自动电压控制AVC系统发电侧子站介绍

自动电压控制（AVC）系统

发电侧子站介绍

安徽省电力科学研究院引言有效的电压与无功控制不仅能保证电压质量，提高电力系统运行的稳定性和安全性，而且能降低网损，充分发挥电网的经济效益。发电机组励磁调节系统是电力系统中重要的电压无功控制系统，响应速度快，可控容量大，无论是正常运行时保证电压水平和紧急控制时防止电压崩溃，都起着重要的作用。目前大多数发电企业的电压无功仍然采用人工手动调控方式，实时性和准确性均有所不足，无法适应电力系统发展的要求，因此，有必要采用新的控制方式，实现电厂母线电压和无功功率的自动协调控制。电压无功自动调控的基本原理发电机无功出力与机端电压受其励磁电流的影响，当励磁电流发生改变时，发电机的无功出力与机端电压也随之增减，并通过主变压器进一步影响到母线电压。励磁电流的增减则可通过改变励磁调节器(AVR)电压给定值实现。基本原理是发电侧远程接收主站端AVC控制指令，通过动态调节励磁调节器的电压给定值，改变发电机励磁电流来实现电压无功自动调控。励磁调节器给定值设定虽然AVR给定值可以影响到发电机的机端电压和无功出力，并且三者具有相同的变化趋势，但由于受励磁系统、发电机性能差异及运行方式变化的影响，它们之间并没有非常明确的量化关系，各机组差别较大。因此，要建立AVR给定值与机组无功出力的精确计算模型比较困难。采用渐次逼近的方案，动态改变给定值的调节幅度，最终达到并维持目标值。使用自学习过程，根据以前的调控结果，动态修正输出信号的触点闭合时间。AVC实现方案电厂子站与省调主站共同组成AVC系统，以主站－子站星型网络方式运行，主站和子站系统之间通过现有数据采集系统及数据通信网互连并完成信息交换。子站：中控单元（上位机）+执行终端（下位机）术语解释主站：用于协调全网AVC系统。子站：用于接收主站指令，协调控制发电厂内各发电机组，以达到主站下达的指令目标。中控单元：用于数据采集分析和计算，每套AVC子站中包含一台中控单元。执行终端：发电侧AVC子站执行终端，用于接收中控单元指令，信号采集和输出。

AVC控制方式电厂侧子站中控单元接收AVC主站系统下达的母线电压指标，在充分考虑各种约束条件后，经过分析计算后，估测出全厂总无功出力需求，再合理分配给各机组，最后发送指令给各子站执行终端，由执行终端发出增减磁信号至励磁系统，以改变励磁调节器电压给定值。励磁系统根据新的电压给定值调节机组，从而达到并维持母线电压指令。估测全厂总无功功率X=(Unow-Ulast)/(ΣQnow/Unow–ΣQlast/Ulast)ΣQtarget=(Utarget-Unow)*Utarget/X+ΣQnow*Utarget/UnowΣQtarget、ΣQlast、ΣQnow：总无功目标、上次总无功、当前总无功Utarget、Ulast、Unow：母线电压目标、上次母线电压、当前母线电压估测全厂总无功功率因估测时做了简化与假设，计算结果受运行方式及母线变化情况影响，且具有一定时效性。若母线电压发生小幅波动，无法准确估测出总无功功率时，因无功的变化趋势与母线电压总是相同，可采用小幅调节，逐次逼近的方式来实现跟踪。各机组无功分配无功分配时，应保证各机组机端电压在安全极限内，同时尽可能同步变化，保持相似的调控裕度。等功率因数法：各台机组在无功功率上下极限范围内按照功率因数相同原则进行分配，分配量与有功出力相关大。达到极限后不再参与调节。等偏移量法：各台机组在无功功率的上下极限范围内按照偏移量相同的原则进行分配，在各自的可调范围内总是具有相同额度（百分比）的调控容量，分配量与有功出力相关性小，基本上可同时达到上下极限。典型拓扑（电压与无功）AVC主站控制到电厂，指令为电厂的高压母线电压或全厂总无功目标发电侧接收AVC主站指令，由上位机根据母线电压目标估测出全厂总无功目标，再自行分配到厂内各受控机组主站指令下发主站每隔一段时间以通讯方式下发电厂母线电压指令/单台机组的无功目标值。通讯方案：调度数据网数据交换机/RTU通讯协议：104规约/部颁CDT通讯方式：以太网/串口通信传输媒质：网线、光缆、电缆实时数据采集采集量：母线电压，机组有功、无功出力，定子电压，定子电流采集方式：（1）通过电厂现有RTU/监控系统，以截取通讯报文的方式采集，串口通信，部颁CDT规约。（2）通过变送器将需采集量由接线方式引入执行终端，由AVC自带输入模块自行采集。上下位机之间通讯中控单元与执行终端接口采用通讯方式。传输媒质：视距离远近采用光缆或电缆。通讯方式：串口通信通讯链路：Profibus通讯规约：企业内部规约子站上传信号子站可将各机组的AVC运行状态信号以遥信方式上传至主站。中控单元：自检正常、闭环运行执行终端：可根据用户需要选择，一般上传投入返回、闭环运行、增磁闭锁、减磁闭锁。传输媒质：控制电缆与公用信号系统接口输出：控制信号——增磁、减磁状态信号——2组正常信号，1组异常信号输入：AVC投入AVC退出AVR自动——AVC运行判据之一状态信号状态量：（1）正常量：自检正常、投入返回、闭环运行、通信正常、增磁闭锁、减磁闭锁、电源正常（2）异常量：与正常量相对应，可合并为一总异常信号传输媒质：控制电缆控制信号增磁、减磁：可直接接入励磁调节器手操控制回路；对于使用DCS画面软操的机组，也可通过DCS转接。脉冲宽度：0~2500ms（可调）时间误差：≤10ms传输媒质：控制电缆投退方式软操：可在中控单元，通过画面操作，对AVC子站进行投退。硬操：控制台安装投入/退出切换开关，可在前台对AVC子站进行投退一般设计基本配置：一般为一台上位机、若干台执行终端（与机组一一对应）。组屏方案：根据电厂具体情况。技术参数单机组无功调控精度：≤3MVar单机组无功调控速率：≥10MVar/min整体响应速度：≤1min母线电压调控精度：≤400V兼容性电厂使用的励磁调节器种类繁多，型号各异，为保证兼容性，尽可能使各电厂现有设备无需作大的改动便可以实现无功电压自动调控：软件：控制模型和参数设置灵活硬件：采用可拼装的模块化设计，以适应不同发电厂、不同发电机和不同励磁调节器的实际运行需要。同时与现有系统相对独立，不产生相互干扰或影响，不影响发电机组的稳定运行。系统控制模式退出：只能工作在研究方式下。开环：周期运行方式下，系统的控制模式为开环，遥控命令需要人工干预。闭环：周期运行方式下，系统的控制模式为闭环，遥控命令不需要人工干预。安全机制约束条件成立时，计算模块退出，闭锁增减磁出口，停止调控。当AVC信号偏差大（与当前运行工况比较）或持续时间长（长期控制无效果）。AVR自动信号消失通信中断机组有功越上、下限机组无功越上、下限机组机端电压越上、下限机组机端电流越上、下限实时数据波动过于剧烈，超过设定值。无功上下限选取两种方式可选按机组的P-Q曲线进行调节，实时计算当前无功上下限；设置固定上下限值。通讯故障时的应对措施通讯故障通常表现在主站与电厂间、RTU与数据处理平台（或上位机）以及平台与调控装置（或上位机与下位机）间。因电压无功自动调控属于二、三次调节，为相对较慢变化过程，因此，与AVC主站的短时间通讯中断是可以接受的，可以控制在几分钟甚至十几分钟后才闭锁出口，也可以选择中断后维持预先设定的母线电压曲线的方式。与RTU通讯中断会造成实时数据采样错误，并导致误调节，因此应在尽可能短时间内（数秒钟，不超过1分钟）闭锁出口并给出告警信号，提醒运行人员切换到人工就地控制。上位机与下位机通讯中断后，导致控制信号不能输出，但不会造成误调节，因此只要能及时做出反应即可（上位机、下位机分别发告警信号）容错机制对主站无功指令应具备容错机制。指令错误通常包括调节过于频繁、过于剧烈及超出安全稳定极限，对错误的指令应能识别并拒绝执行。为防止控制出口继电器触点粘死，导致信号输出后不能及时返回，设计了保护回路，有效降低故障概率。为防止程序走飞，使用实时看门狗，可在1秒内监测到软件故障并断开所有出口，同时重启装置。为防止过于频繁的调节，设置调节死区，在死区内装置不做调控，运行经验表明，各机组无功死区设置为3Mvar时，比较死区为1Mvar时，调控次数可降低到的10%以下。装置开发简介

2001年初，开始可行性研究与资料收集、新产品设计、基础试验等阶段工作。2001年11月，完成第一台原型样机“YC-01型母线电压调控装置”。2002年4月，装置在合肥电厂#4机上安装试运行。试运行期间的记录数据表明，在发电机能力允许的情况下，220KV母线电压能够控制在合格的曲线范围内。2002年9月，配合省调实施全省联网，这样不但可以实现电压自动调控，合理协调电厂内的各机组的无功出力，而且可进一步优化电厂之间的无功分配问题。装置开发简介

2002年至今，开始研制定型产品YC-02型、YC-03型、YC-04型。装置在调控策略、可靠性、易用性、安装维护性以及外观方面做了大量的优化工作。从2003年10月至今，基本完成了安徽全省受控机组的装置安装调试工作。YC-04型主要针对省外电压控制模式，同时兼容无功控制模式。装置运行曲线

YC-01运行截图YC-02运行截图（2002年7月5日-2002年7月6日）装置运行曲线YC-03试验截图（