電力系統(tǒng)自動電壓控制

1、電力系統(tǒng)自動電壓控制(Automatic Voltage Control),電壓控制的措施： 借改變發(fā)電機端電壓調(diào)壓； 借改變變壓器變比調(diào)壓； 借補償設(shè)備調(diào)壓。電壓控制的方式： 電壓中樞點的逆調(diào)壓和順調(diào)壓。,自動電壓控制的必要性： 改善電能質(zhì)量的要求； 提高電壓安全性的要求； 大規(guī)模電力系統(tǒng)中，人工調(diào)壓的方式難以勝任。,自動電

2、壓控制的意義 自動電壓控制是現(xiàn)代電網(wǎng)的兩大自動控制系統(tǒng)（AGC、AVC）之一，具有提高電網(wǎng)電壓質(zhì)量、降低網(wǎng)損、增加穩(wěn)定儲備和減輕調(diào)度值班人員勞動強度的功能，能夠保證電網(wǎng)安全經(jīng)濟優(yōu)質(zhì)運行。,AGC與AVC AGC和AVC是電力系統(tǒng)調(diào)度自動化的最高形式，分別對應(yīng)有功調(diào)節(jié)與頻率控制、無功調(diào)節(jié)與電壓控制兩個方面。 目前，AGC已經(jīng)能夠在實際系統(tǒng)中實現(xiàn)，而AVC還不成熟，基本處于研究發(fā)展階段。,電壓控制

3、的特點 無功電源的設(shè)備種類繁多，運行狀況和特性差別很大。 系統(tǒng)電壓主要受本地區(qū)無功平衡情況的制約，具有很強的區(qū)域性。 從系統(tǒng)正常運行的角度看，允許電壓在相對較大的范圍內(nèi)變化。,,,,AGC的總體結(jié)構(gòu),實現(xiàn)全網(wǎng)統(tǒng)一的AVC在結(jié)構(gòu)上要解決以下兩個問題。 一是動態(tài)性問題，即AVC要在時域上分級，至少要有控制周期內(nèi)的統(tǒng)籌計劃、運行模式發(fā)生變化時的局部調(diào)整以及實時控制三個環(huán)節(jié)。

4、 二是空間上的關(guān)聯(lián)問題，即AVC要在地域上分層，層上分區(qū)，這是由電壓控制和無功平衡的特點決定的。,借鑒歐洲一些國家普遍采用的三級電壓優(yōu)化控制模式，一般將AVC分成三級控制，即一級電壓控制(primary voltage control)，二級電壓控制(secondary voltage control)，三級電壓控制(tertiary voltage control)。,一級電壓控制由廣泛分布在電力系統(tǒng)中的各種現(xiàn)有的自動

5、控制裝置組成，為本地控制(local control)，只用到本地的信息?？刂破饔杀緟^(qū)域內(nèi)控制發(fā)電機的自動電壓控制器(AVR)、有載調(diào)壓分接頭(OLTC)及可投切的電容器組成，控制時間常數(shù)一般為幾秒。在一級控制中，控制設(shè)備通過保持輸出變量盡可能的接近設(shè)定值來補償電壓的快速和隨機變化。,二級電壓控制由多個分布在電力系統(tǒng)各區(qū)域控制中心的相互獨立的區(qū)域電壓控制器(SVC)組成，通過修改一級控制器的整定值來協(xié)調(diào)區(qū)域內(nèi)一級控制器的行為?？刂茣r間常

6、數(shù)為幾十秒到分鐘級，控制的主要目的是保證中樞母線(pilot node)電壓等于設(shè)定值。二級電壓控制是一種區(qū)域控制(region control)，只用到本區(qū)域內(nèi)的信息。這種分區(qū)控制的理論基礎(chǔ)是無功電壓的區(qū)域特性。,三級電壓控制是其中的最高層，以控制中心EMS作為決策支持系統(tǒng)，以全系統(tǒng)的經(jīng)濟運行為優(yōu)化目標(biāo)，并考慮安全性指標(biāo)，最后給出各中樞母線電壓幅值的設(shè)定參考值，供二級電壓控制使用。在三級電壓控制中要充分考慮到協(xié)調(diào)的因素，利用整個系統(tǒng)的

7、全局信息來進行優(yōu)化計算，其時間常數(shù)在十幾分鐘到小時級，一般采用最優(yōu)潮流技術(shù)(OPF)。,AVC的兩個特征 第一，AVC是一個動態(tài)的、閉環(huán)的、實時運行的控制系統(tǒng)。 第二，AVC是一個在時域上分級，地域上分層分區(qū)的分解協(xié)調(diào)的過程。,AVC的基本概念 AVC是指在正常運行情況下，通過實時監(jiān)視電網(wǎng)無功電壓情況，進行在線優(yōu)化計算，分層調(diào)節(jié)控制電網(wǎng)無功電源及變壓器分接頭，調(diào)度自動化主站對接入各節(jié)點的無功

8、補償可控設(shè)備實行實時的最優(yōu)閉環(huán)控制，滿足全網(wǎng)安全電壓約束條件下的優(yōu)化無功潮流運行，達到電壓優(yōu)質(zhì)和網(wǎng)損最小。,實現(xiàn)AVC的幾個熱點問題： 無功優(yōu)化 分區(qū)及中樞節(jié)點的確定 無功負(fù)荷預(yù)報,無功優(yōu)化 無功優(yōu)化是AVC主站設(shè)計的核心程序，位于三級電壓控制系統(tǒng)的最高層。用于AVC主站設(shè)計的無功優(yōu)化程序應(yīng)具有如下特點：計算速度快，收斂可靠，魯棒性強，能處理大規(guī)模系統(tǒng)的優(yōu)化問

9、題。,無功優(yōu)化的方法 無功優(yōu)化的方法總體上可分為兩類：一類是基于可解析表達的數(shù)學(xué)優(yōu)化方法，另一類是無需解析表達的就能進行優(yōu)化的方法，即具有不同智能程度的一系列搜索類優(yōu)化算法。,無功優(yōu)化中的一些難點和問題：無功優(yōu)化問題的非線性程度； 無功優(yōu)化模型中大量不等式條件的處理； 無功優(yōu)化模型中離散變量的處理；無功優(yōu)化方法與AVC分級分區(qū)相結(jié)合；無功優(yōu)化從最優(yōu)潮流問題中分離成相對獨立的子問題，對最終的最優(yōu)解的影響；用于AV

10、C的動態(tài)無功優(yōu)化問題中，各斷面之間有時間耦合約束的變量的處理。,分區(qū)及中樞節(jié)點的確定 分區(qū)的要求： 中樞節(jié)點電壓的典型性 區(qū)域可控性 區(qū)域間的解耦性,分區(qū)的方法： 地理分區(qū)，即按照電力系統(tǒng)的地理分布分區(qū)，難以適應(yīng)系統(tǒng)運行工況的大幅變化，研制以硬件形式固定的區(qū)域控制器投資很大。 軟件分區(qū)，就是根據(jù)某種分區(qū)算法，由軟件在線自適應(yīng)的完成分區(qū)，分區(qū)結(jié)果不固定，能

11、適應(yīng)電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展和運行工況的實時變化 。,無功負(fù)荷預(yù)報 無功負(fù)荷預(yù)報是實現(xiàn)電力系統(tǒng)自動電壓控制的前提，沒有成功的無功負(fù)荷預(yù)報，就不可能實現(xiàn)整個控制周期內(nèi)真正意義上的AVC。,目前，負(fù)荷預(yù)報的研究多集中于有功負(fù)荷，無功負(fù)荷預(yù)報要充分利用有功預(yù)報的結(jié)果和分析功率因數(shù)變化的規(guī)律。 由于系統(tǒng)電壓的變化范圍相對較大，無功負(fù)荷預(yù)報還要考慮各節(jié)點無功負(fù)荷的電壓特性。,國內(nèi)AVC發(fā)展現(xiàn)狀 江蘇、河南、湖南、

12、福建、安徽以及山東等省的電力系統(tǒng)都在開展對AVC的研究，一些系統(tǒng)也做了初步的工程實現(xiàn)。,安徽省電網(wǎng)AVC系統(tǒng) 安徽電網(wǎng)按地理位置分為七個控制區(qū)。 樞紐母線取區(qū)域內(nèi)重要廠站的高壓母線。 電壓上下限的確定滿足在此電壓范圍內(nèi)，區(qū)域內(nèi)所有廠站的母線電壓都在合格范圍內(nèi)。,省調(diào)在滿足220kV母線電壓合格的前提下，盡量控制220kV變電站主變高壓側(cè)功率因數(shù)滿足220kV線路達到經(jīng)濟分布。

13、 省調(diào)AVC對每臺220kV主變下發(fā)無功指令，再由地調(diào)AVC軟件控制該主變所帶電網(wǎng)的電容器投切和變壓器分接頭調(diào)整。 地調(diào)AVC軟件將各220kV變電站主變高壓側(cè)無功負(fù)荷作為控制目標(biāo)，同時要具備與省調(diào)通信的能力。,試運行達到了以下設(shè)計要求： 減少了區(qū)域間無功流動，降低了網(wǎng)損； 減少了機組進相運行時間； 電壓波動幅度小，電壓合格率達到100%； 減輕了運行人員