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1、电网自动电压控制（AVC）,第一部分 AVC基本原理 第二部分 AVC解决方案 第三部分 AVC省地协调,1 储能元件：电容器/电抗器 2 电磁能量转换：电动机 3 无功本身不产生能量消耗，但传输过程中引起有功/无功损耗 4 无功“无用之功”，无功优化目的是减少无功传输，而不是减少无功注入,电力系统无功功率概念,有功/无功/力率关系,1 无功电源负荷损耗 2 电压表征无功平衡水平（相对地，频率表征有功平衡水平） 3 无功不能远距离传输，最好各节点分散自治平衡,电力系统无功平衡,1 发电机组无功出力：调节励磁，进相/迟相 2 分散的补偿装置：电容/电抗器 3 静止无功补偿器、调相机 4 输电线路
2、充电无功,电力系统无功电源,1 感应电动机，约占65% 2 变压器损耗，约占20% 3 其他，约占15% 4 线路在重负荷时吸收无功（电抗消耗无功大于充电无功），轻负荷时输出无功（电抗消耗无功小于充电无功）,电力系统无功负荷,1 调整发电机无功出力 2 投切电容器 3 投切电抗器 4 调整主变分接头(改变无功分布而不输出无功) 5 其他,电力系统无功电压调节手段,传统电压无功管理与控制方式,人工分散控制，经验调节，典型方式如下： 1、每季度对发电厂高压母线和变电站高压母线下达电压曲线和功率因数要求； 2、运行人员严密监视电压，必要时手动调整无功设备以满足电压在合格范围； 3、对电压合格率达不到
3、要求的电厂和供电公司罚一定数量的电量。,传统电压无功管理与控制困难,1、静态下达的电压曲线将不能适应日益复杂的动态潮流分布 2、较难保证发电机组安全稳定水平所需的较好的电压水平 3、无功和电压的就地分散控制不能满足保持系统足够的动 态无功储备的要求 4、无功电压的就地分散控制难以达到全网优化的目标 5、无功电压控制调整的劳动强度大,人工控制特殊难点,1、电厂之间无功协调困难； 2、厂站只注重母线电压控制，无功窜动大； 3、电容器投切（早投晚切）不能和电网实际合理协调。,AVC发展路线图,法国分区分级控制,全网离线分析OPF,在线,离线,变电站VQC 基于九区图,国内:AVC方兴未艾,德国基于O
4、PF,1990,2001,地调AVC,省调AVC,AGC,变电站VQC,基于九区图的变电站VQC装置及其软件,优点： 原理明晰简单 可靠性较高 不足： 只能控制单个厂站 全网协调性差,国外AVC现状与发展,以法国为代表的分区分级（三级）控制,优点： 符合无功电压的区域性和分散性 基本符合国内网-省-地-县调的分级分区调度体系 不足： 硬的“物理分区” 可能与软的“电气分区” 不一致 仅考虑发电机，未考虑负荷侧OLTC及电容器配合 三级控制OPF的可用性不强,国内AVC系统发展特点,自底向上，由变电站地调省调 随着自动化通信技术发展，经历了一个单站、区域、全网的发展过程，也是一个简单到复杂的过程
5、,国内电网AVC现状,国内AVC系统理论研究上跟踪国外最新进展，技术水平与国际先进保持同步。但是必须清醒地认识到，与国外较为成熟的AVC系统相比，我国全网AVC闭环控制工程应用仍然处于起步阶段，应更加注重提高实用性，使先进算法研究与具体工程实际相结合，提高应用水平，取得类似AGC闭环控制的良好实际运行效果。,三级电压控制模式 “软”三级电压控制模式 两级电压控制模式,电压控制模式,二 级 控 制,变电站 监控系统,跟踪i分区中枢母线电压,一级控制,电压无功优化,跟踪j分区中枢母线电压,三 级 控 制,AVC主站,分钟级,秒级,小时级,电厂 AVC装置,电厂 AVC装置,变电站 监控系统,二级电
6、压控制器,二级电压控制器,三级电压控制模式,计算机硬件水平 通讯条件 量测质量 状态估计算法 电压无功优化算法,历史的产物 !,三级电压控制模式诞生的背景,二 级 控 制,变电站 监控系统,跟踪i分区中枢母线电压,地调 AVC系统,一级控制,电压无功优化,跟踪j分区中枢母线电压,三 级 控 制,省调AVC主站,分钟级,秒级,小时级,电厂 AVC装置,变电站 监控系统,“软”三级电压控制模式,对三级电压控制模式进行改进，将硬分区改为软分区。,三级控制为二级控制提供中枢母线电压定值。,二级控制采用二次规划模型跟踪中枢母线电压定值。,目的：削弱对状态估计及无功优化算法的依赖性。,由分区算法辅助进行软
7、分区。,“软”三级控制模式的基本思路,三级优化目标与二级控制目标不一致，导致优化结果经二级控制执行时发生偏移，经济性差。,三级优化的周期长，需对电压带宽进行较大压缩方有可能使中枢母线电压定值维持长期有效性。,中枢点一般应位于分区中心或附近，但容易越限的点则一般位于电网的末梢，维持中枢点电压基本不变即可维持电网的电压品质是让人怀疑的。,在100%时间里采用妥协的控制方法。,“软”三级控制模式存在的主要问题,二 级 控 制,机组 励磁系统,电容器 电抗器 主变分接头,变电站 监控系统,电厂 AVC装置,电压无功优化,一级控制,省调AVC主站,分钟级,秒级,地调AVC系统,电容器 电抗器 主变分接头
8、,变电站 监控系统,遥控 遥调指令,遥控 遥调指令,高压母线电压定值,无功范围,两级电压控制模式,以较短的周期(分钟级)启动电压无功优化计算，使优化结果能够真实反映电网的电压无功运行状况。,缺点：对状态估计及电压无功优化算法的计算性能及可靠性提出了更高的要求。,优化结果直接下发至相关厂站实施闭环控制，保证控制精度高、电压品质优、经济性好。,两级电压控制模式的基本思路,第一部分 AVC基本原理 第二部分 AVC解决方案 第三部分 AVC省地协调,具体目标包括： 提高电压合格率； 保证适当的电压稳定水平； 避免离散设备频繁调节； 保证控制的平稳性； 降低电能损耗。,实时监视电网的电压无功运行状况，
9、给出电压无功调整策略,通过闭环控制使电网尽可能地运行在最优无功运行状态或附近。,AVC控制目标,电压无功特性提高电压节能效益,高压输电原理,电压无功特性功率因数补偿节能效益,功率因数补偿在传输环节表现就是无功传输减少,AGC启发AVC与AGC比较,区域自适应变化，无功在尽量小区域平衡,分区固定，有功分区平衡,区域平衡,必须考虑无功网络传输路径，减少支路无功可以降低网损,控制联络线无功，尽量减少无功传输,确保电压质量（V）,自动电压控制（AVC）,不考虑有功网络传输过程，网损或发电费用优化须与EDC结合,控制联络线有功，使有功在计划值内,确保频率质量（f）,自动发电控制（AGC）,经济性目标,控
10、制目标2,控制目标1,500kV及以上变电站,地调AVC主站,110kV变电站,省调AVC主站,220kV变电站,220kV电厂,AVC系统总体结构,地区电网AVC系统电网结构特点,220kV变电站及以下网络（110/35kV）为辐射状运行，运行结构相对简单,地区电网AVC系统电网的分层分区,分区：以220kV主变为枢纽点进行，分为独立的片网 分层：220kV主变高压侧、110kV及10kV网络 各片网电气耦合弱，地区电网全网控制转换为分片区控制 控制变量为电容电抗器、有载主变分头,地区电网220kV及以上网络无功电压： 省调管辖、地调维护 地调可观测但不可控制 控制变量为发电机 应由省调AV
11、C进行分析控制,地区电网AVC系统220kV网络控制,1、数据传输实时性和可靠性 2、使用方便、维护成本最小化 3、运行模式灵活性 4、控制软件设计与运行工程经验 5、系统配置冗余性 6、安全策略完备性 7、运行管理方便性,地区电网AVC系统设计实现原则,地区电网AVC系统系统主要功能,全网电压优化调节； 全网无功优化控制； 控制全网关口力率； 全网控制自动协调； 省地调AVC协调控制； 优化动作次数； 运行安全措施； 维护方便，操作简单,全面的历史查询； 全网无功普查，根据分析及统计确定无功补偿点。,地区电网AVC系统控制模型,目标函数：网损最小 约束条件：电压合格，关口功率因数（无功）合格
12、 控制变量：离散型电容器及OLTC 极值点： Q0，U靠近上限,将电压运行区划分为安全区、预警区及警戒区； 在目标函数中对预警区及警戒区加以惩罚。 将电压约束处理为“软”约束；,AVC系统工程中电压限值的实用化处理,离散量一天内有操作次数限制，两次调节之间有时间间隔限制。,AVC系统工程中离散量的控制,AVC控制遵循小步多走的原则，以保证控制的平稳性。 对于每一个控制周期： 电厂高压母线电压调幅不超过一定范围(2kV) 每个厂站最多调整一组补偿设备 任一主变最多调整一档 省地协调关口无功调节幅度不超过一定范围,AVC系统工程中控制平稳性的处理,日电压波动范围一般具有渐变的性质； 利用历史电压波
13、动情况可预测次日的合理电压波动范围。 通过日电压波动范围预测，使各母线的电压控制上、下限相容，为实时电压控制留出尽可能大的优化空间，提高电网运行的安全性及经济性。,日电压波动范围的预测控制,第一部分 AVC基本原理 第二部分 AVC解决方案 第三部分 AVC省地协调,离散调节手段影响设备使用寿命，主要用于粗调，连续调节手段用于细调。,AVC省地协调的思路,AVC省地协调离散量控制原则,高电压时低力率运行，低电压时高力率运行 对所有变电站采用统一标准 计划按季节性进行调整,AVC省地协调长期功率因数控制计划,对各变电站给出各自的控制范围 计划根据日电压波动范围预测结果调整,AVC省地协调短期功率因数控制计划,省调AVC：实时优化计算地调220kV变电站与省调的交换无功，在正常情况下尽量维持各变电站220kV主变无功就地平衡，在220kV电网电压越限且电厂失去调节能力情况下，牺牲地调电网的无功平衡参与主网调压；对地调AVC下发界面无功上下限或界面功率因数上下限等目标指令。 地调AVC：将所辖每个220kV变电站所属电网可投/切电容器容量上传至省调AVC；地调AVC控制主变所带电网的电容器和变压器分接头，满足省调AVC下发的关口无功或关口功率因数的目标指令。,AVC省地协调职责,谢谢各位领导、专家！,
