的运行区间内。

（2）关口功率因数的校正控制

对系统关口的功率因数进行监视，当超过给定的运行范围时，根据优化计算的结果选择投切某个并联补偿设备来控制功率因数，保证电压变化不大，网损增加最少或减少最多。

（3）网损的优化控制

在电压和功率因数都合格的情况下，通过对设备的电压、网损、关口功率因数的灵敏度分析和综合调整指标来选择控制设备。当网损减少小于控制死区值时不控制，根据典型日的负荷曲线预测设备投入或切除后至下一次切除或投入的时间，根据此计算优化电量，如果节约的费用大于设备的控制费和死区时才提出方案。对设备的控制保证电压合格，同时不引起电压的太大变化

4.2.3系统的安全控制

为保证控制的安全，采取了以下措施：实时监视变压器、电容器等控制设备的主保护信号，一旦有保护动作时立即闭锁该设备的控制，并进行报警。当设备的控制多次失败时，即闭锁对该设备的控制，并进行报警。对量测进行数字滤波，监视量测的质量，当主要监视量测出现质量问题时，即闭锁相关设备的控制，并进行报警。当状态估计合格率低于设定的限值时立即闭锁所有控制，并进行报警。对电压采用实时测量加计算偏移量的方式进行控制后的越限判断，保证与考核电压的一致。

参考文献：

[1]何俊峰.地区电网电压无功优化控制系统研究及框架设计[D].华中科技大学2005

[2]王巍.地区电网电压无功优化控制研究[D].内蒙古科技大学2012

[3]李婷婷.对地区电网电压无功控制方案的研究[D].华北电力大学（北京）2007

[4]张磊.地区电网电压无功优化控制的研究[D].山东大学2006