自动电压控制（automaticvoltagecontrolavc）培训pptppt课件

AVC简介,河海大学 南京河海电力软件公司 朱孔亮 手机汇 报 内 容,一、概述 二、无功优化简介和数学模型 三、无功优化的控制模式介绍 四、地区电网的无功优化控制 五、主要的控制策略和功能 六、如何做控制实验 七、实际案例,概述,电压和无功功率的分布有着密不可分的关系，在许多情况下，无功功率是造成电网线路与变压器上电压和有功损耗的主要原因。 由此可见，合理的调动无功对于提高电压质量，降低系统网损具有重要的意义。无功优化就是其中一个重要的方面。通过无功优化可以优化电网的无功潮流分布，并降低电网有功损耗和电压损耗，从而改善电压质量，使用电设备安全可靠的运行。,自动电压控制(Automatic Voltage Control，AVC)，,自动电压控制是指在正常运行情况下，通过实时监视电网无功/电压情况，进行在线优化计算，分区分层调节控制电网中的无功电源，变压器分接头，无功补偿等设备，实施实时的最优闭环控制，满足全网安全约束条件下的优化无功潮流运行，达到电压优质和网损最小的目标。,从本质上说，自动电压控制的目标就是通过对电网无功分布的重新调整，保证电网运行在一个更安全、更经济的状态。,汇 报 内 容,一、概述 二、无功优化简介和数学模型 三、无功优化的控制模式介绍 四、地区电网的无功优化控制 五、主要的控制策略和功能 六、如何做控制实验 七、实际案例,无功优化数学模型（一）,1.目标函数,2.等式约束,目标函数根据不同地区的需要可以改变,无功优化的控制模式,（一）基于九区图的变电站电压无功控制,（二）基于全网优化的集中式二级电压控制,早期基于VQC的变电站电压无功控制从本质上来讲只能算是变电站内的区域无功优化，不能从全网角度来分析和优化全网的无功潮流。,随着电网不断发展，电压等级之间的协调控制日趋频繁，特别是通信和计算机技术的飞速发展，VQC已经无法适应这种快速发展的需求，于是基于全网优化的二级电压控制在这样的情况下诞生了，也就是我们俗称的AVC系统。,区域AVC接口,SCADA系统,上级AVC系统,功率因数校正 （网损最小的组合方案）,电压校正,全网无功优化,灵敏度矩阵,灵敏度矩阵,逆调压处理,遥控遥调指令,电压越限or关口功率因数越限,有最优化方案？,有最优化方案？,（三）基于全网优化的分布式二级协调控制,集控站的出现 调度权+监控权 随着新的管理理念和运行模式上的变化，原有的 模式上就已经显得太不适应，出现了分布式二级控制的 新模式,模式上的变化,AVC系统网络示意图,（四）基于“软”分区的全网无功优化三级控制,法国EDF公司在上世纪80年代末、90年代初提出并采用了复杂的协调二级电压控制/三级电压控制。,结合国内实际的电力调度管理体制和自动化的硬件基础，借鉴国外三级控制，提出了基于“软”分区的全局无功优化控制策略,汇 报 内 容,一、概述 二、无功优化简介和数学模型 三、无功优化的控制模式介绍 四、地区电网的无功优化控制 五、主要的控制策略和功能 六、如何做控制实验 七、实际案例,区域电网无功优化控制,（一） 特点,无功功率的平衡比有功功率的平衡局限性更大。有功功率的平衡为全网平衡，而无功功率的平衡为分层分区平衡。 所谓分层，是指按电网电压等级，即网络的传输能力大小，将电力系统划分为由上至下的若干结构层次 。分区是一个电力概念，是对电力系统组成部分的一种认识，它不应该和地理的行政的分区概念相混淆。,区域电网无功优化控制,典型区域电网,（二） 主要算法,1）模糊专家系统 2）灵敏度分析 3）潮流计算 4）改进遗传算法 模糊专家系统的辅助决策工具是潮流计算，如果潮流计算不收敛则依靠全网的灵敏度矩阵辅助决策，有效的保证了指令的正确性,（一）模糊专家系统,专家系统是一个具有专门知识与经验的程序系统，它根据某个领域的专家提供的知识与经验进行推理和判断，模拟专家的决策过程，以解决那些需要专家决策的复杂问题。 河海大学研制的控制系统涉及的专家系统是根据系统状态的电压、无功等数据及电容器投切和有载变压器分接档位信号，实时对电压无功进行优化集中控制；专家系统已经历尽10多年，非常成熟。,模糊专家系统的典型功能为： 1）全网优化协调电压功能 当本站电压越线时，模糊专家系统能够分析决定是 调节本变电所还是调节上级电源变电所做到多级电压 协调控制 2）全网优化补偿无功功能 当区域电网内各级变电所电压处在合格范围内，控 制本级电网内无功功率流向合理，达到无功功率分层 就地平衡，提高受电功率因数。,同电压等级不同变电所电容器组根据计算决策谁优 先投入；同变电所不同容量电容器组根据计算决策谁优 先投入。 在确保不向上级电网倒流无功的情况下，允许本厂站 的无功倒流，实现无功同层平衡的同时降损。 可以根据当前的负荷水平进行全电网分析，自动实现 高峰负荷电压偏上限运行，低谷负荷电压偏下限运行的 逆调压功能。,（二）遗传算法简介 1962年，美国Holland教授提出基本概念 1975年，Holland教授出版专著 80年代中后期，研究高潮 90年代，基本成熟，广泛应用,基本步骤： 产生初始群（祖先）； 对每个个体解码，计算其适应值； 选择成亲； 交叉、变异； 产生下一代。,选择：一般采取赌博轮方式，每次从初始代中选两个个体 例如：父体：11000 母体：10011,交叉：,变异：,变异(Mutition),选择(Select),交叉(Cross),遗传 算法,2.交叉,产生新个体的主要方法 ，操作是随机性的，有可能破坏掉当前种群中适应度好的个体,1. 选择,按适应度选择出适应性强的某些染色体，为染色体交换和变异产生新种群做准备,3.变异,保持种群多样性，是随机性的，有可能破坏掉适应度最好的个体,（三）灵敏度分析算法 系统稳定时的运行方程可以写成： F( X , U ) 0 其中X为控制变量，U为状态变量。,PU:就是电压控制灵敏度矩阵，它反映了电压控制区域内控制变量与状态变量之间的变化关系。,其中X为控制变量，U为状态变量。,其在平衡处线性化处理后可以得出：,（四）潮流算法,PQ分解法,保留非线性算法,牛顿拉夫逊法,汇 报 内 容,一、概述 二、无功优化简介和数学模型 三、无功优化的控制模式介绍 四、地区电网的无功优化控制 五、主要的控制策略和功能 六、如何做控制实验 七、实际案例,原则：优先级顺序： 电压功率因数无功 1）系统优先考虑10kV电压，然后是220kV （关口）变电站功率因数，最后是无功。,主要策略,2）在电压越限和功率因数越限矛盾的情况下，优 先考虑电压。（功率因数还有其他调节手段） 3）功率因数越限需调节电容器，电压预算不通过 时，考虑调挡后投切电容器 4）无功优化时进行功率因数预算,主要策略,电压越限调节电容器原则： 电压越上限，优先切容量小的电容器，同 容量电容器优先切动作次数少的。 电压越下限，优先投容量大的电容器，同 容量电容器的优先投动作次数少的。,主要策略,一.电压校正 1）条件：变电站低压母线电压越考核上限；变电站上级220KV变电站功率因数合格; 变电站无功合理。 策略：降变电站主变档位(优先级1) 切该变电站低压侧电容器(优先级0),主要策略举例,2） 条件：变电站低压母线电压越考核下限;变电站上级220KV（关口）变电站功率因数合格; 变电站无功缺乏。 策略：投该变电站低压侧电容器(优先级1) 升变电站主变档位(优先级0),主要策略举例,二.功率因数校正： 220kV（关口）变电站考核功率因数 1）条件：220kV（关口）变电站低压母线电压合 格;220kV变电站功率因数越考核上限。 策略：切该变电站低压侧电容器(优先级1) 切该变电站子站低压侧电容器(优先级0),主要策略举例,2）条件：220kV（关口）变电站低压母线电压合 格;220kV（关口）变电站功率因数越考核下限。 策略：投该变电站子站低压侧电容器(优先级1) 投该变电站低压侧电容器(优先级0),主要策略举例,切本变电站子站低压侧电容器原则： 对能切的子站电容器排序，切除后使该电容器所挂变压器高压侧无功绝对值最小的电容器优先调节。如该电容器所挂母线电压预算未通过，考虑升档切电容。,主要策略举例,三.组合调节： 当功率因数校正和变电站无功优化，投切电容器预算相应的母线电压不通过时，需先调节档位，再投切电容器。 1、降档投电容: 2、升档切电容,主要策略举例,四.安全控制策略： 1）变压器滑档 的处理 对于变压器调档，如果系统判断变压器档位数据变化大于等于2档时（中间挡不算），系统报警变压器滑档。 对于AVC控制的变压器如果滑档，系统自动把该变压器优化状态设置为退出，并报警。如恢复正常，需人工恢复故障前优化状态。,主要策略举例,2）并列运行处理 并列运行的变压器，如果档位不一致，系统报警。并且设置设备为故障闭锁。 3）多次操作失败的处理 AVC控制的设备三次(可选)操作失败后，系统报警，并且设置设备为故障闭锁。故障闭锁时间到了，自动恢复故障前状态。,主要策略举例,4）保护 当设备有保护信号时，系统自动设置设备保护状态为保护。当现场保护复归后，经调度员确认，需手动解除设备保护状态。 5）电容器跳闸 对于AVC控制的电容器如发生非 AVC操作退电容器的情况，系统系统自动把该电容器优化状态设置为退出，并报警。 故障排除后需人工恢复故障前优化状态。,主要策略举例,功能画面简介,AVC系统服务器端控制台界面,AVC系统客户端控制台界面,汇 报 内 容,一、概述 二、无功优化简介和数学模型 三、无功优化的控制模式介绍 四、地区电网的无功优化控制 五、主要的控制策略和功能 六、如何做控制实验 七、实际案例,AVC 控制实验,遥控实验的目的： 1）验证数据库中各设备的遥控号以及遥调号是否正确，防止AVC系统误动其他设备； 2）测试AVC系统和SCADA系统的接口遥控规约是否正确； 3）测试设备控制通道的稳定性； 4）测试SCADA系统的控制程序是否稳定、正确,控制实验旨在测试AVC控制系统控制程序的稳定性与正确性，其一般步骤如下： 1、添加设备的遥控号或遥调号； 2、遥控预置； 3、核对选择设备是否正确； 4、遥控执行； 5、记录实验结果。 AVC控制系统遥控的程序流程如下图所示,汇 报 内 容,一、概述 二、无功优化简介和数学模型 三、无功优化的控制模式介绍 四、地区电网的无功优化控制 五、主要的控制策略和功能 六、如何做控制实验 七、实际案例,用户使用情况分析 浙江金华电业局,AVC系统投入闭环控制后，110kV系统电压有了明显改善（见图5-3和图5-4）。全网电压合格率：05年95.44；06年98.75；07年99.47；08年99.7%。,1提高电压质量，电压合格率，电压偏差,AVC系统投入闭环控制后，10kV系统电压有了明显改善（见图5-5），全网电压合格率：05年城网99.61%，农网99.02%；06年城网99.25%，农网99.77%；07年城网99.829%，农网99.37%；08年城网99.889%，农网99.385%。,AVC投入前，方岩变110kV系统电压越高限、越低限情况并存，投入后电压运行区间合理，波幅显著收敛。取AVC投入前的2006年5月8日22日和投入后的高峰负荷期间2006年8月114日的电压曲线，如图5-6所示，两周时间的区间比较也完全符合以上的结论：,2006年方岩变电站供区的芝英、古山、长城10kV母线电压平均合格率统计情况（见图5-7）直观反映了三季度该区域电压改善的结果。,2减少电能损耗，电容器投入率升高，主网网损率降低,AVC系统投入闭环运行后，大幅度提高了电容器投入率，降损节电效果明显，方便且很好地实现了电网的经济运行。 5月22日主网AVC控制范围内部分电容器投入情况（见图5-8和图5-9），7月3日主网电容器投入情况（见图5-10和图5-11）。,分布式AVC系统投入前后的电容器投入情况对比，投入率提高了近30，该日增加无功补偿电量约530万千乏时：曲线积分差值为1007.2537.2470万千乏时，加上未计入部分约60万千乏时。若取节电当量0.9，可得节电4.8万千瓦时，三个月能达440万千瓦时。,从网损实时系统中看AVC投入前后的降损效益。主网网损率：05年0.97%，06年0.85%，07年0.817%，08年0.7%。见下图5-12和图5-13。,从网损的特性看，进入2006年7月双夏用电高峰后，其增长速度大于供电量的增长速度，所以在图表上基本上可以看出7月之后的网损率下降不小于0.1，则对应于三个月的节电量合计在430万Kwh以上，平均日节电大于4.67万Kwh。,3减少主变调档次数，主变档位动作次数,AVC系统投入运行后，110kV主变有载分接开关调节次数显著减少，无疑对提高主变寿命水平大有裨益。以下图5-15和图5-16是110kV长城变和110kV丽州变1主变档位每天动作次数曲线,4约束关口功率因数，功率因