王 悅，方 兵

(1.海南電網(wǎng)公司三亞供電局，海南三亞 572000；2.海南電網(wǎng)公司規(guī)劃中心，海南?？?570203)

多控制中心無(wú)功電壓協(xié)調(diào)控制研究綜述

王 悅1，方 兵2

(1.海南電網(wǎng)公司三亞供電局，海南三亞 572000；2.海南電網(wǎng)公司規(guī)劃中心，海南?？?570203)

隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，不同控制中心間的弱耦合假設(shè)不再成立，無(wú)功電壓協(xié)調(diào)控制至關(guān)重要。本文對(duì)已有的多控制中心無(wú)功電壓協(xié)調(diào)控制方法進(jìn)行總結(jié)，有針對(duì)性地提出三種協(xié)調(diào)控制模式，并說(shuō)明不同協(xié)調(diào)控制模式的優(yōu)缺點(diǎn)及其應(yīng)用場(chǎng)景。

無(wú)功電壓控制；控制中心；協(xié)調(diào)控制

無(wú)功電壓優(yōu)化控制是提高電壓質(zhì)量和電壓穩(wěn)定水平、降低系統(tǒng)網(wǎng)損的重要手段，近年來(lái)備受關(guān)注[1]。隨著電力系統(tǒng)自動(dòng)電壓控制技術(shù)的推廣，未來(lái)網(wǎng)、省、地等各級(jí)電網(wǎng)控制中心都將建立無(wú)功電壓控制系統(tǒng)。

目前，不同控制中心的無(wú)功電壓控制系統(tǒng)往往針對(duì)控制區(qū)域內(nèi)的無(wú)功調(diào)節(jié)設(shè)備進(jìn)行獨(dú)立調(diào)控，其控制區(qū)域則按照控制中心對(duì)應(yīng)的調(diào)度范圍來(lái)劃分。基于無(wú)功就地平衡的原則，“獨(dú)立調(diào)控”模式在區(qū)域間電網(wǎng)耦合度弱的情況下能夠滿足互聯(lián)電網(wǎng)無(wú)功電壓優(yōu)化控制的要求。然而，按照電網(wǎng)行政管理體制劃分的控制分區(qū)在其區(qū)域邊界處的耦合可能較大；同時(shí)隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，各區(qū)域以及各層次之間的電網(wǎng)連接日益緊密，各個(gè)子系統(tǒng)間的耦合增強(qiáng)。這些因素使得無(wú)功分區(qū)之間弱耦合的假設(shè)難以保證，相互獨(dú)立的控制策略間可能存在潛在沖突。如果不進(jìn)行恰當(dāng)?shù)膮f(xié)調(diào)，不僅大大削弱預(yù)想的控制效果，比如各區(qū)域的動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備不合理、網(wǎng)損增加、某些發(fā)電機(jī)組過(guò)早達(dá)到限值從而喪失電壓調(diào)節(jié)能力等，而且可能引發(fā)控制振蕩、控制失穩(wěn)等現(xiàn)象。2000年，CIGRE(International Council on Large Electric Systems國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議)為此成立了專(zhuān)責(zé)小組，研究輸電網(wǎng)與輸電網(wǎng)電壓控制的協(xié)調(diào)問(wèn)題[2]。在我國(guó)，網(wǎng)、省、地三級(jí)控制中心的協(xié)調(diào)優(yōu)化電壓控制是電力系統(tǒng)研究的重要課題之一，被列為國(guó)家科技部“十一五”863高科技計(jì)劃專(zhuān)題課題[3]。

本文對(duì)已有的多控制中心無(wú)功電壓協(xié)調(diào)控制研究進(jìn)行總結(jié)和提煉，為無(wú)功電壓協(xié)調(diào)控制的后續(xù)研究及系統(tǒng)建設(shè)提供參考。首先簡(jiǎn)要介紹單控制中心無(wú)功電壓控制方法，然后介紹三種比較有代表性的無(wú)功電壓協(xié)調(diào)控制方案，并對(duì)無(wú)功電壓協(xié)調(diào)控制模式進(jìn)行討論，最后給出結(jié)論和展望。

1 單控制中心無(wú)功電壓控制簡(jiǎn)介

對(duì)于單控制中心電網(wǎng)而言，無(wú)功電壓控制的關(guān)鍵在于能夠快速響應(yīng)區(qū)域電網(wǎng)中的電壓波動(dòng)和無(wú)功擾動(dòng)。1968年，日本Kyushu電力公司首先在單級(jí)電網(wǎng)控制區(qū)域內(nèi)引入自動(dòng)電壓控制功能。1972年，法國(guó)電力公司EDF提出了二級(jí)電壓控制的概念，通過(guò)協(xié)調(diào)區(qū)域內(nèi)部發(fā)電機(jī)機(jī)端出力設(shè)定值，實(shí)現(xiàn)該區(qū)域內(nèi)部電壓水平的控制。此項(xiàng)研究在70年代末完成其工程實(shí)踐，到80年代中期，其研究成果——二級(jí)電壓控制器已被廣泛裝設(shè)于法國(guó)電網(wǎng)[4]。

二級(jí)電壓控制通過(guò)協(xié)調(diào)控制分區(qū)內(nèi)各發(fā)電機(jī)組的無(wú)功出力，來(lái)控制分區(qū)內(nèi)先導(dǎo)節(jié)點(diǎn)的電壓。各個(gè)分區(qū)的控制策略是相互獨(dú)立的，不能實(shí)現(xiàn)整個(gè)電力系統(tǒng)的優(yōu)化協(xié)調(diào)，具有局限性。因此，電力系統(tǒng)研究者提出多級(jí)電壓控制方案。多級(jí)電壓控制是指一種在大區(qū)域范圍甚至是全網(wǎng)范圍內(nèi)的電壓調(diào)節(jié)分配方式，以系統(tǒng)范圍內(nèi)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行作為控制目標(biāo)，是預(yù)防和阻止電壓崩潰、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)無(wú)功合理分布的有效手段。二級(jí)電壓控制或多級(jí)電壓控制通過(guò)定時(shí)啟動(dòng)觸發(fā)，在控制理論上可被劃入“時(shí)間基”控制。區(qū)別于這種基于“時(shí)間基”的多級(jí)電壓控制，電力混成控制系統(tǒng)理論[5-9]則采用一種“事件基”的控制方式。以離散事件為驅(qū)動(dòng)，同時(shí)考慮多種控制目標(biāo)和約束，提出了具有可實(shí)現(xiàn)性的自動(dòng)電壓控制理論，以保證電力系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)、安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2 多控制中心無(wú)功電壓協(xié)調(diào)控制

多區(qū)域自動(dòng)電壓協(xié)調(diào)控制的基礎(chǔ)仍然是單區(qū)域自動(dòng)電壓控制。為了實(shí)現(xiàn)多區(qū)域的協(xié)調(diào)，研究者提出了各種方案，以改造原來(lái)的二級(jí)、三級(jí)電壓控制。下面介紹三種比較有代表性的自動(dòng)電壓協(xié)調(diào)控制方案。

2.1 協(xié)調(diào)二級(jí)電壓控制

為了克服區(qū)域間耦合加強(qiáng)帶來(lái)的問(wèn)題，20世紀(jì)80年代中期，EDF及一些學(xué)者開(kāi)始進(jìn)行協(xié)調(diào)二級(jí)電壓控制(Coordinated Secondary Voltage Control，CSVC)的研究[9-11]。協(xié)調(diào)二級(jí)電壓控制的原理是把聯(lián)系緊密的控制區(qū)域合并，通過(guò)控制合并后區(qū)域內(nèi)一組主導(dǎo)節(jié)點(diǎn)的電壓在設(shè)定值附近來(lái)維持整個(gè)控制區(qū)域的電壓水平，同時(shí)保證區(qū)內(nèi)的控制設(shè)備盡可能保持較多的無(wú)功儲(chǔ)備。這實(shí)際是在更大范圍的區(qū)域內(nèi)求解優(yōu)化問(wèn)題，直接協(xié)調(diào)各發(fā)電機(jī)的無(wú)功出力。由于可控發(fā)電機(jī)數(shù)量大于先導(dǎo)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，因此，在滿足先導(dǎo)節(jié)點(diǎn)的電壓維持在參考設(shè)定值附近的同時(shí)，還有一定控制自由度。協(xié)調(diào)二級(jí)電壓控制正是利用這個(gè)自由度來(lái)達(dá)到協(xié)調(diào)的目的。

2.2 考慮潮流預(yù)測(cè)的分散協(xié)調(diào)控制

對(duì)于區(qū)域電壓控制來(lái)說(shuō)，控制區(qū)域之間的相互影響主要體現(xiàn)在聯(lián)絡(luò)線無(wú)功潮流的變化。文獻(xiàn)[12-13]為了消除聯(lián)絡(luò)線潮流變化對(duì)原有二級(jí)電壓控制的影響，提出在二級(jí)電壓控制器上附加聯(lián)絡(luò)線無(wú)功潮流變化量的反饋信號(hào)，可在一定程度上抑制控制區(qū)域間的影響，如圖1所示。

圖1 基于聯(lián)絡(luò)線潮流預(yù)測(cè)反饋的改進(jìn)二級(jí)電壓控制

該方案本質(zhì)上是通過(guò)快速調(diào)節(jié)本區(qū)域可控發(fā)電機(jī)的無(wú)功輸出，補(bǔ)償聯(lián)絡(luò)線無(wú)功注入變化對(duì)區(qū)域電壓的影響。因此要保持控制器良好的性能，可控發(fā)電機(jī)應(yīng)有充足的無(wú)功儲(chǔ)備。另外，在實(shí)現(xiàn)該方案時(shí)需要保證聯(lián)絡(luò)線無(wú)功潮流變化必須是單調(diào)且可預(yù)測(cè)的，否則效果不理想。

2.3 基于協(xié)調(diào)變量的多級(jí)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)

[56]LeszekBuszynski, Soviet Foreign Policy and Southeast Asia, London & Sydney: Croom Helm, 1986, p.18.

目前，我國(guó)各級(jí)電網(wǎng)的AVC系統(tǒng)紛紛投入運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)、省、地三級(jí)協(xié)調(diào)的電壓優(yōu)化控制成為亟待解決的重要課題。目前，網(wǎng)、省、地各級(jí)AVC系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)嘗試已有文獻(xiàn)報(bào)道。這些協(xié)調(diào)控制方法的思路通常為[14]：預(yù)先指定一些電氣量作為上下級(jí)電壓無(wú)功控制系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)變量，通過(guò)上級(jí)電網(wǎng)的優(yōu)化計(jì)算，給出下級(jí)電網(wǎng)的協(xié)調(diào)變量設(shè)定值，并下發(fā)給下級(jí)電網(wǎng)的無(wú)功電壓控制系統(tǒng)；下級(jí)電網(wǎng)的無(wú)功電壓控制系統(tǒng)除了要滿足本級(jí)電網(wǎng)的控制目標(biāo)外，還要實(shí)時(shí)跟蹤上級(jí)電網(wǎng)給出的協(xié)調(diào)變量設(shè)定值。在此過(guò)程中，下級(jí)電網(wǎng)還需實(shí)時(shí)上傳本區(qū)域電網(wǎng)的實(shí)際無(wú)功調(diào)節(jié)能力，并在本區(qū)域無(wú)調(diào)節(jié)手段時(shí)向上級(jí)AVC 系統(tǒng)申請(qǐng)調(diào)節(jié)上級(jí)廠站。文獻(xiàn)[15]指出，工程實(shí)踐中協(xié)調(diào)變量一般選擇關(guān)口電壓、關(guān)口無(wú)功(功率因數(shù))。下級(jí)地區(qū)電網(wǎng)通常為開(kāi)環(huán)運(yùn)行，關(guān)口功率因數(shù)主要由下一級(jí)電網(wǎng)控制，上一級(jí)電網(wǎng)的控制策略對(duì)關(guān)口功率因數(shù)的影響較小。因此，省調(diào)與地調(diào)、地調(diào)與縣調(diào)之間采用關(guān)口無(wú)功或功率因數(shù)作為上下級(jí)協(xié)調(diào)變量更為合理。此外，文獻(xiàn)[16]研究了實(shí)際設(shè)備動(dòng)作速度不一致可能造成的監(jiān)控節(jié)點(diǎn)電壓或機(jī)組無(wú)功出力越限情況，并提出了控制動(dòng)作順序的優(yōu)化問(wèn)題。這對(duì)于協(xié)調(diào)多個(gè)AVC控制動(dòng)作的順序，減小對(duì)系統(tǒng)的沖擊有一定借鑒意義。

3 無(wú)功電壓協(xié)調(diào)控制模式討論

目前，各控制中心之間存在著不同程度的信息壁壘，系統(tǒng)的模型參數(shù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)不能完全共享。同時(shí)，電網(wǎng)可控設(shè)備的調(diào)度權(quán)歸屬關(guān)系復(fù)雜。這些因素都給不同控制中心無(wú)功電壓控制間的協(xié)調(diào)帶來(lái)了困難。控制模式主要有3種，分別是完全集中式控制、完全分散式控制及部分集中/分散式控制。

3.1 完全集中式的控制模式

由同一個(gè)控制中心對(duì)所有可控資源進(jìn)行統(tǒng)一的優(yōu)化控制稱(chēng)為完全集中式的控制模式。這種模式適合對(duì)本區(qū)域內(nèi)直接管轄的可控設(shè)備進(jìn)行協(xié)調(diào)調(diào)控，可以實(shí)現(xiàn)本區(qū)域的最優(yōu)運(yùn)行。但是，完全集中式的控制存在可靠性的問(wèn)題。如果集中控制中心通信癱瘓或者控制系統(tǒng)軟硬件出現(xiàn)故障，則整個(gè)系統(tǒng)都將失去控制。

對(duì)屬于不同行政管轄范圍的多區(qū)域電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，采用完全集中式的控制模式在具體實(shí)施中會(huì)遇到諸多問(wèn)題：(1)調(diào)度中心之間的信息壁壘。這一方面是由于電力市場(chǎng)化帶來(lái)的體制因素；另一方面則是由于電網(wǎng)的靜態(tài)數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)規(guī)模都很龐大，跨區(qū)域的數(shù)據(jù)傳輸及電網(wǎng)模型拼接技術(shù)還不成熟。(2)優(yōu)化問(wèn)題過(guò)于龐大復(fù)雜，計(jì)算周期較長(zhǎng)；加上通信數(shù)據(jù)量較大，可能造成控制時(shí)延過(guò)長(zhǎng)。(3)在實(shí)施過(guò)程中會(huì)遇到不同電網(wǎng)單位所轄機(jī)組調(diào)度權(quán)的問(wèn)題。另外，在電力市場(chǎng)化的環(huán)境下，不同電力運(yùn)營(yíng)商之間的信息并非完全開(kāi)放和透明。(4)如果采用完全集中式的控制，原來(lái)已經(jīng)建成并投入使用的控制系統(tǒng)、控制裝置將不得不退出運(yùn)行，造成資源的浪費(fèi)。(5)完全集中式的控制還存在可靠性的問(wèn)題。如果能夠?qū)崿F(xiàn)分布式的優(yōu)化計(jì)算，則前三個(gè)問(wèn)題可以基本解決。然而采用分布式的優(yōu)化計(jì)算無(wú)法回避第四個(gè)問(wèn)題以及集中式控制的可靠性問(wèn)題。

3.2 完全分散式的控制模式

在完全分散式的協(xié)調(diào)方式下，沒(méi)有一個(gè)所謂的“全局控制中心”。 各個(gè)分散的控制子系統(tǒng)是完全自治的，通過(guò)預(yù)測(cè)其他子系統(tǒng)的動(dòng)作以及直接和其他子系統(tǒng)通信進(jìn)行協(xié)調(diào)[17]。目前大多數(shù)自動(dòng)電壓控制系統(tǒng)只負(fù)責(zé)本區(qū)域的電壓和無(wú)功控制，外部電網(wǎng)被處理成等效發(fā)電機(jī)或等效負(fù)荷。這對(duì)于整個(gè)互聯(lián)電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于采用了完全分散式的控制模式。

此外，變電站的VQC裝置也是一種分散式控制，它可作為完全集中式的區(qū)域自動(dòng)電壓控制的補(bǔ)充。目前，在變電站運(yùn)用較多的無(wú)功電壓分散控制方式是九區(qū)圖和改進(jìn)九區(qū)圖(十七區(qū)圖)[18-19]。

圖2 變電站十七區(qū)圖

圖3 基于多Agent的電壓控制

如圖2所示，將變電站的運(yùn)行狀態(tài)表示為二維平面上的一個(gè)點(diǎn)，其中橫坐標(biāo)代表變電站高壓側(cè)的無(wú)功功率大小(功率因數(shù))；縱坐標(biāo)代表低壓側(cè)電壓幅值的大小。當(dāng)變電站狀態(tài)處于第0號(hào)區(qū)域時(shí)認(rèn)為運(yùn)行狀態(tài)正常，否則根據(jù)預(yù)設(shè)的規(guī)則進(jìn)行相應(yīng)的控制，將運(yùn)行狀態(tài)拉回到第0號(hào)區(qū)域。這種控制方法本質(zhì)上是基于規(guī)則邏輯的方法。

在完全分散的控制模式中引入通訊實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)可以采用多Agent方式[20-21]。如圖3所示，Agent是能根據(jù)自身資源、狀態(tài)、知識(shí)規(guī)則以及獲取的外部環(huán)境信息，通過(guò)規(guī)劃、推理和決策實(shí)現(xiàn)問(wèn)題求解，并作出反應(yīng)，自主地完成特定任務(wù)和實(shí)現(xiàn)預(yù)定目標(biāo)的具有高度自治能力的實(shí)體。多個(gè)Agnet之間相互通信，進(jìn)行協(xié)調(diào)或者協(xié)作，就形成了多Agnet系統(tǒng)。多Agent系統(tǒng)通過(guò)任務(wù)分解和任務(wù)協(xié)調(diào)提高整體解決問(wèn)題的能力，克服了單個(gè)Agent知識(shí)不完全、處理信息不準(zhǔn)確的缺點(diǎn)。各Agent組之間和組內(nèi)各Agent之間均為分布式結(jié)構(gòu)，各Agent組或Agent無(wú)主次之分，處于平等地位。Agent是否被激活以及激活后做什么動(dòng)作取決于系統(tǒng)狀況、周?chē)h(huán)境、自身狀況以及當(dāng)前擁有的數(shù)據(jù)。此結(jié)構(gòu)中可以存在多個(gè)中介服務(wù)機(jī)構(gòu)，為Agent成員尋求協(xié)作伙伴時(shí)提供服務(wù)。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是：增加了靈活性、穩(wěn)定性，控制的瓶頸問(wèn)題也能得到緩解。但仍有不足之處：因每個(gè)Agent組或Agent的運(yùn)作受限于局部和不完整的信息(如局部目標(biāo)、局部規(guī)劃)，很難保證Agent成員之間目標(biāo)、意愿和行為的一致性。由于沒(méi)有經(jīng)過(guò)全局優(yōu)化計(jì)算，完全分散式的協(xié)調(diào)能夠解決控制沖突以及事故下相互支援的問(wèn)題，但難以實(shí)現(xiàn)全局的趨優(yōu)運(yùn)行。

3.3 部分集中/分散式的協(xié)調(diào)控制模式

在部分集中/分散式的協(xié)調(diào)方式下，各個(gè)控制子系統(tǒng)仍然保留各自的控制權(quán)限、控制目標(biāo)，但存在一個(gè)集中的控制中心(一般是最上級(jí)電網(wǎng)的控制中心)，對(duì)各個(gè)控制子系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)。在自動(dòng)電壓控制領(lǐng)域，針對(duì)我國(guó)多級(jí)調(diào)度的體制，文獻(xiàn)[2,14]提出：由上級(jí)電網(wǎng)調(diào)度中心通過(guò)協(xié)調(diào)變量來(lái)指導(dǎo)和考核各下級(jí)電網(wǎng)調(diào)度中心；下級(jí)電網(wǎng)AVC系統(tǒng)除滿足本級(jí)電網(wǎng)的控制目標(biāo)外，還需要實(shí)時(shí)跟蹤由上級(jí)電網(wǎng)給出的協(xié)調(diào)變量的設(shè)定值。上述方案通過(guò)協(xié)調(diào)變量對(duì)不同區(qū)域、不同等級(jí)的自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制責(zé)任進(jìn)行了劃分，交換信息量少，不涉及各控制系統(tǒng)的具體控制邏輯，因此在工程上是可行的。由于協(xié)調(diào)的效果必須通過(guò)協(xié)調(diào)變量的給定、追蹤、考核來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此協(xié)調(diào)變量的選取十分關(guān)鍵。

現(xiàn)有做法是選取關(guān)口電壓或關(guān)口無(wú)功(功率因數(shù))作為協(xié)調(diào)變量。這一做法存在以下問(wèn)題：(1)關(guān)口電壓或關(guān)口無(wú)功由多個(gè)互聯(lián)系統(tǒng)的行為共同決定，需用多個(gè)區(qū)域共同影響的變量指導(dǎo)并考核單個(gè)區(qū)域是否足夠公平、合理；(2)采用關(guān)口電壓或關(guān)口無(wú)功作為協(xié)調(diào)變量，并不能解決前述控制振蕩和無(wú)功儲(chǔ)備不均衡的問(wèn)題。

而根據(jù)協(xié)調(diào)變量計(jì)算所需的下級(jí)電網(wǎng)信息獲取方式的不同，又將部分集中/分散式的協(xié)調(diào)模式分為以下兩個(gè)子類(lèi)。

(1)單向的協(xié)調(diào)控制模式。該模式假設(shè)上級(jí)控制中心已經(jīng)掌握了下級(jí)電網(wǎng)的模型、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及下級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)備容量和可控狀態(tài)，以保證上級(jí)控制中心下發(fā)的協(xié)調(diào)變量設(shè)定值對(duì)于下級(jí)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)一定是可行的。單向協(xié)調(diào)控制模式如圖4所示。

圖4 單向的協(xié)調(diào)控制模式

這種協(xié)調(diào)控制模式一般適用于上下級(jí)電網(wǎng)耦合比較緊密且調(diào)度通信中心之間信息壁壘較小的情形。例如500kV/220kV電網(wǎng)及發(fā)電廠的調(diào)度權(quán)分別屬于網(wǎng)調(diào)和省調(diào)。網(wǎng)調(diào)和省調(diào)分別管轄的電網(wǎng)范圍并非完全按照電壓等級(jí)劃分，所屬關(guān)系較復(fù)雜。而網(wǎng)調(diào)建模和監(jiān)視的電網(wǎng)模型覆蓋了所有的500kV及220kV網(wǎng)架，盡管有些廠站不屬于網(wǎng)調(diào)的直調(diào)廠站，不能直接從網(wǎng)調(diào)側(cè)控制。同時(shí)，500kV/220kV聯(lián)絡(luò)變壓器數(shù)目眾多，且存在部分電磁環(huán)網(wǎng)，相互耦合較緊密。因此，網(wǎng)調(diào)與省調(diào)AVC之間采用單向的協(xié)調(diào)控制模式是適用的。

單向協(xié)調(diào)控制模式只要求下級(jí)子控制系統(tǒng)單向接收上級(jí)下發(fā)的協(xié)調(diào)指令，容易對(duì)已有的AVC系統(tǒng)進(jìn)行改造，但對(duì)電網(wǎng)基礎(chǔ)自動(dòng)化水平要求較高。在這種協(xié)調(diào)控制模式中，下級(jí)子控制系統(tǒng)處于完全“被動(dòng)”的角色。為了保證上級(jí)控制系統(tǒng)給出的協(xié)調(diào)指令不會(huì)造成下級(jí)子控制系統(tǒng)違反運(yùn)行約束條件，且不與其本身的優(yōu)化控制目標(biāo)有顯著的沖突，上級(jí)控制系統(tǒng)必須獲得下級(jí)區(qū)域電網(wǎng)的模型、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)斷面以及下級(jí)電網(wǎng)的設(shè)備可控信息，并且在全局優(yōu)化計(jì)算模型中加以統(tǒng)籌考慮。

值得注意的是，一般意義下的三級(jí)電壓控制模式也可以看作此類(lèi)單向的協(xié)調(diào)控制模式。三級(jí)電壓控制層根據(jù)全網(wǎng)的靜態(tài)參數(shù)模型和動(dòng)態(tài)狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行最優(yōu)潮流計(jì)算，得到優(yōu)化運(yùn)行方式下的先導(dǎo)節(jié)點(diǎn)電壓設(shè)定值，下發(fā)給二級(jí)電壓控制器作為其控制的目標(biāo)之一。先導(dǎo)節(jié)點(diǎn)電壓可以看作上下級(jí)交互的協(xié)調(diào)變量。

(2)雙向的協(xié)調(diào)控制模式。上述協(xié)調(diào)控制模式假設(shè)上級(jí)控制中心已經(jīng)掌握了下級(jí)電網(wǎng)的模型及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，以及下級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)備容量和可控狀態(tài)。但這一條件往往并不具備，例如，省調(diào)AVC和地調(diào)AVC采用的電網(wǎng)模型一般具有局部性。地級(jí)電網(wǎng)多為節(jié)點(diǎn)較多的放射狀電網(wǎng)，省調(diào)側(cè)能量管理系統(tǒng)一般不會(huì)進(jìn)行詳細(xì)的建模。常見(jiàn)的省調(diào)電網(wǎng)模型一般將220kV主變建為等效負(fù)荷，忽略110kV及其以下電網(wǎng)結(jié)構(gòu)；地調(diào)側(cè)一般只建立與放射電網(wǎng)關(guān)系密切的幾個(gè)220kV變電站詳細(xì)模型，而其他的220kV電網(wǎng)作必要等值[22]。此時(shí)采用單向的協(xié)調(diào)控制模式則不合適。

文獻(xiàn)[23]提出將下級(jí)電網(wǎng)的關(guān)口調(diào)節(jié)能力(無(wú)功功率)作為協(xié)調(diào)量上傳給上級(jí)控制中心，并應(yīng)用于地、縣兩級(jí)AVC系統(tǒng)的分層協(xié)調(diào)控制，如圖5所示。下級(jí)AVC上傳關(guān)口無(wú)功的可調(diào)范圍后，上級(jí)控制系統(tǒng)可將下級(jí)放射狀網(wǎng)絡(luò)在根節(jié)點(diǎn)處等效為一個(gè)虛擬的無(wú)功可調(diào)設(shè)備，參與無(wú)功優(yōu)化計(jì)算。本文稱(chēng)此為第I類(lèi)雙向協(xié)調(diào)控制模式。下級(jí)AVC給出的關(guān)口變量可調(diào)范圍實(shí)際與上級(jí)電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)，例如配電網(wǎng)根節(jié)點(diǎn)的電壓主要取決于上層輸電網(wǎng)的無(wú)功發(fā)電、負(fù)荷分布以及變電站分接頭檔位。上級(jí)控制系統(tǒng)若不對(duì)關(guān)口電壓的上下限加以考慮，則很可能出現(xiàn)上級(jí)電網(wǎng)的控制調(diào)節(jié)使得下級(jí)電網(wǎng)電壓越限的情況。因此，這種協(xié)調(diào)控制模式并沒(méi)有真正解決上下級(jí)協(xié)調(diào)的問(wèn)題。

圖5 雙向協(xié)調(diào)控制模式I

圖6 雙向協(xié)調(diào)控制模式II

文獻(xiàn)[22]提出了雙向互動(dòng)的協(xié)調(diào)電壓控制模式，本文稱(chēng)此為第II類(lèi)雙向協(xié)調(diào)控制模式。如圖6所示，該協(xié)調(diào)控制模式除上傳關(guān)口變量的控制能力外，還需要下級(jí)控制系統(tǒng)提供上級(jí)電網(wǎng)關(guān)口變量控制需求作為上行的協(xié)調(diào)量，協(xié)調(diào)代理和上級(jí)控制系統(tǒng)一般位于同一個(gè)控制中心。以省、地兩級(jí)AVC協(xié)調(diào)控制為例，省調(diào)與地調(diào)AVC分別以關(guān)口電壓與關(guān)口無(wú)功作為協(xié)調(diào)變量。地調(diào)AVC計(jì)算并上傳地調(diào)關(guān)口無(wú)功控制能力上下限、省調(diào)關(guān)口電壓的控制需求上下限給協(xié)調(diào)代理，同時(shí)從協(xié)調(diào)代理接收并追蹤關(guān)口無(wú)功設(shè)定值(或作為區(qū)間約束條件)；省調(diào)AVC計(jì)算并上傳省調(diào)關(guān)口電壓控制能力上下限、地調(diào)關(guān)口無(wú)功的控制需求上下限給協(xié)調(diào)代理，同時(shí)從協(xié)調(diào)代理接收并追蹤關(guān)口電壓設(shè)定值(或作為區(qū)間約束條件)。因此，該協(xié)調(diào)控制模式能夠較好地消除未經(jīng)協(xié)調(diào)可能出現(xiàn)的電壓越限、動(dòng)態(tài)無(wú)功儲(chǔ)備分布不均等問(wèn)題。但由于協(xié)調(diào)代理對(duì)上下層區(qū)域電網(wǎng)的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)未知，不能保證給出的協(xié)調(diào)策略滿足經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)等目標(biāo)。

在此基礎(chǔ)上，文獻(xiàn)[24]提出了新的雙向協(xié)調(diào)控制模式：(1)地調(diào)側(cè)AVC除了上傳控制能力和控制需求信息外，還需要上傳地調(diào)優(yōu)化效益的信息，因此可以協(xié)調(diào)輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)的網(wǎng)損及控制代價(jià)等優(yōu)化目標(biāo)；(2)省調(diào)側(cè)AVC實(shí)現(xiàn)了“協(xié)調(diào)代理”的功能，直接接收地調(diào)上傳的信息并下發(fā)關(guān)口設(shè)定值(或設(shè)定范圍)。由此可以避免計(jì)算省調(diào)側(cè)控制能力和控制需求的過(guò)程，省去了多次優(yōu)化計(jì)算，同時(shí)能夠直接在省調(diào)側(cè)AVC優(yōu)化過(guò)程中考慮配電網(wǎng)的優(yōu)化效益。

4 結(jié)論與展望

無(wú)功電壓協(xié)調(diào)控制可有效地改善電壓水平，抑制無(wú)功電壓波動(dòng)，降低系統(tǒng)網(wǎng)損。在現(xiàn)有多控制中心無(wú)功電壓協(xié)調(diào)控制研究的基礎(chǔ)上，應(yīng)考慮如下幾個(gè)問(wèn)題：(1)進(jìn)一步完善AVC系統(tǒng)參與協(xié)調(diào)控制的考核標(biāo)準(zhǔn)，以通過(guò)管理的手段提高AVC系統(tǒng)的控制品質(zhì)；(2)在電網(wǎng)有功和無(wú)功弱耦合條件不充分情況下，AVC系統(tǒng)與AGC系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)問(wèn)題；(3)在協(xié)調(diào)控制中考慮風(fēng)電等間歇性能源接入系統(tǒng)所帶來(lái)的不確定性問(wèn)題。

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2014-10-29

王 悅(1989- )，女，吉林四平人，海南電網(wǎng)公司三亞供電局助理工程師，從事電力系統(tǒng)調(diào)度自動(dòng)化研究。

TM761+.1

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2095-7602(2014)06-0022-06