AVC应用于江苏电网的初步研究>　　许文超¹，郭伟¹，李海峰²，胡伟²摘要：基于电力系统电压自动控制理论，结合江苏电网的现状，借鉴其他省的研究成果，从全局闭环优化控制的角度提出在江苏省实施分布式自动电压控制的策略。分布式自动电压控制策略实施的关键环节是对电网进行分区和中枢节点的选择，提出了基于电气距离的向上分级合并迭代的算法，并应用于江苏电网，得到较行政分区更为合理的分区结果，为控制策略的进一步实施提供了依据。PreliminarystudyonautomaticvoltagecontroloftheelectricnetworkinJiangsuprovinceXUWen－chao¹，GUOWei¹，LIHai－feng²，HUWei²　　(1．SoutheastUniversity，Nanjing210096，China；2．OperationModeDepartmentofJiangsuPowerCompany，Nanjing210024，China)Abstract：Consideringpresentvoltage/varconditionoftheelectricnetworkinJiangsuprovince，thispaperbringsforwardastrategyofputtingdistributedautomaticvoltagecontrolintoeffectinJiangsupowernetworkbasedonthetheoryofgloballoop－lockedoptimumcontrol．Thekeyistopartitionthewholenetworkintostronglyconnectedsub－networksandchoosereasonablepilotpoints．Inthispaper，analgorithmofascendinghierarchicalanditerativeclassificationbasedontheelectricaldistancesisbroughtforwardandappliedtotheJiangsunetwork．Areasonablepartitionresultisgainedthatprovidesfoundationtothefurtherimplementofthestrategy．
1　引言
　　随着电力工业的发展，大容量电厂和电力用户的大电力系统的出现，电压问题已经不只是一个供电质量的问题，而且是关系到大系统安全运行和经济运行的重要问题^［1］。国内各大电网也相继认识到电压控制的重要性。江苏省电网的无功电压现状存在较多问题，而无功电压的控制手段也基本停留在比较原始的各地就地平衡，相邻区域之间缺乏协调，因此从省网角度看电压未得到较好的控制。鉴于此，省电力公司提出基于自动电压控制(AutomaticVoltageControl^［2］)的江苏电网无功电压分级分布式优化控制的研究。在研究的初级阶段，首先要进行省网的分区和中枢节点的选择。本文提出基于电气距离概念的向上分级合并迭代分区算法，并使用该算法对江苏电网进行了分区，为三级控制策略的实施提供依据。

2　AVC的基本概念
　　基于最优潮流(OPF)的实时电压自动控制(AVC)集安全性和经济性于一体，可实现安全约束下的经济性的闭环控制，被公认为是电力系统调度控制发展的最高阶段^［3］。AVC系指在正常运行情况下，通过实时监视电网无功电压情况，进行在线优化计算，分层调节控制电网无功电源及变压器分接头，调度自动化主站对接入同一电压等级电网的各节点的无功补偿可控设备实行实时最优闭环控制，满足全网安全电压约束条件下的优化无功潮流运行，达到电压优质和网损最小。省级电网研究的AVC是集中控制型的，也即在电网调度自动化系统SCA－DA、EMS与现场调度装置之间通过闭环控制实现AVC。
　　电力系统自动电压控制(AVC)主要强调以下两个方面：
　　(1)无功补偿可控设备的自动化。包括发电机、有载调压器、电容/电抗器、SVC、STATCOM及其他无功补偿设备的自动控制；
(2)全网无功/电压的最优化。
　　不难看出，AVC主要着重于从全局的角度实现无功/电压的自动优化控制，属于最优潮流(OPF)的研究范畴，对于提高电力系统安全、优质、经济运行以及提高电力系统的调度自动化管理水平具有重要意义。已经有一些专家学者对AVC进行了研究并取得了一定成果。

3　AVC的研究现状
3．1　国外的研究现状
　　少数著名的电力公司，如德国的RWE、美国的PG＆E、法国的EDF和意大利的ENEL等正在或准备进行在线实施全局无功最优控制的研究工作^［1］。在实施过程中，根据电力系统的实际情况，所采用的实现方式也各不相同，欧洲的电力系统一般将电力控制分为三个等级，分级比较如表1所示。这个模式符合电压/无功优化的区域性和电力系统分级分区调度体制的要求，已在国外电力系统得以实施，如法国等。
3．2　国内的研究现状
　　湖南省提出了采用经济压差进行全局无功优化的思想^［4］，即以每条线路的电压降落纵分量最小为目标求解最优潮流，计算出各发电厂和变电站注入系统的无功功率，而各发电厂和变电站通过安装电力系统型电压无功调整装置自动调节无功出力和变压器的分接头，使其实际输出无功功率为计算出的无功优化值。

　　河南省以河南电力系统为对象，进行了全局无功最优控制的仿真研究^［3］，针对发电机、并联电容器(电抗器)、变压器有载分接头等无功可控设备的特点及调节性能进行了分析，确定了将发电机作为唯一控制手段的仿真研究方法。实践上，在电厂端装设AVQC装置，根据发电厂高压母线电压或总无功功率目标值调节各发电机的无功出力。
　　江苏省泰州市供电局开发的电网无功电压优化集中控制系统^［5］，是通过采集调度自动化SCADA系统的实时数据，包括各变电所的节点电压、有功功率、无功功率等，以地区电网网损最小为目标，以各节点电压合格为约束条件，进行综合优化处理后，形成变压器有载分接开关档位调节、无功补偿设备投切集中控制指令，运用调度自动化“四遥”功能，实现整个泰州市电网无功电压优化运行。
　　另外山东、福建等省也准备进行自动电压控制方面的研究^［6］，但从总体来看，目前从全局的角度进行无功/电压的自动控制处于初步研究阶段，电压的调控仍主要依赖于管理上的手段和现场运行人员的责任心和自觉性，未能从技术上实现类似于AGC那样的闭环控制，电压质量也难尽人意。

4　江苏电网的电压无功现状
　　江苏电网从各地、县来看，无功基本能够各自就地平衡；从全局角度来看，无功电压主要存在如下问题：
　　(1)苏北电网无功过剩。低谷电压偏高矛盾更加突出。徐塘电厂2台30万kW机组投运后，从无功平衡情况可以看出，即使苏北大部分地区低谷时机组功率至0．98左右仍无法平衡过剩的无功。节假日用电负荷较轻，无功过剩将更为严重。
　　(2)苏南电网无功不足。苏锡地区负荷增长较快，装机容量不够，受电口子有限，高峰时段电压控制对电容器的依赖较大，如高峰时电容器投入容量不够，将过多地耗用发电机无功，造成动态无功备用不足，电压偏低。而且电容器分布分散，运行部门难以控制。一旦机组跳闸或系统发生故障将缺少动态无功支撑，威胁到电网的安全运行。
　　(3)无功自动投切装置较少。电力电容器的管理在各地区的重视程度也不尽相同，靠人工投切难以做到视电压情况及时投切。夏季高峰时段的平均受电力率均未能达到《无功电压技术导则》0．95的要求。

5　江苏电网的分布式自动电压控制策略
　　针对上述江苏电网无功电压的现状，遵循“分层分区，就地平衡”的原则，以及实时闭环优化控制的需要提出了分布式无功电压自动控制策略，基本框架如图1所示：
　　其中，对于电力系统中枢节点及非中枢节点电压的控制方式是不同的。中枢节点电压的控制方式可以采用如图2所示的方式。

　　非中枢点电压的控制一般采用以九区图为基础的电压监控方式。泰州供电局和河海大学联合开发的控制系统^［5］中，非中枢节点的电压控制是采用以地区无功电压优化为基[1][2]下一页