基于AVC的电容器轮换和投切频率协调控制方法研究

刘宏

（广东电网有限责任公司东莞供电局，东莞 523008）

摘 要：为在保障电容器组可靠轮换的基础上降低投切频率，降低电容器组长时间运行易缺陷风险，提升无功调压设备健康状态。本文首先对目前自动电压控制策略、电容器组长时间运行和投切频繁原因进行分析，提出了基于自动电压控制系统（automatic voltage controller，AVC）的电容器组自动轮换策略，通过引入负荷-电压-功率因数匹配控制方法，实现了电容组在轮换和投切频率方面的协调控制。

关键词：电容器；AVC；轮换；投切频率；负荷；功率因数

中图分类号：TM761 文献标志码：A 文章编号：

调控一体化模式下，电容器、变压器有载调压开关等无功调压设备的控制方式采用自动电压控制，通过母线电压和功率因数等目标值的约束，可实现全日各时段的电压需求控制。

电容器长时间运行会导致内部化学反应不稳定，易出现发热缺陷等问题，并列运行于母线的电容器出现不可分闸的缺陷时，常需要母线配合停电，致使无法转供的馈线停电，用户供电可靠性降低。

电网系统的负荷峰谷情况常导致无功功率冗余和母线电压波动，若自动电压控制系统（automatic voltage controller，AVC）策略不匹配时，将导致无功调压设备的频繁动作，电容器开关和变压器有载调压开关频繁动作，会导致设备运行工况恶劣，开关储能、控制回路缺陷概率增大；变压器有载调压开关缺陷处理需要变压器配合停电，处理过程极易导致扩大停电范围风险。

针对上述问题，本文基于传统AVC的电容器投退控制策略，引入长时间运行限值，当电容器实际运行时间大于长时间运行允许值，由AVC系统根据电压和无功功率冗余情况自动投切或轮换电容器，实现电容器的覆盖性定期轮换；考虑不同负荷峰谷影响，本文提出了基于负荷的无功功率因数控制和基于负荷的电压控制模式，通过融合电容器轮换策略，实现电容器以最低的投切频率保障母线电压在合格范围内，并完成电容器的定期轮换。在减少电容器长时间运行运行风险的同时，可降低无功调压设备的动作频率，实现设备安全健康运行。

1 基于AVC的电容器轮换策略

传统AVC系统控制方法，通过控制母线电压和变压器功率因数，实现电容器投切。负荷峰期时，为实现无功功率就地平衡，控制策略：电压值偏低运行或中间水平运行时，投入电容器；电压值偏高运行时，降低变压器档位，再投入电容器。负荷谷期时，因电网系统无功功率冗余量较大，造成系统母线电压普遍偏高，为消纳冗余无功，控制策略为：电压值偏低运行或中间水平运行时，升高变压器档位，再退出电容器；电压值偏高运行时，直接退出电容器。以上AVC控制策略虽然可在一定程度上实现电容器的轮换，但每日负荷峰谷较多，加之系统电压波动，会造成无功调压设备频繁动作，设备运行工况恶劣。针对负载较轻的主变、母线，上述控制策略也不能完全实现轮换，具有一定的局限性。

本文在上述AVC策略基础上，挖掘电容器最后一次合闸时间，如图1所示，同当前时刻形成差值，作为电容器运行轮换的控制变量，再综合分析母线电压和功率因数，实现电容器的自动投切或轮换。

图1 电容器最后一次合闸时间挖掘

电容器自动轮换方法包括下列步骤：

（1）当电容器实际运行时间大于长时间运行允许值，判断电容器退出后电压及功率因数仍满足时，则由AVC直接发出切除电容器指令；

（2）当电容器实际运行时间大于长时间运行允许值，判断电容器退出后电压偏低，但功率因数满足时，则先由AVC发出调节主变档位指令，主变档位调整毕，待判断电容切除后电压满足时，则发切除电容器指令；

（3）当电容器实际运行时间大于长时间运行允许值，判断电容器退出后功率因数不满足，但电压满足要求时，则先由AVC发出切除电容器指令，再发投入指令于同一段母线上的其它电容器。

以传统电容器投切策略为基础，将电容器长时间运行值设置48小时，解决电容器轮换的局限性。

2 负荷-电压-功率因数匹配控制

由于本文采用传统AVC策略作为电容器的日轮换基本策略，故存在无功调压设备频繁投切的问题。

为解决上述问题，本文提出了基于负荷的无功功率因数控制模式和基于负荷的电压控制模式，将两种控制模式匹配于电网日负荷，实现无功调压设备动作频率的最优解。

全天负荷有三谷三峰，分别为早谷、早峰、午谷、午峰、晚谷、晚峰，在不同峰谷转换阶段采用不同控制模式，如下：

1. 早谷与早峰转换时，在保证母线电压合格范围的基础上，采用无功功率控制模式，即：电压值偏低或中间值运行且功率因数偏低，投入电容器；电压值偏高运行且功率因数偏低时，降低变压器档位，再投入电容器。

2. 早峰-午谷-午峰-晚谷-晚峰的转换时，采用电压控制模式，因上述峰谷转换负荷差值相对较小，以最高一级电压等级的电容器和电抗器为主要手段，10kV电容器采用电压上下限值控制部分电容器的投退为次要手段，即可极大程度的减少电容器和主变有载调压开关动作频率。

3. 晚峰和早谷的转换时，采用无功功率控制模式，即：电压值偏低或中间值运行且功率因数偏高时，升高变压器档位，再退出电容器；电压值偏高运行且功率因数偏高时，直接退出电容器。

基于AVC的电容器轮换和投切频率协调控制策略定值如表1所示。

表1 基于AVC的电容器轮换和投切频率协调控制策略定值

110kV变电站AVC定值
序号	开始时间	结束时间	功率因数 上限	功率因数 下限	电压调节 高限	电压调节 低限	功率因数死区
1	0:00:00	7:09:59	0.99	0.9	10.55	10.15	0
2	7:10:00	9:04:59	1	0.95	10.55	10.2	1组量（8）
3	9:05:00	9:59:59	1	0.99	10.55	10.15	1组量（8）
4	10:00:00	11:19:59	1	0.95	10.6	10.15	1组量（8）
5	11:20:00	13:09:59	1	0.95	10.55	10.2	1组量（6）
6	13:10:00	14:14:59	1	0.95	10.55	10.15	1组量（8）
7	14:15:00	17:19:59	1	0.95	10.6	10.15	1组量（6）
8	17:20:00	18:24:59	1	0.95	10.55	10.2	1组量（6）
9	18:25:00	18:54:59	1	0.95	10.55	10.15	1组量（8）
10	18:55:00	21:19:59	1	0.95	10.6	10.15	1组量（6）
11	21:20:00	22:29:59	0.995	0.9	10.55	10.2	3
12	22:30:00	23:29:59	0.99	0.9	10.55	10.15	0
13	23:30:00	23:59:59	0.95	0.9	10.55	10.15	0

3 结论

为解决传统AVC投退电容器的局限性和弊端，本文引入了电容器长时间运行策略控制方法，实现了电容器组全量化的轮换；同时在传统AVC策略的基础上，提出了负荷-电压-功率因数匹配控制方法，针对不同阶段的峰谷转换分别采用功率因数控制模式和电压控制模式，实现了电容组在轮换和投切频率方面的协调控制。

参考文献：

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作者简介：

刘宏（1991—），男，硕士研究生，研究方向为调度运行与控制，电能质量治理、电力电子变换技术等。

项目名称：10kV及以上电压等级的电容器和电抗器长时间运行挖掘  

项目编号，031900KK52200169