自动电压控制

电力系统

自动电压控制是现代电网的两大自动控制系统（AGC、AVC）之一，具有提高电网电压质量、降低网损、增加稳定储备和减轻调度值班人员劳动强度的功能，能够保证电网安全经济优质运行。自动电压控制是指对全网无功电压状态进行集中监视和分析计算，从全局的角度对广域分散的电网无功装置进行协调优化控制，它不仅可以实现对无功电压的自动调节，而且具有一定的优化功能，是保持系统电压稳定、提升电网电压品质和整个系统经济运行水平、提高无功电压管理水平的重要技术手段。

定义

自动电压控制是指对全网无功电压状态进行集中监视和分析计算，从全局的角度对广域分散的电网无功装置进行协调优化控制，它不仅可以实现对无功电压的自动调节，而且具有一定的优化功能，是保持系统电压稳定、提升电网电压品质和整个系统经济运行水平、提高无功电压管理水平的重要技术手段。

国内基本情况

国内对于系统范围无功电压自动控制的研究已经处于快速发展阶段，研究方向主要集中在无功电压优化控制算法、优化闭环控制、仿真分析和无功电压管理等方面。

较早以前，国内大部分在线运行的无功电压控制装置基本都是以就地无功电压控制为目标，其控制原理以九区图为基础，仅保证就地无功电压控制在上下范围内，可能会对主网的无功分布、电压水平产生不利影响。另外，这些装置也不具有网络联调功能，不能实现全网无功电压的优化控制。

福建、河南、江苏、安徽、辽宁和湖北等省网都已经实现无功电压的优化控制，每个系统都有其优缺点，例如普遍存在动态分区结果不实用、三级控制鲁棒性不高等问题，这些都是以后AVC研究中亟待解决的问题。即使这样，各省网AVC系统实践表明，AVC系统的推广应用确实有助于提高系统的电压质量及安全稳定运行水平，并降低网损，同时可减轻运行人员频繁调整无功的工作量。

构成

考虑到电网500kV/220kV系统无功电压管理的现状，从运行安全性与经济性着眼，需要实现分层与分区控制，AVC系统宜采用集散控制原理进行设计，以分布式控制为主，集中控制为辅，具体地说，主要由一个中心控制子系统和3类分散控制子系统组成，以及相关的通信系统和数据传输网络。

一个中心控制子系统

中心控制子系统为省调AVC系统。

3类分散控制子系统

3类分散子系统包括：

（1）地调AVC系统；

（2）变电站（主要为550kV变电站）的自动电压控制系统；

（3）发电厂的自动电压控制系统。

省调AVC系统以网损最小为优化目标，通过对220kV以上电网各节点电压和网络设备负责将优化目标发到各个控制子系统，各个控制子系统负责控制目标的实现，从而完成集中决策、多级协调、分层控制的过程。各级优化控制系统都是按照电网安全、优质、经济的调度原则进行设计的。系统由省调AVC主站系统和分布于各个地区、发电厂、500kV变电站的协调控制子系统组成，主站系统和子系统之间通过高速电力数据网络通信。

基本原理

AVC在正常运行情况下，通过数据采集和监视控制系统实时采集电网运行数据，在确保电网安全运行的前提下，以经济性为目标、安全性为约束，根据状态估计结果、从全局角度进行电压无功优化。并根据控制指令，通过远程终端对发电机无功、有载调压变压器分接头、可投切无功补偿装置、SVC、SVG等电压无功调节设备进行闭环调节，同时通过电力调度数据通信网与上、下级电网进行无功协调控制，实现全网无功功率分层分区就地平衡、提高电压质量、降低网损等目的。

完整地AVC系统主要由主站和子站两部分组成。对于省调而言，AVC主站安装在调度控制中心，周期性的进行全网优化计算，得出相应的控制指令，并将控制指令下发到各AVC子站。AVC子站安装在电厂和变电站，当其参与省调AVC主站的调节时，接收AVC主站下发的控制指令，并根据本厂站的实际情况，将指令分解到厂站内相应的无功设备，通过调节无功设备来响应AVC主站的指令。当其不参与省调AVC主站的调节时，即为就地运行状态，则跟踪运行方式部门事先设定的电压曲线，根据当前电压值与同时段电压曲线值得偏差，调节本厂站内的无功设备，使本厂站的电压值与相应时间段的电压曲线值吻合。对于地调而言，此时也可以看做是省调AVC主站的一个子站。通过设定省、地关口，选择合适的协调变量，进行省地电压无功协调控制，省调通过电力调度数据通信网向地调下发对各省地关口的无功功率需求，地调将当前关口的无功功率与省调要求的无功功率进行对比，并通过地调自身的AVC系统调节相应的无功设备，来补偿两者之间的无功功率偏差。

电力系统电压和无功功率控制的根本目的是提高电压质量、减小网损、保证系统运行的安全稳定裕度。AVC的作用就在于优化电网无功潮流分布，使电网趋于安全性和经济性最优的运行状态。AVC系统集经济性与安全性于一身，符合智能电网的发展趋势，实现了安全约束下的经济控制，减轻了调度人员的工作强度，是公认的电压和无功功率控制的最高形式。

主要控制环节

（1）由省调或地调EMS/SCADA系统从电网获得实时消息并转换为E数据；

（2）电压预防控制软件判断稳定裕度是否充足，若不充足，则调用预防控制模块进行调整；若充足，则进入优化控制模块；

（3）二级电压控制模块根据电网实时信息进行周期性计算，周期为5min，进行一次校正控制，无功优化模块的计算周期为15min，先调用二级电压控制模块（为算法提供一个好的初值，不进行控制），再以降低网损为目标进行优化控制；

（4）发电厂和500kV变电站的AVC控制点目标电压由省调EMS/SCADA系统直接下发到VQC装置，220kV变电站的AVC控制点目标电压由省调EMS/SCADA系统传送到地调AVC系统，地调AVC软件算得出方案，下发指令到就地VQC装置。

（5）发电厂子站系统根据下达的目标电压，依据设定的分配原则自动设定各机组的机端目标电压或无功值，由机组DCS系统或AVR装置自动完成电压的调整。

（6）变电站VQC装置根据下达的目标电压，自动控制变压器分接头的挡位或低压电容器/电抗器的投退，或接受上级指令，按指令对设备进行控制。

关键技术

AVC系统的关键技术和难点在于包括实时数据的准确性、安全监测指标的计算、实时无功电压优化方法、动态电压分区、中枢节点的选择、控制策略的协调（由省网级完成，包括时间上的协调）、区域内控制策略的优化、静态电压预防控制，以及模态分析、基于连续潮流的负荷裕度指标计算方法、故障筛选和排序方法等。其中最关键的技术为实时无功优化方法和静态电压控制。

电力系统

电力系统的负荷是经常变化的，有的是有规律性的，如随着工厂的上班负荷会增加；有的是随机的，如某条输电线突然跳闸。负荷发生变化后，系统的频率将随之变化。为了维持系统的频率，就需要进行调节，使频率恢复到原先的水平，也就是期望的水平，当然允许一定的误差。这个误差随系统规模的大小而变。一般来说，大系统允许的误差要小些，如0．1Hz，小系统允许的误差大些。严格地说，负荷发生变化后，不仅频率受到影响，电压也受到影响。因此，有功功率的控制与无功功率的控制是有联系的。但相应的系统灵敏性分析表明：

(1)有功功率的不平衡主要影响系统频率，基本上不影响系统母线电压。

(2)无功功率的不平衡主要影响系统母线电压，基本上不影响系统频率。　因此，通常将有功功率控制与无功功率控制分成两个相对独立的问题来处理。这种分割在分析系统小波动时是合适的，如果系统发生大波动，频率和电压偏差都比较大，相互独立的假设就不再成立。电力系统的自动发电控制不涉及系统大波动情况，届时，它将自动退出控制。因此，我们只研究小波动时的情况，可以将自动发电控制与自动电压控制分别单独处理。现在，我们深人地分析系统负荷发生变化以后的情况。

一旦某条输电线跳闸或突然有一批负荷增加到系统中，出力与负荷的不平衡首先由系统的惯性存储的能量来补偿，这导致系统频率的下降。系统频率下降后，一些负荷(如电动机负荷)也会随之下降，因此，新的平衡有可能在较低的新频率下达到。如果不平衡值不大的话，此效果能阻止系统频率的下降，通常这在不到2s的时间内完成。如果出力与负荷的不平衡值比较大，导致频率偏差超过了机组调速器的死区，调速器将动作，增加机组的出力以减小系统频率的偏差，我们通常称之为一次性调节。调速器的动作和负荷因频率下降而减少，补偿了出力与负荷的不平衡，就可能达到新的平衡。这种新平衡通常在10s左右时间完成。

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