华东电网自动电压控制系统网省协调控制方案研究

牟善科，秦 莹

（1.华东电网有限公司，上海 200120；2.华东电力设计院，上海 200001）

0 引言

随着特高压电网的建设，电网结构和运行特性日益复杂，对电网安全稳定控制能力的要求也越来越高。为保证各级电网的电压稳定，自动电压控制（AVC）系统已在网省调中普遍应用，且达到了提高电压质量、降低系统网损和提高电压稳定水平的效果。

目前，华东网调AVC系统对江苏、浙江、安徽、上海省（市）内500 k V变电站的低压电容器、电抗器采用直控方式。但在目前大运行的调度管理方式下，华东区域内500 k V变电站已由各省调进行运维管理。因此，华东AVC主站直接向变电站下发开关遥控指令的方式已不再适用，需研究新的500 k V变电站无功电压网省协调控制方案，实现网省调各自管理的电网之间的最优无功电压控制，以对具备一定条件的电网调度中心提供参考借鉴作用。

1 网省AVC协调控制原则

华东网调AVC系统与江苏、浙江、安徽、上海各省（市）调AVC系统的综合协调控制方案基于500 k V主变低压侧无功直控，500 k V主变中压侧无功协调的原则，即500 k V主变低压侧的无功设备由网调AVC系统直控，500 k V主变中压侧的无功作为网省协调控制的对象（见图1）。

500 k V主变低压侧无功直控模式是为适应大运行调度管理方式，华东网调通过省调AVC系统对500 k V变电站实施分布式控制，保证网调对500 k V母线电压的控制能力。500 k V主变中压侧无功协调模式体现了网调和省调之间“双向互动”的上下级协调控制方式，与以往仅强调省调对网调的追随方式不同。协调控制的目标为：合理充分运用网、省调各自的无功调节资源，在电压合格的基础上达到电压等级间无功的合理分布，降低网损。

2 主变低压侧无功直控方案

2.1 方案说明

华东区域（除福建省外）500 k V变电站主变低压侧无功设备由华东AVC主站直控，可采用网－省二级协同的分布式控制模式，在江苏、浙江、安徽、上海各省（市）调AVC系统中建设500 k V变电站控制的策略执行子站模块（以下简称省调子站模块），通过主站下发控制指令、子站执行指令并直控开关的方式，实现华东网调对500 k V低压侧无功设备直接、有效的控制。对于福建电网，不存在华东网调直控其低压无功设备的情况。

网－省二级协同的分布式控制流程如下：

1）子站模块上传无功设备信息 省调子站模块根据电网拓扑结构、无功设备运行状态等，实时计算500 k V主变低压侧的可增减无功容量，并上传至网调AVC主站。

2）主站优化计算并下发指令 网调主站进行优化计算，并根据计算结果向省调子站模块发送每台500 k V主变低压侧的无功调节指令。

3）子站模块遥控投切无功设备 省调子站模块按照无功调节指令，选择主变低压侧可控制的无功设备进行遥控投切。

2.2 网调AVC主站功能

对于网－省二级协同的分布式控制模式，华东网调AVC主站应具备的功能包括：

1）实时数据采集 采集数据包括500 k V变电站无功设备控制状态和主变低压侧可增加无功容量等，采集周期不大于30 s。

2）控制策略计算 在保证主变高、中、低三侧母线电压合格的基础上，追随全局无功优化给出的500 k V母线电压优化设定值，进行策略计算，考虑并列运行的多台主变的低压侧无功均衡，优化选择投切容量。

3）厂站协调控制 控制执行时应考虑离散调节设备和连续调节设备的动作时序要求，相互协作，避免过调或欠调，避免出现电厂和变电站之间不合理的无功流动。

4）站站协调控制 主要实现自动控制的500 k V变电站和未参与自动控制的变电站之间的控制配合，以及自动控制的500 k V变电站之间的电压协调控制。协调局部区域变电站设备的时序控制。

5）控制指令下发 通过遥调设点方式，给出主变低压侧的无功变化值。

6）统计分析功能 自动统计500 k V变电站闭环控制的投运率和闭环控制的成功率。

2.3 省调AVC子站模块功能

对于网－省二级协同的分布式控制模式，省调AVC子站模块应具备的功能包括：

1）集成于AVC系统 500 k V变电站控制子站模块应集成于省调AVC应用中，在省调AVC应用中建立500 k V变电站的控制模型，在省调AVC应用中统一监控。

2）变电站信息采集 子站模块应采集变电站相关的遥测遥信信息，包括电容／抗器开关刀闸信号、电容／抗器及主变分接头的远方／就地控制信号等。

3）控制参数设置 具备从平台数据库中自动同步所需参数的功能。可设置的参数包括设备最大操作次数、设备日平均操作最大次数、设备操作间隔时间、操作失败允许重试次数等。

4）变电站运行监控 实时监视各500 k V变电站的远方／就地状态、主变三侧母线电压、低压无功设备运行状态、有载分接头装置状态等，能够对选定的电容／电抗器设备和有载分接头设备进行通道测试，下发控制命令。

5）可调容量计算 综合考虑设备当前运行状况，排除由于各种约束条件闭锁不能参与控制的设备，计算和统计主变低压侧可增减无功容量。

6）控制信息上传 根据网调主站要求，通过遥信、遥测方式，上传变电站采集信息和可增减无功容量计算结果。

7）控制指令执行 执行网调AVC下发的无功调节指令，同时综合考虑设备的动作情况，选择控制对象，生成控制策略。

8）统计分析功能 以曲线形式显示控制设备动作前后相关设备的运行状态，自动统计给定时间周期电容／电抗器的投入率、控制成功率，以及主变分接头的控制成功率。

3 主变中压侧无功协调方案

3.1 方案说明

华东区域（除福建省外）各省（市）调控制电网与华东网调的调度边界位于500 k V主变中压侧，协调控制方案将保持网调和省调现有建模范围和调度分工，采用主变中压侧母线电压和关口无功作为协调变量，通过在网调AVC系统中建立网省协调模块，实时交换双向约束，在上下级电网间实现互动协调控制，如图2所示。

图2 网省双向互动协调控制模式图

对于福建省电网，可采用500 k V枢纽变电站的500 k V侧母线电压和500 k V省际联络线关口无功作为协调变量，实现方案上可将网省协调的母线电压范围从边界的500 k V母线扩大为边界“近区”的500 k V母线，即协调的500 k V母线从边界向省网内部推进1～2层。

网省双向互动协调控制流程如下：

1）网、省AVC系统将各自电网的运行状态发送至协调模块。

2）协调模块融合各电网运行状态数据，进行协调策略计算，并可将计算结果发送给各AVC系统。

3）网、省AVC系统接收并执行协调模块生成的协调策略。

3.2 网调AVC系统控制要求

对于网省协调控制模式，网调AVC系统（不包含网省协调模块）控制要求如下：

1）提出网调调节能力 计算华东网调侧对关口电压的调节能力，提供至协调模块。

2）提出网调运行约束 计算华东网调侧对关口无功的优化值以及对应的范围，提供至协调模块。

3）执行网省协调策略 执行协调模块产生的关口电压协调策略，并根据关口母线电压约束进行网调电网电压无功控制策略的计算。

3.3 省调AVC系统控制要求

对于网省协调控制模式，省调AVC系统控制要求如下：

1）提出省调调节能力 计算省调侧控制设备对关口无功的调节能力，并上传至网调侧协调模块。

2）提出省调运行约束 计算省调侧对关口电压的允许调节范围，并上传至网调侧协调模块。

3）执行网省协调策略 将协调模块下发的协调控制约束引入无功电压控制模型，实现与省调AVC的协调控制。

3.4 网省协调模块控制要求

1）生成网省协调约束集 根据关口运行状态信息生成协调约束集，包括网调、省调两个方向。协调约束集同时作为相应的协调控制策略下发，其中向网调AVC系统发送关口电压约束条件，向省调AVC系统发送关口无功约束条件。

2）提出网省协调控制目标 综合考虑网、省无功调节手段和网、省运行电压约束条件，计算出无功电压优化目标。

3）生成网省协调控制策略 以优化协调目标为调节控制方向，基于网省双向协调约束，生成网省协调策略。

4 网省AVC系统数据通信

网省AVC协调控制过程中，因网省调AVC系统均为基于调度中心智能电网调度技术支持系统（D5000）平台上的应用，因此网省调AVC系统间的数据交互均通过D5000基础平台提供的数据转发通信接口，信息基本流向见图3。

图3 网省AVC系统数据流向图

网省AVC系统数据交互通信流程如下：

1）省调D5000平台实时数据库服务器将网省AVC控制协调所需的相关数据通过调度数据网上传至华东网调。

2）网调AVC系统从网调D5000平台实时数据库读取省调上送的信息，计算500 k V主变低压侧无功控制策略和主变中压侧无功协调策略，并将计算结果通过D5000平台通信接口，经调度数据网发送至省调。

3）省调AVC系统从省调D5000平台实时数据库读取网调AVC下发的500 k V主变低压侧无功的控制指令，转化为低压无功设备的投切遥控指令并下发执行；读取主变中压侧无功的协调指令，作为省调AVC进行自动电压控制的约束条件。

5 结语

本文提出的AVC系统网省协调方案是在网、省调AVC系统均已建设完成，且AVC控制策略算法成熟应用的基础上提出的，对于具备上述条件的电网调度中心，可以作为工程参考。采用“500 k V主变低压侧无功直控，500 k V主变中压侧无功协调”的方案，既可以保证网调AVC对500 k V主变低压无功设备的直接控制，加强网调对500 k V电网的电压控制能力；也可以兼顾500 k V电网和220 k V电网之间无功的合理流动，实现多电压等级的全局无功优化。

［1］ 秦莹.华东电网自动无功电压（AVC）系统适用特高压运行的改造初步设计［R］.中国电力工程顾问集团华东电力设计院，2013.

［2］ 赵美莲，赖业宁，董爱芹.福建电网自动电压控制系统技术实现探讨［J］.江苏电机工程，2011，30（4）：5-7.

［3］ 伍期刚，翟海保.大运行模式下无功电压自动控制（AVC）系统的探讨［J］.华东电力，2011，39（1）：103-105.