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    （杭州市電力局，浙江 杭州 310009）張 黎 

                    

    張黎（1979-）女，浙江浦江人，碩士研究生，工程師，現就職于杭州市電力局調度所，從事電力系統自動化運行管理工作。

    摘要：本文主要根據省地協調系統要求及杭州電網目前AVC系統的實際應用情況，對相關系統進行升級改造。強化地調DF8002AVC系統的優化計算功能、開發地調AVC系統與省調/縣區AVC系統協調控制功能、將地調AVC系統中原有的操作中心功能和遙控遙調出口轉移到市區AVC系統上、開發縣區調AVC系統的協調控制功能，從而完成省地縣三級AVC協調控制功能。本方案考慮省地縣三級協調控制項目中地調AVC系統功能的實現、縣區調AVC系統功能的實現、市區AVC系統功能實現。

    關鍵詞：AVC系統；省地互聯；無功；優化

    Abstract: With the development of Zhejiang Province’s electric Power and the improvement of the dispatching automation, a coordinated system of AVC is promoted by Zhejiang Power Grid Corporation. This paper mainly introduces the AVC system upgrade according to the provincial requirements and the current system. This paper focuses on how to strengthen the reactive power optimization calculation function of regional DF8002AVC network, how to exploit the multi-level cooperation function between the provincial system and county AVC system, how to transfer the operation center function and remote control function to urban monitoring center, and how to study the county AVC system’s coordinate control function.

    Key words: AVC system; Reactive power optimization; Reactive; Interconnected

    1 引言

    隨著我國電網的飛速發展，電力系統的經濟運行一直是電力部門所關注的問題，而無功優化是其中一項重要措施，它是降低電網損耗和提高電網運行電壓水平的最有效手段。無功優化就是在城市電網規劃的基礎上，確定無功補償設備的補償位置和容量，以最經濟的投資保證系統維持合理的電壓水平，同時降低系統的網損，實現系統的安全經濟運行。

    隨著浙江電網的發展和調度自動化水平的提高，浙江省電網公司要求建立一套AVC省地協調系統。省地協調系統要求根據杭州電網目前AVC系統的實際應用情況，對相關系統進行升級改造。強化地調DF8002AVC系統的優化計算功能、開發地調AVC系統與省調/縣區AVC系統協調控制功能、將地調AVC系統中原有的操作中心功能和遙控遙調出口轉移到市區AVC系統上、開發縣區調AVC系統的協調控制功能，從而完成省地縣三級AVC協調控制功能。本方案考慮省地縣三級協調控制項目中地調AVC系統功能的實現、縣區調AVC系統功能的實現、市區AVC系統功能實現。

    電力系統的無功優化問題屬于OPF（Optimal Power Flow）的一個組成部分，是一個動態、多目標、多約束、不確定性的非線形混合規劃問題，涉及到無功補償地點的選擇、無功補償容量的確定、變壓器分接頭的調節和發電機機端電壓配合等方面。

    電網無功優化，即在以網損最小為目標函數的情況下，得到無功的最優潮流，在電廠側是最優無功出力，在變電所側是無功最優負荷。無功優化的結果確定了各個站點的優化電壓，按此電壓運行，無功也就是優化狀態。無功優化的目標函數是線損最小，要使線損最小，必須使線路電流盡可能小，就應當避免無功在線路中的流動。在理想情況下，線路中沒有無功流動，就意味著各個站點無功實現了就地平衡。因此把實現無功就地平衡作為AVC運行的基本原則，實際上也就體現了無功優化的要求。

    2 無功優化目標

    無功優化問題中的變量可分為控制變量和狀態變量。在高壓電網中分接頭可調變壓器變比T、補償電容量Ｃ和發電機機端電壓為控制變量，節點電壓和發電機注入無功為狀態變量，每個變量都要考慮到各自上、下限的限制。

    無功規劃優化目標包括技術性能目標和經濟目標，確定目標函數為：
  
     

    式中， —電壓越界和無功越界罰函數；

    —補償設備安裝地點數；

    —無功補償容量的等值系數。

    目標函數第1項為網損，第2項為電壓越界罰函數，第3項為無功越界罰函數，第4項為無功補償容量。無功運行優化目標主要為技術性能目標，確定目標函數為

   目標函數中第1項為有功網損，第2項為節點電壓約束，第3項為由功率因數約束轉換而來的無功功率約束， ， 的含義同上。

    3 杭州局改造前AVC系統結構

    改造前的AVC系統是基于DF8002調度自動化系統平臺，采用先進合理的算法和友好人機界面實時監測受控點的電壓水平和功率因數，根據不同時間段、不同運行方式、不同負荷水平等條件給出相應的電壓無功控制方案。提供的方案能實現區域、廠站的閉環控制、開環控制、僅監視等不同控制方式。同時還具有記錄存儲、查詢、統計、打印等功能，實現電壓無功控制全過程自動化。該系統的應用對減輕運行人員工作強度、降低網損、提高電壓合格率、保證系統安全經濟運行發揮積極作用。

    4 AVC的現狀及需求

    改造后杭州電網的的自動電壓無功優化控制由多個AVC系統共同完成，包括地調DF8002AVC系統、多個縣區調AVC系統目前實現了杭州整個電網自動電壓無功優化控制功能，AVC系統的運行完善了對電網無功電壓分步的綜合決策、調度和管理，提高了系統電能質量、電網安全水平。減輕計劃、調度和運行人員的工作量，提高杭州電網的調度自動化水平。這些系統目前均是獨立運行系統，完成杭州電網中的某些區域電網的電壓無功優化控制，相互之間未實現互聯，未實現省地縣協調控制。

    4.1 數據組成

    地調側AVC系統主要由以下兩部分組成。

    實時控制平臺

    實時控制平臺基于地調實時數據庫，它獲取的實時信息主要包括：

    （1）從EMS系統接收模型(連接關系)及實時數據；

    （2）通過省地協調通訊接口從省調獲取下行數據；

    （3）從地調模型庫（商用數據庫DBMS）獲取省地協調模型和地縣協調模型。

    通過收集的數據計算省地協調各關口區域調節能力數據上行等上行數據，并將準備好的上行數據通過省地協調通訊接口上送到省調。根據實時數據、省地協調模型和省調下行數據指令，完成策略計算，并通過縣區AVC系統和市區AVC系統實現電網的電壓無功優化控制和省地協調目標。如圖1所示。
                      
    省地協調通訊接口與建模平臺

    建模平臺主要基于商用數據庫。通過建模平臺對省地協調模型進行維護。

    協調系統中地調側相關數據組成包括：

    （1）省地協調系統中滿足協調控制所需的數據，主要包括220kV關口變量及相關的數據；

    （2）地縣協調模型中協調所需的數據，主要包括110kV關口變量及相關的數據；

    （3）地調與市區AVC系統協調控制所需的數據，主要包括市區AVC系統的相關數據。

    4.2 數據接口

    4.2.1 與現有EMS系統接口

    本方案采取在原有的DF8002地調AVC系統上升級的方式實現省地協調系統地調側系統，所以本模塊將繼續使用原有數據接口，原有的DF8002地調EMS相關接口不進行重新開發設計。

    4.2.2 與省調側AVC系統數據接口

    （1）數據接口：通過互傳E語言格式文件格式實現，主要包括遙信信息、遙測信息和協調請求。

    （2）通信接口：負責上行數據文件的定時上送和下行指令文件的定時獲取。

    （3）文本解析與生成接口：將接收到的下行指令Etxt文本解析為地調可用的格式，并導入到地調側AVC系統。將準備好的上行數據組織成Etxt文本。

    （4）上行數據準備接口：負責從地調AVC系統中收集與計算出上行數據并將得到的上行數據保存到本地內存。

    4.2.3 與市區AVC系統協調接口

    （1）CIS數據接口：用CIS數據接口來實現地調與市區之間的信息交互。

    （2）通信接口：負責處理由CIS接口市區AVC運行情況/實時設備人工閉鎖信息/控制指令執行結果和下發地調AVC系統控制指令。

    （3） 控制結果處理接口：負責處理從CIS接口接收到的市區AVC運行情況及控制指令執行結果，將相關數據保存到本地內存庫或者關系庫供實時查詢或者歷史查詢。

    （4）下行策略計算接口：負責從地調AVC系統中收集與計算出市區控制指令并將數據保存到本地，由CIS接口完成通訊。

    4.3 市區AVC數據傳輸
              
    HZVQC1和HZVQC2（VQC服務器）作為地調AVC的服務器節點，運行VQCCIS服務器程序。HZWH1和HZWH2作為市區AVC的接口機節點，運行VQCCIS客戶端程序。客戶端將與自己判斷的主服務器建立連接并且傳輸數據，主接口機與備用機都將地調AVC的數據讀到市區AVC系統中，但是只有主接口機可以將市區AVC的數據回傳到地調AVC系統中去。

    5 省地互聯優化效果

    5.1 改造后市區電壓月合格率如表1所示。

                      表1 （10kV母線上下限設置：10.15kV～10.58kV）
     

    5.2 按省調下發的邊界條件進行無功優化調節

    increase：切電抗、投電容或不投退補償設備keep：盡可能不投退補償設備decrease：切電容、投電抗或不投退補償設備time=20100325_08:58:00)

    如表2所示。
     

    5.3 杭調上發實際電壓和無功情況

    單位：Mvar

    總補償容量下限：感性補償容量取負數

    總補償容量上限：容性補償容量取正數

    time=2010-3-30_04:58:00

    如表3所示。
    

    5.4 區域調節策略（如表4所示）

      

    6 難點及解決方案

    （1）因現場設備問題，無法滿足省局無功要求，如220kVA站因天氣原因，電抗器被閉鎖，禁止調節，導致該站無功設備不足，在沒有調節能力的情況下，向省調提出支援請求。

    （2）無功優化算法對PAS的網絡拓撲和狀態估計要求較高，無功優化之地縣聯調部分工作的難點是：如何確定好模型以及針對于模型的數據準備部分。雖然主要的算法在進入實際應用時通過數據文件的方式都調試通過了，但在實際應用中還是有很多要注意的實際問題，比如一些沒有填入的線路參數，錯誤的變壓器參數等都能給算法的應用帶來問題，這些要做一些處理，比如當檢查到參數有問題時，就需要用一些默認的較為合理的參數來代替。在用內點法的過程中，針對于各種需要計算的矩陣，在生成時間上需要注意用稀疏矩陣的方法，避免計算那些為零的矩陣元素，同時避免累加為0的那些計算式子的值，這樣計算時間上就能相應的減少些。如果不注意這些地方，杭州電網的計算節點比較多，在生成雅克比矩陣和海瑟矩陣時候就會耗費很多的時間。

    （3）市區的遙控操作對CIS的要求較高，依靠CIS的穩定性，解決方案為增加市區的PAS模塊，由地調AVC發邊界條件，市區AVC自己策略生成。

    （4）因現場設備問題，無法滿足勝局無功要求，如220kVA站因天氣原因，電抗器被閉鎖，禁止調節，導致該站無功設備不足。

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     摘自《自動化博覽》2010年第八期