基于无功分层平衡原则的改进型AVC系统.docx

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基于无功分层平衡原则的改进型AVC系统

QC成果申报材料

基于无功分层平衡原则的改进型AVC策略

发布人:

石文娟王锎

国网衡阳供电公司电力调度控制中心

地区调度班QC小组

2014年5月

基于无功分层平衡原则的改进型AVC策略

一、小组概况

小组名称：

衡阳电力调控中心地区调度班QC小组

课题名称：

基于无功分层平衡原则的改进型AVC策略

课题类型：

改进型

活动时间：

2013年10月—2014年5月

小组成员及分工：

序号

姓名

年龄

学历

职务

组内分工

1

刘继军

43

本科

调度控制室主管

组长

2

刘凯

34

本科

原调度控制中心副书记

副组长

3

刘任玉

31

本科

调控中心副主任

副组长

4

李谆

30

本科

地区调度班长

组织协调

5

王锎

26

本科

调度副值

方案制定

6

石文娟

25

本科

调度副值

理论指导

7

杨硕

28

研究生

调度副值

系统实施

表1制表：

杨硕2014年3月

二、选题理由

经济效益是企业生存和发展的关键，降低损耗和供电成本是供电企业提高经济效益的重要措施。

电网的经济运行主要包括变压器及其电力线路的经济运行，统计数据表明2013年变压器损耗占衡阳地区主网损耗的35%，在线损总额中也占有相当大的比重。

根据省公司大运行体系的要求，以及公司三年降损的主要目标，结合国网衡阳供电公司七届四次职代会暨2014年工作会议上的报告中关于“突出加强线损管理”的要求（调控中心承担着110千伏以上主网降损的主要任务），加强线损管理提高电网运行经济性尤为重要。

同时，电压是电能质量的重要指标，电压质量对电力系统的安全与经济运行，对保证用户安全生产和电气设备的寿命有重要的影响，而电压质量和无功功率的分布有着不可分割的关系，传统的自动电压控制（AVC）策略是以单一检测10kV母线电压为依据，通过简单的投退电容、电抗为调节手段以达到保证电压质量合格这一目的，未考虑无功分布，致使主变损耗不必要增高。

因此，我们需要对传统AVC策略进行改进，引入无功分层平衡策略，在保证电压质量的同时，进行合理的无功补偿，降低电能损耗，提高电网经济性。

为此，我们选定此课题：

基于无功分层平衡原则的改进型AVC策略。

三、现状调查

在电网接线方式相对稳定的前提下，降低变电站的损耗可以降低供电成本。

变电站损耗由以下几部分组成：

1、固定损耗。

不随负荷的变化而变化，只与运行方式有关，主要是变压器的空载损耗，又称铁损；

2、可变损耗。

随负荷电流的变化而变化，与电流的平方成正比，主要是变压器的短路损耗，又称铜损；

3、其他损耗。

主要是计量装置不准确及故障发现不及时引起的损耗。

我们的主要工作就是通过降低铜损来降低变损，以达到提高电网经济性的目的。

传统的AVC策略以母线电压高低为调整依据，通过投退无功补偿装置进行电压调节。

当10千伏母线电压U超出考核曲线范围内时，即U<10.0或U>10.7时，启动电压策略。

若电压低于考核曲线时（U<10.0），此时系统检测母线容抗器状态，优先切除电抗器，若无电抗器切除，则投入电容器；若电压高于考核曲线时（U>10.7），此时优先切除电容器，若无电容器切除，则投入电抗器。

电压策略流程图如下所示：

图1制图：

王锎2014年3月

传统AVC策略的弊端：

1、以单一检测10kV母线电压为依据

2、缺乏对主变穿越无功的监视及调节

3、现有调压手段下，易忽视主变档位的调整

4、主变穿越无功增加造成电能损耗的增加

因此，我们需要改进AVC策略，同时兼顾电压质量与无功平衡。

本课题以220kV龙塘变AVC系统为研究对象，以降低龙塘变#1、2主变铜损为研究目标。

通过对龙塘供电区负荷性质、区域无功分布及电源点特点进行研究分析，我们发现龙塘变10kVI、II母负荷较轻，属感性负荷，两段自然无功平均在2MVar左右；110kV负荷比重较大，在220kV神农智能变电站未投产前，龙塘变担负着耒阳县区95%以上的负荷。

龙塘变属耒阳电厂上网通道，无功充足，导致10kV母线电压偏高，长期处于10.6kV以上，为确保龙塘变电压质量，10kVI、II母两台电抗器长期投入，导致穿越主变的无功功率长期为自然无功的6倍左右，低压侧负荷电流成比例增加，致使主变损耗（铜损）增加，高压侧下网无功、电流增加，主变的负载能力也有所降低。

四、目标设定

通过对龙塘变主变三侧无功数据综合分析，我们设定目标：

降低龙塘变主变铜损电量3600千瓦时/月·台。

五、目标可行性分析

根据现状调查，我们发现，导致龙塘变主变损耗过大的主要原因在于无功分布不平衡，而影响主变穿越无功的重要因素是#1、#2电抗器长期投入。

由于无功不平衡，每台主变低压侧穿越电流增加577A，因此，我们拟定降低龙塘变主变铜损电量3600千瓦时/月·台是可以达到的。

六、原因分析

这是龙塘变1、2号电抗器的投入曲线。

2013年龙塘变#1电抗器投入曲线（负荷率90%，全年投入时间约7884.0h，合计328.5天）

图2制图：

石文娟2014年3月

2013年龙塘变#2电抗器投入曲线（负荷率94%，全年投入时间约8234.4h，合计343.1天）

图3制图：

石文娟2014年3月

这是龙塘变1、2号主变低压侧穿越无功曲线。

2013年龙塘变#1主变低压侧穿越无功曲线（平均值11.35MVar）

图4制图：

石文娟2014年3月

2013年龙塘变#2主变低压侧穿越无功曲线（平均值10.34MVar）

图5制图：

石文娟2014

七、要因确定

经验表明，传统的AVC策略通过投退电容、电抗器基本能够满足电压质量要求，但缺乏对主变穿越无功的监视及调节。

况且220kV变电站主变档位调整需报省调批准，在现有调压手段满足调压要求的情况下，更容易忽视对主变运行档位的调整，造成了龙塘变1、2号电抗器长期投入，穿越无功偏高，致使主变铜损不必要增高。

八、控制策略制定

改进型AVC以无功补偿度及母线电压高低为调整依据，监视10kV母线电压及主变低压侧的穿越无功，对变电站做出相应控制或提出建议，使电压和无功满足条件，使系统电压质量在合格范围内、穿越主变的无功尽可能小，以降低主变损耗。

改进型AVC优先启动无功策略，以穿越主变低压侧无功Q穿越与该站电容器、电抗器额定容量的1/2（即1/2QC额或1/2QL额）大小关系为判定条件，AVC系统优先对穿越无功做出初步判断。

若Q穿越≥0，则说明无功为容性（等于0时为全补偿，无功平衡），进一步判定：

1、若Q穿越≤1/2QC额，则无功平衡；

2、若Q穿越＞1/2QC额，无功不平衡，此时需通过投退电容、电抗器进行无功调节，调节完毕后，再一次进行无功平衡判定，直至无功平衡；

若Q穿越＜0，说明无功为感性，则进一步判定：

1、若Q穿越≥-1/2QL额，则无功平衡；

2、若Q穿越＜-1/2QL额，无功不平衡，此时需通过投退电容、电抗器进行无功调节，调节完毕后，再一次进行无功平衡判定，直至无功平衡；

无功平衡之后，闭锁容抗器投退，启动电压策略：

1、若U＜10.0，则发主变升档建议，进行调整，直至电压合格；

2、若U＞10.7，则发主变降档建议，进行调整，直至电压合格。

基于无功分层平衡原则的改进型AVC策略的流程图如下所示：

图6制图：

王锎2014年3月

九、方案实施

根据拟定的策略，以传统AVC系统为基础，以龙塘变为研究对象，引入无功分层平衡策略并调整相应判据后，通过开环试验验证该策略的逻辑正确性。

在确保EMS系统遥控成功率的情况下，开展闭环试验进一步检验实际效果。

一十、效果检查

改进前（#1主变分接头档位在7档）

改进后（#1主变分接头档位在5档）

图7制图：

李谆2014年3月

基于无功分层平衡原则改进220kV龙塘变AVC策略后，取得了以下效果：

1、穿越主变的无功功率得以明显降低，主变的供电能力得到一定提升：

以穿越#1主变310断路器的无功为例，改进前约为11MVar，改进后1MVar；当变压器输出一定有功功率时，穿越主变的无功功率的减少能减少变压器的需用容量，从而提高变压器的供电能力。

2、主变铜损得到一定程度的降低，经计算改进AVC系统后，龙塘变每台主变因无功穿越功率而减小的相电流约为：

低压侧580A，高压侧26.4A（中、低压侧消耗的均为感性无功，由高压侧提供，改进AVC系统后对中压侧的穿越无功功率影响很小，为计算方便，将其省略）。

经查龙塘变电气试验报告，低压侧每相直流电阻约为0.005Ω，高压侧0.75Ω，根据焦耳定律，每台主变每月减少的铜损电量为：

Q铜损=Q高压侧+Q低压侧=（I低2R低+I高2R高）×3T=4762.19千瓦时（其中T=24小时×30=720小时）

两台主变因此每月节省电费=4762.19×2×0.588=5600.3元（按最低居民用电价格计算）

2013年龙塘变#1、2电抗器全年投入率分别90%和94%，据此进行校核，平均每月龙塘变两台主变可节省电费：

4762.19×（0.90+0.94）×0.588=5152.3元

通过本次QC活动，优化了AVC系统，达到了降低主变变损的预期目标。

保证电压和关口功率因数合格，尽可能减少线路无功传输、降低电网因不必要无功潮流引起的有功损耗。

一十一、总结和下一步打算

我们小组本次QC活动针对普通AVC策略在自动投退无功补偿时，只考虑电压，而不考虑穿越主变无功功率大小的缺陷，以220kV龙塘变AVC系统为改进对象，引进无功策略判定，结合手动调整变压器有载调压分接头的措施，取得了较好的降损效果。

为巩固成果，我们将在今后的实际工作中不断的加以充实和完善，并逐步把该系统推广至本地区有条件、有必要改进的变电站。