自动电压控制系统（AVC）设计与实现

自动电压控制系统（AVC）设计与实现

张久航

（北京太阳宫燃气热电有限公司北京市100028）

摘要：电压是电能质量的重要指标。有效的电压调节和无功补偿不仅能提高电压质量,且能提高电力系统的稳定性和安全性,充分发挥电网的经济效益。本文就自动电压控制系统的设计原则和实现方案进行了探讨。

关键词：自动电压控制系统；设计；实现

随着大功率发电机组的投运和超高压电网的形成,电压指标的重要性也日益突出。有效的无功与电压控制,不仅可提高电网的电能质量,增强电力系统运行的安全稳定性,而且能降低网损,充分发挥电网的经济效益。因此电压不仅是电网电能质量的一项重要指标,而且是保证大电网安全稳定和经济运行的重要因素,在现代超高压电网中,需要对系统电压和无功功率实现如下控制。

1AVC系统网络体系结构

AVC系统进程应采用网络化配置,主备服务器双机热备用,即主机进程故障时,备机进程能自动投入,来保证AVC系统不间断运行,且主备切换时间短,保证不丢失任何控制数据。DCS系统中其余节点应可浏览AVC画面、数据,用作观摩和演示。AVC采用与SCADA/DCS一体化设计方案,因此主机和备机可利用DCS任意两台节点进行配置。主机负责闭环控制、命令下发、历史存储等实时任务,备机负责网络建模、AVC控制模型生成等维护工作。

2AVC系统设计原则

2.1控制范围

电网AVC系统控制范围包括所管辖的所有220kV变电站及以下110/35kV电力网络,控制对象是有载调压变压器分接头、电容器、电抗器开关和地方电厂发电机无功出力。由于省调AVC系统通过在线软分区将电网划分成彼此耦合松散的控制区域是电气区域,而地调调度范围是按行政区域进行划分的,因此存在电气区域与行政区域不一致的情况,对于这种情况,正常时由省调AVC根据全区模型直接给出电气区域与行政区域不交叉部分的协调目标值,给相邻地调AVC软件执行,当省调AVC通讯中断时,地调AVC应能够根据网络边界等值模型进行计算和控制。

2.2控制目标

地区电网AVC系统实现电网无功电压安全、稳定、优质、经济运行,具体目标包括:

(1)保证电网控制安全,协助省级电网维持电网局部电压稳定;

(2)提高电压和电网关口功率因数合格率;

(3)优化网损,尽可能减少线路无功传输、降低电网因无功潮流不合理引起的有功损耗;

(4)闭环控制,减轻运行人员无功电压调节负担。

2.3控制原理

电力系统无功分布应满足高电压水平下分层分区平衡优化原则,即:

(1)保持高电压水平运行,减少有功传输损耗;

(2)实现无功分层平衡,降低变压器损耗;

(3)保证无功分区甚至就地平衡,降低线路损耗。

3AVC系统方案

完整的AVC系统是一项复杂的庞大的系统工程,其复杂程度远大于AGC系统,需要各单位、各部门紧密协作。从调度中心内部涉及到运行方式、调度、自动化和通信,对外涉及到发电厂、变电所和上、下级调度部门。由于目前国内还没有一个成熟的AVC系统,部分地区AVC宜采用分步走的方式,由点到面,逐步扩大。离线的部分地区电网无功优化软件计算结果也表明,对部分线路无功潮流调整即能达到很好的优化效果。

4AVC控制方案

无功自动调节系统是以电网的实时数据和开关信号作为参考量,通过自动控制励磁调节器的给定值来改变机组的无功出力。自动收集母线电压、发电机有功、无功出力及机端电压等,经过计算并与省调下达的无功指令进行比较,在综合考虑系统及设备故障和AVR各种限制、闭锁条件后,给出当前方式下,在发电机能力范围内的调节方案,然后向励磁调节器发出控制命令,通过增减数字电位器来改变发电机的无功与机端电压,以维持机组无功在省调下达的指令范围内。而机组励磁调节系统又是电力系统中最重要的电压和无功功率控制设备,响应速度快,可控制的容量大,不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。机组无功电源是实现AVC重要的控制手段,但机组的无功出力应留有一定的备用容量,以满足电网的稳定运行要求。发电厂AVC控制可通过监控系统或装设AVC装置实现AVC功能,

5AVC机组无功调节策略

机组无功调节对机组的安全稳定运行至关重要,机组无功调节的先后次序要满足：(1)首先保证机端电压水平满足机组厂用电及变压器运行的要求,当机组电压越出规定范围时,立即调节机组无功出力,使机端电压恢复正常。(2)在机组机端电压正常情况下,再考虑机组的功率因数是否满足要求,若不满足则调节机组无功出力,使之满足,同时考虑对机端电压的影响。(3)枢纽母线电压是否满足要求,不满足则调节有关机组的无功出力。(4)区域内电厂机组间无功分配是否满足有关规定,若不满足,协调有关机组无功出力。(5)区域之间和区域内无功流动是否符合经济压差的要求,不满足则调节机组无功出力尽量使线路无功流动满足经济压差的要求,降低网损。调节时应使发电机组无功出力分布尽量均衡,机组功率因数应大致相等,即增加无功出力时,在满足安全的条件下,优先增加功率因数高的机组,反之则优先减少功率因数低的机组。

6AVC系统实现的效果

发电厂AVC功能可完全代替现场运行人员按照220kV及以上母线电压曲线手动调节发电机励磁系统的工作,接收省调度中心AVC控制系统传送的总无功功率或高压母线电压目标值,同时考虑机组进相运行能力、低励限制、定子及转子电流、厂用电压、功角及无功备用等约束条件,将总无功功率合理分配给每台机组,发出增减励磁指令由励磁系统调节机组无功功率。对于在同一母线上多台机组无功电压的同时调节,应使各台机组的无功实现均衡分配,电压调节控制过程平滑、稳定。

结束语

自动控制(AVC)系统是DCS高级应用软件向自动控制方向的拓展,它具有全网协调分析计算、控制方式灵活通用、实时运行安全可靠等优点。若建设成功,可大大减轻运行人员的劳动强度,有效提高全网各节点电压合格率,降低系统网损,创造良好的经济效益。

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