卞 欣，遲海濤，沈 凌
(國網上海市市北供電公司，上海200072)
摘 要： 電壓自動控制系統（AVC）是一種被廣泛采用的電壓無功控制手段，代表了當前無功電壓控制的最高水平。結合市北電網經過兩年多AVC的實際運行案例，探討了地區電網在AVC系統應用時出現的各種非正常閉鎖和越限問題，提出了相應的解決方案。
關鍵詞： 電壓自動控制；非正常閉鎖；越限
0 引言
電力系統的無功控制是系統電壓控制的主要手段。合理的無功控制對于改善電壓質量，降低電網損耗，提高電力系統運行安全性和經濟性起到了重要作用。目前，地區電網的無功自動控制方式主要有自動電壓控制（Automatic Voltage Control，AVC）和電壓無功控制（Voltage Quality Control，VQC）兩種。相對VQC，AVC可以實現全網無功優化控制，具有投資小、與SCADA/EMS系統一體化、電壓控制效果好等優點，代表了無功自動控制系統的最高水平，正在被越來越多的電網運行企業所應用。
上海市北電網在2012年開始引入南瑞AVC系統。經過近兩年的調試和運行，在提高電壓控制水平方面，取得了良好的效果；同時，針對AVC系統在實際運行中出現的各種問題，積累了豐富的運行經驗。本文通過對具體案例的分析，對AVC系統運行中出現的常見缺陷進行分類歸納，并提出了相應的解決方案。
1 上海市北電網AVC應用現狀
1.1 南瑞AVC簡介
南瑞AVC系統基于OPEN3000調度自動化平臺，與OPEN3000平臺一體化設計。該系統主要由自動電壓調整程序（AVC_MAIN）、遙控程序（DO_CTLS）和報警程序（AVC_ALM）三個模塊構成，如圖1所示。AVC_MAIN通常只運行在PAS節點上，根據從PAS網絡建模獲取控制模型，從SCADA獲取實時采集數據并進行在線分析和計算，根據分區調壓原則，對電網電壓進行監視，發現電壓異常時提出相應調節措施。調節措施由SCADA的遙控程序執行，控制變壓器有載調壓檔位的升降和電容器的投切。報警程序負責顯示自動調壓程序提出的調壓建議和遙控程序鎖做的自動調壓措施。
1.2 AVC控制策略
以典型單機系統為例，AVC控制策略如圖2所示。
1.3 市北電網AVC應用情況
上海市北電網自2012年起，陸續對所管轄的110 kV/35 kV變電站進行AVC改造。截止目前已完成AVC系統改造如表1所示。
其中，所謂全閉環方式，指由AVC對廠站的主變有載調壓開關和電容器實施控制；半閉環方式指AVC只控制電容器，而對有載調壓開關只提出控制策略，不進行遙控操作。此時有載調壓由原有方式（VQC等）進行控制。
其參數設置如表2所示。AVC系統投運后，取得了良好效果。如表3所示。
1.4 市北電網AVC應用中出現的問題
AVC系統應用涉及到變電、繼保、自動化等多個專業方向，任何一個環節出現問題都可能導致電壓控制不能取得理想效果。針對AVC運行中出現的問題進行分析，提出改進方法，使得AVC系統的運行與電網實際情況相適應，可以進一步提高AVC系統的運行效能，改善系統電壓無功控制水平。同時，由于AVC與SCADA平臺的一體化設計，可以通過監視AVC的運行情況，更多地了解現場一/二次設備的運行情況。也有利于提高電網運行的安全性與穩定性。
2 AVC應用中的問題及采取的對策
2.1 AVC方式設置
南瑞AVC提供的幾種運行方式如表4所示。
在方式設置上，考慮110 kV與35 kV變電站的不同情況如下：
110 kV變電站：由于110 kV變電站的上級電站110 kV母線上無電容器，無法進行無功調節，所以應防止無功倒送，采用固定無功限值法，上限為5 MVar，下限為1 MVar；
35 kV變電站：35 kV變電站采用自動選擇法，當有功大于10 MW時，采用功率因數計算法，功率因素范圍0.9~1；當有功小于10 MW時，為防止電容器反復投切，采用電容容量折算法，無功范圍按控制母線上最大單組電容器容量的比值折算，無功上限系數為0.85，無功下限系數為-0.5。
在由AVC系統控制的廠站中，發生電壓和無功越限的情況可以分為兩大類進行討論，一是AVC發生閉鎖而無法完成調整電壓與無功的功能；二是在AVC正常運行的情況下，由于各種原因使得AVC無法完成對越限的電壓或者無功的調節。任何一次二次系統缺陷、運行環境變化和AVC本身的硬件/軟件設置錯誤，都有可能造成上述兩種情況。因此，對運行中出現的各種異常和越限情況進行逐一分析，是提高AVC系統可靠性和運行效能的重要方法。
2.2 AVC閉鎖分析
為保護運行中設備，防止不正確的控制命令對被控設備造成損害，但是AVC系統閉鎖意味著不能正常發揮調節控制電壓無功的功能。以圖3為例，2014年3月間，市北AVC系統共發生各種告警閉鎖398次。
通過對運行曲線調閱分析及現場勘查，對造成各種閉鎖情況的原因歸類如表5所示。
從表5可以看出，由于電網波動或故障造成的AVC閉鎖情況極少（1.0%），此時閉鎖AVC有利于保護電壓及無功調節設備安全運行；最常見的情況是由于現場設備缺陷或AVC設置錯誤（80.4%），此時通過現場排除缺陷和更正設置，即可使AVC恢復正常運行；較為復雜的情況是次數越限(18.6%)，造成原因比較復雜，需要核對運行曲線判明具體原因。
2.2.1 電容器次數越限
電容器次數越限共發生61起，占全部次數越限的82%，全部為半閉環的廠站。
以35 kV普善站為例，在2014年3月25日12時10分2號電容器投切達到5次自動閉鎖，如圖4～圖6所示。
7:46普善站10 kV二段母線電壓達到下限10.09 kV，2號電容器投入，電壓恢復至10.26 kV，而2號主變無功為-1.5 Mvar，于是切除電容器。到8:00電壓重新達到下限，再次投入電容器。
根據PAS計算，統計出表6的各種情況。
由表6可見，7:46分時AVC策略應為電容器不動作，有載升一檔，但是由于有載調壓未動作，造成電容器搶先動作。到現場確認有載動作策略的正確性，發現有載電壓顯示比SCADA系統高0.06 kV，造成有載判斷無需動作。經查，這一差異是由變送器誤差造成；對出現相同問題的變電站進行調查，發現現場電壓比SCADA顯示數字普遍誤差0.04~0.07 kV。處理方法為將AVC電壓下限調整為10.05 kV，上限調整為10.65 kV，使AVC發出遙控電容器指令晚于有載調壓動作指令。經運行試驗確認，該站再也未發生電容器投切次數越限閉鎖。
2.2.2 有載調壓次數越限
以110 kV普陀站為例，在2014年3月3日7時10分2號主變有載次數達到5次閉鎖，如圖7～圖8所示。
由圖7、圖8可見，普陀站在2:32電壓已達到11.0 kV，而有載分接頭到2:35分才調節到0檔，造成電壓上下波動達0.9 kV之多，經現場確認為遠動設備缺陷造成有載AVC指令響應速度過慢，由遠動班消除缺陷后恢復正常。
2.3 運行壞點分析
實現AVC控制的廠站，在AVC閉鎖或正常運行時，均有可能出現運行壞點，表現為無功功率越限，功率因數越限或電壓越限。當AVC閉鎖情況出現越限時，只需將AVC解鎖；如頻繁閉鎖則需要找出閉鎖原因加以解決。而當AVC正常運行時，出現運行壞點的情況就較為復雜，需要針對具體情況進行分析。
2.3.1 AVC策略錯誤
以35 kV石太站為例，該站為全閉環控制，當日AVC無閉鎖，母線電壓無封鎖記錄。3月17日6:40左右，10 kV一段母線電壓在10.33 kV左右，1號主變無功在-1 Mvar左右。1號主變有載調壓從2檔升至3檔，隨后10 kV一段母線電壓升至10.6 kV左右，1號電容器切除，10 kV一段母線電壓回落至10.45 kV。之后隨著1號主變負荷上升，1號主變無功升至3.5 Mvar、10 kV一段母線電壓下降至10.15 kV，1號電容器及1號主變有載均未再動作。如圖9、圖10所示。
通過分析電壓-無功曲線，可以看到1號主變有載2檔升3檔動作策略存在問題，當10 kV一段母線電壓升至10.6 kV后未采取有載降檔策略，而是切除電容器。在8:00~11:00、13:00~16:00無功達到3 Mvar，電壓在10.2 kV以下時，1號電容器未投入。
經查明，造成AVC策略錯誤的原因是在計算無功潮流時方向未取反，導致系統對無功平衡情況造成誤判，從而導致錯誤的電容器投切動作。
2.3.2 無功補償能力不足
2014年3月23日，35 kV花園站1號主變電壓側無功達3.5 Mvar，功率因數低于0.9，如圖11～圖12所示。
由圖可見，花園站AVC控制策略完全恰當，在7:40電壓越下限時，系統無功同時越上限，甲乙組電容器相繼投入，但14:05時無功仍達到3.5 Mvar的極大值，可見系統運行工況已超出本站無功補償設備的最大能力，需采取負荷側措施或增加本站無功補償容量。
3 改進效果
在AVC上線調試和試運行階段，市北電網共完成對29個廠站AVC缺陷問題進行分析，找出原因并排除各類缺陷33個。AVC閉鎖告警數量大幅度減少，電壓合格率與功率因數合格率均有所提高，如表7所示。
4 結論與展望
AVC是目前較為先進的電壓無功控制手段。它涉及到通信、繼保、自動化等多個專業技術領域，對一、二次設備和自動化設備的正常工作有很高的要求，任何一個環節出現缺陷，都可能造成系統不能正常完成電壓無功控制。本文通過SCADA/AVC的一體化平臺獲得系統運行信息，分析電壓與無功曲線，找出AVC不能正常工作的原因，提高了AVC系統運行的可靠性，改善了電網運行水平。
下一步市北電網將進一步針對不同廠站的負荷特性，進一步完善AVC控制策略，提高電壓無功控制水平；并充分利用AVC系統的全局策略，減少電網中的無功流動，降低線損，以提高電力系統的經濟運行水平。