地区电网自动电压控制优化技术

自动电压控制(AVC) 是现代电网电压、无功功率控制的主要系统, 通过对并网机组、电网动态无功功率补偿设备、并联电容/ 电抗器、变压器等无功设备的自动统一调控, 提高电网电压质量、降低网损, 保证电网安全经济优质运行。省级电网(220kV 及以上) AVC 系统主要控制对象为常规水火电厂。而对于地区电网(110kV 及以下), 由于参与AVC 控制的常规水火电厂一般以220kV 及以上并网, AVC 系统的主要控制对象是变电站中并联电抗器/ 电容器和变压器分接头这类离散设备, 控制对象单一、控制策略简单、控制效果有限。随着国家“双碳” 目标和“构建以新能源为主体的新型电力系统” 战略的提出, 大量的无功功率可连续调节的风电、光伏等新能源电站并入110kV 及以下电网。这些新能源的大量并网既给电网带来了新的扰动源也给电网带来了新的可调控资源, 给地区电网电压无功功率控制带来了新的挑战和机遇。地区电网自动电压控制技术亟需根据这一新情况进行调整和优化。针对这一情况, 编写组团队多年在地区电网自动电压控制技术方面开展深入研究, 取得了一系列成果,并在湖南省地区电网开展了示范应用。本书介绍了针对现有的地区电网AVC, 在控制指令类型、控制模式、控制目标、连续/ 离散变量协调方面所提出的优化方法; 介绍了针对特高压直流换流站和山地等特殊的地区电网提出的相应优化控制方法; 介绍了所提控制优化技术在一个典型山区电网工程应用情况和风、水电站AVC 测试情况。期望通过本书的介绍, 促进自动电压控制技术的发展, 对电力系统电压无功功率管理工作提供借鉴参考。
鉴于编者的水平有限, 书中难免会有不妥之处,恳请同行及读者给予批评指正, 十分感谢。
编者
2021 年10 月

本书介绍了对现有的地区电网自动电压控制（AVC），在控制指令类型、控制模式、控制目标、连续/ 离散变量协调方面所提出的优化方法。本书介绍了针对特高压直流换流站和山地等特殊的地区电网提出的相应优化控制方法；介绍了所提控制优化技术在一个典型山区电网工程应用情况和风、水电站AVC 测试情况；深入介绍地区电网AVC 系统如何应对目前“双碳”目标下大量新能源并网带来电压无功控制问题。
　　

吴晋波，2011年6月华中科技大学电力系统及其自动化专业博士毕业，进入国网湖南省电力公司电力科学研究院工作，2013年12月31日被授予为高级工程师资格。获得省部级奖励9项，省公司级奖励7项；作为主要起草人，制定已颁布实施的国家标准2项、行业标准3项，国网企业标准2项；作为发明人，授权发明专利18项；作为作者，发表EI期刊论文1篇、核心期刊论文4篇、EI检索会议论文9篇；作为主要撰写人，发表专著5本。

前言
第1 章　地区电网 AVC 系统概述…………………… 1
　 　 1. 1　 地区电网 AVC 控制系统 ………………………… 1
　 　 1. 2　 电压无功控制目标和原则 ……………………… 4
　 　 1. 3　 电压无功功率控制策略 ………………………… 6
第2 章　AVC 控制指令类型优化技术 …………… 13
　 　 2. 1　 AVC 控制指令类型选择方法 …………………… 13
　 　 2. 2　 AVC 控制指令选择系统………………………… 17
　 　 2. 3　 算例验证……………………………………… 20
第3 章　AVC 控制模式优化技术 ………………… 25
　 　 3. 1　 原有控制模式 ………………………………… 26
　 　 3. 2　 以全局为目标的电网自动电压控制技术 …… 28
第4 章　AVC 控制目标优化技术 ………………… 37
　 　 4. 1　 10kV 母线电压控制目标值优化方法 …………… 37
　 　 4. 2　 10kV 母线电压控制目标值优化系统 …………… 41
　 　 4. 3　 算例验证……………………………………… 43
第5 章　AVC 连续、 离散设备协调优化技术 …… 46
　 　 5. 1　 现有 AVC 系统离散连续变量协调优化方法……… 46
　 　 5. 2　 基于离散变量连续化的协调优化方法…………… 47
第6 章　基于综合成本的连续、离散协调优化
技术 ………………………………………… 54
　 　 6. 1　 基于综合成本的连续、 离散协调优化方法 ……… 54
　 　 6. 2　 电网综合成本分析 …………………………… 56
　 　 6. 3　 自动电压控制协调优化策略 …………………… 59
　 　 6. 4　 改进遗传算法求解 …………………………… 62
　 　 6. 5　 算例验证……………………………………… 66
第7 章　特高压直流近区电网AVC 优化控制
技术 ………………………………………… 76
　　7. 1　特高压直流近区多级电网协调自动电压控制
方法 ………………………………………… 77
　 　 7. 2　 特高压直流换流站电压无功功率协调控制方法 … 89
第8 章　山地电网 AVC 优化控制技术 …………… 94
　 　 8. 1　 分区 ………………………………………… 96
　 　 8. 2　 选择控制模式 ………………………………… 96
　 　 8. 3　 220kV 电压控制模式…………………………… 99
　 　 8. 4　 10kV 电压控制模式…………………………… 104
　 　 8. 5　 220kV 无功功率控制模式 …………………… 106
第9 章　山地电网 AVC 优化控制系统开发……… 109
　 　 9. 1　 技术要点 …………………………………… 109
　 　 9. 2　 整体结构 …………………………………… 109
　 　 9. 3　 维护说明 …………………………………… 111
　 　 9. 4　 界面说明 …………………………………… 117
　 　 9. 5　 地调 AVC 接入电厂协调数据说明……………… 118
第10 章　风、水电站接入地区电网AVC 系统
测试情况 ………………………………… 121
　 　 10. 1　 试点应用情况 ……………………………… 121
　 　 10. 2　 宝莲风电场 AVC 子站系统测试 ……………… 123
　 　 10. 3　 白云水电站 AVC 子站系统测试 ……………… 137
第11 章　试点应用效果 …………………………… 150
　 　 11. 1　 10kV 母线电压合格率 ……………………… 150
　 　 11. 2　 220kV 母线电压合格率 ……………………… 152
　 　 11. 3　 电网输送功率损耗 ………………………… 153
　 　 11. 4　 无功功率动态支撑 ………………………… 153
　 　 11. 5　 电网建设投资成本 ………………………… 155
第12 章　地区电网风、水电协调电压无功控制
实用化措施 ……………………………… 156
　 　 12. 1　 风电站接入电网 AVC 系统测试 ……………… 156
　 　 12. 2　 水电站接入电网 AVC 系统测试 ……………… 167
　 　 12. 3　 地区电网风、 水电协调电压无功控制策略 …… 175
参考文献 …………………………………………… 181

本书介绍了针对现有的地区电网AVC, 在控制指令类型、控制模式、控制目标、连续/ 离散变量协调方面所提出的优化方法; 介绍了针对特高压直流换流站和山地等特殊的地区电网提出的相应优化控制方法; 介绍了所提控制优化技术在一个典型山区电网工程应用情况和风、水电站AVC 测试情况。