传统的自动电压控制系统主要是解决电压合格率、降低网损率、有效减少电力变压器分接开关、电容器、电抗器设备的动作次数。传统的自动电压控制系统虽然能做到电压的自动调节，但是调节过程往往不够精细，没有充分做到无功就地、分层平衡的根本要求，对于无功补偿地点往往不合适、容量不到位的现象无能为力；对于配电侧的无功补偿也没有统一控制起来；对于AVC系统与厂、站信息共享还需加强。因此，建立智能AVC系统已经势在必行。
8.7.2.1 智能AVC的研究现状
智能AVC是智能电网建设的重要内容之一，然而现行政策和行业规程存在诸多不合理，同样在常规电网的无功优化和电压控制方面存在一系列不尽如人意的问题。
1）电容器补偿总容量基本平衡，但布局倒置，高压电网装的多，需求侧装的少；
2）小负荷方式下普遍缺少感性容量补偿；
3）可以说没有一个元件做到了无功补偿就地平衡；
4）我国电力系统中的发电厂、输电线路、降压变电站和用电企业等四个部分中，电网无功潮流的基本流向方向是从高压电网向低压电网输送，从发电厂向用电企业输送，从线路的首端向线路的末端输送，距离长功率大；
5）能够进行跟踪的无功补偿装置发展很慢，推行不力。
国内外对智能AVC的研究尚未真正开始，湖南省公司高工唐寅生和河海大学丁晓群教授提出了建设智能AVC的理念，并在这方面展开了研究。唐寅生教授提出把电网无功优化理论简化为组成四个部的无功就地平衡，确立新的电网无功分层的定义与变电站的无功补偿容量设计与控制新方法，提出了智能AVC电网控制模块（见图8-7）。
唐寅生教授将智能AVC的实现分解为以下几方面：
智能控制——就地计算并和电能质量控制器构成就地AVC闭环控制的计算控制体系。就地AVC适用于全网AVC的要求，并且能满足新能源接入电网要求。
柔性控制——变电站、用户采用SVC、SVG，电能质量控制器（DZK），无功功率跟踪补偿、可控。其中无功功率跟踪补偿又可分为对称跟踪平滑调节无功补偿与不对称无功补偿。
输电效率和电压质量同时抵达最好状态，无功做到真正意义上的就地分层平衡和谐波治理。这里的最好状态包括：界面无功实时值等于优化实时要求，至少大部分变压器的电压比组合符合电压水平要求，实现经济压差。
安全稳定的电网，因为平均电压水平的提高，普遍采用动态跟踪无功补偿。
利用在线分析，预防控制技术来缓解、终止崩溃过程，然后达到自适应紧急控制，最后自适应恢复控制，从而实现智能电网自愈的目的。为了缩短恢复阶段所需要的时间和抵抗自然灾害和恐怖袭击等人为灾害，需要自愈的恢复控制技术。可以依赖的技术有广域信息、在线分析、自适应控制决策的自愈能力。智能AVC则依赖建立在就地计算补偿构成的具有自适应能力的就地闭环式控制系统进行自愈。
图8-7 智能AVC电网控制模块图
供需之间实现互动化和市场化，可以采用的电费计价方式有：功率因数电价、电压质量差别电价。需求的用户方达到功率要求，供电方保证电压质量，需求方按电压质量差别电价付费，发电厂提供符合电压要求的电能，电网按标准电价付费，否则降价付费。
河海大学能源与电气工程学院AVC课题组在充分总结近十年的AVC工程实践经验和研究国内外文献资料的基础上提出了建设这样一种智能AVC：采用先进的通信、信息、计算机、传感器、分布式电源等技术，实现发电、输电、配电及用电四个分系统电压安全稳定、电压质量合格和电网经济运行高效三位一体的目标。
下面作者分别从智能AVC的建设条件、智能AVC的目标和智能AVC的技术方面来展现笔者对智能AVC的理解和研究。
8.7.2.2 智能AVC的建设条件
作为重点考虑电力系统中的电压、网损和电力设备使用寿命的传统AVC系统，由于它技术先进、运行可靠、效益明显，已经得到了广泛的应用。AVC作为智能电网的重要组成部分，无疑也面临与智能电网同步建设的任务。或者讲，建设智能AVC系统是顺应智能电网的发展潮流，也是无功/电压控制技术发展的必然要求。
1.我国无功/电压控制现状
电压作为电能质量的重要指标之一，当前我国电网电压控制和无功优化方面（包括现行AVC）存在的主要问题有：
（1）无功补偿分布不合理
长期以来的一些做法是使用传统的调相调压法规划电网无功补偿容量，长期执行“功率因数调整电费办法”，采用各种不同电压等级的变电所无功补偿装置设计技术规定。这造成了当前电网无功补偿布局不合理的现状：配电网侧电容器补偿容量较少，没有做到无功补偿就地平衡，无功只是从高压侧向低压侧流动，从电源侧向负荷侧流动，造成电网损耗大，电压降落大。
（2）电压控制结构不合理
自动电压控制系统由安装在变电站的VQC无功/电压自控装置到地区电网无功/电压集中控制系统，再到现在的无功/电压分布式控制系统，保证了电网电压质量和安全稳定运行，同时也降低网损和运行人员工作强度。但是，自动电压控制系统目前仅在输电侧发挥功效，配电侧无功/电压自动控制研究还相对较少，不足以满足人们对电网高效、优化运行的追求，不能满足智能配电网的技术要求。
（3）电压控制区域不合理
AVC的变压器分接头动作、电容（抗）器的无功调节无法做到均匀调节，相邻两级电网之间的无功/电压控制不和谐，因此无法建立全网统一的电压标准。只能以本地测量电压为依据，分散量测误差使得优化结果受到一定的影响。
（4）优化目标协调不合理
降损与电压质量目标不统一，无功调控顾此失彼。电网从发电到用电是一个有机的整体，只有做到各个环节相互协调、信息互动，才能从现代电网向智能电网进行转变。随着电网的发展，如何保证各种分布式电源的安全、可靠地接入电网，在传统电压控制中并没有体现。
（5）无功优化结果不理想
传统AVC系统一方面存在网损和电压控制顾此失彼的情况；另一方面只实现了静态无功优化，还没有做到真正意义上的动态无功优化。因为其模型未计及谐波电压，而随着非线性元件的广泛使用，谐波的危害愈加剧烈，当电网出现问题时尚不具备自愈的能力。
2.智能AVC建设条件
首先从硬件装备水平来看：
1）近年来，我国电网建设，农村电网改造，电网自动化装备水平越来越高，电网管理水平也越来越高，为实现AVC智能化建设打下坚实基础。
2）可控串补（TCSC）、静止无功补偿（SVC）设备等灵活输电装置运行以及智能电表已经得到或即将得到应用。
3）从电网中的设备建设来看，现在的电气设备可靠性已经大大提高，设备使用寿命、免维护水平有了很大的提高。
其次从知识储备和科学技术方面来看：
1）国外最早的AVC系统早在20世纪70年代就有应用，而国内AVC系统投入使用也有十多年的历史，对于无功/电压优化运行自动控制的研究，无论在理论研究上，还是实际应用和人才、知识储备上具备了发展智能AVC的条件。
2）现代科学技术发展迅猛，新技术也层出不穷，学科技术间的交差集成使用已经逐渐趋于成熟，发展智能AVC在技术上的局限已经几乎不存在，即使目前有不能解决的问题，相信不久的将来也会有其他技术的出现最终解决。
当然，智能AVC的建设并不会一帆风顺，因为不仅需要解决传统AVC存在的问题，还需积极应对智能电网可能出现的新问题。而优化控制向来是一个综合考虑多指标，多影响因素的复杂问题。目前优化模型较多，各有各理，如何选择，或者另辟蹊径，建立更合理、经济可靠的新型优化模型是电力业内人士的孜孜不倦的追求。智能AVC的建设不会是短暂的，需要在长期的工程实践中不断发展和完善。
8.7.2.3 智能AVC的目标
如果要满足智能电网的建设要求，就要同步建设的智能AVC。这与我们今天的AVC（传统AVC）有许多不同的要求。
首先是控制目标不同。传统AVC控制目标有的是从经济角度出发，将系统有功网损最小化作为目标函数；有的是从安全角度出发，将提高电压稳定裕度作为目标函数；有的同时考虑几种因素，构成多目标函数。当电网正常运行时，传统AVC在降低网损，保证电压合格方面能够产生一定效果。但是，如何通过自动电压控制系统达到预防电网事故？当电网发生事故时，怎样依靠自动电压控制系统使电网迅速恢复正常？智能AVC系统可以通过电压安全稳定、电压质量合格和电网运行高效三级目标分解协调产生控制目标。电压安全稳定是电力系统安全稳定运行的前提，因此在线电压安全稳定评估处在最高级，是智能AVC控制的首要目标。在电压安全稳定的前提下，电压质量合格和电网高效运行是智能AVC控制的常态目标。当电网发生事故时，以快速恢复电网正常运行为目标，实现电网自愈。智能AVC系统控制目标由高到低，相互协调。真正做到电网正常时，经济高效运行；电网事故时，迅速恢复正常运行。
其次是控制对象不同。传统AVC通过控制发电机无功出力，变压器分接头档位及电容器、电抗器的投切来达到控制电网无功流动，调节电网电压的目的。对于传统电网，通过对以上三种控制对象的调节控制可以对电网电压及网损做到宏观调节。
智能AVC系统在保留传统AVC对电网电压宏观调节的基础上，通过对可控串补（TCSC）、静止无功补偿器（SVC）等灵活输电装置及用户侧智能电表实施控制，不但改善了传统控制对象无法做到的精细、快速控制，还可以从用电终端开始，即对电网电压进行调节，从而真正做到电网电压宏观、微观共同调节，协调控制。(www.xing528.com)
此外控制范围也不同。电压控制贯穿电力系统的发电、输电、配电以及用电等各个环节。传统AVC系统经过多年发展在发电和输电环节上对保证电网安全，经济运行做出了重大贡献。
智能配电网是智能电网建设的重点，一直以来，我国形成的“重输轻配”的局面，严重制约了配电网和电网整体功效的发挥。智能AVC系统由电厂侧、输电侧、配电侧及用户侧子系统构成，将控制、分析及自反馈功能高度集成化、模块化，系统化，形成一套体现当代电网特点的完整的自动电压控制体系。
1.智能AVC的技术特征和目标
在智能电网的建设中，强调它的技术特征是信息化、数字化、自动化、互动化。智能AVC的建设，它的技术特征和目标理念是结构系统化、分析精细化、控制智能化、互动和谐化。
（1）结构系统化
电压作为衡量电能质量的指标之一，贯穿电力系统的发电、输电、配电以及用电等各个环节。
1）电厂侧智能AVC从电力系统源头对系统电压进行控制调节，变被动适应为主动控制。
2）输电侧智能AVC在调度中心、集控站及变电站均设有子系统，对电力系统各级电压进行分布式调节控制。根据系统运行方式、系统通信方式改变，来确定集中或者分散控制。
3）配电侧智能AVC安装于配电所，对保证电网经济安全运行及用户侧的电压质量作用很大，是建设重点。
4）用户侧智能AVC通过对用户负荷及用户实际用电情况进行监测分析，为实行分时电价、电压质量差别电价提供依据。
（2）分析精细化
电网变化频繁，有规律和无规律运行方案并存，只有及时了解电网实时的运行状态，对各种运行信息进行精细化分析，才能做到胸有成竹，有备无患，事半功倍。
1）遵循IEC61970标准设计接口和以满足公共信息模型（CIM）为标准的电网数据导入、导出技术；实现厂站和智能AVC系统的统一数字化。从而保证所有数据来源实时、精确、完整、可信。
2）电网正常运行时，根据电网实时运行状态，搭建电网运行综合计算分析平台。其中包括理论线损计算、电网经济运行分析、在线安全稳定分析及负荷预报等功能，确保电网安全、稳定运行。
3）电网发生事故时，将造成电网运行方式发生改变，系统要能根据电网变化自动调整算法结构，做到自适应。并根据事故类型，给出造成电网事故的原因及应采取的措施，最短时间内恢复供电。
（3）控制智能化
传统的无功/电压控制（AVC）已实现了自动控制的功能。那么，智能AVC在控制智能化方面要做些什么呢？先看看我们当前面临的问题：可再生能源和分布式电源安全、可靠地接入电网的技术；高速电气化铁路运行对为无功补偿的影响；电压骤降时如何快速恢复正常电压；电网动态无功补偿等问题。智能AVC应在控制体系、控制目标、控制策略及控制对象方面做出突破，以应对智能电网所要面对的挑战。
1）控制体系是智能化控制的物质载体，由发电、输电、配电及用户等四个环节构成，各个控制环节相互协调。
2）控制目标是智能化控制的内在追求，由电压安全稳定、电压质量合格和电网运行高效三级目标分解协调产生。
3）控制策略是智能化控制的价值核心，由正常策略和事故策略构成。电网正常运行时，智能AVC系统以提高电压稳定裕度，保证电压质量合格及电网高效运行为目标产生正常控制策略。当电网发生事故时，以快速恢复电网正常运行为目标，进而产生事故控制策略，实现电网自愈。
4）控制对象是智能化控制的实现形式，通过对可控串补（TCSC）、静止无功补偿器（SVC）等灵活输电装置的实行控制，改善传统控制手段无法做到精细、快速控制的效果。
（4）互动和谐化
电网从发电到用电是一个有机的整体，只有做到各个环节相互协调、信息互动，才能从现代电网向智能电网进行转变。互动化是智能AVC的内在要求，也是我们以前建设的空白点。通过系统构架互动化、需求管理互动化、用户服务互动化，打造成系统信息双向流动，各类应用友好兼容的互动和谐的电压控制系统。
1）系统构架互动化是互动和谐化的物质基础。由发电、输电、配电和用户四个子系统构成的智能AVC控制体系，通过广泛应用的分布式智能和宽带通信技术实现系统各个环节之间信息双向流动，互为参考，灵活调整。
2）需求管理互动化是互动和谐化的技术追求。只有实时了解电网运行的实际情况以及电力工作人员的具体需求，才能使得智能AVC成为用户和厂家之间的互动媒介。
3）用户服务互动化是互动和谐化的本质要求。实现电源、电网和用户之间友好互动、相互协调是建设智能电网的内涵所在。智能AVC以电压控制为主线，整合系统数据，架起三者之间的桥梁。
2.智能AVC建设理念
先以图8-8提出我们的观点。
图8-8 智能AVC简化示意图
从图中可以看出，智能AVC起码要包含潮流控制等8大功能，而目前的AVC仅仅实现了其中的三个功能（图中左边部分），对于智能AVC中要求实现的“精细分析”、“电压自愈”、“电源兼容”、“用户互动”、“配网AVC”功能，需要在智能AVC的建设过程中得到实现。
8.7.2.4 智能AVC的技术
要实现上述目标，智能AVC需要以下关键技术的辅助和使用。
1.灵活的网络拓扑
未来智能电网结构必须是灵活的、可重构的，便于电网自动化水平的提高，且系统在经历故障时，把故障范围局限在最小范围，并可迅速通过其他连接和备用电源恢复对其他正常线路的供电。
2.高度集成的通信系统
基于开放体系并高度集成的通信系统，以便实现对系统中每一个成员的实时控制和信息交换，使得系统的每一部分都可双向通信。同时，由于目前某些设施和接口没有统一标准和规范，需要保证数据通信和分布式计算的设施都是开放式的，且是基于统一标准的。集成数据通信网络和智能设备，发挥硬件和软件的最优协调作用，提高效率。兼容各种各样的物理媒介的通信和嵌入计算机技术。
3.先进的传感和测量技术
先进的传感和测量技术便于实现诸如对远程监测、分时电价和用户侧管理等的更快和准确的系统响应。智能AVC必须具备实时监视和分析系统目前状态的能力，包括识别故障早期征兆的预测能力和对已发生的扰动做出响应的能力。在系统中安置大量的传感器、监视器并连网到安全的通信网上去，是达到快速评估的关键。
4.快速仿真与模拟
快速仿真与模拟（Fast Simulation and Modeling，FSM）是含风险评估、自愈控制与优化的高级软件系统，能为智能AVC提供数学支持和预测能力。FSM主要具备以下功能：提供实时的状态估计，供安全监视、评估与优化使用；提供系统性能的连续优化（能量、需求功率、效率、可靠性、电能质量等）；提供比实时还要快的预测仿真，期望能够通过自愈功能避免可能对系统造成较大影响的预想事故发生时的扰动；从运行和规划的观点对电网进行“WHAT-IF”分析，为运行人员推荐方案；将对市场、政策和风险的分析聚合到系统模型中去，同时把它们对系统安全性和可靠性的影响定量化。
5.灵活的分布式电源
这主要是针对配电网而言，将在智能配电网AVC中展开详细描述。
6.高级计量体系和需求侧管理
高级计量体系由安装在用户端的智能电表和位于电力公司内的计量数据管理系统，以及连接它们的通信系统组成。为了加强需求侧管理，该体系延伸到了用户住宅内的室内网络。这些智能电表能根据需要同时实现多种计量，并具备双向通信功能，支持远程设置，接通或断离、双向计量、定时或随机计量读取。
由于能实现带有时标的多种计量，智能电表实际上成为分布于网络上的系统传感器和量测点。高级测量体系不仅可以使用户直接参与到实时电力市场中来，也可为系统的运行和资产管理带来极大效益。
智能AVC的建设周期长，在系统开发过程中应当不断完善，不断引入其他先进技术，更好地服务于智能电网。
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