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摘要电网系统的无功供给质量是影响供电电压的重要因素，若无功供给不足，会降低电网运行电压水平和增加网损；若无功供给过剩，则会提高系统运行电压，影响设备使用寿命和系统的安全稳定性，使系统输送容量降低，不利于电网的运行调度。只有合理调整无功的分布，使无功补偿和无功达到平衡，实现无功分层、分区，降低网损，提高电压质量。本文先对电网无功电压自动控制系统进行概述，接着列出控制方案和控制流程，然后分析控制内容和安全注意事项。
關键词：电网无功电压；自动控制系统
引言
在电力调度工作中，调度员耗费大量的时间用于监督母线电压，并及时进行电压调整。随着计算机技术、传感技术、通信技术在电网中的应用，开发出了自动电压控制系统（AVC），能够自动对电网发电机无功功率、并联补偿设备和变压器有载分接头进行自动调节，确保电网电压和无功分布满足电网的安全、稳定、经济运行，确保电压质量合格。
一、 电网无功电压自动控制系统的概述
1. 无功电压自动控制系统的概念
无功电压自动控制系统是通过监控关口的功率因数和变电站母线电压，在保证功率因数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协调上级调度完成电压无功的分层分区控制，在满足安全运行条件的前提下，提高电压质量，降低网损，提高电网运行的经济性。
2. AVC电力系统的特点
采用图1-1的闭环控制系统，通过传感器实时采集电网中的电压数据，通过调节电网中的发电机、电容电抗器、变压器抽头、同步调相机、静止补偿器等，改变电网的功率因数，提高电压质量，降低电压的网损，减轻工作人员的劳动强度，提高系统稳定性。
图1-1 自动电压控制系统（AVC）闭环控制示意图
3. 控制模式
AVC具有两种控制模式，分别为优化控制和分区控制。在优化控制模式下的主要功能有电压校正控制、功率因数校正控制、网损优化控制。根据本地区考核和管理的规定可设定上述三个主要功能的优先级。当电网部分遥信、遥测数据出现问题使优化计算不能完成时，系统自动切换运行方式为基于规则的分区控制。在分区控制模式下可根据自定义的控制规则实现对厂站功率因数以及电压的控制。
4. AVC电力系统原理
AVC电力系统通过采集母线电压、无用功等母线数据，以及机组有功无功、定子电压、定子电流、励磁电压、励磁电流等参数，实施计算出电网系统的阻抗，通过特定的计算方法预测出设定目标电压值下注入电网的母线无用功，通过机组P/Q曲线图，确定无用功的限制，并将无用功变化量以及母线机组可调无功权系数的方式将机组无用功合理分配至各在线可调机组。
二、 AVC电力系统的基本方案
根据电网结构将电网划分为几个控制区，每个控制区选取一个枢纽母线，通过控制枢纽母线电压，使区内所有厂站电压满足运行要求。要求控制区内机组无功出力满足P-Q曲线，保证机组之间无功协调合理。控制区内无功储备满足安全要求，控制区与区之间、层与层之间无功交换尽量最小，尽量控制区域内厂站之间无功流动尽量小。
三、 AVC电力系统的控制流程
首先读取拓扑数据库，启动三个独立的线程：一个用于保护信号的监视，当保护动作时闭锁对应的设备；一个用于电压、功率因数的监视，产生优化控制方案，当越限时产生最优校正控制方案；另一个用于执行控制方案。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，各个子关口的功率总加为功率因数监控点。控制方案的可行性是通过计算分析严格验证的，保证控制后消除越限或有更好的运行状态。可行方案中包括本变电站的控制方案，上级变电站的控制方案，同级变电站的控制方案。
主要控制过程为循环监控，包括以下主要步骤：
1.获取实时数据并进行滤波。当有非电容器开关变位时重新进行拓扑分析生成监控点，并进行灵敏度扫描计算。
2.首次运行时获取状态估计数据，进行拓扑分析产生监控点，并进行灵敏度扫描计算。
3.循环控制时如果灵敏度扫描周期到，获取状态估计数据，进行网损、功率因数、电压的灵敏度扫描计算。
4.根据扫描结果进行电压、功率因数、网损的设备操作灵敏度分析。
5.根据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种制约因素及保护信号，如设备不可用则进行闭锁。
四、 AVC电力系统的控制内容
1. 变电站母线电压的校正控制
对监控点的电压进行监视，当出现电压越限时，根据优化计算的结果产生校正控制方案，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. 对关口功率因数的校正控制
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，根据优化计算的结果选择投切某个并联补偿设备来控制功率因数，保证电压变化不大，网损增加最少或减少最多。
3. 对网损的优化控制
在电压和功率因数都合格的情况下，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控制设备。当网损减少小于控制死区值时不控制，根据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间，根据此计算优化电量，如果节约的费用大于设备的控制费和死区时才提出方案。对设备的控制保证电压合格，同时不引起电压的太大变化。
五、 AVC电力系统的安全措施
为保证控制的安全，应实时监视变压器、电容器等控制设备的主保护信号，一旦有保护动作立即闭锁该设备的控制，并进行报警。并对量测进行数字滤波，监视量测的质量，当主要监视量测出现质量问题时，即闭锁相关设备的控制，并进行报警。当状态估计合格率低于设定的限值时切换到分区控制模式。同时，对电压采用实时测量加计算偏移量的方式进行控制后的越限判断，保证与考核电压一致。当同一厂站15分钟内三次遥控不成功时，系统自动报警，并将此厂站设为“开环”。若遥控成功但数据没有刷新，将此厂站内的变压器全部改为开环。
小结
电力系统电压和无功功率控制是一个关系到保证供电质量，满足用户无功功率需求和系统电压稳定的问题，同时也是减少线损，提高电网运行经济性的十分有效的措施。通过对电网无功电压自动控制系统研究，优化无用电压的自动调度系统，合理配置补偿设备并进行优化布局，使无功运行网损最小，提高企业的经济效益。
参考文献：
[1]段可莹.域电网无功电压控制系统研究[J].山东大学，2013（10）；
[2]伍期刚，翟海保.大运行模式下无功电压自动控制（AVC）系统的探讨[J]，华东电力，2011（01）
样刊邮寄地址（优先采用顺丰快递）：山东省聊城市东昌东路179号
联系人：董铁孝
联系电话：15315738687
關键词：电网无功电压；自动控制系统
引言
在电力调度工作中，调度员耗费大量的时间用于监督母线电压，并及时进行电压调整。随着计算机技术、传感技术、通信技术在电网中的应用，开发出了自动电压控制系统（AVC），能够自动对电网发电机无功功率、并联补偿设备和变压器有载分接头进行自动调节，确保电网电压和无功分布满足电网的安全、稳定、经济运行，确保电压质量合格。
一、 电网无功电压自动控制系统的概述
1. 无功电压自动控制系统的概念
无功电压自动控制系统是通过监控关口的功率因数和变电站母线电压，在保证功率因数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协调上级调度完成电压无功的分层分区控制，在满足安全运行条件的前提下，提高电压质量，降低网损，提高电网运行的经济性。
2. AVC电力系统的特点
采用图1-1的闭环控制系统，通过传感器实时采集电网中的电压数据，通过调节电网中的发电机、电容电抗器、变压器抽头、同步调相机、静止补偿器等，改变电网的功率因数，提高电压质量，降低电压的网损，减轻工作人员的劳动强度，提高系统稳定性。
图1-1 自动电压控制系统（AVC）闭环控制示意图
3. 控制模式
AVC具有两种控制模式，分别为优化控制和分区控制。在优化控制模式下的主要功能有电压校正控制、功率因数校正控制、网损优化控制。根据本地区考核和管理的规定可设定上述三个主要功能的优先级。当电网部分遥信、遥测数据出现问题使优化计算不能完成时，系统自动切换运行方式为基于规则的分区控制。在分区控制模式下可根据自定义的控制规则实现对厂站功率因数以及电压的控制。
4. AVC电力系统原理
AVC电力系统通过采集母线电压、无用功等母线数据，以及机组有功无功、定子电压、定子电流、励磁电压、励磁电流等参数，实施计算出电网系统的阻抗，通过特定的计算方法预测出设定目标电压值下注入电网的母线无用功，通过机组P/Q曲线图，确定无用功的限制，并将无用功变化量以及母线机组可调无功权系数的方式将机组无用功合理分配至各在线可调机组。
二、 AVC电力系统的基本方案
根据电网结构将电网划分为几个控制区，每个控制区选取一个枢纽母线，通过控制枢纽母线电压，使区内所有厂站电压满足运行要求。要求控制区内机组无功出力满足P-Q曲线，保证机组之间无功协调合理。控制区内无功储备满足安全要求，控制区与区之间、层与层之间无功交换尽量最小，尽量控制区域内厂站之间无功流动尽量小。
三、 AVC电力系统的控制流程
首先读取拓扑数据库，启动三个独立的线程：一个用于保护信号的监视，当保护动作时闭锁对应的设备；一个用于电压、功率因数的监视，产生优化控制方案，当越限时产生最优校正控制方案；另一个用于执行控制方案。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，各个子关口的功率总加为功率因数监控点。控制方案的可行性是通过计算分析严格验证的，保证控制后消除越限或有更好的运行状态。可行方案中包括本变电站的控制方案，上级变电站的控制方案，同级变电站的控制方案。
主要控制过程为循环监控，包括以下主要步骤：
1.获取实时数据并进行滤波。当有非电容器开关变位时重新进行拓扑分析生成监控点，并进行灵敏度扫描计算。
2.首次运行时获取状态估计数据，进行拓扑分析产生监控点，并进行灵敏度扫描计算。
3.循环控制时如果灵敏度扫描周期到，获取状态估计数据，进行网损、功率因数、电压的灵敏度扫描计算。
4.根据扫描结果进行电压、功率因数、网损的设备操作灵敏度分析。
5.根据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种制约因素及保护信号，如设备不可用则进行闭锁。
四、 AVC电力系统的控制内容
1. 变电站母线电压的校正控制
对监控点的电压进行监视，当出现电压越限时，根据优化计算的结果产生校正控制方案，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. 对关口功率因数的校正控制
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，根据优化计算的结果选择投切某个并联补偿设备来控制功率因数，保证电压变化不大，网损增加最少或减少最多。
3. 对网损的优化控制
在电压和功率因数都合格的情况下，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控制设备。当网损减少小于控制死区值时不控制，根据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间，根据此计算优化电量，如果节约的费用大于设备的控制费和死区时才提出方案。对设备的控制保证电压合格，同时不引起电压的太大变化。
五、 AVC电力系统的安全措施
为保证控制的安全，应实时监视变压器、电容器等控制设备的主保护信号，一旦有保护动作立即闭锁该设备的控制，并进行报警。并对量测进行数字滤波，监视量测的质量，当主要监视量测出现质量问题时，即闭锁相关设备的控制，并进行报警。当状态估计合格率低于设定的限值时切换到分区控制模式。同时，对电压采用实时测量加计算偏移量的方式进行控制后的越限判断，保证与考核电压一致。当同一厂站15分钟内三次遥控不成功时，系统自动报警，并将此厂站设为“开环”。若遥控成功但数据没有刷新，将此厂站内的变压器全部改为开环。
小结
电力系统电压和无功功率控制是一个关系到保证供电质量，满足用户无功功率需求和系统电压稳定的问题，同时也是减少线损，提高电网运行经济性的十分有效的措施。通过对电网无功电压自动控制系统研究，优化无用电压的自动调度系统，合理配置补偿设备并进行优化布局，使无功运行网损最小，提高企业的经济效益。
参考文献：
[1]段可莹.域电网无功电压控制系统研究[J].山东大学，2013（10）；
[2]伍期刚，翟海保.大运行模式下无功电压自动控制（AVC）系统的探讨[J]，华东电力，2011（01）
样刊邮寄地址（优先采用顺丰快递）：山东省聊城市东昌东路179号
联系人：董铁孝
联系电话：15315738687