前言

近年來，電網規模的急劇擴大和信息技術的高速發展帶來的最為顯著的變化是：對電網的控制和管理已經越來越依靠計算機系統，發電廠的機控逐步與網控合并，網控則基本上是執行調度中心的指令。變電站則從10kV一直到500kV等級，基本上已經無人值守。電網自動化系統中的計算機，已經從輔助操作變成獨擋一面。系統中的計算機已經由過去陪練的角色轉變為主力運動員，這時候人們發現，原來這些運動員的素質，就整體來說，是跟不上作為主力運動員的要求的。

電壓(V)和頻率(F)是電網運行中最重要的兩個參數。

過去的電壓無功管理，是有人為因素加入之下的決策，而現在，已經完全交給計算機去管理，就是稱之為AVC的自動電壓控制系統。但計算機中運行著的應用程序，還是以前輔助決策時期的版本，這就難免會出現以前不會出現的問題。要在實時運行的系統中把這些程式一次性更換是不現實的，但我們必須充分注意到這些問題的存在，在運行管理中考慮到這些因素，以避免故障事件的擴大。同時，不失時機地改進或更新這些軟體的版本，使它真正有能力承擔所賦予的職責。

下面是筆者所在地區在無功電壓管理方面所出現問題的案例，希望對于國內的同行具有參考價值。

一、AVC系統原理及控制模式

蚌埠電網AVC系統基于南瑞科技OPEN3000平臺，可方便地共享SCADA/EMS的實時數據信息和PAS網絡拓撲結構，通過采集母線電壓、線路潮流、開關、刀閘等實時信息，對全網電壓、無功進行綜合分析和計算。以各節點電壓合格率、關口功率因數為約束條件，進行在線電壓無功優化控制，達到主變分接開關調節次數最少、電容器投切最合理、電壓合格率最高和輸電網損率最小的目的。其中電壓上下限和功率因數上下限可分時段設置或以計劃曲線的方式給出，系統自動根據負荷水平實現電網的逆調壓運行。

蚌埠地區電網無功/電壓優化控制系統具有兩種控制模式：優化控制模式和分區控制模式。

全網優化控制模式下，主要功能有電壓校正控制、功率因數校正控制、網損優化控制。三個主要功能的優先級可根據實際情況設置。該模式下實時自動接收省調主站的無功指令，并根據無功指令和相應控制策略制定調壓控制方案，在調度中心完成電容器投切和變壓器分接頭升降等遙控、遙調操作。

當電網部分遙信、遙測數據出現問題使優化計算不能完成時，系統自動切換運行方式為基于規則的分區控制模式。這種運行模式下，系統可以根據設定的電壓、功率因數限值進行變電站級別的無功、電壓控制，保證系統的連續穩定運行。在該模式下可根據自定義的控制規則實現對廠站功率因數或全網功率因數以及電壓的控制。

二、蚌埠地區電網AVC系統運行分析

1、電網情況簡介

蚌埠市區電網有220kV變電站10座、110kV變電站21座、35kV變電站3座, 變壓器總容量為3197000kVA，全網無功(電容器)容量為339560kVar。系統基本上是輻射狀連接，所有變電站均具備和省網的閉環控制條件。目前，市轄34座變電站全部接入AVC系統閉環運行。

2、問題實例及分析

對于系統設備頻繁操作這一涉及到電網安全的問題，據了解在某省出現過多次：因AVC系統限值錯誤或者失效，導致不斷調節檔位，致使用戶電梯損壞的事故。雖然沒有進一步惡化，但必須引起系統維護人員、程序開發人員足夠的重視。以下是此類問題的若干案例：

實例1：某集控站反映所轄受控變電站312電容器有頻繁投切現象，2分鐘一次，共有8次分合。程序顯然沒有應用1800秒投切間隔時間，經檢查，為一外網等值開關狀態的錯誤改變導致EMS系統狀態估計計算不收斂，狀態估計合格率返送SCADA數據保持在98%不刷新，在這種情況下，AVC所有限值失效。顯然，這是因為程序有缺陷。

實例2：運行方式人員反映，某220kV變電站35kV的四組電容器，AVC系統常常只操作其中兩組，對另外兩組很少操作，這會影響電容器使用壽命。分析發現AVC 系統中的電容器的控制策略存在問題。該系統對電容器投切只是自動找到具備可投切條件的設備進行操作，而沒有根據電網《變電站設備定期試驗輪換制度》中規定的“一條母線上有多組無功補償裝置時，各組無功補償裝置的投切次數應盡量趨于平衡的輪換運行要求”。系統找到母線上排序第一的電容器，只要未超過當日投切上限10次，就不會推出投切下一臺的方案。還有另一個缺陷是：AVC系統根據母線上主變開關，確定該母線上電容器是否加入運算，卻未考慮母聯開關合閘，電源點由另一主變送入的情況。

實例3：某集控站反映，所轄110kV變電站檔位連續下調幾次，其下級變電站10kV母線電壓已降到8.9kV。經查證，系統推出方案的目的是為優化電網網損，檢查后發現PAS、AVC數據庫填寫正確，母線上下限值參數也已設置無誤。但系統存在有時寫庫失敗的問題，當時參數檢查已經生效，但模塊重啟，或重讀數據庫，填寫參數丟失，參數默認為上次同一字段修改成功的限值，這樣的10kV母線限值很可能會自動改為220kV母線限值!這樣就極可能導致一些嚴重后果。

實例4、某變電站35kV線路負荷用戶為鋼廠，屬沖擊性負荷，造成電壓波動很大，電壓在限值周圍跳變厲害，導致遙控次數過多。AVC中電容器日投切上限為10次，變壓器調節次數為10次，結果每天上午幾個小時內就達到了設備操作上限，被系統禁用。這樣該電容器每天只是做了無謂的操作，失去其應有的意義。

實例5：變電人員常反映電壓在合格范圍內，但電容器、變壓器檔位還有較頻繁的操作。詢問原因，變電人員反映，電壓合格時AVC系統仍有操作，原因是AVC系統正在執行中調無功指令，從省網角度統一平衡無功，達到電網安全、力率合格、降低損耗的目的。但從地區角度，也要推出自己的降損方案，兩者不完全一致是肯定的。

實例6：某變電站1#主變已由AVC系統升為8檔，又連續調為9檔。然后系統因延時未到將其禁用，原因為升檔后檔位變化反映到畫面上再被AVC獲取需要一定的時間。也就是說，電壓預判不精確或變化遙測上送太慢，也會造成AVC區域無功優化控制模式與電壓校正控制模式相沖突，導致主變分接頭或電容器頻繁循環動作，甚至使10kV母線電壓越限。

實例7：某110kV變電站2#變當日升降16次，超過每日升降次數限值(10次 )，AVC系統卻未將其禁用。經查為狀態估計模塊異常退出運行，計算停止。EMS系統未在模塊退出類中報警，因而造成和實例1相同的問題。

三、程序改進措施

根據以上AVC系統運行中的實例分析，可將無功電壓控制設備的頻繁動作原因歸納為七個方面：

①是狀態估計模塊的影響(不收斂、異常、退出)導致AVC系統限值參數失效;

②是修改AVC參數后只改到界面卻寫庫失敗，系統暫時應用了參數，而當程序重讀或重啟后參數丟失;

③是對于電網較特殊運行方式下，AVC對于控制策略考慮不足;

④是未按《設備輪換制度》中要求實現無功補償裝置的投切次數應盡量趨于平衡的輪換運行要求;

⑤是沖擊性負荷使母線電壓跳變，導致控制方案頻出;

⑥是在保證系統力率、電壓合格之外，系統還會出降低網損的方案，也會導致設備操作有所增加;

⑦是電壓預判不精確或變化遙測、遙信上送慢，使AVC誤讀為操作失敗，而繼續推出了執行方案。

根據上述原因，提出軟件相應改進辦法如下：

1、增加狀態估計異常告警

當外網等值數據、內網數據錯誤導致狀態估計運算不收斂、模塊停止計算時;當合格率數據在10分鐘內(可根據情況設置)不變化時;在這些情況下，需在AVC系統程序中增加判別條件，使AVC系統自動開環運行并發出告警信號，提醒及時維護狀態估計模塊，保證其能正常運行。AVC系統中設置的參數、安全策略應獨立于高級應用的其他參數設置，當狀態估計模塊運行異常退出運行時，參數應仍然有效。

2、及時關閉數據庫聯接

關于修改AVC參數后只改到界面上卻寫庫失敗問題，經檢查分析發現屬于系統運行中打開數據庫聯接過多，而程序未考慮及時關閉，使得數據阻塞，不能更新到數據庫。因此應在軟件中修改數據庫讀寫機制，在寫庫完畢后，及時關閉數據庫聯接，避免此類問題的發生。即使參數修改不成功，也不能自動默認限值參數而是顯示為空值。這樣，當參數不完全時，系統自動將該變電站退出，并發出“參數不完全告警”，提示維護人員注意。

3、外網等值錯誤自動排除功能

搜集最新的與本電網有聯系的外網結構模型及數據，需要重新確定更精確的模型。AVC系統當外網數據錯誤時，應能自動判斷并將外網排除后，保證內網正常運算并發出告警。確保狀態估計模塊的正常運行。

4、實現無功補償設備的設備輪流切換

在AVC系統中加入操作次數判別，對電容器控制方式作適當調整，可以實現同一電氣島中相同容量無功補償設備的設備輪流切換，以解決電容器頻繁投切這一問題，大大提高這類設備的使用壽命。

5、增加特殊運行方式的考慮

在AVC軟件中加入運行方式判別，根據變電站內主變高中低壓三側受總開關、高中低壓母線、母聯開關的狀態判斷主變的運行方式，增加考慮某一段母線退出運行、或通過母聯由另一主變供電的特殊方式。讓以上的判斷結果等待“靈敏度分析模塊”調用。

6、實現運行方式和操作次數聯合判別

通過自動判斷電氣連接方式，尋找在同一電氣島中，符合方案執行條件的所有電容器。如可投電容器大于一組則優先考慮本日投切次數較少的;如投切次數相同則優先考慮投入時間在前的電容器。當任意一組或幾組電容器退出自動控制方式時，本模塊仍能根據需要，自動確定新的投切順序，實行循環投切。除有投切順序的電容器組外，其余電容器組本著輪換投切，先投先切，后投后切的原則投切，投切的時間間隔不小于規定時間，每天投切次數不超過規定次數。并列運行母線可以按同一條母線進行電容器組的投切。

7、引入負荷曲線預測功能

為了消除特殊負荷跳變情況造成的不必要的投切。除了采用各類措施加強對諧波的治理外。在軟件上可以充分利用變壓器允許短時間的過負荷能力，減少不必要的投切和調整。再將調度自動化系統負荷預測功能引入AVC的運行判斷中。通過預測值與實時數據的比較，將結果作為電壓無功綜合控制策略的重要參考量，根據典型日的負荷曲線預測設備投入或切除后至下一次切除或投入的時間，來實現投切和調整的優化。在保障安全的前提下實現最優運行方案，防止在負荷波動較頻繁區域設備頻繁動作。

8、引用設備操作成本分析功能協調控制

設備操作的成本主要分設備損耗成本和操作風險成本。設備損耗成本主要考慮主設備和所有附屬設備的成本，設計使用次數。設備操作風險成本主要考慮設備操作事故概率和事故損失的統計指標。在AVC中引用設備操作成本分析功能進行協調控制，提供設置界面，人工進行修改。根據這一特性，在系統推出降低網損方案前，結合設備的操作費用，統籌考慮，運行維護中提高或降低操作費用，達到人為增加或減少設備操作的目的。每次調整總費用見下表所示。

9、推出方案間隔時間設置為可調節

對于遙測、遙信變化上送慢的問題，在系統中可將閉環控制同一設備推出方案間隔設置為可調節(一般情況下，AVC系統中設備操作連續三次失敗，將被禁用)。由用戶根據實際情況確定下一次方案的間隔時間，防止因數據刷新慢，使AVC 誤以為操作失敗繼續出方案而導致過調。

10、合理配置電容器的容量

目前蚌埠地區電網部分電容器組容量較大，靈敏度分析結果表明，電容器投切后容易出現無功過補和無功缺失。這也是造成個別電容器不動作而其它容量較小的電容器頻繁投切的一個原因。如母線上配置兩組容量不同的電容器或電容器分組運行。根據現場投入組數的實際容量情況，人工修改容量參數，由系統控制投切，會取得更好的效果。

四、結束語

無功電壓控制(VQC)同樣遵循安全、經濟兩個根本性指標，這兩個指標是我們工作的指揮棒、約束條件。在此前提之下，要做到合格(中樞點電壓、關口功率因數);穩定(上下波動不能越限);可靠(無拒動、誤動、抖動);經濟(少動、均衡使用設備);低成本(最少的操作次數、最低的線損、最低的工作成本)。

根據以上思路，聯合廠家開發人員對軟件控制策略、告警、控制安全等幾個部分進行了修改，改進后的無功電壓優化系統與以前的控制方式相比安全性大大提高，經過驗證，此舉在電網安全、電壓質量優化、電網損耗降低等方面均取得了良好的效果。AVC系統在蚌埠電網的成功應用，為地區供電局電網調度由經驗型向分析型、智能型轉變提供了科學的依據，為調度自動化系統的精細化發展提供了新的空間。