1、電網(wǎng)自動電壓控制（AVC）,第一部分 AVC基本原理 第二部分 AVC解決方案 第三部分 AVC省地協(xié)調(diào),1 儲能元件：電容器/電抗器 2 電磁能量轉(zhuǎn)換：電動機 3 無功本身不產(chǎn)生能量消耗，但傳輸過程中引起有功/無功損耗 4 無功“無用之功”，無功優(yōu)化目的是減少無功傳輸，而不是減少無功注入,電力系統(tǒng)無功功率概念,有功/無功/力率關(guān)系,1 無功電源負(fù)荷損耗 2 電壓表征無功平衡水平（相對地，頻率表征有功平衡水平） 3 無功不能遠(yuǎn)距離傳輸，最好各節(jié)點分散自治平衡,電力系統(tǒng)無功平衡,1 發(fā)電機組無功出力：調(diào)節(jié)勵磁，進相/遲相 2 分散的補償裝置：電容/電抗器 3 靜止無功補償器、調(diào)相機 4 輸電線路

2、充電無功,電力系統(tǒng)無功電源,1 感應(yīng)電動機，約占65% 2 變壓器損耗，約占20% 3 其他，約占15% 4 線路在重負(fù)荷時吸收無功（電抗消耗無功大于充電無功），輕負(fù)荷時輸出無功（電抗消耗無功小于充電無功）,電力系統(tǒng)無功負(fù)荷,1 調(diào)整發(fā)電機無功出力 2 投切電容器 3 投切電抗器 4 調(diào)整主變分接頭(改變無功分布而不輸出無功) 5 其他,電力系統(tǒng)無功電壓調(diào)節(jié)手段,傳統(tǒng)電壓無功管理與控制方式,人工分散控制，經(jīng)驗調(diào)節(jié)，典型方式如下： 1、每季度對發(fā)電廠高壓母線和變電站高壓母線下達(dá)電壓曲線和功率因數(shù)要求； 2、運行人員嚴(yán)密監(jiān)視電壓，必要時手動調(diào)整無功設(shè)備以滿足電壓在合格范圍； 3、對電壓合格率達(dá)不到

3、要求的電廠和供電公司罰一定數(shù)量的電量。,傳統(tǒng)電壓無功管理與控制困難,1、靜態(tài)下達(dá)的電壓曲線將不能適應(yīng)日益復(fù)雜的動態(tài)潮流分布 2、較難保證發(fā)電機組安全穩(wěn)定水平所需的較好的電壓水平 3、無功和電壓的就地分散控制不能滿足保持系統(tǒng)足夠的動 態(tài)無功儲備的要求 4、無功電壓的就地分散控制難以達(dá)到全網(wǎng)優(yōu)化的目標(biāo) 5、無功電壓控制調(diào)整的勞動強度大,人工控制特殊難點,1、電廠之間無功協(xié)調(diào)困難； 2、廠站只注重母線電壓控制，無功竄動大； 3、電容器投切（早投晚切）不能和電網(wǎng)實際合理協(xié)調(diào)。,AVC發(fā)展路線圖,法國分區(qū)分級控制,全網(wǎng)離線分析OPF,在線,離線,變電站VQC 基于九區(qū)圖,國內(nèi):AVC方興未艾,德國基于O

4、PF,1990,2001,地調(diào)AVC,省調(diào)AVC,AGC,變電站VQC,基于九區(qū)圖的變電站VQC裝置及其軟件,優(yōu)點： 原理明晰簡單 可靠性較高 不足： 只能控制單個廠站 全網(wǎng)協(xié)調(diào)性差,國外AVC現(xiàn)狀與發(fā)展,以法國為代表的分區(qū)分級（三級）控制,優(yōu)點： 符合無功電壓的區(qū)域性和分散性 基本符合國內(nèi)網(wǎng)-省-地-縣調(diào)的分級分區(qū)調(diào)度體系 不足： 硬的“物理分區(qū)” 可能與軟的“電氣分區(qū)” 不一致 僅考慮發(fā)電機，未考慮負(fù)荷側(cè)OLTC及電容器配合 三級控制OPF的可用性不強,國內(nèi)AVC系統(tǒng)發(fā)展特點,自底向上，由變電站地調(diào)省調(diào) 隨著自動化通信技術(shù)發(fā)展，經(jīng)歷了一個單站、區(qū)域、全網(wǎng)的發(fā)展過程，也是一個簡單到復(fù)雜的過程

5、,國內(nèi)電網(wǎng)AVC現(xiàn)狀,國內(nèi)AVC系統(tǒng)理論研究上跟蹤國外最新進展，技術(shù)水平與國際先進保持同步。但是必須清醒地認(rèn)識到，與國外較為成熟的AVC系統(tǒng)相比，我國全網(wǎng)AVC閉環(huán)控制工程應(yīng)用仍然處于起步階段，應(yīng)更加注重提高實用性，使先進算法研究與具體工程實際相結(jié)合，提高應(yīng)用水平，取得類似AGC閉環(huán)控制的良好實際運行效果。,三級電壓控制模式 “軟”三級電壓控制模式 兩級電壓控制模式,電壓控制模式,二 級 控 制,變電站 監(jiān)控系統(tǒng),跟蹤i分區(qū)中樞母線電壓,一級控制,電壓無功優(yōu)化,跟蹤j分區(qū)中樞母線電壓,三 級 控 制,AVC主站,分鐘級,秒級,小時級,電廠 AVC裝置,電廠 AVC裝置,變電站 監(jiān)控系統(tǒng),二級電

6、壓控制器,二級電壓控制器,三級電壓控制模式,計算機硬件水平 通訊條件 量測質(zhì)量 狀態(tài)估計算法 電壓無功優(yōu)化算法,歷史的產(chǎn)物 !,三級電壓控制模式誕生的背景,二 級 控 制,變電站 監(jiān)控系統(tǒng),跟蹤i分區(qū)中樞母線電壓,地調(diào) AVC系統(tǒng),一級控制,電壓無功優(yōu)化,跟蹤j分區(qū)中樞母線電壓,三 級 控 制,省調(diào)AVC主站,分鐘級,秒級,小時級,電廠 AVC裝置,變電站 監(jiān)控系統(tǒng),“軟”三級電壓控制模式,對三級電壓控制模式進行改進，將硬分區(qū)改為軟分區(qū)。,三級控制為二級控制提供中樞母線電壓定值。,二級控制采用二次規(guī)劃模型跟蹤中樞母線電壓定值。,目的：削弱對狀態(tài)估計及無功優(yōu)化算法的依賴性。,由分區(qū)算法輔助進行軟

7、分區(qū)。,“軟”三級控制模式的基本思路,三級優(yōu)化目標(biāo)與二級控制目標(biāo)不一致，導(dǎo)致優(yōu)化結(jié)果經(jīng)二級控制執(zhí)行時發(fā)生偏移，經(jīng)濟性差。,三級優(yōu)化的周期長，需對電壓帶寬進行較大壓縮方有可能使中樞母線電壓定值維持長期有效性。,中樞點一般應(yīng)位于分區(qū)中心或附近，但容易越限的點則一般位于電網(wǎng)的末梢，維持中樞點電壓基本不變即可維持電網(wǎng)的電壓品質(zhì)是讓人懷疑的。,在100%時間里采用妥協(xié)的控制方法。,“軟”三級控制模式存在的主要問題,二 級 控 制,機組 勵磁系統(tǒng),電容器 電抗器 主變分接頭,變電站 監(jiān)控系統(tǒng),電廠 AVC裝置,電壓無功優(yōu)化,一級控制,省調(diào)AVC主站,分鐘級,秒級,地調(diào)AVC系統(tǒng),電容器 電抗器 主變分接頭

8、,變電站 監(jiān)控系統(tǒng),遙控 遙調(diào)指令,遙控 遙調(diào)指令,高壓母線電壓定值,無功范圍,兩級電壓控制模式,以較短的周期(分鐘級)啟動電壓無功優(yōu)化計算，使優(yōu)化結(jié)果能夠真實反映電網(wǎng)的電壓無功運行狀況。,缺點：對狀態(tài)估計及電壓無功優(yōu)化算法的計算性能及可靠性提出了更高的要求。,優(yōu)化結(jié)果直接下發(fā)至相關(guān)廠站實施閉環(huán)控制，保證控制精度高、電壓品質(zhì)優(yōu)、經(jīng)濟性好。,兩級電壓控制模式的基本思路,第一部分 AVC基本原理 第二部分 AVC解決方案 第三部分 AVC省地協(xié)調(diào),具體目標(biāo)包括： 提高電壓合格率； 保證適當(dāng)?shù)碾妷悍€(wěn)定水平； 避免離散設(shè)備頻繁調(diào)節(jié)； 保證控制的平穩(wěn)性； 降低電能損耗。,實時監(jiān)視電網(wǎng)的電壓無功運行狀況，

9、給出電壓無功調(diào)整策略,通過閉環(huán)控制使電網(wǎng)盡可能地運行在最優(yōu)無功運行狀態(tài)或附近。,AVC控制目標(biāo),電壓無功特性提高電壓節(jié)能效益,高壓輸電原理,電壓無功特性功率因數(shù)補償節(jié)能效益,功率因數(shù)補償在傳輸環(huán)節(jié)表現(xiàn)就是無功傳輸減少,AGC啟發(fā)AVC與AGC比較,區(qū)域自適應(yīng)變化，無功在盡量小區(qū)域平衡,分區(qū)固定，有功分區(qū)平衡,區(qū)域平衡,必須考慮無功網(wǎng)絡(luò)傳輸路徑，減少支路無功可以降低網(wǎng)損,控制聯(lián)絡(luò)線無功，盡量減少無功傳輸,確保電壓質(zhì)量（V）,自動電壓控制（AVC）,不考慮有功網(wǎng)絡(luò)傳輸過程，網(wǎng)損或發(fā)電費用優(yōu)化須與EDC結(jié)合,控制聯(lián)絡(luò)線有功，使有功在計劃值內(nèi),確保頻率質(zhì)量（f）,自動發(fā)電控制（AGC）,經(jīng)濟性目標(biāo),控

10、制目標(biāo)2,控制目標(biāo)1,500kV及以上變電站,地調(diào)AVC主站,110kV變電站,省調(diào)AVC主站,220kV變電站,220kV電廠,AVC系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu),地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點,220kV變電站及以下網(wǎng)絡(luò)（110/35kV）為輻射狀運行，運行結(jié)構(gòu)相對簡單,地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)電網(wǎng)的分層分區(qū),分區(qū)：以220kV主變?yōu)闃屑~點進行，分為獨立的片網(wǎng) 分層：220kV主變高壓側(cè)、110kV及10kV網(wǎng)絡(luò) 各片網(wǎng)電氣耦合弱，地區(qū)電網(wǎng)全網(wǎng)控制轉(zhuǎn)換為分片區(qū)控制 控制變量為電容電抗器、有載主變分頭,地區(qū)電網(wǎng)220kV及以上網(wǎng)絡(luò)無功電壓： 省調(diào)管轄、地調(diào)維護 地調(diào)可觀測但不可控制 控制變量為發(fā)電機 應(yīng)由省調(diào)AV

11、C進行分析控制,地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)220kV網(wǎng)絡(luò)控制,1、數(shù)據(jù)傳輸實時性和可靠性 2、使用方便、維護成本最小化 3、運行模式靈活性 4、控制軟件設(shè)計與運行工程經(jīng)驗 5、系統(tǒng)配置冗余性 6、安全策略完備性 7、運行管理方便性,地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)原則,地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)系統(tǒng)主要功能,全網(wǎng)電壓優(yōu)化調(diào)節(jié)； 全網(wǎng)無功優(yōu)化控制； 控制全網(wǎng)關(guān)口力率； 全網(wǎng)控制自動協(xié)調(diào)； 省地調(diào)AVC協(xié)調(diào)控制； 優(yōu)化動作次數(shù)； 運行安全措施； 維護方便，操作簡單,全面的歷史查詢； 全網(wǎng)無功普查，根據(jù)分析及統(tǒng)計確定無功補償點。,地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)控制模型,目標(biāo)函數(shù)：網(wǎng)損最小 約束條件：電壓合格，關(guān)口功率因數(shù)（無功）合格

12、 控制變量：離散型電容器及OLTC 極值點： Q0，U靠近上限,將電壓運行區(qū)劃分為安全區(qū)、預(yù)警區(qū)及警戒區(qū)； 在目標(biāo)函數(shù)中對預(yù)警區(qū)及警戒區(qū)加以懲罰。 將電壓約束處理為“軟”約束；,AVC系統(tǒng)工程中電壓限值的實用化處理,離散量一天內(nèi)有操作次數(shù)限制，兩次調(diào)節(jié)之間有時間間隔限制。,AVC系統(tǒng)工程中離散量的控制,AVC控制遵循小步多走的原則，以保證控制的平穩(wěn)性。 對于每一個控制周期： 電廠高壓母線電壓調(diào)幅不超過一定范圍(2kV) 每個廠站最多調(diào)整一組補償設(shè)備 任一主變最多調(diào)整一檔 省地協(xié)調(diào)關(guān)口無功調(diào)節(jié)幅度不超過一定范圍,AVC系統(tǒng)工程中控制平穩(wěn)性的處理,日電壓波動范圍一般具有漸變的性質(zhì)； 利用歷史電壓波

13、動情況可預(yù)測次日的合理電壓波動范圍。 通過日電壓波動范圍預(yù)測，使各母線的電壓控制上、下限相容，為實時電壓控制留出盡可能大的優(yōu)化空間，提高電網(wǎng)運行的安全性及經(jīng)濟性。,日電壓波動范圍的預(yù)測控制,第一部分 AVC基本原理 第二部分 AVC解決方案 第三部分 AVC省地協(xié)調(diào),離散調(diào)節(jié)手段影響設(shè)備使用壽命，主要用于粗調(diào)，連續(xù)調(diào)節(jié)手段用于細(xì)調(diào)。,AVC省地協(xié)調(diào)的思路,AVC省地協(xié)調(diào)離散量控制原則,高電壓時低力率運行，低電壓時高力率運行 對所有變電站采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) 計劃按季節(jié)性進行調(diào)整,AVC省地協(xié)調(diào)長期功率因數(shù)控制計劃,對各變電站給出各自的控制范圍 計劃根據(jù)日電壓波動范圍預(yù)測結(jié)果調(diào)整,AVC省地協(xié)調(diào)短期功率因數(shù)控制計劃,省調(diào)AVC：實時優(yōu)化計算地調(diào)220kV變電站與省調(diào)的交換無功，在正常情況下盡量維持各