卞 欣，遲海濤，沈 凌
(國網(wǎng)上海市市北供電公司，上海200072)
摘 要： 電壓自動控制系統(tǒng)（AVC）是一種被廣泛采用的電壓無功控制手段，代表了當(dāng)前無功電壓控制的最高水平。結(jié)合市北電網(wǎng)經(jīng)過兩年多AVC的實際運行案例，探討了地區(qū)電網(wǎng)在AVC系統(tǒng)應(yīng)用時出現(xiàn)的各種非正常閉鎖和越限問題，提出了相應(yīng)的解決方案。
關(guān)鍵詞： 電壓自動控制；非正常閉鎖；越限
0 引言
電力系統(tǒng)的無功控制是系統(tǒng)電壓控制的主要手段。合理的無功控制對于改善電壓質(zhì)量，降低電網(wǎng)損耗，提高電力系統(tǒng)運行安全性和經(jīng)濟性起到了重要作用。目前，地區(qū)電網(wǎng)的無功自動控制方式主要有自動電壓控制（Automatic Voltage Control，AVC）和電壓無功控制（Voltage Quality Control，VQC）兩種。相對VQC，AVC可以實現(xiàn)全網(wǎng)無功優(yōu)化控制，具有投資小、與SCADA/EMS系統(tǒng)一體化、電壓控制效果好等優(yōu)點，代表了無功自動控制系統(tǒng)的最高水平，正在被越來越多的電網(wǎng)運行企業(yè)所應(yīng)用。
上海市北電網(wǎng)在2012年開始引入南瑞AVC系統(tǒng)。經(jīng)過近兩年的調(diào)試和運行，在提高電壓控制水平方面，取得了良好的效果；同時，針對AVC系統(tǒng)在實際運行中出現(xiàn)的各種問題，積累了豐富的運行經(jīng)驗。本文通過對具體案例的分析，對AVC系統(tǒng)運行中出現(xiàn)的常見缺陷進行分類歸納，并提出了相應(yīng)的解決方案。
1 上海市北電網(wǎng)AVC應(yīng)用現(xiàn)狀
1.1 南瑞AVC簡介
南瑞AVC系統(tǒng)基于OPEN3000調(diào)度自動化平臺，與OPEN3000平臺一體化設(shè)計。該系統(tǒng)主要由自動電壓調(diào)整程序（AVC_MAIN）、遙控程序（DO_CTLS）和報警程序（AVC_ALM）三個模塊構(gòu)成，如圖1所示。AVC_MAIN通常只運行在PAS節(jié)點上，根據(jù)從PAS網(wǎng)絡(luò)建模獲取控制模型，從SCADA獲取實時采集數(shù)據(jù)并進行在線分析和計算，根據(jù)分區(qū)調(diào)壓原則，對電網(wǎng)電壓進行監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)電壓異常時提出相應(yīng)調(diào)節(jié)措施。調(diào)節(jié)措施由SCADA的遙控程序執(zhí)行，控制變壓器有載調(diào)壓檔位的升降和電容器的投切。報警程序負責(zé)顯示自動調(diào)壓程序提出的調(diào)壓建議和遙控程序鎖做的自動調(diào)壓措施。
1.2 AVC控制策略
以典型單機系統(tǒng)為例，AVC控制策略如圖2所示。
1.3 市北電網(wǎng)AVC應(yīng)用情況
上海市北電網(wǎng)自2012年起，陸續(xù)對所管轄的110 kV/35 kV變電站進行AVC改造。截止目前已完成AVC系統(tǒng)改造如表1所示。
其中，所謂全閉環(huán)方式，指由AVC對廠站的主變有載調(diào)壓開關(guān)和電容器實施控制；半閉環(huán)方式指AVC只控制電容器，而對有載調(diào)壓開關(guān)只提出控制策略，不進行遙控操作。此時有載調(diào)壓由原有方式（VQC等）進行控制。
其參數(shù)設(shè)置如表2所示。AVC系統(tǒng)投運后，取得了良好效果。如表3所示。
1.4 市北電網(wǎng)AVC應(yīng)用中出現(xiàn)的問題
AVC系統(tǒng)應(yīng)用涉及到變電、繼保、自動化等多個專業(yè)方向，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都可能導(dǎo)致電壓控制不能取得理想效果。針對AVC運行中出現(xiàn)的問題進行分析，提出改進方法，使得AVC系統(tǒng)的運行與電網(wǎng)實際情況相適應(yīng)，可以進一步提高AVC系統(tǒng)的運行效能，改善系統(tǒng)電壓無功控制水平。同時，由于AVC與SCADA平臺的一體化設(shè)計，可以通過監(jiān)視AVC的運行情況，更多地了解現(xiàn)場一/二次設(shè)備的運行情況。也有利于提高電網(wǎng)運行的安全性與穩(wěn)定性。
2 AVC應(yīng)用中的問題及采取的對策
2.1 AVC方式設(shè)置
南瑞AVC提供的幾種運行方式如表4所示。
在方式設(shè)置上，考慮110 kV與35 kV變電站的不同情況如下：
110 kV變電站：由于110 kV變電站的上級電站110 kV母線上無電容器，無法進行無功調(diào)節(jié)，所以應(yīng)防止無功倒送，采用固定無功限值法，上限為5 MVar，下限為1 MVar；
35 kV變電站：35 kV變電站采用自動選擇法，當(dāng)有功大于10 MW時，采用功率因數(shù)計算法，功率因素范圍0.9~1；當(dāng)有功小于10 MW時，為防止電容器反復(fù)投切，采用電容容量折算法，無功范圍按控制母線上最大單組電容器容量的比值折算，無功上限系數(shù)為0.85，無功下限系數(shù)為-0.5。
在由AVC系統(tǒng)控制的廠站中，發(fā)生電壓和無功越限的情況可以分為兩大類進行討論，一是AVC發(fā)生閉鎖而無法完成調(diào)整電壓與無功的功能；二是在AVC正常運行的情況下，由于各種原因使得AVC無法完成對越限的電壓或者無功的調(diào)節(jié)。任何一次二次系統(tǒng)缺陷、運行環(huán)境變化和AVC本身的硬件/軟件設(shè)置錯誤，都有可能造成上述兩種情況。因此，對運行中出現(xiàn)的各種異常和越限情況進行逐一分析，是提高AVC系統(tǒng)可靠性和運行效能的重要方法。
2.2 AVC閉鎖分析
為保護運行中設(shè)備，防止不正確的控制命令對被控設(shè)備造成損害，但是AVC系統(tǒng)閉鎖意味著不能正常發(fā)揮調(diào)節(jié)控制電壓無功的功能。以圖3為例，2014年3月間，市北AVC系統(tǒng)共發(fā)生各種告警閉鎖398次。
通過對運行曲線調(diào)閱分析及現(xiàn)場勘查，對造成各種閉鎖情況的原因歸類如表5所示。
從表5可以看出，由于電網(wǎng)波動或故障造成的AVC閉鎖情況極少（1.0%），此時閉鎖AVC有利于保護電壓及無功調(diào)節(jié)設(shè)備安全運行；最常見的情況是由于現(xiàn)場設(shè)備缺陷或AVC設(shè)置錯誤（80.4%），此時通過現(xiàn)場排除缺陷和更正設(shè)置，即可使AVC恢復(fù)正常運行；較為復(fù)雜的情況是次數(shù)越限(18.6%)，造成原因比較復(fù)雜，需要核對運行曲線判明具體原因。
2.2.1 電容器次數(shù)越限
電容器次數(shù)越限共發(fā)生61起，占全部次數(shù)越限的82%，全部為半閉環(huán)的廠站。
以35 kV普善站為例，在2014年3月25日12時10分2號電容器投切達到5次自動閉鎖，如圖4～圖6所示。
7:46普善站10 kV二段母線電壓達到下限10.09 kV，2號電容器投入，電壓恢復(fù)至10.26 kV，而2號主變無功為-1.5 Mvar，于是切除電容器。到8:00電壓重新達到下限，再次投入電容器。
根據(jù)PAS計算，統(tǒng)計出表6的各種情況。
由表6可見，7:46分時AVC策略應(yīng)為電容器不動作，有載升一檔，但是由于有載調(diào)壓未動作，造成電容器搶先動作。到現(xiàn)場確認有載動作策略的正確性，發(fā)現(xiàn)有載電壓顯示比SCADA系統(tǒng)高0.06 kV，造成有載判斷無需動作。經(jīng)查，這一差異是由變送器誤差造成；對出現(xiàn)相同問題的變電站進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場電壓比SCADA顯示數(shù)字普遍誤差0.04~0.07 kV。處理方法為將AVC電壓下限調(diào)整為10.05 kV，上限調(diào)整為10.65 kV，使AVC發(fā)出遙控電容器指令晚于有載調(diào)壓動作指令。經(jīng)運行試驗確認，該站再也未發(fā)生電容器投切次數(shù)越限閉鎖。
2.2.2 有載調(diào)壓次數(shù)越限
以110 kV普陀站為例，在2014年3月3日7時10分2號主變有載次數(shù)達到5次閉鎖，如圖7～圖8所示。
由圖7、圖8可見，普陀站在2:32電壓已達到11.0 kV，而有載分接頭到2:35分才調(diào)節(jié)到0檔，造成電壓上下波動達0.9 kV之多，經(jīng)現(xiàn)場確認為遠動設(shè)備缺陷造成有載AVC指令響應(yīng)速度過慢，由遠動班消除缺陷后恢復(fù)正常。
2.3 運行壞點分析
實現(xiàn)AVC控制的廠站，在AVC閉鎖或正常運行時，均有可能出現(xiàn)運行壞點，表現(xiàn)為無功功率越限，功率因數(shù)越限或電壓越限。當(dāng)AVC閉鎖情況出現(xiàn)越限時，只需將AVC解鎖；如頻繁閉鎖則需要找出閉鎖原因加以解決。而當(dāng)AVC正常運行時，出現(xiàn)運行壞點的情況就較為復(fù)雜，需要針對具體情況進行分析。
2.3.1 AVC策略錯誤
以35 kV石太站為例，該站為全閉環(huán)控制，當(dāng)日AVC無閉鎖，母線電壓無封鎖記錄。3月17日6:40左右，10 kV一段母線電壓在10.33 kV左右，1號主變無功在-1 Mvar左右。1號主變有載調(diào)壓從2檔升至3檔，隨后10 kV一段母線電壓升至10.6 kV左右，1號電容器切除，10 kV一段母線電壓回落至10.45 kV。之后隨著1號主變負荷上升，1號主變無功升至3.5 Mvar、10 kV一段母線電壓下降至10.15 kV，1號電容器及1號主變有載均未再動作。如圖9、圖10所示。
通過分析電壓-無功曲線，可以看到1號主變有載2檔升3檔動作策略存在問題，當(dāng)10 kV一段母線電壓升至10.6 kV后未采取有載降檔策略，而是切除電容器。在8:00~11:00、13:00~16:00無功達到3 Mvar，電壓在10.2 kV以下時，1號電容器未投入。
經(jīng)查明，造成AVC策略錯誤的原因是在計算無功潮流時方向未取反，導(dǎo)致系統(tǒng)對無功平衡情況造成誤判，從而導(dǎo)致錯誤的電容器投切動作。
2.3.2 無功補償能力不足
2014年3月23日，35 kV花園站1號主變電壓側(cè)無功達3.5 Mvar，功率因數(shù)低于0.9，如圖11～圖12所示。
由圖可見，花園站AVC控制策略完全恰當(dāng)，在7:40電壓越下限時，系統(tǒng)無功同時越上限，甲乙組電容器相繼投入，但14:05時無功仍達到3.5 Mvar的極大值，可見系統(tǒng)運行工況已超出本站無功補償設(shè)備的最大能力，需采取負荷側(cè)措施或增加本站無功補償容量。
3 改進效果
在AVC上線調(diào)試和試運行階段，市北電網(wǎng)共完成對29個廠站AVC缺陷問題進行分析，找出原因并排除各類缺陷33個。AVC閉鎖告警數(shù)量大幅度減少，電壓合格率與功率因數(shù)合格率均有所提高，如表7所示。
4 結(jié)論與展望
AVC是目前較為先進的電壓無功控制手段。它涉及到通信、繼保、自動化等多個專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，對一、二次設(shè)備和自動化設(shè)備的正常工作有很高的要求，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)缺陷，都可能造成系統(tǒng)不能正常完成電壓無功控制。本文通過SCADA/AVC的一體化平臺獲得系統(tǒng)運行信息，分析電壓與無功曲線，找出AVC不能正常工作的原因，提高了AVC系統(tǒng)運行的可靠性，改善了電網(wǎng)運行水平。
下一步市北電網(wǎng)將進一步針對不同廠站的負荷特性，進一步完善AVC控制策略，提高電壓無功控制水平；并充分利用AVC系統(tǒng)的全局策略，減少電網(wǎng)中的無功流動，降低線損，以提高電力系統(tǒng)的經(jīng)濟運行水平。