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电力网电压无功功率自动控制系统
简介
前言
随着电力事业的不断发展，电力网络已逐步形成巨大的互联系统，网络之间越来越紧密的联系提高了系统的安全性，但也因此使得对于电力系统电压的调控变得越来越困难，一方面，互联系统的巨大使得分析计算的规模变得越来越大和复杂，因此经常会受到计算机设备容量和计算时间的限制;另一方面，随着系统的扩大，及时、完整和准确地获得整个互联系统的实时运行信息也变得越来越困难。在给定的负荷水平下，由于网络拓扑和无功补偿元件位置的不同，根据系统的无功状况，互联系统的运行状态的差别也很大。因此在这种情况下调度员要准确地掌握系统的各种物理现象，评估网络的灵敏度，并做出适宜有效的调压决策就有一定的困难。
电力系统各节点（尤其是各关键节点）电压水平的高低不仅表征系统电能质量的好坏，还直接影响系统运行的安全性和经济性。对系统的节点电压进行监控，使其运行在尽可能理想的电压水平，不仅能提高系统的电能质量，还能提高系统的安全性，降低发生电压崩溃的危险，同时也能够降低系统的有功损耗，提高系统运行的经济性。此，自动电压控制系统的研究对于提高电网的科学分析和系统的安全经济运行水平，减轻调度员的劳动强度，都有着极为重要的实际意义。
1965年以来，世界上曾发生了21次电网重大停电事故，每次电力损失都在8 000MW以上，对社会经济和人民生活造成严重影响。上述的21次大停电事故的起因是多样的，发展成"连锁跳闸"的过程也是复杂的，但其中因电压崩溃促成过负荷"连锁跳闸"是一个重要原因。
与自动发电控制系统（Automatic Generation Control，AGC）相比，自动无功电压控制（Automatic Var-Voltage Control，AVC）有其特殊复杂性，主要表现在∶
（1）需要监控的电压点多，监控复杂性高，在一个省级电网中要监控的电压点多达数百个，尽管目前信息采集系统（SCADA系统）已日趋完善，但由于信息采集与传输过呈中要经过许多环节，坏数据是常有发生的。而AVC系统必须完成对全电网电压监控利无功优化的要求，所以其对信息可靠性的依赖度更大，困难也更多。
无功不应远距离输送，存在局域性的电压安全和质量问题，无功功率必须遵守就地平衡原则。
我们知道利用高压电网远距离输送电能就是为了解决一次能源（煤、水等）的分布与各地区经济发展程度不相符的问题，我国煤炭资源集中分布在"三北"地区，水力资源在西南地区最丰富，而我国经济发达地区在东中部。所以必须把一次能源转换成电能后用高压电网输送到我国东中部经济发达地区。
在电能传输过程中不可避免地产生了有功功率和无功功率的损耗，其中有由有功功率引起的损耗，也有由无功功率引起的损耗，前者是无法避免的，而后者就应当设法尽量减小。这就要求不远距离传输无功功率，而保持无功功率就地平衡。
（3）在目前电源结构情况下，发电机（火电的、水电的、风电的各类发电机）是电002 电力网电压无功功率自动控制系统
力系统中唯一的有功源，并且在常态下，交流电网的所有节点处均有相同的频率，这就使得自动发电控制（AGC）所要采集的信息和控制对象较为简单了。
与此相反，无功电源是多样的，如发电机、调相机、电容器、电抗器、静止无功补偿器，甚至输电线本身也是一种无功源，而且这些无功源又各有特点，例如，发电机与调相机所发出的无功功率可以做到按照要求提供由负值至额定值的无功功率，而电容器、电抗器所提供的无功功率是与电压平方有关系的，随着电压变化，它们的无功出力会有明显不同。又譬如，高压输电线路，提供的无功功率是分布型的，处理不当便会对电网造成危害，如何变"害"为"利"是电网运行人员务必解决的问题。
由于无功电源的多样性，所以如何利用好各类无功电源的特性就变得十分复杂。（4）由于目前大型汽轮发电机组均装设了性能良好的计算机分散控制系统和机—炉协调控制系统（Distributed Control System /Coordinative Control System，DCS/CCS）这使得调节汽轮发电机的有功出力变得十分方便，并且安全、可靠。目前为实现对汽轮发电机的有功功率远方调节，上级调度部门可以把控制指令通过运动通道和设备（如RTU）下传到发电厂，由RTU的遥调出口，把该调节指令变为4~20mA的模拟量送入DCS装置中就可以实现有功功率远方调节了。至于水力发电机组，其调速/有功调节的功能比汽轮发电机组更简单可靠，所以实现AGC功能也很方便。而对应AVC系统而言，调节发电机的无功功率仍然是在各种无功调节手段中最有效、最廉价、最安全、最方便的，是目前各省（区域）电力公司首先关注的工作。但是，要调节发电机的无功功率，唯一的方法就是通过发电机励磁调节器（AVR）来改变发电机的励磁电流，而AVR的控制规律是按机端电压偏差来工作的，AVR不具有接收电力系统信息的功能，这就要求在发电厂装设专门设计的AVC子站，对其功能有多方面的要求，对其可靠性的要求也是很高的，这一点是与AGC系统不相同的。
综上所述，自动无功电压控制系统（AVC）对于提高电网的安全性，减少电网损耗，增加经济性都有着极为重要的作用，其复杂程度也要大得多。
为了使读者对AVC系统有深入和全面的了解，本书扼要介绍了发电机运行工况;发电机励磁系统和励磁调节器的原理、结构和参数;变压器并联运行;并联无功补偿器（如并联电容器、SVC、SR、 TCR 、TSC、TCT）;静止同步补偿器（STATCOM）。本书用
大的篇幅介绍了AVC主站和发电厂及变电所AVC子站的功能要求与实现方案，其中融入了作者多年来从事AVC系统研发的成果。在本书的最后部分还扼要地介绍了常用的通信规约和硬件设备，以备读者参考。
前言
随着电力事业的不断发展，电力网络已逐步形成巨大的互联系统，网络之间越来越紧密的联系提高了系统的安全性，但也因此使得对于电力系统电压的调控变得越来越困难，一方面，互联系统的巨大使得分析计算的规模变得越来越大和复杂，因此经常会受到计算机设备容量和计算时间的限制;另一方面，随着系统的扩大，及时、完整和准确地获得整个互联系统的实时运行信息也变得越来越困难。在给定的负荷水平下，由于网络拓扑和无功补偿元件位置的不同，根据系统的无功状况，互联系统的运行状态的差别也很大。因此在这种情况下调度员要准确地掌握系统的各种物理现象，评估网络的灵敏度，并做出适宜有效的调压决策就有一定的困难。
电力系统各节点（尤其是各关键节点）电压水平的高低不仅表征系统电能质量的好坏，还直接影响系统运行的安全性和经济性。对系统的节点电压进行监控，使其运行在尽可能理想的电压水平，不仅能提高系统的电能质量，还能提高系统的安全性，降低发生电压崩溃的危险，同时也能够降低系统的有功损耗，提高系统运行的经济性。此，自动电压控制系统的研究对于提高电网的科学分析和系统的安全经济运行水平，减轻调度员的劳动强度，都有着极为重要的实际意义。
1965年以来，世界上曾发生了21次电网重大停电事故，每次电力损失都在8 000MW以上，对社会经济和人民生活造成严重影响。上述的21次大停电事故的起因是多样的，发展成"连锁跳闸"的过程也是复杂的，但其中因电压崩溃促成过负荷"连锁跳闸"是一个重要原因。
与自动发电控制系统（Automatic Generation Control，AGC）相比，自动无功电压控制（Automatic Var-Voltage Control，AVC）有其特殊复杂性，主要表现在∶
（1）需要监控的电压点多，监控复杂性高，在一个省级电网中要监控的电压点多达数百个，尽管目前信息采集系统（SCADA系统）已日趋完善，但由于信息采集与传输过呈中要经过许多环节，坏数据是常有发生的。而AVC系统必须完成对全电网电压监控利无功优化的要求，所以其对信息可靠性的依赖度更大，困难也更多。
无功不应远距离输送，存在局域性的电压安全和质量问题，无功功率必须遵守就地平衡原则。
我们知道利用高压电网远距离输送电能就是为了解决一次能源（煤、水等）的分布与各地区经济发展程度不相符的问题，我国煤炭资源集中分布在"三北"地区，水力资源在西南地区最丰富，而我国经济发达地区在东中部。所以必须把一次能源转换成电能后用高压电网输送到我国东中部经济发达地区。
在电能传输过程中不可避免地产生了有功功率和无功功率的损耗，其中有由有功功率引起的损耗，也有由无功功率引起的损耗，前者是无法避免的，而后者就应当设法尽量减小。这就要求不远距离传输无功功率，而保持无功功率就地平衡。
（3）在目前电源结构情况下，发电机（火电的、水电的、风电的各类发电机）是电002 电力网电压无功功率自动控制系统
力系统中唯一的有功源，并且在常态下，交流电网的所有节点处均有相同的频率，这就使得自动发电控制（AGC）所要采集的信息和控制对象较为简单了。
与此相反，无功电源是多样的，如发电机、调相机、电容器、电抗器、静止无功补偿器，甚至输电线本身也是一种无功源，而且这些无功源又各有特点，例如，发电机与调相机所发出的无功功率可以做到按照要求提供由负值至额定值的无功功率，而电容器、电抗器所提供的无功功率是与电压平方有关系的，随着电压变化，它们的无功出力会有明显不同。又譬如，高压输电线路，提供的无功功率是分布型的，处理不当便会对电网造成危害，如何变"害"为"利"是电网运行人员务必解决的问题。
由于无功电源的多样性，所以如何利用好各类无功电源的特性就变得十分复杂。（4）由于目前大型汽轮发电机组均装设了性能良好的计算机分散控制系统和机—炉协调控制系统（Distributed Control System /Coordinative Control System，DCS/CCS）这使得调节汽轮发电机的有功出力变得十分方便，并且安全、可靠。目前为实现对汽轮发电机的有功功率远方调节，上级调度部门可以把控制指令通过运动通道和设备（如RTU）下传到发电厂，由RTU的遥调出口，把该调节指令变为4~20mA的模拟量送入DCS装置中就可以实现有功功率远方调节了。至于水力发电机组，其调速/有功调节的功能比汽轮发电机组更简单可靠，所以实现AGC功能也很方便。而对应AVC系统而言，调节发电机的无功功率仍然是在各种无功调节手段中最有效、最廉价、最安全、最方便的，是目前各省（区域）电力公司首先关注的工作。但是，要调节发电机的无功功率，唯一的方法就是通过发电机励磁调节器（AVR）来改变发电机的励磁电流，而AVR的控制规律是按机端电压偏差来工作的，AVR不具有接收电力系统信息的功能，这就要求在发电厂装设专门设计的AVC子站，对其功能有多方面的要求，对其可靠性的要求也是很高的，这一点是与AGC系统不相同的。
综上所述，自动无功电压控制系统（AVC）对于提高电网的安全性，减少电网损耗，增加经济性都有着极为重要的作用，其复杂程度也要大得多。
为了使读者对AVC系统有深入和全面的了解，本书扼要介绍了发电机运行工况;发电机励磁系统和励磁调节器的原理、结构和参数;变压器并联运行;并联无功补偿器（如并联电容器、SVC、SR、 TCR 、TSC、TCT）;静止同步补偿器（STATCOM）。本书用
大的篇幅介绍了AVC主站和发电厂及变电所AVC子站的功能要求与实现方案，其中融入了作者多年来从事AVC系统研发的成果。在本书的最后部分还扼要地介绍了常用的通信规约和硬件设备，以备读者参考。
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