随着SCADA系统日渐完善、成熟，遥信、遥测数据准确性的不断提高，遥控功能更加可靠，以及状态估计模块对电网量测在线监视的实现，使得基于SCADA系统的在线电压无功自动控制系统（Automated Voltage Control，AVC）得以实现。

AVC系统通过监视网络的负荷变化，在保证母线电压合格的条件下进行无功电压优化计算，并结合调度员的专家经验给出完备的控制策略，通过改变电网中可控无功电源的出力，无功补偿设备的投切，变压器分接头的调整来满足安全经济运行条件，提高电压质量，降低网损。系统优化的目标为：母线电压合格、优化网损。可计算出在当前电网运行状态和负荷水平下，满足安全运行条件且使网损最小时，全网各有载调压变压器分接头的位置，各并联补偿电容器的投切状态。

自20世纪70年代末至今，电压/无功综合最优控制一直是电力系统运行与控制方向的热门研究课题，取得了很大的进展。这些研究包括了优化、控制理论研究和实践研究，硬件设施研制和优化算法研究等各方面。现对国内外先进的无功、电压优化控制系统的控制模式总结如下：

1.国外两种有代表性的控制方式

（1）以法国EDF电力公司为代表的三级控制模式

法国EDF的三级电压控制模式由三级控制组成，即一级电压控制（PrimaryVoltage Control）、二级电压控制（Secondary Voltage Control）和三级电压控制（Tertiary Voltage Control）。一级电压控制由具有一定无功电压支撑能力的厂（站）自动控制装置组成，属本地控制，仅用本地的信息。如同步发电机的自动电压调节器（AVR），并联电容器控制时间常数一般为几秒。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的快速和随机的变化。二级电压控制由不同的层组成，层内也可能分区，也可能不分区，通过修改一级控制器的设定值来协调区域内一级控制器的行为。控制时间常数为几十秒到分钟级，控制的主要目的是保证层内引导节点电压等于设定值。三级电压控制是AVC的最高层，以控制中心EMS作为决策支持系统，以全系统的经济运行为优化目标，在满足系统安全约束条件下，给出层间联系设定值（电压或无功潮流），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，利用系统全局信息来进行优化计算，它的时间常数在十几分钟到小时级，一般采用数学优化技术。该控制系统完整地实现了无功电压的三个控制级别，三级控制协调二级控制，二级控制协调一级控制。在上述三级组织中，由于合理地确定了各级控制的响应时间，通过时间解耦，一方面保证了各级控制作用之间不会相互干扰，另一方面系统地实现了多目标控制。另外，三级组织利用无功电压的局域性，在二级区域解耦控制中只利用了区域内少量关键的SCADA量测，有效降低了控制系统对状态估计等基础网络分析软件的依赖性，提高了优化控制的可靠性和实现的可行性。但是，这种三级控制模式仍存在缺点，这是因为区域电压控制器（SVR）是基于电力系统无功、电压的局域性而开发的，而区域间无功电压是有耦合的，因此控制系统的质量在根本上取决于各区域间无功电压控制的耦合程度。但是，随着电力系统的发展和运行工况的实时变化，设计时认为相对解耦的区域并非一成不变，而且以固定的控制参数形式存在的控制灵敏度更是随运行工况而实时变化，因此，这种以硬件形式固定下来的区域控制器难以适应电力系统的不断发展和实时运行工况的大幅度变化，因此难以持久地保证有良好的控制效果。另外，这种三级控制模式比较复杂，需要额外投资来设计和研制为数不少的地理上分布的区域控制器，不太适应我国电网发展变化迅猛的实际情况。

（2）以德国RWE电力公司为代表的两级控制模式

在该控制系统中，最优潮流（OPF）的优化计算结果直接发到各电厂进行控制。在调度控制中心，OPF基于状态估计，实时运行在EMS的最高层次上，来实现以运行约束的网损最小的全局无功优化控制。这种模式简单，但存在以下几个方面的缺陷：①OPF运行在EMS的最高层次上，对EMS各软硬件环节的运行质量和可靠性有很高的要求，任何一个环节的局部异常都可能导致OPF发散或者优化结果不可信，对状态估计和OPF的精度及可靠性、依赖性都很高，局部的量测通道问题都可能严重影响OPF的结果，因此其运行稳定性难以保证；②OPF作为静态优化计算功能，主要考虑电压约束和网损最小化，难以对电网安全性进行协调。当负荷重载时，优化后的发电机无功出力可能越界，无法实现无功裕度的均衡，使系统承担事故扰动的能力下降；③OPF模型复杂性高，计算时间长，响应速度往往难以满足要求。特别是当系统中发生大的扰动、负荷陡升或陡降时，响应速度往往太慢，电力系统的电压质量和安全性难以保证。显然，在该控制系统中，重要性处于第一位的电压安全性未得到足够的考虑。

客观地讲，上述以RWE电力公司为代表的两级模式投资小，且符合目前大多数电力公司调度控制的实际。但由于存在上述缺点，要进一步提高控制性能，尚有许多技术问题需要解决。因此，在欧洲等电压控制技术最先进的电力公司，除了少量公司采用了这种两级控制模式之外，大多数的电力公司都效仿法国EDF提出的三级电压控制模式。

2.国内有代表性的控制方式

（1）江苏电网无功/电压优化控制

江苏电网在借鉴法国等欧洲发达国家成功经验的基础上，针对我国电网结构和运行方式发展变化频繁的实际，提出了适合我国电网的基于最优潮流（OPF）和在线动态分区的三级电压优化控制新模式，实现了电压静态稳定在线监视和预警、基于OPF的实时三级电压控制和基于动态分区的“软”二级电压控制。整个系统按照三级电压控制的模式，上级控制为下级控制提供最优设定值，实现了电压优质、经济和安全控制目标的协调统一。其主要技术原理体现在：(www.daowen.com)

1）采用基于有功—无功解耦的交叉逼近算法实现了实时三级电压优化，可进行全网无功优化计算，并给出优化前后结果对比，优化结果中给出各分区中枢节点电压的最优设定值，作为二级电压控制的优化目标；

2）采用基于无功源控制空间的聚类方法，完成了在线自适应动态分区，基于三级电压优化给出的中枢点的最优设定电压，实现了“软”二级电压闭环控制。在二级电压控制决策中，基于准稳态灵敏度分析方法，建立了相应的二次规划模型，综合考虑了中枢母线电压偏差和发电机间无功出力裕度的均衡，在电压质量和安全性上进行了有效协调。一方面降低了“硬”二级电压控制对分区有效性的依赖，同时也有效弥补了OPF可控性不好且对状态估计要求过于苛刻的缺点；

3）采用最小奇异值法实时计算全网的最小奇异值，对全网的静态电压稳定进行在线评估和监视。采用改进的连续潮流法实现了实时静态电压稳定计算，可模拟按区域增加负荷等方式给出各区域（或负荷节点）的PV曲线和电压稳定裕度指标，并能在计及静态电压稳定情况下给出各传输断面的可用传输容量（ATC）；

4）发电厂侧无功电压控制装置在考虑发电机、励磁系统多种运行约束的前提下，根据给定的电压调节指令，通过对发电机组之间无功的最优分配和协调，实现发电厂侧无功电压的最优控制。控制装置具有遥控和本地控制两种方式：遥控方式下可实时自动接受省调主站的遥调指令，和主站AVC系统完成闭环控制；本地控制方式下可按设定的电压曲线或发电厂运行人员给定的电压指令运行。江苏电网从我国实际的电力调度管理体制出发，借鉴国际上无功电压优化控制技术的研究成果，针对其中的缺点和困难，提出并实现了基于OPF和在线自适应分区的三级电压优化控制新模式。当江苏电网的结构或运行方式发生变化时，整个电网被动态地分解成一个个围绕电压引导母线的区域，实现了在线自适应动态分区，这种控制策略勿需研制地理上分布的“硬”二级电压控制器，投资小且适合发展变化频繁的我国网、省级电网，在对电网发展变化的适应性上处于国际领先水平。

（2）福建电网无功/电压优化控制

福建电网电压优化控制工程采用了类似德国RWE电力公司的两级控制模式，优化结果直接下发到各厂站，没有中间的二级电压控制（SVR）层次，其缺点与德国RWE电力公司的类似。例如：OPF软件对状态估计的依赖性较强，当状态估计的合格率小于93%、状态估计发散、OPF发散时，福建电网的优化控制功能将被屏蔽，退回到当地控制，这影响了整体系统运行的稳定性和鲁棒性。福建电网OPF采用的是遗传算法，计算速度较慢，单次优化的时间大于1min，属于离线的优化算法，当电网发生扰动或者负荷大幅度快速变化时，该OPF无法对电压进行跟踪优化控制，难以保证电压品质和安全性。因此，福建电网中采取的做法是，当电网正常时，采用OPF直接控制，而当电网有电压越限时，则不考虑经济性，切换为基于灵敏度的快速分区校正控制策略。显然，基于遗传算法的OPF和基于灵敏度的校正控制这两种控制策略之间存在协调困难。

（3）安徽电网无功/电压优化控制

安徽电网采用了基于分区无功局部平衡的经验性规则，来进行电压的集中控制，并利用灵敏度来校正电压越限，取得了一定的控制成效。该控制系统没有采用OPF进行优化计算，不是一种系统化的优化计算方法，难以实现实时运行约束下的网损最小化。在控制模式上可归类于两级控制模式。

电力系统无功/电压优化与控制是提高电压合格率、降低网损、提高系统稳定性的有效手段和重要措施。系统无功分布的合理与否，电压质量的好坏，直接影响着电力系统的安全稳定与经济运行。无功不足将导致系统电压下降，用电设备不能充分利用，更为严重的是，如果系统的无功不足，将使系统的整体电压水平低下，系统一旦发生较大的扰动，就可能使电压低于临界电压，产生电压崩溃，从而导致系统因失去同步而瓦解的灾难性事故；无功过剩亦会导致电压过高，危害系统和设备的安全，恶化系统电压状况，浪费不必要的投资：无功的不合理流动，会使线路的压降增大，线路的损耗增加，供电的安全性和经济性都会下降。因此，合理的运用电压无功的调节手段，提高优化控制水平，不仅能改善电压质量和提高电压合格率，而且能够有效地降低网损，提高电力系统运行的安全性和经济性。

目前，由于传统的基于离线数据的无功电压控制手段显然已经不能满足现代电力企业的要求，使得能够跟踪反映电力系统实时运行状态，基于实测数据的在线电压/无功优化控制成为研究和应用的热点，受到人们越来越多的关注。目前，国内在线无功电压优化控制基本上还处于变电站分散控制的阶段，依靠无功电压综合控制装置（VQC），采用九区图控制法，根据监测的实时电压无功值和相应的控制策略对分接头和电容器组进行控制。该方法简单、易行，极大地减轻了系统运行人员的工作负担，提高了供电电压质量，取得了较好的应用效果。但该方法完全从满足本地的无功电压考核指标出发，难以从全局优化的角度面向全网考虑。且当系统严重缺无功的时候，自动无功调节装置的动作可能使系统的无功缺额更加严重，甚至进入恶性循环，最终引发电压崩溃。因此，加快建设适合于我国电网实际情况的面向全网的在线电压/无功优化控制系统是十分迫切而且必要的。可喜的是，我国各级电网已普遍配置SCADA系统，为实现电压/无功的在线控制奠定了基础。