自動電壓控制

自動電壓控制是現代電網的兩大自動控制系統（AGC、AVC）之一，具有提高電網電壓質量、降低網損、增加穩定儲備和減輕調度值班人員勞動強度的功能，能夠保證電網安全經濟優質運行。自動電壓控制是指對全網無功電壓狀態進行集中監視和分析計算，從全局的角度對廣域分散的電網無功裝置進行協調最佳化控制，它不僅可以實現對無功電壓的自動調節，而且具有一定的最佳化功能，是保持系統電壓穩定、提升電網電壓品質和整個系統經濟運行水平、提高無功電壓管理水平的重要技術手段。

基本介紹

• 中文名：自動電壓控制
• 外文名：Automatic Voltage Control
• 簡稱：AVC 
• 設計原理：集散控制原理
• 作用：有最佳化功能，保持系統電壓穩定
• 目的：實現對無功電壓的自動調節

定義

自動電壓控制是指對全網無功電壓狀態進行集中監視和分析計算，從全局的角度對廣域分散的電網無功裝置進行協調最佳化控制，它不僅可以實現對無功電壓的自動調節，而且具有一定的最佳化功能，是保持系統電壓穩定、提升電網電壓品質和整個系統經濟運行水平、提高無功電壓管理水平的重要技術手段。

國內基本情況

國內對於系統範圍無功電壓自動控制的研究已經處於快速發展階段，研究方向主要集中在無功電壓最佳化控制算法、最佳化閉環控制、仿真分析和無功電壓管理等方面。

較早以前，國內大部分線上運行的無功電壓控制裝置基本都是以就地無功電壓控制為目標，其控制原理以九區圖為基礎，僅保證就地無功電壓控制在上下範圍內，可能會對主網的無功分布、電壓水平產生不利影響。另外，這些裝置也不具有網路聯調功能，不能實現全網無功電壓的最佳化控制。

目前，福建、河南、江蘇、安徽、遼寧和湖北等省網都已經實現無功電壓的最佳化控制，每個系統都有其優缺點，例如普遍存在動態分區結果不實用、三級控制魯棒性不高等問題，這些都是以後AVC研究中亟待解決的問題。即使這樣，各省網AVC系統實踐表明，AVC系統的推廣套用確實有助於提高系統的電壓質量及安全穩定運行水平，並降低網損，同時可減輕運行人員頻繁調整無功的工作量。

構成

考慮到電網500kV/220kV系統無功電壓管理的現狀，從運行安全性與經濟性著眼，需要實現分層與分區控制，AVC系統宜採用集散控制原理進行設計，以分散式控制為主，集中控制為輔，具體地說，主要由一個中心控制子系統和3類分散控制子系統組成，以及相關的通信系統和數據傳輸網路。

一個中心控制子系統

中心控制子系統為省調AVC系統。

3類分散控制子系統

3類分散子系統包括：

（1）地調AVC系統；

（2）變電站（主要為550kV變電站）的自動電壓控制系統；

（3）發電廠的自動電壓控制系統。

省調AVC系統以網損最小為最佳化目標，通過對220kV以上電網各節點電壓和網路設備負責將最佳化目標發到各個控制子系統，各個控制子系統負責控制目標的實現，從而完成集中決策、多級協調、分層控制的過程。各級最佳化控制系統都是按照電網安全、優質、經濟的調度原則進行設計的。系統由省調AVC主站系統和分布於各個地區、發電廠、500kV變電站的協調控制子系統組成，主站系統和子系統之間通過高速電力數據網路通信。

基本原理

AVC在正常運行情況下，通過數據採集和監視控制系統實時採集電網運行數據，在確保電網安全運行的前提下，以經濟性為目標、安全性為約束，根據狀態估計結果、從全局角度進行電壓無功最佳化。並根據控制指令，通過遠程終端對發電機無功、有載調壓變壓器分接頭、可投切無功補償裝置、SVC、SVG等電壓無功調節設備進行閉環調節，同時通過電力調度數據通信網與上、下級電網進行無功協調控制，實現全網無功功率分層分區就地平衡、提高電壓質量、降低網損等目的。

完整地AVC系統主要由主站和子站兩部分組成。對於省調而言，AVC主站安裝在調度控制中心，周期性的進行全網最佳化計算，得出相應的控制指令，並將控制指令下發到各AVC子站。AVC子站安裝在電廠和變電站，當其參與省調AVC主站的調節時，接收AVC主站下發的控制指令，並根據本廠站的實際情況，將指令分解到廠站內相應的無功設備，通過調節無功設備來回響AVC主站的指令。當其不參與省調AVC主站的調節時，即為就地運行狀態，則跟蹤運行方式部門事先設定的電壓曲線，根據當前電壓值與同時段電壓曲線值得偏差，調節本廠站內的無功設備，使本廠站的電壓值與相應時間段的電壓曲線值吻合。對於地調而言，此時也可以看做是省調AVC主站的一個子站。通過設定省、地關口，選擇合適的協調變數，進行省地電壓無功協調控制，省調通過電力調度數據通信網向地調下發對各省地關口的無功功率需求，地調將當前關口的無功功率與省調要求的無功功率進行對比，並通過地調自身的AVC系統調節相應的無功設備，來補償兩者之間的無功功率偏差。

電力系統電壓和無功功率控制的根本目的是提高電壓質量、減小網損、保證系統運行的安全穩定裕度。AVC的作用就在於最佳化電網無功潮流分布，使電網趨於安全性和經濟性最優的運行狀態。AVC系統集經濟性與安全性於一身，符合智慧型電網的發展趨勢，實現了安全約束下的經濟控制，減輕了調度人員的工作強度，是目前公認的電壓和無功功率控制的最高形式。

主要控制環節

（1）由省調或地調EMS/SCADA系統從電網獲得實時訊息並轉換為E數據；

（2）電壓預防控制軟體判斷穩定裕度是否充足，若不充足，則調用預防控制模組進行調整；若充足，則進入最佳化控制模組；

（3）二級電壓控制模組根據電網實時信息進行周期性計算，周期為5min，進行一次校正控制，無功最佳化模組的計算周期為15min，先調用二級電壓控制模組（為算法提供一個好的初值，不進行控制），再以降低網損為目標進行最佳化控制；

（4）發電廠和500kV變電站的AVC控制點目標電壓由省調EMS/SCADA系統直接下發到VQC裝置，220kV變電站的AVC控制點目標電壓由省調EMS/SCADA系統傳送到地調AVC系統，地調AVC軟體算得出方案，下發指令到就地VQC裝置。

（5）發電廠子站系統根據下達的目標電壓，依據設定的分配原則自動設定各機組的機端目標電壓或無功值，由機組DCS系統或AVR裝置自動完成電壓的調整。

（6）變電站VQC裝置根據下達的目標電壓，自動控制變壓器分接頭的擋位或低壓電容器/電抗器的投退，或接受上級指令，按指令對設備進行控制。

關鍵技術

AVC系統的關鍵技術和難點在於包括實時數據的準確性、安全監測指標的計算、實時無功電壓最佳化方法、動態電壓分區、中樞節點的選擇、控制策略的協調（由省網級完成，包括時間上的協調）、區域內控制策略的最佳化、靜態電壓預防控制，以及模態分析、基於連續潮流的負荷裕度指標計算方法、故障篩選和排序方法等。其中最關鍵的技術為實時無功最佳化方法和靜態電壓控制。

電力系統

電力系統的負荷是經常變化的，有的是有規律性的，如隨著工廠的上班負荷會增加；有的是隨機的，如某條輸電線突然跳閘。負荷發生變化後，系統的頻率將隨之變化。為了維持系統的頻率，就需要進行調節，使頻率恢復到原先的水平，也就是期望的水平，當然允許一定的誤差。這個誤差隨系統規模的大小而變。一般來說，大系統允許的誤差要小些，如0．1Hz，小系統允許的誤差大些。嚴格地說，負荷發生變化後，不僅頻率受到影響，電壓也受到影響。因此，有功功率的控制與無功功率的控制是有聯繫的。但相應的系統靈敏性分析表明：

(1)有功功率的不平衡主要影響系統頻率，基本上不影響系統母線電壓。
(2)無功功率的不平衡主要影響系統母線電壓，基本上不影響系統頻率。　因此，通常將有功功率控制與無功功率控制分成兩個相對獨立的問題來處理。這種分割在分析系統小波動時是合適的，如果系統發生大波動，頻率和電壓偏差都比較大，相互獨立的假設就不再成立。電力系統的自動發電控制不涉及系統大波動情況，屆時，它將自動退出控制。因此，我們只研究小波動時的情況，可以將自動發電控制與自動電壓控制分別單獨處理。現在，我們深人地分析系統負荷發生變化以後的情況。

一旦某條輸電線跳閘或突然有一批負荷增加到系統中，出力與負荷的不平衡首先由系統的慣性存儲的能量來補償，這導致系統頻率的下降。系統頻率下降後，一些負荷(如電動機負荷)也會隨之下降，因此，新的平衡有可能在較低的新頻率下達到。如果不平衡值不大的話，此效果能阻止系統頻率的下降，通常這在不到2s的時間內完成。如果出力與負荷的不平衡值比較大，導致頻率偏差超過了機組調速器的死區，調速器將動作，增加機組的出力以減小系統頻率的偏差，我們通常稱之為一次性調節。調速器的動作和負荷因頻率下降而減少，補償了出力與負荷的不平衡，就可能達到新的平衡。這種新平衡通常在10s左右時間完成。