電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制v.ppt

1、電網(wǎng)自動(dòng)電壓控制（AVC）,第一部分 AVC基本原理 第二部分 AVC解決方案 第三部分 AVC省地協(xié)調(diào),1 儲(chǔ)能元件：電容器/電抗器 2 電磁能量轉(zhuǎn)換：電動(dòng)機(jī) 3 無功本身不產(chǎn)生能量消耗，但傳輸過程中引起有功/無功損耗 4 無功“無用之功”，無功優(yōu)化目的是減少無功傳輸，而不是減少無功注入,電力系統(tǒng)無功功率概念,有功/無功/力率關(guān)系,1 無功電源負(fù)荷損耗 2 電壓表征無功平衡水平（相對(duì)地，頻率表征有功平衡水平） 3 無功不能遠(yuǎn)距離傳輸，最好各節(jié)點(diǎn)分散自治平衡,電力系統(tǒng)無功平衡,1 發(fā)電機(jī)組無功出力：調(diào)節(jié)勵(lì)磁，進(jìn)相/遲相 2 分散的補(bǔ)償裝置：電容/電抗器 3 靜止無功補(bǔ)償器、調(diào)相機(jī) 4 輸電線路

2、充電無功,電力系統(tǒng)無功電源,1 感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，約占65% 2 變壓器損耗，約占20% 3 其他，約占15% 4 線路在重負(fù)荷時(shí)吸收無功（電抗消耗無功大于充電無功），輕負(fù)荷時(shí)輸出無功（電抗消耗無功小于充電無功）,電力系統(tǒng)無功負(fù)荷,1 調(diào)整發(fā)電機(jī)無功出力 2 投切電容器 3 投切電抗器 4 調(diào)整主變分接頭(改變無功分布而不輸出無功) 5 其他,電力系統(tǒng)無功電壓調(diào)節(jié)手段,傳統(tǒng)電壓無功管理與控制方式,人工分散控制，經(jīng)驗(yàn)調(diào)節(jié)，典型方式如下： 1、每季度對(duì)發(fā)電廠高壓母線和變電站高壓母線下達(dá)電壓曲線和功率因數(shù)要求； 2、運(yùn)行人員嚴(yán)密監(jiān)視電壓，必要時(shí)手動(dòng)調(diào)整無功設(shè)備以滿足電壓在合格范圍； 3、對(duì)電壓合格率達(dá)不到

3、要求的電廠和供電公司罰一定數(shù)量的電量。,傳統(tǒng)電壓無功管理與控制困難,1、靜態(tài)下達(dá)的電壓曲線將不能適應(yīng)日益復(fù)雜的動(dòng)態(tài)潮流分布 2、較難保證發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定水平所需的較好的電壓水平 3、無功和電壓的就地分散控制不能滿足保持系統(tǒng)足夠的動(dòng) 態(tài)無功儲(chǔ)備的要求 4、無功電壓的就地分散控制難以達(dá)到全網(wǎng)優(yōu)化的目標(biāo) 5、無功電壓控制調(diào)整的勞動(dòng)強(qiáng)度大,人工控制特殊難點(diǎn),1、電廠之間無功協(xié)調(diào)困難； 2、廠站只注重母線電壓控制，無功竄動(dòng)大； 3、電容器投切（早投晚切）不能和電網(wǎng)實(shí)際合理協(xié)調(diào)。,AVC發(fā)展路線圖,法國分區(qū)分級(jí)控制,全網(wǎng)離線分析OPF,在線,離線,變電站VQC 基于九區(qū)圖,國內(nèi):AVC方興未艾,德國基于O

4、PF,1990,2001,地調(diào)AVC,省調(diào)AVC,AGC,變電站VQC,基于九區(qū)圖的變電站VQC裝置及其軟件,優(yōu)點(diǎn)： 原理明晰簡單 可靠性較高 不足： 只能控制單個(gè)廠站 全網(wǎng)協(xié)調(diào)性差,國外AVC現(xiàn)狀與發(fā)展,以法國為代表的分區(qū)分級(jí)（三級(jí)）控制,優(yōu)點(diǎn)： 符合無功電壓的區(qū)域性和分散性 基本符合國內(nèi)網(wǎng)-省-地-縣調(diào)的分級(jí)分區(qū)調(diào)度體系 不足： 硬的“物理分區(qū)” 可能與軟的“電氣分區(qū)” 不一致 僅考慮發(fā)電機(jī)，未考慮負(fù)荷側(cè)OLTC及電容器配合 三級(jí)控制OPF的可用性不強(qiáng),國內(nèi)AVC系統(tǒng)發(fā)展特點(diǎn),自底向上，由變電站地調(diào)省調(diào) 隨著自動(dòng)化通信技術(shù)發(fā)展，經(jīng)歷了一個(gè)單站、區(qū)域、全網(wǎng)的發(fā)展過程，也是一個(gè)簡單到復(fù)雜的過程

5、,國內(nèi)電網(wǎng)AVC現(xiàn)狀,國內(nèi)AVC系統(tǒng)理論研究上跟蹤國外最新進(jìn)展，技術(shù)水平與國際先進(jìn)保持同步。但是必須清醒地認(rèn)識(shí)到，與國外較為成熟的AVC系統(tǒng)相比，我國全網(wǎng)AVC閉環(huán)控制工程應(yīng)用仍然處于起步階段，應(yīng)更加注重提高實(shí)用性，使先進(jìn)算法研究與具體工程實(shí)際相結(jié)合，提高應(yīng)用水平，取得類似AGC閉環(huán)控制的良好實(shí)際運(yùn)行效果。,三級(jí)電壓控制模式 “軟”三級(jí)電壓控制模式 兩級(jí)電壓控制模式,電壓控制模式,二 級(jí) 控 制,變電站 監(jiān)控系統(tǒng),跟蹤i分區(qū)中樞母線電壓,一級(jí)控制,電壓無功優(yōu)化,跟蹤j分區(qū)中樞母線電壓,三 級(jí) 控 制,AVC主站,分鐘級(jí),秒級(jí),小時(shí)級(jí),電廠 AVC裝置,電廠 AVC裝置,變電站 監(jiān)控系統(tǒng),二級(jí)電

6、壓控制器,二級(jí)電壓控制器,三級(jí)電壓控制模式,計(jì)算機(jī)硬件水平 通訊條件 量測(cè)質(zhì)量 狀態(tài)估計(jì)算法 電壓無功優(yōu)化算法,歷史的產(chǎn)物 !,三級(jí)電壓控制模式誕生的背景,二 級(jí) 控 制,變電站 監(jiān)控系統(tǒng),跟蹤i分區(qū)中樞母線電壓,地調(diào) AVC系統(tǒng),一級(jí)控制,電壓無功優(yōu)化,跟蹤j分區(qū)中樞母線電壓,三 級(jí) 控 制,省調(diào)AVC主站,分鐘級(jí),秒級(jí),小時(shí)級(jí),電廠 AVC裝置,變電站 監(jiān)控系統(tǒng),“軟”三級(jí)電壓控制模式,對(duì)三級(jí)電壓控制模式進(jìn)行改進(jìn)，將硬分區(qū)改為軟分區(qū)。,三級(jí)控制為二級(jí)控制提供中樞母線電壓定值。,二級(jí)控制采用二次規(guī)劃模型跟蹤中樞母線電壓定值。,目的：削弱對(duì)狀態(tài)估計(jì)及無功優(yōu)化算法的依賴性。,由分區(qū)算法輔助進(jìn)行軟

7、分區(qū)。,“軟”三級(jí)控制模式的基本思路,三級(jí)優(yōu)化目標(biāo)與二級(jí)控制目標(biāo)不一致，導(dǎo)致優(yōu)化結(jié)果經(jīng)二級(jí)控制執(zhí)行時(shí)發(fā)生偏移，經(jīng)濟(jì)性差。,三級(jí)優(yōu)化的周期長，需對(duì)電壓帶寬進(jìn)行較大壓縮方有可能使中樞母線電壓定值維持長期有效性。,中樞點(diǎn)一般應(yīng)位于分區(qū)中心或附近，但容易越限的點(diǎn)則一般位于電網(wǎng)的末梢，維持中樞點(diǎn)電壓基本不變即可維持電網(wǎng)的電壓品質(zhì)是讓人懷疑的。,在100%時(shí)間里采用妥協(xié)的控制方法。,“軟”三級(jí)控制模式存在的主要問題,二 級(jí) 控 制,機(jī)組 勵(lì)磁系統(tǒng),電容器 電抗器 主變分接頭,變電站 監(jiān)控系統(tǒng),電廠 AVC裝置,電壓無功優(yōu)化,一級(jí)控制,省調(diào)AVC主站,分鐘級(jí),秒級(jí),地調(diào)AVC系統(tǒng),電容器 電抗器 主變分接頭

8、,變電站 監(jiān)控系統(tǒng),遙控 遙調(diào)指令,遙控 遙調(diào)指令,高壓母線電壓定值,無功范圍,兩級(jí)電壓控制模式,以較短的周期(分鐘級(jí))啟動(dòng)電壓無功優(yōu)化計(jì)算，使優(yōu)化結(jié)果能夠真實(shí)反映電網(wǎng)的電壓無功運(yùn)行狀況。,缺點(diǎn)：對(duì)狀態(tài)估計(jì)及電壓無功優(yōu)化算法的計(jì)算性能及可靠性提出了更高的要求。,優(yōu)化結(jié)果直接下發(fā)至相關(guān)廠站實(shí)施閉環(huán)控制，保證控制精度高、電壓品質(zhì)優(yōu)、經(jīng)濟(jì)性好。,兩級(jí)電壓控制模式的基本思路,第一部分 AVC基本原理 第二部分 AVC解決方案 第三部分 AVC省地協(xié)調(diào),具體目標(biāo)包括： 提高電壓合格率； 保證適當(dāng)?shù)碾妷悍€(wěn)定水平； 避免離散設(shè)備頻繁調(diào)節(jié)； 保證控制的平穩(wěn)性； 降低電能損耗。,實(shí)時(shí)監(jiān)視電網(wǎng)的電壓無功運(yùn)行狀況，

9、給出電壓無功調(diào)整策略,通過閉環(huán)控制使電網(wǎng)盡可能地運(yùn)行在最優(yōu)無功運(yùn)行狀態(tài)或附近。,AVC控制目標(biāo),電壓無功特性提高電壓節(jié)能效益,高壓輸電原理,電壓無功特性功率因數(shù)補(bǔ)償節(jié)能效益,功率因數(shù)補(bǔ)償在傳輸環(huán)節(jié)表現(xiàn)就是無功傳輸減少,AGC啟發(fā)AVC與AGC比較,區(qū)域自適應(yīng)變化，無功在盡量小區(qū)域平衡,分區(qū)固定，有功分區(qū)平衡,區(qū)域平衡,必須考慮無功網(wǎng)絡(luò)傳輸路徑，減少支路無功可以降低網(wǎng)損,控制聯(lián)絡(luò)線無功，盡量減少無功傳輸,確保電壓質(zhì)量（V）,自動(dòng)電壓控制（AVC）,不考慮有功網(wǎng)絡(luò)傳輸過程，網(wǎng)損或發(fā)電費(fèi)用優(yōu)化須與EDC結(jié)合,控制聯(lián)絡(luò)線有功，使有功在計(jì)劃值內(nèi),確保頻率質(zhì)量（f）,自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）,經(jīng)濟(jì)性目標(biāo),控

10、制目標(biāo)2,控制目標(biāo)1,500kV及以上變電站,地調(diào)AVC主站,110kV變電站,省調(diào)AVC主站,220kV變電站,220kV電廠,AVC系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu),地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),220kV變電站及以下網(wǎng)絡(luò)（110/35kV）為輻射狀運(yùn)行，運(yùn)行結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單,地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)電網(wǎng)的分層分區(qū),分區(qū)：以220kV主變?yōu)闃屑~點(diǎn)進(jìn)行，分為獨(dú)立的片網(wǎng) 分層：220kV主變高壓側(cè)、110kV及10kV網(wǎng)絡(luò) 各片網(wǎng)電氣耦合弱，地區(qū)電網(wǎng)全網(wǎng)控制轉(zhuǎn)換為分片區(qū)控制 控制變量為電容電抗器、有載主變分頭,地區(qū)電網(wǎng)220kV及以上網(wǎng)絡(luò)無功電壓： 省調(diào)管轄、地調(diào)維護(hù) 地調(diào)可觀測(cè)但不可控制 控制變量為發(fā)電機(jī) 應(yīng)由省調(diào)AV

11、C進(jìn)行分析控制,地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)220kV網(wǎng)絡(luò)控制,1、數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性和可靠性 2、使用方便、維護(hù)成本最小化 3、運(yùn)行模式靈活性 4、控制軟件設(shè)計(jì)與運(yùn)行工程經(jīng)驗(yàn) 5、系統(tǒng)配置冗余性 6、安全策略完備性 7、運(yùn)行管理方便性,地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)原則,地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)系統(tǒng)主要功能,全網(wǎng)電壓優(yōu)化調(diào)節(jié)； 全網(wǎng)無功優(yōu)化控制； 控制全網(wǎng)關(guān)口力率； 全網(wǎng)控制自動(dòng)協(xié)調(diào)； 省地調(diào)AVC協(xié)調(diào)控制； 優(yōu)化動(dòng)作次數(shù)； 運(yùn)行安全措施； 維護(hù)方便，操作簡單,全面的歷史查詢； 全網(wǎng)無功普查，根據(jù)分析及統(tǒng)計(jì)確定無功補(bǔ)償點(diǎn)。,地區(qū)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)控制模型,目標(biāo)函數(shù)：網(wǎng)損最小 約束條件：電壓合格，關(guān)口功率因數(shù)（無功）合格

12、 控制變量：離散型電容器及OLTC 極值點(diǎn)： Q0，U靠近上限,將電壓運(yùn)行區(qū)劃分為安全區(qū)、預(yù)警區(qū)及警戒區(qū)； 在目標(biāo)函數(shù)中對(duì)預(yù)警區(qū)及警戒區(qū)加以懲罰。 將電壓約束處理為“軟”約束；,AVC系統(tǒng)工程中電壓限值的實(shí)用化處理,離散量一天內(nèi)有操作次數(shù)限制，兩次調(diào)節(jié)之間有時(shí)間間隔限制。,AVC系統(tǒng)工程中離散量的控制,AVC控制遵循小步多走的原則，以保證控制的平穩(wěn)性。 對(duì)于每一個(gè)控制周期： 電廠高壓母線電壓調(diào)幅不超過一定范圍(2kV) 每個(gè)廠站最多調(diào)整一組補(bǔ)償設(shè)備 任一主變最多調(diào)整一檔 省地協(xié)調(diào)關(guān)口無功調(diào)節(jié)幅度不超過一定范圍,AVC系統(tǒng)工程中控制平穩(wěn)性的處理,日電壓波動(dòng)范圍一般具有漸變的性質(zhì)； 利用歷史電壓波

13、動(dòng)情況可預(yù)測(cè)次日的合理電壓波動(dòng)范圍。 通過日電壓波動(dòng)范圍預(yù)測(cè)，使各母線的電壓控制上、下限相容，為實(shí)時(shí)電壓控制留出盡可能大的優(yōu)化空間，提高電網(wǎng)運(yùn)行的安全性及經(jīng)濟(jì)性。,日電壓波動(dòng)范圍的預(yù)測(cè)控制,第一部分 AVC基本原理 第二部分 AVC解決方案 第三部分 AVC省地協(xié)調(diào),離散調(diào)節(jié)手段影響設(shè)備使用壽命，主要用于粗調(diào)，連續(xù)調(diào)節(jié)手段用于細(xì)調(diào)。,AVC省地協(xié)調(diào)的思路,AVC省地協(xié)調(diào)離散量控制原則,高電壓時(shí)低力率運(yùn)行，低電壓時(shí)高力率運(yùn)行 對(duì)所有變電站采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) 計(jì)劃按季節(jié)性進(jìn)行調(diào)整,AVC省地協(xié)調(diào)長期功率因數(shù)控制計(jì)劃,對(duì)各變電站給出各自的控制范圍 計(jì)劃根據(jù)日電壓波動(dòng)范圍預(yù)測(cè)結(jié)果調(diào)整,AVC省地協(xié)調(diào)短期功率因數(shù)控制計(jì)劃,省調(diào)AVC：實(shí)時(shí)優(yōu)化計(jì)算地調(diào)220kV變電站與省調(diào)的交換無功，在正常情況下盡量維持各