電網自動電壓無功掌握系統(AVC)設計隨著電力工業的進展,大容量電廠和電力用戶的大電力系統的消滅,電壓問題已經不只是一個供電質量的問題,而且是關系到大系統安全運行和經濟運行的重要問題。一：電網電壓無功優化的意義和當前爭論現狀在電網的無功電壓治理方面，當前比較突出的問題有：1、頂峰負荷期間，無功補償缺乏，變電所母線電壓普遍偏低在低谷負荷期間，無功過剩，引起變電所母線電壓上升。2、并聯電容器分組和有載調壓變壓器分接頭檔位組合不合理。有的并聯電容器每組容壓過大，不能滿足運行電壓平穩調整的需要。3、無功調整設備質量不過硬。電容器損壞率較高有載調壓變壓器的頻繁調壓也易造成分接頭故障，從而使變壓器被迫退出運行。4、無功計量誤差較大，測量數據不完整，給電壓無功分析帶來困難。5、缺乏有效的電壓無功實時分析計算手段。電容器的投切和有載調壓變壓器的調壓根本上憑閱歷，調整不夠準時、準確。給出一個合理的掌握措施，從而保證全網范圍內的電壓質量合格和無功功率的合理分布。二：AVC系統概述1、AVC系統介紹電網無功電壓閉環掌握系統(以下簡稱AVC系統)是通過監視關口的無功和變電站母線電電壓質量，降低網損。系統優化的目標為關口無功合格，母線電壓合格，網損最優。圖1為系統的原理框圖。現依據圖1對系統簡潔介紹如下:AVC系統接口與SCADA系統的的連接它是通過地區變電站內的RTU與系統效勞器及SCADA運行信息送給調度掌握中心，把調度的掌握、調整等命令送給廠站執行。AVC系統接口與省網主站AVC系統的連接通過與省網主站AVC系統的連接通信，地區電網可依據省局下發的無功指令對電容器和掌握。系統的根本功能①全網電壓優化功能:當無功功率流向合理，某變電站10kV側母線電壓越上限或越下限調整本變電站有載主變分接頭開關還是調整上級電源變電站有載主變分接頭開關檔位圖1電壓無功掌握系統原理框圖提高電壓水平，同時避開了多變電站多主變同時調整主變分接開關可能引起的調整振蕩。實施有載調壓變壓器分接開關調整次數優化安排動作安全和削減日常維護工作量。實現熱備用有載調壓變壓器分接開關檔位聯調與運行有載調壓變壓器分接開關檔位以致調整，可快速完成熱備用變壓器的并聯運行。②全網無功優化功能:當電網內各級變電站電壓處在合格范圍內時，可掌握本級電網內無功功率流向，使其更為合理，到達無功功率分層就地平衡，提高受電功率因數。電站不同容量電容器組誰優先投入。省網關口功率因數不合格時，優化220kV及其下級變電所的電容器組的投切。③無功電壓綜合優化功能:當變電站10kV如達不到要求，再切除電容器。當變電站10kV母線電壓超下限時，先投入電容器，達不到要10kV母線電壓和負荷變化，防止無功補償設備投切振蕩。太大變化。通過定義設備的調整費用來掌握調整頻度和調整優先級。優先級依據用戶考核和治理的規定設定。三：AVC的性能指標1、AVC系統掩蓋率要求≥50%計算公式：AVC掩蓋率100%地調調度管轄范圍內實際廠站數考核依據：a．地調調度管轄范圍；b．地調AVC系統掌握廠站數；c．被驗收單位的自查報告。核實方法：依據市供電公司供給調度管轄范圍及可控廠站數。2、AVC月可用率要求≥90%計算公式：AVC月可用率AVC全月計算正確次數100%AVC全月計算總次數用該指標進展考核時，要求AVC全月計算總次數一般不少于2800次(至少5分鐘計算一次)。考核依據：a．地調系統AVC有關統計數據；b．被驗收單位的自查報告。核實方法：依據所供給的資料，核實指標的完成狀況，并對該項指標進展實測時間(一般不少于2個小時)。3、AVC系統投運率要求≥85%計算公式：AVC月投運率AVC全月閉環時間100%全月時間考核依據：a．地調系統AVC有關統計數據；b．被驗收單位的自查報告。核實方法：依據所供給的資料，核實指標的完成狀況。4、AVC掌握合格率要求≥90%計算公式：AVCAVC全月掌握成功次數100%AVC全月掌握總次數考核依據：a．地調系統AVC有關統計數據；b．被驗收單位的自查報告。核實方法：依據所供給的資料，核實指標的完成狀況，現場抽測(不少于2次)。5、AVC單次計算時間要求≤10秒該指標中的時間是指從AVC計算周期開頭計至結果顯示到畫面上為止的時間。核實方法：現場抽測，不少于三次。6、AVC單次掌握完成時間要求≤30秒該指標中的時間是指從AVC掌握命令開頭下發至結果正確顯示到畫面上為止的時間。核實方法:現場實測，不少于三次。四:AVC系統的設計1、系統的設計原則掌握費用綜合評估量算得到的綜合指標進展選擇，實現優化掌握。實現變壓器和電容器分時段協調協作⑤在保證不向上一級電網倒送無功即保證關口無功合壓器的合理解決方案⑦具備對每次的掌握費用和操作節約的網損進展比較功能電網運行本錢。行。優化掌握模式具有的功能：在狀態估量運行正常且量測合格率大于設定的低限，自動電壓掌握使用優化掌握模式。利用潮流計算的靈敏度分析功能，得到掌握設備對母線電壓、關口功率因數、網損的影響，掌握頻度，替代分區掌握的簡單規章使系統易于維護，同時實現無功電壓的優化掌握。分區掌握模式具有的功能：主要依據系統當前各個監控點在電壓和無功平面中所處的運行區域規章，實現對全網功率因數和電壓的自動監控。2、AVC系統的構成此系統主要由硬件和軟件兩個局部組成作站組成。軟件局部主要包括無功優化數學模型、數據采集、電壓及無功優化計算和處理、掌握執行等模塊。電壓無功優化系統的構成損節能和改善電壓質量的目的。電壓無功優化系統承受的根本原理及算法將不考慮發電機因素。FminPLOSS約束條件：1、節點電壓約束：Vimin

VVi imax2、有載調壓分接頭檔數調整上下限：Timin

TTi imax3、支路電流上下限：I IIimin i imax4NNi imax有動作次數約束的設備包括電容器、電抗器、有載調壓分接頭。5、潮流方程約束P VV(Gcos Bsin)Gi Di i j ij ij ij ij

jhV

V(G

sin

Bcos)Gi 其中

i j jh

ij ij ij全部節點i都需要滿足有功方程；PQ節點都需要滿足無功方程；GBij

—節點導納陣元素；V—第i條母線電壓；i —母線ij的電壓相角差；ijP 、QGi

—母線i上所帶發電機的有功功率和無功功率；、QDi

—母線i上所帶負荷的有功功率和無功功率；h—與節點i相連的節點集，包括節點i。本系統所實現的即是在滿足上述約束條件下，查找網損最小的無功潮流最優分布方案，投切電容器、電抗器、調整有載調壓分接頭。靈敏度分析①網損對節點補償電容的靈敏度假設電網總的節點數為n，則其網損為：

UU(Gni j n

cos )iji1j1電網中節點iP與注入的無功功率Q

的極坐標形式表示為：PUUi i

(Gj

cosij

i iBsin)ij ijjiQ i iji

(Gj

sinij

Bcos)ij ij和相角的函數。依據隱函數求導法則，可求出網損對各節點注入無功功率的偏導數P PU P U

P U12QU U12

U

〔i=1,2,n〕niniQ Ui

Q1 i(Gsin

Q2 i n iBcos)U i j

ij ij ij而U而jQ

Q

1/Ui i j從而可得：PnQ

Gj

cos

kj UG

1sin

cosi k1 k

i ik

ik ik ik②網損對有載調壓變壓器分接頭的靈敏度設節點i和jj側，并假定注入功率分別為P、QP、i i jQ，如下圖：j當變壓器分接頭轉變tij

圖2變壓器注入功率化，以下圖表示了這種變化的相互關系。圖3轉變t 時，變壓器注入功率變化ij變壓器分接頭變動引起的節點功率變化為： P PPPP

ijt

ijti i i

t ij t ijijQQ tiji t ijjiPP tjij t ijijQ

ij ijQ j

jitt ijij由節點i和j的注入功率變化而引起的網損變化是：PPPi

PPi Qi

QPi Pj

PPQj Q jj

P

P

Q t

ij

ij

ji

ji P t Qi ij i

t Pij j

t Qij j

t ijPP

P

PQ t tij

i

ij t ij i

ij t ij j

ji ij j

ji tij 其中的支路功率對分接頭的偏導數與非標準變比在哪一側i側或j側)有關，表示為如下形式(四個表達式中等號右邊上面的表達式對應1在i1在j側情況)。 1UU Gcos

Bsint ijijP ijijijijij

ij ij ijt 2ij

1

U2G t UU Gcos

Bsin 2 i ij

i j ij

ij ij ij 1UU

Bcos

GsinQ t i j ij ij ij ijij ijt 1 2ij

UU

BcosGsin

U2Bt

i j

ij ij

t2

i ijij2

1

ij U2G

UU Gcos

BsinP t2 i ij t i j ij

ij ij ijji ij ijtij 1UU Gcos

Bsin t i j ij

ij ij ij1

ij

2 UU BcosGsin U2BQ t i ji ij

ij ij ij

t2 i ijijt 1ij UU

Bcos

Gsin t i j ij

ij ij ij ij實時潮流計算通過有用化驗收后精度已經能夠滿足無功電壓掌握的需求提高計算速度滿足對速度的要求。電容器的靈敏度分析承受逐個的投/切掃描計算。對變壓器進展分組只承受升或降的分組掃描計算，同時考慮并列運行變壓器的同步調整。3、系統的掌握流程及實現方法系統流程：如圖4所示。系統開頭運行時首先讀取拓撲數據庫，啟動三個獨立的線程一個用于保護信號的監視，時產生最優校正掌握方案另一個用于執行掌握方案。每一個獨立的監控母線母線的電壓受考核為一個電壓監控點，每個220kV變電所高壓側掌握，上、下級變電站的聯合掌握，同級變電站的協調掌握等問題。主要掌握過程為循環監控，包括以下主要步驟：取實時數據并進展濾波。當有非電容器開關變位時重進展拓撲分析生成監控點，并進展靈敏度掃描計算。運行時獵取狀態估量數據，進展拓撲分析產生監控點，并進展靈敏度掃描計算。(3)掌握時假設靈敏度掃描周期到，獵取狀態估量數據，進展網損、功率因數、電壓的靈敏度掃描計算。依據掃描結果進展電壓、功率因數、網損的設備操作靈敏度分析。依據靈敏度分析結果計算各個設備的綜合指標，利用濾波后的實時量測進展監視，因素及保護信號，如設備不行用則進展閉鎖。假設有最優掌握方案，執行該方案，否則進展報警。圖4系統流程圖系統的掌握方案：變電站母線電壓的校正掌握通過并聯補償設備的投切和變壓器分接頭的調整來保證監控點的電壓在規定的運行區間內。關口功率因數的校正掌握投切某個并聯補償設備來掌握功率因數，保證電壓變化不大，網損增加最少或削減最多。網損的優化掌握電壓的太大變化系統的安全掌握：為保證掌握的安全，實行了以下措施：實時監視變壓器、電容器等掌握設備的主保護信號，一旦有保護動作時馬上閉鎖該對量測進展數字濾波，監視量測的質量，當主要監視量測消滅質量問題時，即閉鎖進展報警.對電壓承受實時測量加計算偏移量的方式進展掌握后的越限推斷，保證與考核電壓的全都。五:總結目前我國電力行業對電壓的掌握只是每日分為幾個典型時段進展比較粗的掌握員在覺察電壓越限時憑閱歷進展簡潔的調整動電壓掌握來滿足對電壓質量的更高需求。電網的經濟調度中一個格外重要的方面是