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[摘 要]二十一世纪是一个突飞猛进的时代，电能更是功不可没。大到国家建设，小到人民生活的方方面，都离不开电能。电能质量是否满足要求就顯得尤为的重要。电压质量直接影响着电能质量，是评价电能质量是否满足要求的关键因素之一。随着自动化水平的提高，现阶段主要的电压控制手段是采用AVC（自动电压控制）系统实现。因此文章重点就AVC系统实用化控制策略和技术展开探讨。
[关键词]AVC系统；实用化控制；策略
中图分类号：TM761 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）13-0147-01
地区电网调度是保证电网安全、稳定、优质运行的指挥中枢，在电网生产指挥中具有承上启下的作用，它的核心是为供电用户提供优质的电能质量。作为我国电网衡量电能质量最为重要的指标，电压实际运行水平强耦合于流动在电力网络的无功潮流。当无功功率供给不足时，电压的运行水平随之降低，反之将会有相应的上升，而电压过高过低或偏离一定的范围，都会降低用电设备的使用寿命和用电效率从而影响供给用户的电能质量，一旦严重，甚至导致电压崩溃，因此对地区电网无功电压的调控具有重要意义。
一、AVC实用化控制策略
（一）集中—分布式协调控制策略
根据负荷的变化特点，可将负荷变化分为较大变化和一般波动2种类型。如图1所示。由图1可知，Δp1相对平缓，时间从几十分钟至几小时，而Δp2变化较剧烈，时间由几秒至几分钟。
对于地区电网AVC系统控制的手段主要包括：投切电容器组、改变有载调压变压器分接头。目前部分地区还配置了少量的动态无功补偿装置（SVC/SVG）。电容器组存量较大，但是响应速度较慢，一般为分钟乃至小时级。变压器分接头的动作时间可以为秒级。但是变压器分接头只能在无功充足的情况下实现调压，并不能发出无功。动态无功补偿装置跟踪负荷变化的能力较强，补偿效果较好，但是一次投资大，很难在配电网络中广泛应用。因此，对于调控管理范围较大的地区电网而言，可以采用集中—分布协调控制策略，即无功的集中优化补偿和电压的就地分布控制。电压的就地分布控制以变压器分接头以及动态无功补偿装置为控制对象，主要针对幅度小、周期短的负荷波动情况。要实现无功电压的集中—分布协调控制，首先要考虑控制变量、协调变量，以及控制周期的确定等问题。控制的流程就是每个分布控制子系统与集中控制主系统不断地进行交互、协调工作的过程，从而实现配电系统最优的无功电压控制。
（二）定时投切控制策略
对于控制管理范围较小的情况下，可以根据负荷在24h内的变化规律，对电容器组采用定时投切的控制策略。即在负荷早晚高峰时段，选择某一个时间点将电容器组投入，此后只要负荷不发生较大的变化，在正常运行状态下不对电容器组做过多调整，在高峰负荷过后再选择某一时间点将电容器组退出，避免出现无功倒送情况。由于电容器组的动作周期较长，且需考虑1天当中的投切次数限制，故其投切控制策略应通过日负荷预测曲线来离线确定。此种控制策略的优点在于电容器组的投切动作少，可以避免频繁投切造成的设备寿命折损情况，而且控制方案较为简单易行。其缺点在于除去固定时间节点以外，其他时刻的电压调整完全依靠变压器分接头实现，调控效果一般。
（三）计及投切成本的控制策略
在AVC系统实际运行中，还应该考虑调控方案中涉及到的设备投切成本情况。即如果投切指令过多、设备频繁投切，固然能够改善电压无功的调控效果；但是同样会造成调控设备寿命折损、设备损坏的情况。因此需要综合考虑用户对电压质量的要求和负荷情况，并结合设备全寿命周期成本核算理论，合理确定控制策略，注意调控方案的投切成本。
二、AVC实用化技术分析
（一）闭锁机制
根据调度运行的实际需要，AVC系统必须具备自动闭锁相关设备的功能，包括：数据可疑闭锁、安全闭锁、控制异常闭锁和外部操作闭锁等。根据闭锁类型的不同，在满足解锁条件时，还可以自动或者手动解除闭锁。
（二）SCADA数据预处理
AVC系统所需的电压水平、负荷大小、补偿设备状态等遥信、遥测数据都需要通过地区电网自身的SCADA系统采集获取，而这些实时数据在采集传输过程中特别容易受到噪声数据、空缺数据和不一致性数据的侵扰。为了提高数据质量，使得无功优化分析结果能够真实反映实际情况，数据的预处理过程是必不可少的。空缺值主要是指对于采集设备自身问题造成的采集数据空缺。对于这种情况可以采用历史数据的平均值来填充空缺值。噪声是指测量变量中的随机错误和偏差。由于量测系统的数据是实时采集的，对于每一个新数据，通过聚类方法消除孤立点。对于RTU等采集设备来说，所采集数据的不一致性的情况也是存在的，比如在相邻的2个时间点所采集的变压器低压侧负荷数据有所变化，而高压侧负荷数据却相同，显然是不符合常理的。在实际的应用过程中，可以综合利用数据挖掘、关联分析等状态估计手段，对SCADA系统所采集的电量数据进行判断和过滤分析。对空缺数据尽量采用相似日的同时刻历史数据进行弥补；对超出正常限值范围的错误数据进行平滑处理。如果空缺、错误数据量较大，难以进行纠错处理则自动报警，提示操作人员手动进行处理。
（三）主变档位配合
当变电站内设置多于1台主变时，在进行档位调节或者无功补偿装置投切时必须首先判断是否有并列运行的主变。以档位调节为例，假设某台主变低压侧母线电压水平过低需要上调分接头，此时如果有其他并列运行的主变，则在形成控制方案时同样也上调并列变的分接头。否则并列变档位不一致必然出现环流。一旦发现并列变档位不一致的情况时应闭锁对档位的调整，并发出报警信息。
（四）通信延迟情况应对措施
对于网络规模较大的地区电网，由于SCADA传输的信息较多，有可能出现通讯信道阻塞，造成下发的调控指令延后的情况。即系统根据当前的潮流断面数据生成的调控方案，由于通讯问题，在指令真正下发、设备完成动作时潮流情况已经发生了变化，造成调控方案局部甚至整体失效。为应对这种情况，AVC系统可以采用超短期负荷预测技术，根据当前的潮流断面数据，综合运用时间序列、神经网络和回归分析等负荷预测手段，对延时后的负荷情况进行预测，并以此为基础生成调控方案，这样当设备真正动作的时刻，调控方案就可以实现“对症下药”。
总之，AVC的控制策略决定了AVC系统的控制特性和控制效果。但是控制策略往往不能应对全部实际运行情况，因此需要根据电网运行特点和负荷变化情况合理配置不同的控制策略。为了能够保证AVC系统安全稳定的闭环运行，实现真正意义上的自动控制，还需要增设包括非正常闭锁、SCADA数据预处理、通讯延时应对等典型技术。
参考文献
[1] 李洁荣.开封电网自动电压控制（AVC）系统的研究与实现[D].郑州大学，2016
[2] 聂晶.无功电压优化控制在朔州区域电网的研究[D].华北电力大学，2013
[关键词]AVC系统；实用化控制；策略
中图分类号：TM761 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）13-0147-01
地区电网调度是保证电网安全、稳定、优质运行的指挥中枢，在电网生产指挥中具有承上启下的作用，它的核心是为供电用户提供优质的电能质量。作为我国电网衡量电能质量最为重要的指标，电压实际运行水平强耦合于流动在电力网络的无功潮流。当无功功率供给不足时，电压的运行水平随之降低，反之将会有相应的上升，而电压过高过低或偏离一定的范围，都会降低用电设备的使用寿命和用电效率从而影响供给用户的电能质量，一旦严重，甚至导致电压崩溃，因此对地区电网无功电压的调控具有重要意义。
一、AVC实用化控制策略
（一）集中—分布式协调控制策略
根据负荷的变化特点，可将负荷变化分为较大变化和一般波动2种类型。如图1所示。由图1可知，Δp1相对平缓，时间从几十分钟至几小时，而Δp2变化较剧烈，时间由几秒至几分钟。
对于地区电网AVC系统控制的手段主要包括：投切电容器组、改变有载调压变压器分接头。目前部分地区还配置了少量的动态无功补偿装置（SVC/SVG）。电容器组存量较大，但是响应速度较慢，一般为分钟乃至小时级。变压器分接头的动作时间可以为秒级。但是变压器分接头只能在无功充足的情况下实现调压，并不能发出无功。动态无功补偿装置跟踪负荷变化的能力较强，补偿效果较好，但是一次投资大，很难在配电网络中广泛应用。因此，对于调控管理范围较大的地区电网而言，可以采用集中—分布协调控制策略，即无功的集中优化补偿和电压的就地分布控制。电压的就地分布控制以变压器分接头以及动态无功补偿装置为控制对象，主要针对幅度小、周期短的负荷波动情况。要实现无功电压的集中—分布协调控制，首先要考虑控制变量、协调变量，以及控制周期的确定等问题。控制的流程就是每个分布控制子系统与集中控制主系统不断地进行交互、协调工作的过程，从而实现配电系统最优的无功电压控制。
（二）定时投切控制策略
对于控制管理范围较小的情况下，可以根据负荷在24h内的变化规律，对电容器组采用定时投切的控制策略。即在负荷早晚高峰时段，选择某一个时间点将电容器组投入，此后只要负荷不发生较大的变化，在正常运行状态下不对电容器组做过多调整，在高峰负荷过后再选择某一时间点将电容器组退出，避免出现无功倒送情况。由于电容器组的动作周期较长，且需考虑1天当中的投切次数限制，故其投切控制策略应通过日负荷预测曲线来离线确定。此种控制策略的优点在于电容器组的投切动作少，可以避免频繁投切造成的设备寿命折损情况，而且控制方案较为简单易行。其缺点在于除去固定时间节点以外，其他时刻的电压调整完全依靠变压器分接头实现，调控效果一般。
（三）计及投切成本的控制策略
在AVC系统实际运行中，还应该考虑调控方案中涉及到的设备投切成本情况。即如果投切指令过多、设备频繁投切，固然能够改善电压无功的调控效果；但是同样会造成调控设备寿命折损、设备损坏的情况。因此需要综合考虑用户对电压质量的要求和负荷情况，并结合设备全寿命周期成本核算理论，合理确定控制策略，注意调控方案的投切成本。
二、AVC实用化技术分析
（一）闭锁机制
根据调度运行的实际需要，AVC系统必须具备自动闭锁相关设备的功能，包括：数据可疑闭锁、安全闭锁、控制异常闭锁和外部操作闭锁等。根据闭锁类型的不同，在满足解锁条件时，还可以自动或者手动解除闭锁。
（二）SCADA数据预处理
AVC系统所需的电压水平、负荷大小、补偿设备状态等遥信、遥测数据都需要通过地区电网自身的SCADA系统采集获取，而这些实时数据在采集传输过程中特别容易受到噪声数据、空缺数据和不一致性数据的侵扰。为了提高数据质量，使得无功优化分析结果能够真实反映实际情况，数据的预处理过程是必不可少的。空缺值主要是指对于采集设备自身问题造成的采集数据空缺。对于这种情况可以采用历史数据的平均值来填充空缺值。噪声是指测量变量中的随机错误和偏差。由于量测系统的数据是实时采集的，对于每一个新数据，通过聚类方法消除孤立点。对于RTU等采集设备来说，所采集数据的不一致性的情况也是存在的，比如在相邻的2个时间点所采集的变压器低压侧负荷数据有所变化，而高压侧负荷数据却相同，显然是不符合常理的。在实际的应用过程中，可以综合利用数据挖掘、关联分析等状态估计手段，对SCADA系统所采集的电量数据进行判断和过滤分析。对空缺数据尽量采用相似日的同时刻历史数据进行弥补；对超出正常限值范围的错误数据进行平滑处理。如果空缺、错误数据量较大，难以进行纠错处理则自动报警，提示操作人员手动进行处理。
（三）主变档位配合
当变电站内设置多于1台主变时，在进行档位调节或者无功补偿装置投切时必须首先判断是否有并列运行的主变。以档位调节为例，假设某台主变低压侧母线电压水平过低需要上调分接头，此时如果有其他并列运行的主变，则在形成控制方案时同样也上调并列变的分接头。否则并列变档位不一致必然出现环流。一旦发现并列变档位不一致的情况时应闭锁对档位的调整，并发出报警信息。
（四）通信延迟情况应对措施
对于网络规模较大的地区电网，由于SCADA传输的信息较多，有可能出现通讯信道阻塞，造成下发的调控指令延后的情况。即系统根据当前的潮流断面数据生成的调控方案，由于通讯问题，在指令真正下发、设备完成动作时潮流情况已经发生了变化，造成调控方案局部甚至整体失效。为应对这种情况，AVC系统可以采用超短期负荷预测技术，根据当前的潮流断面数据，综合运用时间序列、神经网络和回归分析等负荷预测手段，对延时后的负荷情况进行预测，并以此为基础生成调控方案，这样当设备真正动作的时刻，调控方案就可以实现“对症下药”。
总之，AVC的控制策略决定了AVC系统的控制特性和控制效果。但是控制策略往往不能应对全部实际运行情况，因此需要根据电网运行特点和负荷变化情况合理配置不同的控制策略。为了能够保证AVC系统安全稳定的闭环运行，实现真正意义上的自动控制，还需要增设包括非正常闭锁、SCADA数据预处理、通讯延时应对等典型技术。
参考文献
[1] 李洁荣.开封电网自动电压控制（AVC）系统的研究与实现[D].郑州大学，2016
[2] 聂晶.无功电压优化控制在朔州区域电网的研究[D].华北电力大学，2013