自动电压控制系统(AVC)的应用初探
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摘 要：AVC是一项先进的系统控制技术，是电网电压无功控制发展的最新成果。文章在分析AVC基本原理以及AVC设计实现的基础上，分析探讨AVC控制策略。
关键词：无功电压 自动电压控制 AVC
1 引言
目前国内的无功电压自动控制主要有两种模式，一种是基于调度中心自动化系统遥控、遥调的集中式控制系统，一种是基于变电站的AVQC分散式控匍系统。不论哪一种控制模式其基本控制策略都是一致的，当无功补偿不能满足上级或本级关口功率因数要求时，AVC系统进行计算，给出方案投切容量适当的无功电容器补偿装置，对功率因数进行校正，以便功率因数达到基本考核指标。随着无功负荷的变化，再次出现关口功率因数越限时，计算再投切相应的电容器，一旦检查电容器容量换不合适，就判定为系统无可投或可切容量。
2 AVC基本原理
AVC根据电网中连续运行的动态过程与离散指令、离散操作相互作用的特点，以离散事件作为驱动，离散指令与动态过程相互交互，实现电网电压无功的自适应有序协调优化控制，属于混杂控制系统范畴。控制模式遵循高电压水平下分层分区平衡原则，并综合了厂站九区图控制原理的明晰简单、运行可靠、区域无功平衡的全网协调性好等优点。控制模式之间的协调优先保证电压和功率因数约束，系统网损次之。
AVC控制目标是在最小范围内保证无功平衡，尽量减少无功在线路上的传输，最大程度降低网损，目标函数数学模型表达式为：
MinΣ(PR+QX)／U
式中，P、Q、U、R、X分别代表网络中各支路的有功、无功、电压、电阻和电抗。
约束条件：首先要满足潮流方程的等式约束，其次电压满足限值约柬，关口功率因数合格。
控制变量：地区电网中可控设备为电容器和变压器分接头，网内小电厂仅有建议权；电容器和变压器分接头为离散型变量，每天的调节次数有限。
3 AVC的设计实现
AVC作为一个应用与SCADA／EMS平台一体化设计，直接获取SCADA实时数据和PAS网络结构，综合分析计算得出控制方案并对全网电压无功控制设备进行协调控制。
3.1 系统构架设计
AVC适用于单电源或多电源供电网络，它借助地、县级调度自动化系统“四遥”功能，利用计算机技术和网络技术，对实时数据在线分析和计算，对电网内各变电所的有载调压装置和无功补偿设备进行集中监视，集中管理和集中控制，实现全网无功电压优化运行闭环控制，以实现全网网损尽量小、各节点电压合格率尽量高、调压装置和无功补偿设备动作次数尽量合理的地区电网电压无功优化控制。
3.2 安全性设计
AVC对电压无功调节设备直接进行遥控，与一般调度自动化软件相比，安全性措施显得非常重要。当AVC处于闭环方式运行时，该闭环控制系统输入输出环节安全可靠性将受到误差或“噪声”的诸多干扰。
AVC根据一体化SCADA平台提供的全面信息，考虑了足够有效的安全措施。主要包括以下几个方面：
(1)系统投运安全策略：本着循序渐进的原则将电网中各厂站逐步接入，控制状态分级设置并可以设置到调压设备；根据实际情况，自控接入可以采取开环或闭环控制方式，初期采用开环方式运行，可以人工干预来优化或确认控制方案，待该厂站运行稳定、正确、可靠后再接入闭环运行。
(2)数据处理安全策略：对从SCADA系统获取的数据进行衍生数据处理，处理方法有质量检验、数字滤波、遥测误差校正、误遥信检测等。
(3)控制设备安全策略：考虑被控设备当前状态(如检修或保护等)、安全运行条件、动作次数和使用寿命，按照安规、运规调节变压器分接头或投切电容器。
(4)异常事件处理安全策略：系统能够自动处理电压无功控制中的大量异常事件并进行可靠闭锁；AVC处理的异常事件有变压器调节拒动、变压器调节滑挡，10kV母线单相接地、电容器开关遥控不成功，电容器开关检修、电容器开关保护动作等。
(5)软件设计安全策略：为保证遥控安全可靠，遥控接口进行附加条件判断，只有电容器开关或变压器分头才能进行远方自动调节，其他点全部闭锁；AVC系统可实现进程分布式配置，一般采用双机热备用方式，保证系统不问断运行；AVC系统为保证软件使用的安全性，对于当前登陆的用户，在修改软件系统参数时，将要求输入密码进行验证，软件还籽自动记录参数修改操作，起停软件主进程时，软件也将进行记录。
3.3 进程配置
AVC软件作为EMS系统的一个应用，可配置在EMS系统任何一台非服务器节点上，配置主备节点互为热备用，其它节点作为客户端具备浏览功能，可用作监视管理和观摩演示。
AVC可实现多操作中心统一控制，并且实现信息分层、操作分控。AVC主程序只须在服务器上运行，而不受限制于物理上的多操作中心。AVC系统配置于调度中心主站端，先对电网进行“软”的电气分区并分析计算，再将调节措施发送给各物理分区的操作中心。操作中心工作站作为客户端可访问AVC服务器，其访问信息如AVC控制措施、投退操作等仅与该操作中心所属厂站相关，其余厂站信息则被筛选和屏蔽。
4 AVC控制策略分析
某个关口下如果有多个容量悬殊的电容器装置，无功电压自动控制(AVC)系统在优化计算，投切电容器时，按照其原有的控制策略，所出调节方案有时不够合理。
例如：某关口下两台容量大小不同的电容器装置，分别为9.6MVAR、3.6MVAR。
在即将进入高峰时段时，关口负荷为：S=20+j7.0(MVA)，功率因数为0.944，此时功率因数小于基本考核指标(一般0.96)，需要投入电容器进行无功功率补偿，校正该关口功率因数降低损耗。AVC系统进行计算，给出优化调整方案：投入3．6MVAR。补偿后S=20+j3.4(MVA)，校正后关口功率因数达到0.988，满足功率因数指标要求。
随着负荷变化，该关口负荷变为：S=26+j9.0(MVA)，功率因数降至0.945，此时功率因数小于基本考核指标，需要再投入电容器进行无功功率补偿，校正该关口功率因数。AVC系统经过计算，检查发现如果投9.6MVAR电容器，关口负荷将变为：S=26-j0.6(MVA)，造成无功倒送，此时AVC系统即判断该关口下没有无功可投容量。一方面是无功负荷得不到有效补偿，另一方面是无功补偿装置得不到充分利用。
当负萄变化，需要切除补偿电容器时，也可能遇到类似的现象。如果AVC系统能够将大小电容器投入顺序进行调整，就能有效的避免上述现象的发生。
5 AVC控制策略探讨
(1)进入高峰时段，优先投入大容量电容器，再投入小容量电容器。
当某关口功率因数小于基本考核指标值时，AVC系统开始计算。
第一阶段：Q实际值
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