火电厂自动电压控制系统的优化控制探讨刘元

火电厂自动电压控制系统的优化控制探讨刘元

刘元

（国电南京自动化股份有限公司210032）

摘要：自动电压控制系统通过实时系统数据的分析和计算，充分考虑各种安全约束条件后估算出火电厂内机组所需总无功，按照一定的原则将系统的无功进行合理分配、自动优化处理从而满足系统运行需要的一种控制，其作用是使系统的运行费用最低，同时系统的可靠性大大提髙，因此进一步加强对其的研究非常有必要，从而能够更好的促进火电厂建设发展。基于此本文分析了火电厂自动电压控制系统的优化控制。

关键词：火电厂；自动电压控制系统；优化控制

电网安全和稳定运行直接与电网电压稳定、无功功率平衡相关。电厂作为重要的无功源，对于电网的无功平衡起着极其重要的作用。火电厂自动电压控制(AVC)系统的投入，适应了现代大电网发展的需要，保障了电网安全、稳定、经济和优质运行，因此需要进一步加强研究。

1、火电厂自动电压控制系统的优势

自动电压控制系统改变了传统的调整模式，降低了运行人员的工作压力，具备以下几点作用：

(1)提高系统的运行水平:自动电压控制系统全面投入以后，通过对无功的合理化分配可以将系统中的无功和电压保持在一定的水平，从而为电网的安全运行提供保障;

(2)改善电压质量，确保大型辅机安全稳定运行，大幅提高电压合格率;

(3)减少了因人工错误导致的问题，降低了运行人员的工作压力。

实时的自动电压控制系统就是指在系统正常运行的情况下，通过监管电压的方式对运行的电压进行详细的计算，根据计算结果对相关信息进行调整，对一些不需要开启的节点进行关闭，从而在一定程度上节约资源，也能够保障系统的安全运行。自动电压控制系统需要依赖于电网调度自动化系统与装置之间的相互调节。自动电压控制系统主要包含以下特点:(1)可实现无功设备的自动化。包括发电机励磁设备、电容器等无功补偿设备的自动控制;(2)能够对无功电压进行优化。自动电压控制系统能够较为全面的对无功电压进行自动化控制，能够有效的提升电力系统的安全性，同时还有利于提升系统的经济性及管理水平。

2、火电厂自动电压控制系统的工作原理

AVC主站接收全网的数据，根据分层、分区无功平衡的原则，通过全网的优化计算，得出火电厂母线电压/无功的目标值并通过远动通道将火电厂母线电压值/无功参考值发送至AVC子站。

AVC子站接收主站指令的同时，通过火电厂远动系统接收与调度同源的机组和母线电压实时数据，充分考虑各种安全约束条件后估算出火电厂内机组所需总无功，按照一定的原则合理分配至每台机组，将控制命令下发至下位机，由下位机输出增/减励磁信号直接或由DCS系统转发至励磁系统，由励磁系统调节机端电压/无功功率，从而实现母线电压的调节，自动跟踪主站指令。

图1火电厂AVC子站工作原理图

下位机一方面将相关信息上传至AVC主站，为主站提供计算依据；另一方面，AVC子站的有关运行状态接入火电厂DCS，供运行人员监视。当AVC子站系统异常或约束条件成立时，AVC功能自动闭锁，并将告警信号输出至相关系统。

AVC主站还可以将母线电压的计划曲线通过调度数据网下发至火电厂侧AVC子站，子站上位机将计划曲线保存在本地，当子站与调度主站通讯中断或有其他异常，子站按照之前下发的计划曲线调节机组无功。

AVC子站装置根据调度AVC主站下发的母线电压目标值，以及系统计算得出的目标值依据相关原则，对总无功功率进行合理化的分配，并通过下位机装置向励磁系统发出脉宽调制信号，脉宽调制信号控制晶闸管导通角，以达到连续调节机组励磁电流的目的，最终实现电厂内部机组的电压自动化控制。励磁系统通过对无功功率的调节，使得电厂内部的电压都能够达到设定好的目标值。

AVC系统能否达到无功调节目的，主要取决于机组本身的P-Q曲线控制，由于发电机在提供有功负荷的同时，必须保证系统和机组的稳定安全运行，避免出现机组发生失步振荡等异常情况，所以运行中必须严格按照静稳极限要求，提供有功和无功出力。

3、火电厂自动电压控制系统的优化控制

3.1、全厂无功调整自适应计算

火电厂需要借助发电机机端电压的调节来实现对母线电压控制的目的，但是在实现并网的过程中，需要注意的是，发电机电压和高压母线电压二者之间并不存在线性关系，因此，自动电压控制系统在对电压进行调节的时候，应该使用串级调节、逐次逼近等方式，简单来说，其实就是励磁调节器对发电机机端电压实现内环调节，自适应PID控制器通过各机组的无功出为对母线电压实现大闭环调节。

在实际的工作操作过程中，自动电压控制系统需要依照调度下发的机组运行状况以及母线目标电压指令，应用自学习方式对系统阻抗执行动态识别，进行实时计算的时候必须要注入高压母线的总无功总量通过既定分配算法在各机组之间实现无功分配，对机组的无功出为进行调整，或者调节机组的机端电压，从而能够使得高压母线的电压可以向系统给定的数值靠近在计算的期间，工作人员一定要将机组的各种约束和限制条件考虑进去。

3.2、自动电压控制系统的安全策略

安全策略为了确保机组安全稳运行，主要针对母线、机组等的相关参数进行设置定值。投/退AVC的最高权限应该设置的DCS系统中，作为紧急情况下手动退出AVC系统的唯一途径。

当有下列信号产生时，AVC将自动退出运行:即下列任一信号报警时，对应的机组下位机AVC将自动退出，不参与调节。发电机停运(开关跳闸)、励磁系统告警、励磁系统跳闸、励磁系统运行信号消失、励磁系统自动信号消失，母线电压越高限闭锁、母线电压越低限闭锁、各母线都产生PT断线、母线电压调节无效(退全厂AVC及下位机AVC)、机组调节无效信号(退下位机AVC)。

当有下列信号产生时，AVC将自动闭锁运行:即下列任一参数越限后，AVC不向上增磁，也不向下减磁。当下列越限参数恢复正常后，AVC自动恢复对励磁调节器增、减磁控制。机组有功高闭锁、机组有功低闭锁、机组定子电流高闭锁、机组定了电流低闭锁。

当有下列信号产生时，AVC将自动单边闭锁运行:即下列任一参数越高限时，AVC将闭锁增磁出口，但收到主站下调的AVC指令后，AVC可以自动向下调节;下列任一参数越低限时，AVC将闭锁减磁出日，但当收到AVC发出的命令以后，可以实现自动化调节。当下列越限参数恢复正常后，AVC自动恢复对励磁调节器增、减磁控制。机组无功目标值越上限闭锁、机组无功目标值越下限闭锁、机组机端电压高增磁闭锁、机组机端电压低减磁闭锁、机组厂用电压高增磁闭锁、机组厂用电压低减磁闭锁、转子电流高增磁闭锁、转子电流低减磁闭锁、励磁过励增磁闭锁、励磁低励减磁闭锁。

总之，电力系统的快速发展也在一定程度上威胁这电网电压的稳定，而影响稳定的重要因素就是自动电压控制系统的调节控制。因此，火电厂自动电压控制系统的优化控制研究是非常有实际意义的。

参考文献

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[2]宁顺提，潘存昆，张晓东.火电厂自动电压控制在DCS中的实现及设计[J].湖南电力，2007(02):10-13.

[3]周宇华，翟伟翔，马平.火电厂自动电压控制(AVC)系统方案设计[J].电力系统保护与控制，2012，40（9）:128-145.