AVC自动电压无功控制

1、AVC自动电压无功控制 一、一、AVC自动电压控制自动电压控制定义定义 AVC是自动电压控制（是自动电压控制（Automatic Voltage Control）的简称。的简称。 它是利用计算机和通信技术，对电网中它是利用计算机和通信技术，对电网中的无功资源以及调压设备进行自动控制，以达到的无功资源以及调压设备进行自动控制，以达到保证电网安全、优质和经济运行的目的。保证电网安全、优质和经济运行的目的。二、AVC功能 AVC装置的功能是：装置的功能是：(AVC)装置作为电网电装置作为电网电压无功优化系统中分级控制的电压控制实压无功优化系统中分级控制的电压控制实现手段现手段,是针对负荷波动和偶然事

2、故造成的是针对负荷波动和偶然事故造成的电压变化迅速动作来控制调节发电机励磁电压变化迅速动作来控制调节发电机励磁实现电厂侧的电压控制实现电厂侧的电压控制,保证向电网输送合保证向电网输送合格的电压和满足系统需求的无功。同时接格的电压和满足系统需求的无功。同时接受来自省调度通讯中心的上级电压控制命受来自省调度通讯中心的上级电压控制命令和电压整定值令和电压整定值,通过电压无功优化算法计通过电压无功优化算法计算并输出以控制发电机励磁调节器的整定算并输出以控制发电机励磁调节器的整定点来实现远方调度控制。点来实现远方调度控制。AVC原理接线图三、三、AVC控制原则控制原则 1、首先保证电网安全稳定运行首先保

3、证电网安全稳定运行 2、保证电压合格保证电压合格 3、降低网损降低网损 PVCPVC为本地控制，主要是无功电压控制设为本地控制，主要是无功电压控制设备，如发电机自动电压调节器、静止无功备，如发电机自动电压调节器、静止无功补偿器、静止无功发生器等。这些设备通补偿器、静止无功发生器等。这些设备通过维持电压或无功为设定值进行无功电压过维持电压或无功为设定值进行无功电压的瞬时快速调控，时间以秒计的瞬时快速调控，时间以秒计 SVC SVC为区域控制，一般设置在区域调度为区域控制，一般设置在区域调度中心，其主要作用是协调区域内各一级电中心，其主要作用是协调区域内各一级电压控制设备的工作。控制目标是当系统中

4、压控制设备的工作。控制目标是当系统中变化变化相对缓慢的负荷变化或者区域网络结构变化相对缓慢的负荷变化或者区域网络结构变化导致区域的主导节点电压发生变化后，根据导致区域的主导节点电压发生变化后，根据三级电压控制器确定的主导节点参考值电压，三级电压控制器确定的主导节点参考值电压，按照预定的控制策略，以某种协调方式重新按照预定的控制策略，以某种协调方式重新设置区域内控制无功电源的电压参考值，以设置区域内控制无功电源的电压参考值，以达到系统范围内良好的运行性能，控制时间达到系统范围内良好的运行性能，控制时间一般为几分钟；一般为几分钟； TVC TVC是电压分级控制中的最高层，属于是电压分级控制中的最高

5、层，属于全局控制。它以调度中心的全局控制。它以调度中心的EMSEMS为决策支持为决策支持系统，以全系统的经济运行为优化目标，并系统，以全系统的经济运行为优化目标，并考虑稳定性指标。协调好系统运行的安全性考虑稳定性指标。协调好系统运行的安全性和经济性的关系。通过和经济性的关系。通过OPFOPF，TVCTVC给各个二给各个二级电压控制区域主导节点的电压参考值，供级电压控制区域主导节点的电压参考值，供SVCSVC使用。控制时间一般为十几分钟到几个使用。控制时间一般为十几分钟到几个小时。小时。 四、电网AVC系统的优点 电力系统自动电压控制系统(AVC)是电网调度自动化的有机组成部分，应用先进的电子、

6、网络通讯与自动控制技术，通过AVC对发电机无功出力进行实时跟踪调控，对变电站无功补偿设备及主变分接头进行适时调整，有效地控制区域电网无功的合理流动，优化电网内无功潮流的分布,改善电网整体的供电水平，是提高电压质量，减少网损，降低运行人员的劳动强度的重要手段。五、电网AVC系统的缺点 运行中的运行中的AVC的限制条件为：的限制条件为： (1)受发电机电压最高、最低限制；受发电机电压最高、最低限制； (2)受受6KV厂用电压的限制；厂用电压的限制； (3)受系统电压的限制；受系统电压的限制； (4)受发电机功率因数的限制等。受发电机功率因数的限制等。 对发电厂无功进行调节，AVC子站采用如下两大类

7、控制思想，一种是由折算的总无功，经计算直接确定出各机组的无功目标进行快速直接调节，另一种是采用对总无功目标在机组间按一定的原则分配；同时又充分考虑母线电压和母线电压目标的差值，对机组进行变步长的智能调节控制，对机组进行增减磁的调节速率是由母线电压目标和当前母线电压的差值自动调节确定。变电站AVC功能要求 控制方式 变电站自动电压控制有集中控制和分散控制两种主要方式。 AVC主站 AVC master station指设置在调度（通信）中心，用于自动电压控制（AVC）分析计算并发出控制指令的计算机系统及软件。AVC子站 AVC slave station指运行在电厂或者变电站的就地控制装置或软件

8、，用于接收、执行主站的控制指令，并向主站回馈信息。集中控制方式 变电站侧不建设专门的子站系统，由调度中心AVC主站直接给出对电容器、电抗器和变压器有载调压分接头的遥控遥调指令，利用现有的SCADA通道下发，并通过变电站监控系统闭环执行，监控系统应对被控设备设置远方/就地控制切换压板，并具有必要的安全控制闭锁逻辑判断功能。控制指令包括对电容器、电抗器的投退命令（遥控）或者对有载调压分接头档位的调节命令（遥调或遥控）。分散控制方式 借助变电站侧已经建设的VQC系统或监控系统中已有的电压控制模块，经改造升级为具有完善安全闭锁控制逻辑的AVC子站，主站侧不给出电容器、电抗器和有载调压分接头的具体调节指

9、令，而是下发电压调节目标或无功调节目标，子站根据此目标计算对无功调节设备的控制指令并最终执行AVC在变电站的应用 国内外的AVC工程实践证明,在技术层面上, 控制模式的研究和选择是AVC工程实施成败的决 定性因素.迄今为止,主要有3种控制模式.1.1 两层模式 文献2介绍了德国RWE进行在线实时的最 优潮流应用的情况.从1984年开始,RWE在控制中 心利用最优潮流对于电网的无功分布情况进行调 整,在状态估计的基础上,优化每小时启动一次(或 者由调度员手工启动),给出对控制变量的调节策 略.在这种控制模式下,系统一级的控制策略仍然是 通过发电机的AVR等本地控制设备完成的,因此严 格的说这也属

10、于一种分级电压控制,本文称其为两 层电压控制模式.两层电压控制模式可以看作是最 优潮流的在线闭环应用,其基本的组织结构框图如 图1所示.框图优缺点这种控制模式比较简单,投资也小.但完全依赖OPF,因此存在以下几个方面的不足1) OPF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,每个环节的局部异常都可能导致OPF发散或者优化结果不可用,对状态估计的精度和可靠性依赖性都很高,局部的量测通道问题都可能影响OPF的计算结果.因此如果完全依赖OPF,AVC的运行可靠性难以保证. 2) OPF作为静态优化计算功能,主要考虑电 压上下限约束和网损最小化.如果完全依赖OPF,

11、则 AVC难以对电压稳定性进行协调.当负荷重载时, 优化后的发电机无功出力可能搭界,无功裕度均衡 度不好,使系统承担事故扰动的能力下降.因此,如 果完全依赖OPF,无法确保电压稳定性. 3) OPF模型计算量大,计算时间较长.当系统 中发生大的扰动、负荷陡升或陡降时,如果完全依赖 OPF,则AVC的响应速度不够,控制的动态品质难 以保证.1.2 基于硬分区的三层控制模式 法国EDF的三级电压控制模式的研究和实施 始于上世纪70年代,经历了30余年的研究、开发和 应用.在1972年国际大电网会议上,来自EDF(法 国电力公司)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.文献4详细介绍

12、法国 EDF以/中枢母线0、/控制区域0为基础的电压控制 方案的结构,其基本思想如图2所示.框图优缺点 三层电压控制模式在法国3、意大利4、比利 时5都得到了较好的应用.和两层电压控制方案相比, 三层电压控制模式最大的变化在于利用无功电压的区 域特性将电网划分成了若干彼此解耦的控制区域,并 在此基础上实现分级分区电压控制,整个控制系统由 一级电压控制(PVC, Prmi aryVoltage Control)、二级电 压控制(SVC, SecondaryVoltage Control)、三级电压 控制(TVC, TertiaryVoltage Control)组成. 这种方式的不足在后续 的应

13、用中日益明显.区域二级电压控制(SVC)是基 于无功电压的局域性而开发的,其控制质量在根本 上取决于各区域间无功电压控制的解耦程度.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,无法持久地保证 良好的控制效果.1.3 基于/软分区0的三层控制模式 中国电网目前处在一个快速发展的阶段,网架 结构变化频繁,因此类似于EDF的/硬分区0模式难 以适应中国电网的实际情况.针对国内电网的特殊 需求,基于/软分区0的三层电压控制模式被

14、提 出6, 7,并在国内江苏省级电网得到了实际应用8, 取得了较好的控制效果.整个控制系统由运行在控 制中心的主站部分和运行在电厂侧的子站部分构 成,二者通过高速电力数据网通信,系统的总体结构框图优缺点 1)三级电压控制和二级电压控制都在控制中 心实现,不需要建立专门的区域控制中心7. 2)在控制中心,在线软分区模块根据当前拓 扑结构和运行情况将电网划分成若干控制区域9, 可以在线跟踪网架结构的变化,及时反映电网最新 的无功电压解耦特性. 3)每个控制区域利用软件实现协调二级电压 控制10, 11,其控制目标是在把中枢母线电压控制在 设定值的同时,保证控制发电机运行在裕度更大、无 功出力更均匀

15、的状态下. 4)在二级控制模块中,在线计算得到准稳态 控制灵敏度12,体现了控制设备的准稳态无功电压 外特性,保证控制决策的精度.应用分析 多次的现场试验和近期的试运行结果表明，安 定变电站 AVC 系统与电网调 AVC 主站配合协 调，能够根据华北网调 AVC 主站下发的调相机无 功目标值对参与 AVC 调节的调相机无功功率进行 合理的分配，各等级母线电压调节未超出华北网调 规定的电压考核曲线范围，无功死区控制正常，跟 踪性能良好，反应灵敏。具体分析如下 变电站 AVC 系统投运后，中控单元 根据电网调下发无功指令获得调相机的目标无 功，当前运行点的无功上下限，得到可调总无功上 下限，判断当

16、前无功是否越限，若越限则拉回限 值，并参考机组的可调能力，舍弃停运、检修机组 以及无可调能力的机组，然后按照等功率因数或等 比率法两种分配策略在可调机组中分配无功，从根 本上杜绝了上述现象的发生。 变电站 AVC 系统投运前，母线电压、 调相机无功由运行人员控制。两厂运行人员需时刻 监视表计，工作强度很大。 AVC 系统投运后，母 线电压和调相机无功均由 AVC 控制，运行人员不 用干涉，电压合格率达到 100%，并大大减轻了运 行人员的劳动强度。 500 kV 变电站是电力电网 的枢纽站之一，其电压水平直接影响电能质量，站 内在主变压器低压侧安装了电容电抗器。为保证母线电压，以前都是首先考虑

17、电容电抗器的投切，但 电容电抗器的频繁投切不但损耗大，还会损坏操作 开关，检修困难。AVC 系统投运后，母线电压由 AVC 系统直接调节热备调相机，反应速度加快，实 现无限调压，并大大减少了损耗，并使母线电压维 持在一定的水平。技术难点 控制目标方面.电压控制的目标是实现电 网的安全、经济、优质运行,因此电压控制问题本身 涵盖了电压稳定分析、无功优化计算和闭环控制等 诸多领域,求解难度大. 控制对象方面.全网的频率是唯一的,但是 全网每一个节点的电压却各不相同.而电网内的无 功调节设备有限,因此电压控制问题不是一个完全 可控问题,无法保证将所有点的电压控制到位. 控制手段方面.包括了发电机、调相机等连 续调节设备,还包括电容器、电抗器和有载调压分接 头等离散调节设备,一些地方还配备了ASVG, SVC 等FACTS快速控制装置.不同控制手段的差异很 大,尤其离散调节设备又涉及到控制动作次数和控 制时间间隔等相关约束,这都为控制策略的求解带 来了难题. 调度体制方面的问题.无功电压调节设备 广泛分布在网、省、地各级电网中,随着自动电压控 制技术的逐步推广,由于调度体制的限制,未来网、 省、地各级电网都将建立各自的AVC系统,这些不 同层面上的AVC系统控制的范围是按照相对应的 调度范围来进行划分的,但是它们的控制对象