电网自动电压无功操纵系统AVC设计

1、电网自动电压无功操纵系统(AVC)设计随着电力工业的进展，大容量电厂和电力用户的大电力系统的显现，电压问题已经不只是一个供电质量的问题,而且是关系到大系统平安运行和经济运行的重要问题。一：电网电压无功优化的意义和当前研究现状在电网的无功电压治理方面，当前比较突出的问题有：一、顶峰负荷期间，无功补偿不足，变电所母线电压普遍偏低在低谷负荷期间，无功多余，引发变电所母线电压升高。二、并联电容器分组和有载调压变压器分接头档位组合不合理。有的并联电容器每组容量过大，投运后母线电压偏高，切除后母线电压又偏低。有的有载调压变压器分接头每档调压过大，不能知足运行电压平稳调剂的需要。3、无功调剂设备质量只是硬。

2、电容器损坏率较高有载调压变压器的频繁调压也易造成份接头故障，从而使变压器被迫退出运行。4、无功计量误差较大，测量数据不完整，给电压无功分析带来困难。五、缺乏有效的电压无功实时分析计算手腕。电容器的投切和有载调压变压器的调压大体上凭体会，调剂不够及时、准确。正是由于以上问题的存在，电网电压与无功优化操纵才显得更有实际意义。电压与无功电压优化操纵对保证电压质量、提高系统的平安性和经济性都是十分重要的，随着调度自动化系统在地调中的普遍投入运行，依照全网系统的运行信息，实现全网的电乐无功操纵成为可能。只要在调度主站端安装全局无功优化操纵软件，不但为电力企业节.省设备投资，且可给出一个合理的操纵方法，从

3、而保证全网范围内的电压质量合格和无功功率的合理散布。二：AVC系统概述一、AVC系统介绍电网无功电压闭环操纵系统(以下简称AVC系统)是通过监视关口的无功和变电站母线电压，保证关口无功和母线电压合格的条件下进行无功电压优化计算，通过改变电网中可控无功电源的出力，无功补偿设备的投切，变压器分接头的调整来知足平安经济运行条件，提高电压质量，降低网损。系统优化的目标为关口无功合格，母线电压合格，网损最优。图1为系统的原理框图。现依照图1对系统简单介绍如下：(l)AVC系统接口与SCADA系统的的连接它是通过地域变电站内的RTU与系统效劳器及SCADA工作站通信的，因此每一个变电站内都要有远方终端，它

4、是电网调度自动化系统的重要组成部份，它的要紧任务是将变电站的实时运行信息送给调度操纵中心，把调度的操纵、调节等命令送给厂站执行。(2)AVC系统接口与省网主站AVC系统的连接通过与省网主站AVC系统的连接通信，地域电网可依照省局下发的无功指令对电容器和变压器分接头进行调剂，对各变电站进行电压无功的调整，进而实现对地域电网的无功优化操纵。(3)系统的大体功能全网电压优化功能：当无功功率流向合理，某变电站10kV侧母线电压越上限或越下限运行，处在不合理范闱时，分析同电源、同电压品级变电站和上级变电站电压情形，决定是调剂本变电站有载主变分接头开关仍是调剂上级电源变电站有载主变分接头开关档位。实现图1

5、电压无功操纵系统原理框图全网调剂电压，能够达到以尽可能少的有载调压变压器分接开关调剂次数，达到最大范围地提高电压水平，同时幸免了多变电站多主变同时调剂主变分接开关可能引发的调剂振荡。实施有载调压变压器分接开关调剂次数优化分派，保证了电网有载调压变压器分接开关动作平安和减少日常保护工作量。实现热备用有载调压变压器分接开关档位联调，使热备用有载调压变压器分接开关档位与运行有载调压变压器分接开关档位以致调剂，可迅速完成热备用变压器的并联运行。全网无功优化功能：当电网内各级变电站电压处在合格范闱内时，可操纵本级电网内无功功率流向，使其更为合理，达到无功功率分层当场平稳，提高受电功率因数。依据电网对电压

6、、无功转变的需要，计算并决策同电压品级不同变电站电容器组、同变电站不同容量电容器组谁优先投入。省网关口功率因数不合格时，优化220kV及其下级变电所的电容器组的投切。无功电压综合优化功能：当变电站10kV母线电压越上限时，先降低主变分接开关档位,如达不到要求，再切除电容器。当变电站10kV母线电压超下限时，先投入电容器，达不到要求时，再提高主变分接开关档位，尽可能做到电容器投入量达到最合理。预测10kV母线电压和负荷转变，避免无功补偿设备投切振荡。网损的优化：在电压和功率都合格的情形下，通过设备的电压、网损灵敏度分析和综合的调整费用来进行排队选择操纵的设备。对设备的操纵保证电压合格，同时不引发

7、电压的太大转变。通过概念设备的调整费用来操纵调整频度和调整优先级。实现逆调压:软件系统能够依照当前的负荷水平，自动实现顶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。电压校正、功率因数校正、网损优化这三个功能的优先级依照用户考核和治理的规定设定。三：AVC的性能指标一、AVC系统覆盖率要求250%(1)计算公式：AVC覆盖率=地调调度管辖范围内可控的厂站数1nA勿地调调度管辖范围内实际厂站数(2)考核依据：a.地调调度管辖范围；b.地调AVC系统操纵厂站数：c.被验收单位的自查报告。(3)核实方法：依照由供电公司提供调度管辖范闱及可控厂站数。二、AVC月可用率要求290$(1)计算

8、公式：AVC月可用率二AVC全月计算正确次数XI。AVC全月计算总次数用该指标进行考核时，要求AVC全月计算总次数一样很多于2800次(至少5分钟计算一次)。(2)考核依据：a.地调系统AVC有关统计数据：b.被验收单位的自查报告。(3)核实方法：依照所提供的资料，核实指标的完成情形，并对该项指标进行实测时刻(一样很多于2个小时)。3、AVC系统投运率要求285$(1)计算公式：AVC月投运率-AVC全月闭，环时间X。(2)考核依据：a.地调系统AVC有关统计数据：b,被验收单位的自查报告。(3)核实方法：依照所提供的资料，核实指标的完成情形。4、AVC操纵合格率要求290%(1)计算公式：A

9、VC月控制合格率=AVC全月控制成功次数八AVC全月控制总次数考核依据：a.地调系统AVC有关统计数据：b.被验收单位的自查报告。(3)核实方法：依照所提供的资料，核实指标的完成情形，现场抽测(很多于2次)。五、AVC单次计算时刻要求10秒该指标中的时刻是指从AVC计算周期开始计至结果显示到画面上为止的时间。核实方法：现场抽测，很多于三次。六、AVC单次操纵完成时刻要求W30秒该指标中的时刻是指从AVC操纵命令开始下发至结果正确显示到画而上为止的时刻。核实方法:现场实测，很多于三次。四:AVC系统的设计一、系统的设计原那么系统的操纵原那么是第一保证电网平平稳固运行，第二是保证电压和功率因数合格

10、，当电网内各级变电所电压处在合格范围内，操纵本级电网内无功功率流向合理，达到无功功率分层当场平稳，以达到降低网损的目标。操纵包括有电压校正操纵、功率因数校正操纵、网损优化操纵三种模式。对操纵设备的选择要紧依照电压、功率因数、网损的灵敏度分析和设备操纵费用综合评估量算取得的综合指标进行选择，实现优化操纵。系统的技术特点：可在负荷顶峰期各个节.点的电压偏上限运行，在负荷低谷时各个行点电压偏下限运行，实现逆调压能自动依照负荷预测曲线实现预操纵，避免设备操作过频具有对调剂成效预估算功能，避免显现操纵振荡或过调能依照历史日负荷曲线转变规律实现变压器和电容器分时段和谐配合在保证不向上一级电网倒送无功即保证

11、关口无功合格的前提下，许诺同级电网各变电站之间无功倒送，以实现网损最优提供对两圈，三圈变压器的合明白得决方案具有对每次的操纵费用和操作节省的网损进行比较功能，以真正降低电网运行本钱。系统的操纵模式：具有两种操纵模式，优化操纵和分区操纵。优化操纵的要紧功能有电压校正操纵、功率因数校正操纵、网损优化操纵。当电网部份遥信、遥测数据显现问题使优化计算不能完成时，系统自动切换为基于规那么的分区操纵。在这种操纵方式下，系统能够依照设定的电压、功率因数限值进行变电站级的局部无功、电压操纵，保证系统的持续稳固运行。优化操纵模式具有的功能：在状态估量运行正常且量测合格率大于设定的低限，自动电压操纵利用优化操纵模

12、式。利用潮流计算的灵敏度分析功能，取得操纵设备对母线电压、关口功率因数、网损的阻碍，同时考虑设备的操作费用，取得操纵设备的调制综合指标。将调整综合指标进行排序来选择操纵设备。通过对操纵费用和操纵综合指标模型的修改来决定无功电压操纵设备的优先级和操纵频度，替代分区操纵的复杂规那么使系统易于保护，同时实现无功电压的优化操纵。分区操纵模式具有的功能：要紧依照系统当前各个监控点在电压和无功平面中所处的运行区域，采取相对应的操纵规那么，实现对全网功率因数和电压的自动监控。二、AVC系统的组成此系统要紧由硬件和软件两个部份组成，硬件部份要紧由电压无功优化效劳器和远程工作站组成。软件部份要紧包括无功优化数学

13、模型、数据搜集、电压及无功优化计算和处置、操纵执行等模块。(1)电压无功优化系统的组成系统由电网实时数据搜集接口、网络拓扑分析系统、无功电压计算分析平台、变电站及设备操纵出口等功能模块组成，采纳先进的无功优化算法，通过靠得住的技术平台实现，最大程度上的确保了优化方式的科学性、操纵模式的平安性、设备治理的合理性。系统除实现无功电压的优化操纵之外，还提供了网损统计分析、系统参数调剂等功能，在帮忙电网工作人员跟踪系统实施结果的同时，改良操纵方式和策略，使系统通过慢慢的完善，最终达到降损节能和改善电压质量的目的。(2)电压无功优化系统采纳的大体原理及算法本系统为在线实时无功优化操纵系统，模型的目标值为

14、系统的网损最小，且操纵方法中将不考虑发电机因素。F=minPL0ss约束条件：一、节点电压约束：匕而匕皿二、有载调压分接头档数调剂上下限：Tin,nTtTinux3、支路电流上下限：4疝nV/,V4皿4、设备动作次数上限：$有动作次数约束的设备包括电容器、电抗器、有载调压分接头。五、潮流方程约束PGi=以+匕Z匕(Gcos%+与sin%)。5=森+匕Z匕(sin4一耳cos5.)同其中所有节点i都需要知足有功方程；所有尸。节点都需要知足无功方程:G心约一节点导纳阵元素:匕一第，条母线电压：用一母线i和母线，的电压相角差；P&、。白一母线i上所带发电机的有功功率和无功功率;P。、。一母线i上所带

15、负荷的有功功率和无功功率：h一与节点，相连的节点集，包括节点i.本系统所实现的即是在知足上述约束条件下，寻觅网损最小的无功潮流最优散布方案,投切电容器、电抗器、调剂有载调压分接头。(3)灵敏度分析网损对节点补偿电容的灵敏度假设电网总的节点数为n,那么其网损为：P=u,Ujcosd)1-1J-1电网中节点，注入的有功功率q与注入的无功功率2的极坐标形式表示为:4=ZUjUj(G.cosq+耳sin0.)Q,=uj(Gsine.-Bjjcos%)问从式中可见，网损是节点电压幅值及相角的函数，节点注入无功功率亦是节点电压幅值和相角的函数.依照隐函数求导法那么，可求出网损对各行点注入无功功率的偏导数c

16、PdPdUxdP肛dPdu.1IZIri-1F-I为叫dQdu2dQtdundQ=a(Gjjsinq一Bjjcos0.)而吆二为dQi/dUj从而可得:dP碣=E 2Z%qcos% I jek4 (% sin%-练 cos盘)网损对有载调压变压器分接头的灵敏度设式点，和/之间用变压器连接，分接头在/侧，并假定注入功率别离为4、2和月、Qi，如下图:当变压器分接头改变时，将引发支路传输功率的转变，从而引发打点注入功率的转变，以下图表示了这种转变的彼此关系。P + Ar,.1:（% + 金）吗P. +-Ar.7%Q，+i佟13改变时，变压器注入功率转变变压器分接头变更引发的节.点功率转变为：叱Id

17、taQ=鲁5dPiiAP一口A4%0=-詈%由行点，和J的注入功率转变而引发的网损转变是:AP=A+AQ+A/+A0,明1QQt号况/60）P =dP 羽实时潮流计算通过有效化验收后精度已经能够知足无功电压操纵的需求，考虑到地域无功电压操纵的特点，选择采纳子网灵敏度分析和依照操纵设备的类型和容量进行分组计算可提高计算速度知足对速度的要求。考虑到电容器的容量比较大，且电容器对功率因数和网损的阻碍具有较强的非线性，对电容器的灵敏度分析采纳逐个的投/切扫描计算。对变压器进行分组只采纳升或降的分组扫描计算，同时考虑并列运行变压器的同步伐整。3、系统的操纵流程及实现方式系统流程：如图4所示。系统开始运行

18、时第一读取拓扑数据库，启动三个独立的线程一个用于爱惜信号的监视,当爱惜动作时闭锁对应的设备一个用于电压、功率因数的监视，产生优化操纵方案，当越限时产生最优校正操纵方案另一个用于执行操纵方案。每一个独立的监控母线母线的电压受考核为一个电压监控点，每一个220kV变电所高压侧关口作为一个单独的功率因素监控点。操纵方案的可行性是通过计算分析严格验证的，保证操纵后排除越限或有更好的运行状态。可行方案中包括本变电站的操纵方案，上级变电站的操纵方案，同级变电站的操纵方案，能够专门好的解决不同监控点的和谐操纵如三圈变压器的操纵，上、下级变电站的联合操纵，同级变电站的和谐操纵等问题。要紧操纵进程为循环监控，包

19、括以下要紧步骤：(1)取实时数据并进行滤波。当有非电容器开关变位时从头进行拓扑分析生成监控点，并进行灵敏度扫描计算。(2)运行时获取状态估量数据、进行拓扑分析产生监控点，并进行灵敏度扫描计算。(3)操纵时若是灵敏度扫描周期到，获取状态估量数据，进行网损、功率因数、电压的灵敏度扫描计算。(4)依照扫描结果进行电压、功率因数、网损的设备操作灵敏度分析。(5)依照灵敏度分析结果计算各个设备的综合指标，利用滤波后的实时量测进行监视，当有越限时进行方案的综合评估和排序，产生最优方案。在产生方案时考虑设备的各类制约因素及爱惜信号，如设备不可用那么进行闭锁。若是有最优操纵方案，执行该方案，不然进行报警。图4

20、系统流程图系统的操纵方案：(1)变电站母线电压的校正操纵对监控点的电压进行监视，当显现电压越限时，依照优化计算的结果产生校正操纵方案,通过并联补偿设备的投切和变压器分接头的调整来保证监控点的电压在规定的运行区间内。(2)关口功率因数的校正操纵对系统关口的功率因数进行监视，当超过给定的运行范围时，依照优化计算的结果选择投切某个并联补偿设备来操纵功率因数，保证电压转变不大，网损增加最少或减少最多。(3)网损的优化操纵在电压和功率因数都合格的情形下，通过对设备的电压、网损、关口功率因数的灵敏度分析和综合调整指标来选择操纵设备。当网损减少小于操纵死区值时不操纵，依照典型日的负荷曲线预测设备投入或切除后至下一次切除或投入的时刻，依照此计算优化电量，若是节约的费用大于设备的操纵费和死区时才提出方案。对设备的操纵保证电压合格，同时不引发电压的太大转变系统的平安操纵：为保证操纵的平安，采取了以下方法：(1)实时监视变压器、电容器等操纵设备的主爱惜信号，一旦有爱惜动作时当即闭锁该设备的操纵，并进行报警。当设备的操纵多次失败时，即闭锁对该设备的操纵，并进行