1、电网自动电压控制AVC 第一局部 AVC根本原理 第二局部 AVC解决方案 第三局部 AVC省地协调 1 储能元件：电容器/电抗器 2 电磁能量转换：电动机 3 无功本身不产生能量消耗，但传输过程中引起有功/无功损耗 4 无功“无用之功，无功优化目的是减少无功传输，而不是减少无功注入 电力系统无功功率概念 有功/无功/力率关系 1 无功电源负荷损耗 2 电压表征无功平衡水平相对地，频率表征有功平衡水平 3 无功不能远距离传输，最好各节点分散自治平衡 电力系统无功平衡 1 发电机组无功出力：调节励磁，进相/迟相 2 分散的补偿装置：电容/电抗器 3 静止无功补偿器、调相机 4 输电线路充电无功
2、电力系统无功电源 1 感应电动机，约占65%2 变压器损耗，约占20%3 其他，约占15%4 线路在重负荷时吸收无功电抗消耗无功大于充电无功，轻负荷时输出无功电抗消耗无功小于充电无功 电力系统无功负荷 1 调整发电机无功出力 2 投切电容器 3 投切电抗器 4 调整主变分接头(改变无功分布而不输出无功)5 其他 电力系统无功电压调节手段 传统电压无功管理与控制方式 人工分散控制，经验调节，典型方式如下：人工分散控制，经验调节，典型方式如下：1 1、每季度对发电厂高压母线和变电站高压母线下达电压曲线、每季度对发电厂高压母线和变电站高压母线下达电压曲线和功率因数要求；和功率因数要求；2 2、运行人
3、员严密监视电压，必要时手动调整无功设备以满足、运行人员严密监视电压，必要时手动调整无功设备以满足电压在合格范围；电压在合格范围；3 3、对电压合格率达不到要求的电厂和供电公司罚一定数量的、对电压合格率达不到要求的电厂和供电公司罚一定数量的电量。电量。传统电压无功管理与控制困难 1 1、静态下达的电压曲线将不能适应日益复杂的动态潮流分布、静态下达的电压曲线将不能适应日益复杂的动态潮流分布 2 2、较难保证发电机组平安稳定水平所需的较好的电压水平、较难保证发电机组平安稳定水平所需的较好的电压水平 3 3、无功和电压的就地分散控制不能满足保持系统足够的动、无功和电压的就地分散控制不能满足保持系统足够
4、的动 态无功储藏的要求态无功储藏的要求 4 4、无功电压的就地分散控制难以到达全网优化的目标、无功电压的就地分散控制难以到达全网优化的目标 5 5、无功电压控制调整的劳动强度大、无功电压控制调整的劳动强度大 人工控制特殊难点 1 1、电厂之间无功协调困难；电厂之间无功协调困难；2 2、厂站只注重母线电压控制厂站只注重母线电压控制，无功窜动大；无功窜动大；3 3、电容器投切电容器投切早投晚切早投晚切不能和电网实际合理协调不能和电网实际合理协调。AVC开展路线图 法国分区分级控制 全网离线分析OPF 在线在线 离线离线 变电站VQC 基于九区图 国内:AVC方兴未艾 德国基于OPF 1990 20
5、01 地调AVC 省调AVC AGC 变电站VQC 基于九区图的变电站基于九区图的变电站VQC装置及其软件装置及其软件 优点：优点：原理明晰简单原理明晰简单 可靠性较高可靠性较高 缺乏：缺乏：只能控制单个厂站只能控制单个厂站 全网协调性差全网协调性差 123465789QUUmaxUminQmaxQminQ：变压器高压侧无功功率U：变压器低压侧母线电压国外AVC现状与开展 以法国为代表的分区分级以法国为代表的分区分级三级三级控制控制 全局优化控制全局优化控制 区域电压 控制器1 SVC-1 电力设备 的自动控 制装置 区域电压 控制器i SVC-i 区域电压 控制器n SVC-n 电力设备 的
6、自动控 制装置 电力设备 的自动控 制装置 Vref Vref 一级 控制 二级 控制 三级 控制 优点：优点：符合无功电压的区域性和分符合无功电压的区域性和分散性散性 根本符合国内网根本符合国内网-省省-地地-县调县调的分级分区调度体系的分级分区调度体系 缺乏：缺乏：硬的“物理分区硬的“物理分区 可能与可能与软的“电气分区软的“电气分区 不一致不一致 仅考虑发电机，未考虑负荷仅考虑发电机，未考虑负荷侧侧OLTC及电容器配合及电容器配合 三级控制三级控制OPF的可用性不强的可用性不强 国内AVC系统开展特点 自底向上，由变电站自底向上，由变电站地调地调省调省调 随着自动化通信技术开展，经历了一
7、个单站、随着自动化通信技术开展，经历了一个单站、区域、全网的开展过程，也是一个简单到复杂区域、全网的开展过程，也是一个简单到复杂的过程的过程 国内电网AVC现状 国内AVC系统理论研究上跟踪国外最新进展，技术水平与国际先进保持同步。但是必须清醒地认识到，与国外较为成熟的AVC系统相比，我国全网AVC闭环控制工程应用仍然处于起步阶段，应更加注重提高实用性，使先进算法研究与具体工程实际相结合，提高应用水平，取得类似AGC闭环控制的良好实际运行效果。三级电压控制模式三级电压控制模式 “软软三级电压控制模式三级电压控制模式 两级电压控制模式两级电压控制模式 电压控制模式 二二 级级 控控 制制 变电站
8、变电站 监控系统监控系统 跟踪跟踪i i分区中分区中枢母线电压枢母线电压 一级控制一级控制 电压无功优化电压无功优化 跟踪跟踪j j分区中分区中枢母线电压枢母线电压 三三 级级 控控 制制 AVCAVC主站主站 分钟级分钟级 秒级秒级 小时级小时级 电厂电厂 AVCAVC装置装置 电厂电厂 AVCAVC装置装置 变电站变电站 监控系统监控系统 二级电压二级电压控制器控制器 二级电压二级电压控制器控制器 三级电压控制模式 计算机硬件水平 通讯条件 量测质量 状态估计算法 电压无功优化算法 历史的产物历史的产物!三级电压控制模式诞生的背景 二二 级级 控控 制制 变电站变电站 监控系统监控系统 跟
9、踪跟踪i i分区中分区中枢母线电压枢母线电压 地调地调 AVCAVC系统系统 一级控制一级控制 电压无功优化电压无功优化 跟踪跟踪j j分区中分区中枢母线电压枢母线电压 三三 级级 控控 制制 省调省调AVCAVC主站主站 分钟级分钟级 秒级秒级 小时级小时级 电厂电厂 AVCAVC装置装置 变电站变电站 监控系统监控系统 “软三级电压控制模式 对三级电压控制模式进行改进，将硬分区改为软分区。三级控制为二级控制提供中枢母线电压定值。二级控制采用二次规划模型跟踪中枢母线电压定值。目的：削弱对状态估计及无功优化算法的依赖性。由分区算法辅助进行软分区。“软三级控制模式的根本思路 三级优化目标与二级控
10、制目标不一致，导致优化结果经二级控制执行时发生偏移，经济性差。三级优化的周期长，需对电压带宽进行较大压缩方有可能使中枢母线电压定值维持长期有效性。中枢点一般应位于分区中心或附近，但容易越限的点那么一般位于电网的末梢，维持中枢点电压根本不变即可维持电网的电压品质是让人疑心的。在100%时间里采用妥协的控制方法。“软三级控制模式存在的主要问题 二二 级级 控控 制制 机组机组 励磁系统励磁系统 电容器电容器 电抗器电抗器 主变分接头主变分接头 变电站变电站 监控系统监控系统 电厂电厂 AVCAVC装置装置 电压无功优化电压无功优化 一级控制一级控制 省调省调AVCAVC主站主站 分钟级分钟级 秒级
11、秒级 地调地调AVCAVC系统系统 电容器电容器 电抗器电抗器 主变分接头主变分接头 变电站变电站 监控系统监控系统 遥控遥控 遥调指令遥调指令 遥控遥控 遥调指令遥调指令 高压母线高压母线电压定值电压定值 无功范围无功范围 两级电压控制模式 以较短的周期(分钟级)启动电压无功优化计算，使优化结果能够真实反映电网的电压无功运行状况。缺点：对状态估计及电压无功优化算法的计算性能及可靠性提出了更高的要求。优化结果直接下发至相关厂站实施闭环控制，保证控制精度高、电压品质优、经济性好。两级电压控制模式的根本思路 第一局部 AVC根本原理 第二局部 AVC解决方案 第三局部 AVC省地协调 具体目标包括
12、：具体目标包括：提高电压合格率；提高电压合格率；保证适当的电压稳定水平；保证适当的电压稳定水平；防止离散设备频繁调节；防止离散设备频繁调节；保证控制的平稳性；保证控制的平稳性；降低电能损耗降低电能损耗。实时监视电网的电压无功运行状况，给出电压无功调整策略,通过闭环控制使电网尽可能地运行在最优无功运行状态或附近。AVC控制目标 电压无功特性提高电压节能效益 提 高 电 压（）1 2 3 4 5 6 降 低 网 损（）2 3.8 5.7 7.5 9.3 11.2 高压输电原理高压输电原理 电压无功特性功率因数补偿节能效益 补偿前功率因数 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9
13、 补偿后功率因数 0.95 降低网损（）60 53 46 38 29 20 10 功率因数补偿在传输环节表现就是无功传输减少功率因数补偿在传输环节表现就是无功传输减少 AGC启发AVC与AGC比较 区域自适应变化，无功在尽量小区域平衡 分区固定，有功分区平衡 区域平衡 必须考虑无功网络传输路径，减少支路无功可以降低网损 控制联络线无功，尽量减少无功传输 确保电压质量V 自动电压控制AVC 不考虑有功网络传输过程，网损或发电费用优化须与EDC结合 控制联络线有功，使有功在方案值内 确保频率质量f 自动发电控制AGC 经济性目标 控制目标2 控制目标1 500kV及以上及以上变电站变电站 地调地调
14、AVC主站主站 110kV变电站变电站 省调省调AVC主站主站 220kV变电站变电站 220kV电厂电厂 AVC系统总体结构系统总体结构 地区电网AVC系统电网结构特点 220kV220kV变电站及以下网络变电站及以下网络110/35kV110/35kV为辐射状运行，运为辐射状运行，运行结构相对简单行结构相对简单 地区电网AVC系统电网的分层分区 分区：以分区：以220kV220kV主变为枢纽点进行，分为独立的片主变为枢纽点进行，分为独立的片网网 分层：分层：220kV220kV主变高压侧、主变高压侧、110kV110kV及及10kV10kV网络网络 各片网电气耦合弱，地区电网全网控制转换为
15、分各片网电气耦合弱，地区电网全网控制转换为分片区控制片区控制 控制变量为电容电抗器、有载主变分头控制变量为电容电抗器、有载主变分头 地区电网220kV及以上网络无功电压：省调管辖、地调维护 地调可观测但不可控制 控制变量为发电机 应由省调AVC进行分析控制 地区电网AVC系统220kV网络控制 1、数据传输实时性和可靠性 2、使用方便、维护本钱最小化 3、运行模式灵活性 4、控制软件设计与运行工程经验 5、系统配置冗余性 6、平安策略完备性 7、运行管理方便性 地区电网AVC系统设计实现原那么 地区电网AVC系统系统主要功能 全网电压优化调节；全网无功优化控制；控制全网关口力率；全网控制自动协
16、调；省地调AVC协调控制；优化动作次数；运行平安措施；维护方便，操作简单,全面的历史查询；全网无功普查，根据分析及统计确定无功补偿点。地区电网AVC系统控制模型 目标函数：网损最小目标函数：网损最小 约束条件：电压合格，关口功率因数约束条件：电压合格，关口功率因数无功无功合格合格 控制变量：离散型电容器及控制变量：离散型电容器及OLTC OLTC 极值点：极值点：Q Q0 0，U U靠近上限靠近上限 将电压运行区划分为平安区将电压运行区划分为平安区、预警区及警戒区；预警区及警戒区；在目标函数中对预警区及警戒区加以惩罚在目标函数中对预警区及警戒区加以惩罚。将电压约束处理为将电压约束处理为“软软约束；约束；VVcVcVVfVAVC系统工程中电压限值的实用化处理 离散量一天内有操作次数限制，两次调节之间有时间间隔限制。负荷趋势 电压趋势 调节手段 降 升 切电容、投电抗、降档位 升 降 切电抗、投电容、升档位 AVC系统工程中离散量的控制 AVC控制遵循小步多走的原那么，以保证控制的平稳性。对于每一个控制周期：电厂高压母线电压调幅不超过一定范围(2kV)每个厂站最多调整一组补偿设备 任一主变
