电厂自动调压装置演示

电厂自动调压装置电网AVC系统厂站端设备上海铱控电力科技有限公司刘予丹

电网AVC概述

电网AVC系统的目标(1)提高电压合格率

(2)优化电网无功潮流，使得网损最小化(3)实现无功电压的自动调整，减轻调度及现场值班人员的劳动强度(1)在调度端进行电网无功优化计算，把结果下发到电网各可控节点（如电厂、变电站）(2)电厂AVC装置根据下发的指令调整电厂的高压母线电压或机组的无功出力。(3)变电站AVC装置根据下发指令调整主变分接头、投切变电站低压无功补偿设备。

控制手段电网AVC系统的控制示意图电厂机组励磁系统或DCS变电站低压电容器/电抗器投退、主变有载分接头调整变电站AVC装置电厂AVC装置AVC主站调度侧通道厂站侧上海铱控电力科技有限公司自1997年研制并投运第一台电厂侧AVC装置至今，已经安装了电厂侧AVC装置169余套，变电站AVC装置20余套。经过10年来大量的现场实践及同多家AVC主站的配合经验使得我们的装置融入了可靠的控制策略和完善的保护措施。我们的装置可以响应调度与电厂的各种要求，由于装置设计的开放性，任何新的需求都可以方便的加入。

上海铱控电厂AVC设备安装情况华中电网、华北电网、河南电网、山东电网、黑龙江电网、江西电网统计栏目单位统计数字1投运电厂数量厂562投运机组数量台1423在建电厂数量厂124在建机组数量台365其中600MW及以上机组台146500KV电网接入机组台14首台投运时间1997年运行结果

2004年2月下旬河南电网的无功电压自动控制系统投入运行，投入运行的电厂约有30个，经过半年运行，使河南电网的电压合格率达到历史最高水平，网损有明显下降，线损率比2003年同期下降近0.35个百分点。(详见下表)2003年与2004年1-4月电压合格率对比单位：%1月2月3月4月全年最高2003年78.2682.8589.9390.2593.392004年82.9892.2794.5894.622003年与2004年1-12月网损电量对比（电量计费系统数据）单位：万千瓦时2003年2月-2004年1月2004年2月2005年1月月份系统总供电量损耗电量线损率(%)系统总供电量损耗电量线损率(%)2480187.248014.591.67591672.248750.121.483566005.549275.811.64639856.017657.291.204541439.828188.931.51608731.247643.641.265552785.607926.831.43597436.018336.681.406558524.749397.311.68608474.668276.101.367590157.519818.111.66694373.829880.141.428597176.009694.861.62645570.199311.151.449532725.608901.021.67613031.527098.51.1610541431.679095.371.68639674.967457.011.1711575522.169674.951.68661230.8610018.291.5212679460.0014840.712.18747960.969568.471.281589826.339865.041.67766363.309191.61.20总计6805242.21114693.531.677814375.77103188.991.32一、电厂侧AVC装置的作用与功能1、装置的作用：用于发电厂母线电压自动控制2、装置功能：1）接收AVC主站系统下发的电厂母线电压目标指令/全厂无功目标指令/单机无功目标指令。目标指令类型的选择主要考虑：

●上级调度机构的管辖范围（高压母线还是机端电压）

●信息量（高厂变的参数及分头位置等）

2）电厂AVC装置根据目标指令，在充分考虑各种约束条件后，将无功功率合理分配给每台机组，发出增减磁信号给励磁系统（或通过DCS），由励磁系统调节机组无功，以实现目标指令。3）在控制过程中以可靠的调整策略和完善保护措施保证发电机在规定的参数范围内安全、稳定运行。铱控的电厂AVC装置既可以较为简单的接受主站单机无功指令，直控发电机无功，更可以按电厂高压母线电压曲线或主站遥调指令以当地或遥调方式自动控制，在运行过程中还可智能化自动校正，精确保持控制目标。就保护而言，不但做到了各种过载保护，还具有较复杂的功角保护、进相低励曲线保护，暂态过程保护等。二、AVC装置设备框图铱控的AVC设备是以每台机组为单位来实现闭环控制的，每个控制单元都具有数据采集、控制和保护等功能，实现了单元控制的智能化。从而整个控制系统性能稳定，抗干扰性强，运行可靠。三、铱控AVC装置的电压-无功控制特点

●根据电网AVC系统的不同要求，可以实现电压/无功的遥调、当地和人工三种控制模式控制。

●根据现场不同情况，机组无功目标分配可以按等功率因数、无功容量等比例、相似调节裕度等策略，根据不同时段（高峰、平峰和低谷）进行分配，也可以根据用户要求定制。四、铱控AVC装置专有技术●为精确进行电压－无功的转换计算，铱控AVC设备采用了系统阻抗自辨识技术

1.根据母线电压目标值求得电厂发出总无功功率目标值。一般来说，电厂的等值图如图所示。设当前220kV母线电压为Ui，调节目标电压为Uj；当前电厂送入系统的无功Qi；为使母线电压达到Uj需向系统送出的无功功率为Qj；系统阻抗用Ｘ表示。X用自学习方法进行辨识。Qj=Uj（（Uj-Ui）/X+Qi/Ui）2、用自学习法辨识系统阻抗对于系统阻抗，在开始时可估算一个值置入作为初始值X0；经过一次调节，即可用求出的X值。在以后的运行中，一般宜用5次左右的调整值算得

tuaijkb图中t是算出发电机目标无功值后延时调节的时间，u是电厂高压母线当前电压值；ab间表示电厂高压母线电压合格率。a点为下限值，b点为上限值。j点代表目标电压值，i点与k点之间表示死区。用模糊控制时可用最小死区，比如±1KV。详细请参阅《电网技术》2000年第四期何南强刘予丹：《具有自辨识功能的模糊自动电压无功控制装置》●为平衡调节精度和调节次数的矛盾，铱控AVC设备采用了模糊控制技术对调节频度进行控制。●为保证多台机组同时调节时不产生大幅度波动，铱控AVC设备采用了波动平衡控制技术。●为了防止超调，铱控AVC设备的下位机采用了基于预测技术的动态步长调节。●AVC装置支持机组的进相运行，并可采用折线方式设定无功下限。

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铱控AVC设备支持当地功能，从而能在没有主站控制的情况下，继续保持电厂电压的合格。用户可以设定一条24小时的电压曲线，当设置在“当地”模式下，或者主站通信中断超过设定时间后，AVC装置可以跟踪这条曲线，对高压母线进行控制。●

铱控AVC设备直接从RTU读取目标指令数据，中间没有任何模拟环节，从而提高了数据接收精度和系统可靠性，节省了设备投资。●铱控AVC设备可以根据用户的需求，将采集的全部模拟量、开关量信号上传给主站，还可以提供目标指令返校。

●铱控AVC设备以机组为控制单元，具有独立采样功能（采样频率为50毫秒），既可以使用RTU的数据独立调整，也可以独立采集、混合采集。由于采用混合采集方式采集的数据具有很高的实时性、连续性，这样既保持与调度侧目标数据的一致，又在运行中始终保持调节的稳定和快速响应，并能及时监察电网的暂态过程，从而使得调节品质和安全性大为提高。一个电网AVC系统，其无功优化为小时级的，电压控制为分钟级的，而对于机组无功控制是秒级的。

AVC主站调节频率河南电网为2分钟一次，山东电网、华北电网为5分钟一次，黑龙江电网为15分钟一次。发电机励磁调节器的爬坡率一般为每秒3000－10000VAR，快速AVR的强励响应速度为0.1秒。事故状态的识别（如频率低于1秒的系统振荡等情况）功角计算的准确性均要求数据的实时性和连续性。

因此机组的无功控制环越小越好，数据刷新率应该低于秒级。

部分机组或电厂，由于实际参数的偏差等原因，某些电气量的越限与理论计算值不一致，所以并不因遵守PQ曲线调节就能保证不越限，基于这种情况，我们的AVC装置增加了厂用电压超限保护、功率因数超限保护、功角超限保护、AVR调节超速闭锁、AVR过调保护等，为实现这些保护，需要的一些参数RTU不能够提供，有些能提供但实时性和连续性得不到满足。数据的一致性1、AVC设备采集的参数应该和机组控制系统的参数一致2、系统电压应该同主站采集的数据（RTU）一致3、接收主站的控制命令应该避免DA/AD转换。如何保证数据的一致性1、AVC测量回路保持足够的精度，比如与现场数据静态校核，采用双输出变送器等。2、AVC装置读取RTU、NCS、DCS等数据实现动态校核3、AVC装置直接从RTU读取控制指令的数字信息约束条件保护控制策略AVC子站与AVC主站通信中断当子站与AVC主站出现通信故障时，在一段时间内（可以人工设定）保持执行最后一次正确的指令，如果超过这段时间，可以择子站退出AVC控制或者跟踪预先设定的当地电压曲线运行。在此过程中均有告警和提示。AVC子站与DCS、RTU、NCS等设备间数据共享通信中断AVC退出，上位机报警AVC子站与DCS或AVR握手失败AVC退出，上位机报警指令超过偏差拒绝执行，向主站返回拒动信息机端电压越限上位机报警，自动拉回，拒绝超限方向命令。母线电压越限上位机报警，拒绝超限方向命令。机组无功越限上位机报警，自动拉回，拒绝超限方向命令。定子电流越限上位机报警，自动拉回，拒绝超限方向命令。转子电流越限上位机报警，自动拉回，拒绝超限方向命令。厂用电越限上位机报警，自动拉回，拒绝超限方向命令。功率因数越限上位机报警，自动拉回，拒绝超限方向命令。功角越限上位机报警，自动拉回，拒绝超限方向命令。AVR调节超速在调节过程中，如果AVR在较短的时间内，其变化速率远远超过其爬坡率，则AVC装置闭锁并告警。AVR过调在调节脉冲结束后一定时间内，无功增量远远超过其应有的增量，则AVC装置闭锁并告警。调整拒动AVC退出，上位机告警输出接点粘连AVC退出，上位机告警电源掉电AVC退出，全部输出闭锁，上位机告警PT断线AVC退出，上位机告警电网波动AVC退出，上位机告警系统振荡AVC退出，上位机告警五、主要保护控制策略六、AVC装置设备介绍上位机：工业平板电脑下位机：PLC模块化结构，配置灵活，维修方便性能可靠，抗干扰能力强平均故障间隔40万小时发电机组调压下位机调压上位机RTU或数据网基于PLC的AVC设备连接框图铱控AVC装置可以提供脉宽、限制脉宽、脉冲和模拟量输出4种调节模式。脉宽型带限制脉宽型脉冲型几种常见的调压脉冲（以增磁为例）软件界面后台机设置界面本地目标设置界面数据查询界面电压统计报表电压统计饼图基于PLC的AVC装置产品型号VP-PLC-TGY系统结构上位机＋下位机控制目标母线电压目标、全厂无功目标、单机无功目标与主站通信方式调度数据网/RTU串行通信/RTU模拟量、开关量硬连接/E1通道厂站端通信方式光纤传输串行通信支持的通信协议CDT、1801、DNP3.0、101、104、TCP/IP、UDP/IP、MODBUS、G.703（VP-EC203-TGY支持）脱离RTU独立工作可数据一致性1、与现场数据静态校核，2、采用双输出变送器，3、从RTU读取相关数据，4、利用RTU/DCS数据动态校核。模拟量使用母线电压、有功、无功、机端电压、厂用电压、定子电流、转子电流开关量使用就地投切信号、DCS握手信号输入、AVR握手信号输入、一次接线方式改变模拟量输出上位机优化分配后的单机无功目标开关量输出DCS握手信号输出、AVR握手信号输出、增磁、减磁工作模式远方控制：根据AVC主站下达的母线电压或无功目标进行控制。当地控制：自动跟踪母线电压/全厂无功计划，实现母线电压自动控制。当地人工控制：可手动下发母线电压/全厂无功目标和各发电机组的无功设定值，根据人工设定值进行控制。电厂AVC设备参数指标无功分配策略等功率因数：按功率因数相近策略分配给各个机组。机组无功容量成比例：按机组的无功容量在各个机组间进行分配。相似的调整裕度：各台机组都有相似的无功裕度保护主站通信故障保护主站目标超限保护目标与现场情况矛盾保护系统扰动及振荡闭锁保护（包括PT断线）一次接线方式改变自适应运行方式改变过程保护无功超限保护母线电压超限保护机端电压超限保护定子电流超限保护（PQ越限）转子电流超限保护（PQ越限）厂用电压超限保护功率因数超限保护（PQ越限）功角超限保护（PQ越限）AVR调节超速闭锁AVR过调保护设备故障保护（包括调整拒动、输出接点粘连、RTU各种故障，电源掉电输出闭锁等）返回主站信息目标反馈值/全厂有功、无功/单机有功、无功/单机有功、无功限值，AVC设备运行状态/子站拒绝执行指令的原因（华中电网要求）/机端电压（