0 引言

近年来，随着地区电网自动化水平的逐步提高，基于地区电网调控一体化平台的自动电压控制（AVC）系统应用越来越广泛^[1-5]。地调AVC系统通常以实现区域网损最小、低压母线电压合格为调节目标^[6-9]，对于220 kV及以上电压等级母线电压则不做要求。

阿拉善地区电网PCS-9000调控一体化平台AVC系统自2015年投运以来，有效降低了区域网损、提高了供电电压合格率。但由于阿拉善地区特殊的电网结构，AVC系统针对低压电网的调节次数偏多，且不能自动调节220 kV母线电压。对此提出在原AVC系统中增加220 kV母线电压自动控制策略，以提高区域电压合格率。

1 阿拉善地区电网概况及AVC系统存在的不足 1.1 电网概况

阿拉善地区电网主要以500 kV吉兰泰站和乌斯太电厂为电源点，其220 kV及以上电压等级电网结构图如图 1所示。220 kV电压等级电网为辐射电网结构，部分线路参数如表 1所示。

由表 1数据可知，部分220 kV线路长度超过了100 km，最长线路超过了400 km。长线路对地电容对线路末端电压的影响不容忽视，因而实现对220 kV母线电压的自动控制尤为重要。220 kV长线路参数示意图见图 2。

1.2 对地电容对末端电压的影响^[10]

根据220 kV线路空载和重载两种极端情况，空载时负载电流I₂=0，重载时I₂远大于对地电容电流I_C。绘制电压、电流矢量图如图 3所示，其中为线路电阻压降，为线路电抗压降。

由图 3可知，随着末端厂站负荷的波动，其220 kV母线电压波动增大，造成其供电区域内厂站电压合格率偏低，且主变压器分接头和容抗器调节次数较多，影响了设备的使用寿命，不利于电网的安全经济运行。

1.3 原AVC系统存在的不足

针对上述问题，2015年阿拉善地区电网引入了PCS-9000调控一体化平台AVC系统，通过对220 kV关口无功功率和中低压侧母线电压的自动控制，显著提高了供电电压合格率，降低了调度人员的劳动强度。但该系统没有针对220 kV母线电压的控制策略，只能采用“自动+人工”的方式（关口无功功率和中低压侧母线电压通过AVC自动调节，220 kV母线电压通过人工调节），存在控制协调性差的问题。

2 220 kV母线AVC控制策略 2.1 策略简介

为提高区域电压合格率，在原AVC系统基础上增加220 kV母线电压自动控制策略。该策略优先于中低电压越限控制和关口无功功率控制，以防重复调节或过调。220 kV母线电压自动控制策略如表 2所示。

该策略首先对本站容抗器按照预先设置的优先顺序进行控制。本站不具备调节手段时，根据实时拓扑选择所有拓扑距离小于3的同级厂站高压母线为支援母线，结合灵敏度校核结果对所有与支援母线相连的中低压侧可投切容抗器进行调节^[11-12]。需考虑的约束条件为：

（1）避免有电容器运行时投入电抗器或有电抗器运行时投入电容器；

（2）所有容抗器投切都应满足投运时间、投切次数等要求；

（3）容抗器投退不会引起新的电压越限。

2.2 控制策略生成

通过PCS-9000调控一体化平台接口获取电网分析网络模型和SCADA（数据采集与监视控制系统）测量信息，优化计算生成的遥控指令通过SCADA下发执行，实现AVC的控制功能^[1]。AVC与SCADA的交互关系如图 4所示。

AVC系统获取SCADA测量信息后，以变电站母线电压、主变压器功率因数、关口无功功率为控制目标进行优化分析，在可调节的容抗器和变压器档位中选择调节效果最佳的设备，生成控制策略。

变电站母线电压调节遵循“分层分区”原则，优先处理220 kV母线电压越限的情况。首先调节本站内相连变压器低压侧的容抗器，对于变压器并列运行的，在所有低压侧容抗器中选择调节效果最佳的设备进行调节；对于变压器分列运行的，按变压器功率因数冗余度由大到小排序，依次搜寻各变压器低压侧容抗器，选择调节效果最佳的设备进行调节。如本站无可调容抗器，则按动态拓扑搜寻与该母线相连的其他220 kV厂站母线作为支援母线。支援母线按拓扑距离由近及远排序，距离相同的按电压冗余度由大到小排序，依次搜寻调节效果最佳的设备进行调节。控制策略生成前进行灵敏度校核，以防引发新的电压越限。220 kV母线电压控制策略流程见图 5。

2.2.1 动态拓扑

在AVC系统的网络模型中，每个电气设备都有若干端点，每个端点都有1个连接点，如果几个端点指向的连接点相同，则表示这些端点连接在一起。电气设备连接模型如图 6所示。

获取SCADA实时数据后，AVC系统首先将通过闭合的断路器以及隔离开关相连的连接点合并成1个逻辑节点，将通过线路和变压器相连的逻辑节点合并成电气岛，再通过发电机、用电设备等相连的逻辑节点将这些发电机和用电设备归入相连的电气岛。电气岛中的母线即电气节点，动态拓扑可获取所有母线的连接关系，通过线路相连的母线视为相邻母线，两者拓扑距离为1。

在电气岛划分完成后，AVC系统还会根据容抗器所连接的断路器和隔离开关状态，结合投切次数、投切时间、挂牌、保护信号等约束条件，将容抗器划分为可投、可切、不可投、不可切等状态，以确保设备控制命令的可靠性。

2.2.2 灵敏度校核

AVC系统在选择容抗器或变压器有载调压分接头作为调节手段时，还需对设备进行节点电压灵敏度校核^[10]，以确保不会引起新的电压越限。

设系统中PQ节点电压向量为V_D，PV节点（包括平衡节点）电压向量为U_G，PQ节点无功负荷向量为Q_D，所连接并联电容器注入功率向量为S_C，并联电抗器注入功率向量为S_X，有载调压变压器变比向量为T。则AVC调节前的初始状态为：

(1)

AVC调节后的新状态为：

(2)

其中，对任意一节点i有：

其中，Q_Ci为节点i并联电容器无功向量，Q_Xi为节点i并联电抗器无功向量。

对式（2）进行泰勒展开可得:

(3)

将式（1）代入得：

(4)

将式（4）中右侧4部分简化记为:

(5)

式中  S_GV—发电机机端电压对节点电压的灵敏度；

S_TV—变压器变比对节点电压的灵敏度；

S_CV—电容器对节点电压的灵敏度；

S_XV—电抗器对节点电压的灵敏度。

3 工程应用及效果

阿拉善地区电网厂站数为46个，可调分接头变压器62台，容抗器79台。选取AVC系统220 kV母线电压自动控制策略在投运前和投运后的两个相似月份，对系统电压合格率、变压器分接头和容抗器调节次数进行比较分析，结果如表 3、表 4所示。

由表中数据可以看出，在负荷情况相似的情况下，新控制策略应用后，电压合格率提高了2.16%，变压器分接头调节次数减少了18次，容抗器投切次数下降了32次，同时还实现了220 kV电压无功自动控制，节约了人力。

综上所述，本文提出的针对220 kV母线电压的自动控制策略可以提高系统电压合格率、降低设备调节次数、节约人力，提高地区电网的自动化控制水平，是可行且有效的。