面向多目标的220kV变电站优化控制策略

面向多目标的220kV变电站优化控制策略

李大志1张绍峰1王卫1宋方方1杨俊炜2

（1国网北京市电力公司北京市100031；2北京科东电力控制系统有限责任公司北京市100192）

摘要：针对220kV变电站无功电压控制仅根据母线电压情况来决定电容器的投切，提出一种新的面向母线电压合格、主变无功合理和母线电压优化的多目标的220kV变电站的优化控制，并给出具体的面向多目标的优化控制的控制策略，使变电站的无功和电压的控制得到最优控制。

关键词：自动电压控制；多目标；优化控制

1引言

目前，自动电压控制（AVC)是保证大电网电压安全、无功功率合理流动的重要调节手段[1-3]，也是主动配电网运行的核心工作之一[4]。传统的AVC系统是根据电压是否越限来决定电容器的投切和并列运行，为了保证电压的稳定和可靠性，而没有将全网的无功潮流优化及电网的经济运行等考虑进去，使得控制决策在存在盲区的同时也使得全网无功控制的不可协调，难以实现全范围的无功、电压最优控制[5-6]。

本文在分析220kV变电站无功电压控制的基础上，提出了一种新型的面向母线电压合格、主变无功合理和母线电压优化多目标的优化控制方法。

2面向多目标的220kV变电站优化控制决策

在220kV变电站的AVC的控制中，采用面向多目标的优化控制方法。控制目标包括了母线电压合格、主变无功合理和母线电压优化三个大的目标。其中在每个目标的内部包括了多个不同优先级的子目标。在实现全网效益最大化的形势下，面向多目标的变电站优化控制策略能够将电能质量优越化、线损率降低化、电网运行的安全化等方面很好地体现出来。

1.1变电站控制目标

1)母线电压合格

变电站控制系统首先保证母线电压合格，对220kV变电站，母线电压合格率的优先级是：

对于10kV不带负荷出线的厂站，优先级为：220kV母线、110kV母线、10kV母线；

对于10kV带负荷出线的厂站，优先级为：10kV母线、220kV母线、110kV母线；

在充分利用所有控制手段的前提下，为了保证高优先级的母线电压合格，允许低优先级的母线电压不合格。母线电压不合格是指电压当前量测值超过给定的当前电压上限或下限。

2)无功/功率因数合格

在所有母线电压合格的基础上，系统保证主变高压侧关口的无功合理性，保证关口功率因数在指定的限值范围内。

3)电压优化

在1）和2）的条件都能满足的情况下，进行电压优化控制。以AVC的三级电压控制给出的220kV母线电压优化控制目标。

1.2面向多目标的变电站优化控制策略

实现上述多目标优化控制的规则的总体流程图如图所示。图中给出了实现上述3个控制目标的控制策略，具体如下：

图1面向多目标的变电站优化控制方法控制规则流程图

1)形成控制单元

根据电网当前的运行方式，形成控制单元。控制单元的构成原则是：以变电站为单位进行检查，并列运行的主变组成同一个控制单元，一个控制单元可以包含多台主变（并列运行）或一台主变（非并列运行）；主变并列运行指主变的高压、中压侧母线均并列运行；对控制单元内的受控无功设备和主变分头，形成控制策略时综合考虑。

2)单元是否可控

如下情况发生时，单元不可控：控制单元三侧停运，即三侧开关断开，主变不带电；控制单元主变高压侧开关断开；控制单元主变高压侧无有效的主变或母线量测，包括无量测或者量测不合理；控制单元中压侧无有效的主变或母线量测，包括无量测或者量测不合理。

3)母线电压校正控制规则

当高压侧母线电压越限，通过调节主变低压侧无功来消除越限。

如果通过控制效果预估，在调节主变低压侧无功后其他高优先级的母线不出现电压越限的情况，则可以直接调节主变低压侧无功。

如果通过控制效果预估，在调节主变低压侧无功后其他高优先级的母线出现电压越限的情况，则先调节主变分头，将中低压侧母线电压调节后，再调节主变低压侧无功。确保在控制过程中高优先级的母线不出现电压越限的情况。

当中低压侧母线电压越限，采用如下规则进行控制：

如果中低压侧与高压侧调压方向一致，则优先调节主变低压侧无功，如果主变低压侧无功无调节量，则调节分头。中低压侧与高压侧调压方向一致是指：中低压侧电压越上限同时高压侧电压偏高（接近或超过上限）；中低压侧电压越下限同时高压侧电压偏低（接近或低于下限）；

如果中低压侧与高压侧调压方向不一致，则继续根据高压侧关口无功情况判定：

如果高压侧无功已经合理，则优先调节分头，如分头不可调，则调节主变低压侧无功。

如果高压侧无功不合理，并且无功的调节方向与中低压侧电压一致，则优先调节主变低压侧无功，如果主变低压侧无功无调节量，则调节分头。

如果高压侧无功不合理，并且无功的调节方向与中低压侧电压不一致，优先调节分头，如分头不可调，则调节主变低压侧无功。

高压侧无功的调节方向与中低压侧电压调节方向一致是指：中低压侧电压越上限同时高压侧无功倒送或功率因数越上限；中低压侧电压越下限同时高压侧功率因数越下限；

4)无功/功率因数校正控制规则

在电压合格的情况下，考虑控制单元主变高压侧无功是否合格。目前仅考虑高压侧无功或功率因数是否越限。策略为：如果高压侧无功越限倒送：调节主变低压侧无功进行校正。

消除无功倒送的控制，不能导致控制单元中任意一侧母线电压的越限。因此需要对策略进行校验，如果策略执行后可能造成母线电压越限，一般情况下就不能执行该策略。

在省地AVC协调控制的应用下，地调AVC为了保证省地协调关口的功率因数或无功合格，此时需要尽量投入110kV变电站内无功设备。如果通过策略校验，发现直接投入无功设备会导致变电站内35kV、10kV母线越限的情况，这时需要考虑组合策略，即先调节主变分头，将35kV或10kV母线电压调节到合适的水平，然后再投入无功设备已满足关口无功或功率因数控制的要求。

5)电压优化控制规则

在电压合格和无功合格的情况下，考虑高压侧110kV母线的电压优化策略。高压侧的优化电压设定值采用市调AVC三级控制给出的全局无功优化电压设定值，由市调AVC实时计算给出并下发，下发周期一般为10～30分钟。

由于影响高压侧母线电压的控制手段主要为电容器电抗器，因此控制策略为：

当高压侧母线电压比优化设定值偏高，调节主变低压侧无功进行优化。

当高压侧母线电压比优化设定值偏低，调节主变低压侧无功进行优化。

当高压侧母线电压偏离优化设定值,是指当前电压量测值相对优化设定值的偏差超过了电压优化死区，这个死区是一个可以设置的参数。可以人工根据经验设置，目前采用±1～２kV作为优化设定死区。

对高压侧母线电压优化的控制，不能导致控制单元中任意一侧母线电压的越限，也不能导致高压侧无功倒送。

6)基于预测数据的电压优化控制

在上述母线电压优化控制中，是否需要进行优化控制主要根据母线电压量测值与优化控制目标值的偏差是否大于优化控制死区参数来判定。该参数影响了电压优化策略的执行效果，主要体现在如下二个方面：

一方面，如果该死区参数设置较小，则变电站母线电压可以较好地追随优化目标，但是由于母线电压优化目标值是以降低网损和无功就地补偿为目标计算给出的，在高峰时段其多接近母线的电压上限值，因此当母线优优化控制死区较小时，母线电压可能距离上限值较近，由于负荷波动等容易出现母线电压越上限值，从而造成无功设备的频繁调节；

另一方面，如果该死区参数设置较大，则虽然可以避免上述的设备频繁调节问题，但是当系统电压发生变化时，AVC系统不能及时响应系统电压调节的要求，可能导致母线电压偏低，无功补偿不及时。

目前该参数多采用人工设置的方式，当设置不合理时，容易出现上述的问题，影响AVC控制的品质和地区电网无功电压与运行的水平。提出了基于母线未来负荷预测数据的母线电压优化控制方法。具体如下：

如果通过对变电站母线负荷预测数据的检查，可以判定未来一段时间变电站负荷将进入快速连续上升阶段，即变电站负荷处于从低谷向高峰转换时段，则此时将高压侧母线电压的优化控制死区参数设置为较小值（1.0kV），一方面可以及时响应负荷变化造成的电压变化，及时投入无功补偿以追随优化目标值，避免母线电压跌落；另一方面由于未来时段负荷连续增加，一般也不会出现由于负荷波动造成的电压越限。

如果通过对变电站母线负荷预测数据的检查，可以判定未来一段时间变电站负荷将进入快速连续下降阶段，即变电站负荷进入从高峰向平峰低谷时段转换，则设置高压侧母线电压的优化控制死区参数设置为中间值（1.5kV），这样随着负荷的降低，可以及时退出无功补偿，避免电压越限。

若果通过对变电站母线负荷预测数据的检查，可以判定不属于上述二种情况，说明此时变电站负荷处于平稳阶段，这时将高压侧母线电压的优化控制死区参数设置为较大值（2.0kV），避免由于负荷的短时间波动导致的电压波动触发优化控制，从而减少无功设备的频繁投切。

在实际应用中采用应用上述方法时，如果不能获取变电站母线负荷预测数据，也可以采用前日或类似历史日的历史负荷数据，作为判定的依据。

3结论

面向多目标的变电站优化控制策略从实现全网无功和电压协调的角度出发，为现代电网建设中电网安全、经济运行提供了保证，协调优化的过程实现各分区与变电站无功补偿的闭环自动控制。在全网的联合协调控制的过程中，将母线电压合格、主变无功合理和母线电压优化三者有机地结合起来，为全局系统控制的自动化、有序化、安全化、经济化指出了方向。

参考文献

[1]MILLARB,JIANGＤ,HAQUEE.Ｃonstrainedcoordinateddistributedcontrolofsmartgridwithasynchronousinformationexchange[J]．JournalofModernPowerSystemsandCleanEnergy,2015，3(4)：512-525．

[2]CORSI,POZZIM,SFORNAM,etal.ThecoordinatedautomaticvoltagecontroloftheItaliantransmissiongrid:PartⅡcontrloapparatusesandfieldperformanceoftheconsolidatedhierarchicalsystem[J].IEEETransonPowerSystems,2004,19(4):1733_1741.

[3]张安安，龚雪，刘鑫，等．兼顾电压稳定的互联电网电压／无功协调控制[J]．电力系统自动化，2014，38(14)：55-61．DOI：10.7500／AEPS20130716006

ZhangAnan,GongXue,LiuXin,etal.Voltage/Reactivepowercoordinatedcontrolforinterconnectedgridsgridsconsideringvoltagestability[J].AutomationofElectricPowerSystems,2016,40(1):143-151.DOI:10.7500/AEPS20130716006.

[4]陈旭，张勇军，黄向敏．主动配电网背景下无功电压控制方法研究综述[J]．电力系统自动化,2016,40（1）:143－151．DOI：10.7500／AEPS20150330005．

ChenXu,ZhangYongjun,HuangXiangmin.Reviewofreactivepowerandvoltagecontrolmethodinthebackgroundofactivedistributionnetwork[J].AutomationofElectricPowerSystems,2016,40(1):143-151.DOI:10.7500/AEPS20150330005

[5]黄华,高宗和,戴则梅,等.基于控制模式的地区电网AVC系统设计及应用[J]．电力系统自动化,2005,29（15）：77-80．

HuangHua，GaoZonghe，DaiZemei，etal.DesignandapplicationofAVCsystemfordistrictpowernetworkbasedoncontrolmodes[J].AutomationofElectricPowerSystems,2005,29（15）；77-80.[5]

[6]钟毅，陈蕊．地区电网AVC系统设计与实现[J].电力系统保护与控制,2008，36（23）：41-44．

ZhongYi,ChenRui.DesignandrealizationofAVCsystemaboutpowersystem[J].PowerSystemProtectionandControl,2008,36(23)：41-44.

[7]姜涛，陈厚合，李国庆．基于局部电压稳定指标的电压/无功分区调节方法[J]．电网技术，2012，36(7)：207-213