国外AVC系统的发展现状

1968年，日本Kyushu电力公司首先在AGC（自动发电控制）系统上增加了系统电压自动控制功能，这可以看作是从全局出发进行电压/无功控制第一步。在1972年国际大电网会议上，Bertigny等人提出了在系统范围内实现协调性电压控制的必要性，详细介绍了EDF（法国电力集团）以“先导节点”、“控制区域”为基础的电压分级控制方案的结构。现在这种电压分级控制方案已在法国、意大利等国家付诸实施，并且取得了满意的效果。另一方面，EDF对原有电压分级控制方案进行了一定的改进，以适应法国电网联系日趋紧密的情况。目前在国外（主要是欧洲）分级电压控制模式得到了普遍的应用。在这种分级电压控制方案中，电网被划分成彼此解耦的区域，一般都按空间和时间将电压控制分为几个等级，每个区域选择一到多个中枢母线和多台控制发电机。

在国外，尤其是法国、意大利等欧洲国家20世纪70年代末开始开发及应用分层分区的AVC系统。法国输电网于1979年开始广泛使用区域性二级电压控制系统，其控制原则为：通过自动控制区域内被选为“控制机组”的部分机组吸收或发出的无功功率，以控制某一“控制区”内“主导节点”的电压。到1986年已有27个控制区；随后在多年实践基础上，又提出了新的协调二次电压控制公司，并于1993年投入试运行。意大利国家电力公司（ENEL）也实现了电压与无功功率的自动控制，分别于1984年在佛罗伦萨地区、1986年在西西里地区实现了二次电压调整，运行效果良好，并于1993年在整个超高压电网中普遍实现二次及三次电压调整，它是一个在线分层控制结构的自动电压控制系统。为保证500kV及二次电网的电压水平和提高电压稳定性，日本东京电力系统在主要变电所内装设了微机电压及无功功率控制器，它能快速准确地投切并联无功补偿设备和有载切换变压分接开关。

目前，欧洲的一些发达国家所普遍采用的是三级组织模式。这种分级分区的电压控制策略已经在法国、意大利等多个国家付诸实施，并运行多年，取得了满意的效果。

（1）法国

在1972年国际大电网会议上，来自EDF的工程师提出了在系统范围内实现协调性电压控制的必要性，详细介绍了EDF以“中心母线”、“控制区域”为基础的电压控制方案的结构。1987年，Paul总结了EDF在法国电网实施的二级电压控制系统的结构和实施情况。EDF于1974年首次对二级电压控制方式进行试验，1977年决定在全国范围内推广，1979年二级电压控制器在第一个控制区域内运行，到1985年几乎所有的法国电网都装设了二级电压控制器。而意大利和比利时也采用了类似的思想开展了电压控制的研究。

在传统的二级电压控制系统中，不同的二级电压控制分区之间不进行协调，这依赖于控制分区的良好选择，对此有如下的三个假设：

1）在负荷发生波动的情况下，如果中枢母线电压能维持在设定值附近，则本区域的其他母线电压的波动也会很小。

2）某个区域的控制动作不会引起其他区域内较大的电压波动。

3）无论正常还是紧急条件下，每个控制分区都有足够的无功控制能力。随着电力系统的发展，系统之间的耦合日益紧密，原有的控制分区之间的弱耦合假设难以保证，传统二级电压控制的效果受到了挑战。在这种情况下，如何改善二级电压控制的性能再次成为研究的热点。(www.xing528.com)

EDF在实际的应用过程中，同样遇到了二级电压控制原有设计方式所带来的缺陷，因此EDF在20世纪80年代中期开始了协调二级电压控制（Coordinated Secondary Voltage Control，CSVC）的研究。协调二级电压控制方案经过大量的仿真研究后，于1993年开始在法国的西部电网中投入应用，其所控制的区域包括80条母线、15台发电机和2台调相机。实际的应用结果显示，CSVC收到了比原有的二级电压控制系统更好的控制效果。

（2）意大利

意大利实施的是三级电压调整策略。在意大利，三级电压控制并不是直接通过实时在线计算的最优潮流实现的，而是首先通过离线的基于负荷预测的（提前一天或几小时）最优潮流，给出全天中枢母线和区域无功水平的最优预测值，在三级电压调整中求解一个加权最小偏差的二次规划问题，保证下发给二级电压控制的设定值与最优预测值之间的偏差最小。

意大利的分级电压控制系统包括了一个建设中的全国电压调节系统（Na-tional Voltage Regulator，NVR）、三个区域电压调节系统（Regional Voltage Regu-lator，RVR）（其中两个已经投入使用）和35个在电厂级实现的子站电压/无功调节系统（Voltage and Reactive Power Regulator，REPORT）。全国电压调节系统由两部分组成：网损最小控制（Losses Minimization Control，LMC）计算环节和基于短期或超短期负荷预测的结果进行无功优化潮流（Optimal Reactive Power Flow，ORPF）计算。离线计算得到的最优解输入给三级电压调节系统（Tetiary Voltage Regulator，TVR）；三级电压调节系统根据LMC给出的预测解进行实时优化，并计算区域电压调节系统的设定值。区域电压调节系统接收TVR给出的设定值，利用比例-积分控制器进行闭环控制来消除采集量与设定值之间的偏差，得到的控制策略是控制发电机的无功出力设定值，并将这个设定值下发给电厂侧的电压/无功调节系统REPORT。REPORT根据此设定值，通过本身的闭环控制来调节发电机的自动励磁调节器的设定电压，从而改变发电机的无功出力使之趋近RVR给出的设定值。RVR和REPORT共同在整个分级电压控制体系中完成了二级电压调节系统（Secondary Voltage Regulator，SVR）的工作。

目前，国际上应用比较多的电压分级控制方案包括三个层次：一级电压控制（Primary Voltage Control），二级电压控制（Secondary Voltage Control）和三级电压控制（Tertiary Voltage Control）。

1）一级电压控制为本地控制（Local Control），只用到本地的信息。控制器由本区域内控制发电机的自动电压调节器（AVR）、有载调压分接头（On Load Tap Changer，OLTC）及可投切的电容器组成，控制时间常数一般为几秒钟。在这级控制中，控制设备通过保持输出变量尽可能地接近设定值来补偿电压快速和随机的变化。

2）二级电压控制的时间常数约为几十秒到分钟级，控制的主要目的是保证中枢母线（Pilot Node）电压等于设定值。如果中枢母线的电压幅值产生偏差，二级电压控制器则按照预定的控制规律改变一级电压控制器的设定参考值，二级电压控制是一种区域控制（Region Control），只用到本区域内的信息。

3）三级电压控制是其中的最高层，它以全系统的经济运行为优化目标，并考虑稳定性指标，最后给出中枢母线电压幅值的设定参考值，供二级电压控制使用。在三级电压控制中，要充分考虑到协调的因素，利用了整个系统的信息来进行优化计算。一般来说，它的时间常数在十几分钟到小时级。