AVC自動電壓無功控制

1、AVC自動電壓無功控制 一、一、AVC自動電壓控制自動電壓控制定義定義 AVC是自動電壓控制（是自動電壓控制（Automatic Voltage Control）的簡稱。的簡稱。 它是利用計算機和通信技術(shù)，對電網(wǎng)中它是利用計算機和通信技術(shù)，對電網(wǎng)中的無功資源以及調(diào)壓設(shè)備進行自動控制，以達到的無功資源以及調(diào)壓設(shè)備進行自動控制，以達到保證電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟運行的目的。保證電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟運行的目的。二、AVC功能 AVC裝置的功能是：裝置的功能是：(AVC)裝置作為電網(wǎng)電裝置作為電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化系統(tǒng)中分級控制的電壓控制實壓無功優(yōu)化系統(tǒng)中分級控制的電壓控制實現(xiàn)手段現(xiàn)手段,是針對負(fù)荷波動和偶然事

2、故造成的是針對負(fù)荷波動和偶然事故造成的電壓變化迅速動作來控制調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電壓變化迅速動作來控制調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁實現(xiàn)電廠側(cè)的電壓控制實現(xiàn)電廠側(cè)的電壓控制,保證向電網(wǎng)輸送合保證向電網(wǎng)輸送合格的電壓和滿足系統(tǒng)需求的無功。同時接格的電壓和滿足系統(tǒng)需求的無功。同時接受來自省調(diào)度通訊中心的上級電壓控制命受來自省調(diào)度通訊中心的上級電壓控制命令和電壓整定值令和電壓整定值,通過電壓無功優(yōu)化算法計通過電壓無功優(yōu)化算法計算并輸出以控制發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器的整定算并輸出以控制發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器的整定點來實現(xiàn)遠(yuǎn)方調(diào)度控制。點來實現(xiàn)遠(yuǎn)方調(diào)度控制。AVC原理接線圖三、三、AVC控制原則控制原則 1、首先保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行首先保

3、證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行 2、保證電壓合格保證電壓合格 3、降低網(wǎng)損降低網(wǎng)損 PVCPVC為本地控制，主要是無功電壓控制設(shè)為本地控制，主要是無功電壓控制設(shè)備，如發(fā)電機自動電壓調(diào)節(jié)器、靜止無功備，如發(fā)電機自動電壓調(diào)節(jié)器、靜止無功補償器、靜止無功發(fā)生器等。這些設(shè)備通補償器、靜止無功發(fā)生器等。這些設(shè)備通過維持電壓或無功為設(shè)定值進行無功電壓過維持電壓或無功為設(shè)定值進行無功電壓的瞬時快速調(diào)控，時間以秒計的瞬時快速調(diào)控，時間以秒計 SVC SVC為區(qū)域控制，一般設(shè)置在區(qū)域調(diào)度為區(qū)域控制，一般設(shè)置在區(qū)域調(diào)度中心，其主要作用是協(xié)調(diào)區(qū)域內(nèi)各一級電中心，其主要作用是協(xié)調(diào)區(qū)域內(nèi)各一級電壓控制設(shè)備的工作?？刂颇繕?biāo)是當(dāng)系統(tǒng)中

4、壓控制設(shè)備的工作。控制目標(biāo)是當(dāng)系統(tǒng)中變化變化相對緩慢的負(fù)荷變化或者區(qū)域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化相對緩慢的負(fù)荷變化或者區(qū)域網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致區(qū)域的主導(dǎo)節(jié)點電壓發(fā)生變化后，根據(jù)導(dǎo)致區(qū)域的主導(dǎo)節(jié)點電壓發(fā)生變化后，根據(jù)三級電壓控制器確定的主導(dǎo)節(jié)點參考值電壓，三級電壓控制器確定的主導(dǎo)節(jié)點參考值電壓，按照預(yù)定的控制策略，以某種協(xié)調(diào)方式重新按照預(yù)定的控制策略，以某種協(xié)調(diào)方式重新設(shè)置區(qū)域內(nèi)控制無功電源的電壓參考值，以設(shè)置區(qū)域內(nèi)控制無功電源的電壓參考值，以達到系統(tǒng)范圍內(nèi)良好的運行性能，控制時間達到系統(tǒng)范圍內(nèi)良好的運行性能，控制時間一般為幾分鐘；一般為幾分鐘； TVC TVC是電壓分級控制中的最高層，屬于是電壓分級控制中的最高

5、層，屬于全局控制。它以調(diào)度中心的全局控制。它以調(diào)度中心的EMSEMS為決策支持為決策支持系統(tǒng)，以全系統(tǒng)的經(jīng)濟運行為優(yōu)化目標(biāo)，并系統(tǒng)，以全系統(tǒng)的經(jīng)濟運行為優(yōu)化目標(biāo)，并考慮穩(wěn)定性指標(biāo)。協(xié)調(diào)好系統(tǒng)運行的安全性考慮穩(wěn)定性指標(biāo)。協(xié)調(diào)好系統(tǒng)運行的安全性和經(jīng)濟性的關(guān)系。通過和經(jīng)濟性的關(guān)系。通過OPFOPF，TVCTVC給各個二給各個二級電壓控制區(qū)域主導(dǎo)節(jié)點的電壓參考值，供級電壓控制區(qū)域主導(dǎo)節(jié)點的電壓參考值，供SVCSVC使用?？刂茣r間一般為十幾分鐘到幾個使用?？刂茣r間一般為十幾分鐘到幾個小時。小時。 四、電網(wǎng)AVC系統(tǒng)的優(yōu)點 電力系統(tǒng)自動電壓控制系統(tǒng)(AVC)是電網(wǎng)調(diào)度自動化的有機組成部分，應(yīng)用先進的電子、

6、網(wǎng)絡(luò)通訊與自動控制技術(shù)，通過AVC對發(fā)電機無功出力進行實時跟蹤調(diào)控，對變電站無功補償設(shè)備及主變分接頭進行適時調(diào)整，有效地控制區(qū)域電網(wǎng)無功的合理流動，優(yōu)化電網(wǎng)內(nèi)無功潮流的分布,改善電網(wǎng)整體的供電水平，是提高電壓質(zhì)量，減少網(wǎng)損，降低運行人員的勞動強度的重要手段。五、電網(wǎng)AVC系統(tǒng)的缺點 運行中的運行中的AVC的限制條件為：的限制條件為： (1)受發(fā)電機電壓最高、最低限制；受發(fā)電機電壓最高、最低限制； (2)受受6KV廠用電壓的限制；廠用電壓的限制； (3)受系統(tǒng)電壓的限制；受系統(tǒng)電壓的限制； (4)受發(fā)電機功率因數(shù)的限制等。受發(fā)電機功率因數(shù)的限制等。 對發(fā)電廠無功進行調(diào)節(jié)，AVC子站采用如下兩大類

7、控制思想，一種是由折算的總無功，經(jīng)計算直接確定出各機組的無功目標(biāo)進行快速直接調(diào)節(jié)，另一種是采用對總無功目標(biāo)在機組間按一定的原則分配；同時又充分考慮母線電壓和母線電壓目標(biāo)的差值，對機組進行變步長的智能調(diào)節(jié)控制，對機組進行增減磁的調(diào)節(jié)速率是由母線電壓目標(biāo)和當(dāng)前母線電壓的差值自動調(diào)節(jié)確定。變電站AVC功能要求 控制方式 變電站自動電壓控制有集中控制和分散控制兩種主要方式。 AVC主站 AVC master station指設(shè)置在調(diào)度（通信）中心，用于自動電壓控制（AVC）分析計算并發(fā)出控制指令的計算機系統(tǒng)及軟件。AVC子站 AVC slave station指運行在電廠或者變電站的就地控制裝置或軟件

8、，用于接收、執(zhí)行主站的控制指令，并向主站回饋信息。集中控制方式 變電站側(cè)不建設(shè)專門的子站系統(tǒng)，由調(diào)度中心AVC主站直接給出對電容器、電抗器和變壓器有載調(diào)壓分接頭的遙控遙調(diào)指令，利用現(xiàn)有的SCADA通道下發(fā)，并通過變電站監(jiān)控系統(tǒng)閉環(huán)執(zhí)行，監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)對被控設(shè)備設(shè)置遠(yuǎn)方/就地控制切換壓板，并具有必要的安全控制閉鎖邏輯判斷功能?？刂浦噶畎▽﹄娙萜鳌㈦娍蛊鞯耐锻嗣睿ㄟb控）或者對有載調(diào)壓分接頭檔位的調(diào)節(jié)命令（遙調(diào)或遙控）。分散控制方式 借助變電站側(cè)已經(jīng)建設(shè)的VQC系統(tǒng)或監(jiān)控系統(tǒng)中已有的電壓控制模塊，經(jīng)改造升級為具有完善安全閉鎖控制邏輯的AVC子站，主站側(cè)不給出電容器、電抗器和有載調(diào)壓分接頭的具體調(diào)節(jié)指

9、令，而是下發(fā)電壓調(diào)節(jié)目標(biāo)或無功調(diào)節(jié)目標(biāo)，子站根據(jù)此目標(biāo)計算對無功調(diào)節(jié)設(shè)備的控制指令并最終執(zhí)行AVC在變電站的應(yīng)用 國內(nèi)外的AVC工程實踐證明,在技術(shù)層面上, 控制模式的研究和選擇是AVC工程實施成敗的決 定性因素.迄今為止,主要有3種控制模式.1.1 兩層模式 文獻2介紹了德國RWE進行在線實時的最 優(yōu)潮流應(yīng)用的情況.從1984年開始,RWE在控制中 心利用最優(yōu)潮流對于電網(wǎng)的無功分布情況進行調(diào) 整,在狀態(tài)估計的基礎(chǔ)上,優(yōu)化每小時啟動一次(或 者由調(diào)度員手工啟動),給出對控制變量的調(diào)節(jié)策 略.在這種控制模式下,系統(tǒng)一級的控制策略仍然是 通過發(fā)電機的AVR等本地控制設(shè)備完成的,因此嚴(yán) 格的說這也屬

10、于一種分級電壓控制,本文稱其為兩 層電壓控制模式.兩層電壓控制模式可以看作是最 優(yōu)潮流的在線閉環(huán)應(yīng)用,其基本的組織結(jié)構(gòu)框圖如 圖1所示.框圖優(yōu)缺點這種控制模式比較簡單,投資也小.但完全依賴OPF,因此存在以下幾個方面的不足1) OPF運行在EMS的最高層次上,對EMS各軟硬件環(huán)節(jié)的運行質(zhì)量和可靠性有很高的要求,每個環(huán)節(jié)的局部異常都可能導(dǎo)致OPF發(fā)散或者優(yōu)化結(jié)果不可用,對狀態(tài)估計的精度和可靠性依賴性都很高,局部的量測通道問題都可能影響OPF的計算結(jié)果.因此如果完全依賴OPF,AVC的運行可靠性難以保證. 2) OPF作為靜態(tài)優(yōu)化計算功能,主要考慮電 壓上下限約束和網(wǎng)損最小化.如果完全依賴OPF,

11、則 AVC難以對電壓穩(wěn)定性進行協(xié)調(diào).當(dāng)負(fù)荷重載時, 優(yōu)化后的發(fā)電機無功出力可能搭界,無功裕度均衡 度不好,使系統(tǒng)承擔(dān)事故擾動的能力下降.因此,如 果完全依賴OPF,無法確保電壓穩(wěn)定性. 3) OPF模型計算量大,計算時間較長.當(dāng)系統(tǒng) 中發(fā)生大的擾動、負(fù)荷陡升或陡降時,如果完全依賴 OPF,則AVC的響應(yīng)速度不夠,控制的動態(tài)品質(zhì)難 以保證.1.2 基于硬分區(qū)的三層控制模式 法國EDF的三級電壓控制模式的研究和實施 始于上世紀(jì)70年代,經(jīng)歷了30余年的研究、開發(fā)和 應(yīng)用.在1972年國際大電網(wǎng)會議上,來自EDF(法 國電力公司)的工程師提出了在系統(tǒng)范圍內(nèi)實現(xiàn)協(xié) 調(diào)性電壓控制的必要性.文獻4詳細(xì)介紹

12、法國 EDF以/中樞母線0、/控制區(qū)域0為基礎(chǔ)的電壓控制 方案的結(jié)構(gòu),其基本思想如圖2所示.框圖優(yōu)缺點 三層電壓控制模式在法國3、意大利4、比利 時5都得到了較好的應(yīng)用.和兩層電壓控制方案相比, 三層電壓控制模式最大的變化在于利用無功電壓的區(qū) 域特性將電網(wǎng)劃分成了若干彼此解耦的控制區(qū)域,并 在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)分級分區(qū)電壓控制,整個控制系統(tǒng)由 一級電壓控制(PVC, Prmi aryVoltage Control)、二級電 壓控制(SVC, SecondaryVoltage Control)、三級電壓 控制(TVC, TertiaryVoltage Control)組成. 這種方式的不足在后續(xù) 的應(yīng)

13、用中日益明顯.區(qū)域二級電壓控制(SVC)是基 于無功電壓的局域性而開發(fā)的,其控制質(zhì)量在根本 上取決于各區(qū)域間無功電壓控制的解耦程度.隨著 電力系統(tǒng)的發(fā)展和運行工況的實時變化,設(shè)計時認(rèn) 為相對解耦的區(qū)域并非一成不變,而且控制靈敏度 更是隨運行工況而實時變化,因此這種以硬件形式 固定下來的區(qū)域控制器難以適應(yīng)電力系統(tǒng)的不斷發(fā) 展和實時運行工況的大幅度變化,無法持久地保證 良好的控制效果.1.3 基于/軟分區(qū)0的三層控制模式 中國電網(wǎng)目前處在一個快速發(fā)展的階段,網(wǎng)架 結(jié)構(gòu)變化頻繁,因此類似于EDF的/硬分區(qū)0模式難 以適應(yīng)中國電網(wǎng)的實際情況.針對國內(nèi)電網(wǎng)的特殊 需求,基于/軟分區(qū)0的三層電壓控制模式被

14、提 出6, 7,并在國內(nèi)江蘇省級電網(wǎng)得到了實際應(yīng)用8, 取得了較好的控制效果.整個控制系統(tǒng)由運行在控 制中心的主站部分和運行在電廠側(cè)的子站部分構(gòu) 成,二者通過高速電力數(shù)據(jù)網(wǎng)通信,系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)框圖優(yōu)缺點 1)三級電壓控制和二級電壓控制都在控制中 心實現(xiàn),不需要建立專門的區(qū)域控制中心7. 2)在控制中心,在線軟分區(qū)模塊根據(jù)當(dāng)前拓 撲結(jié)構(gòu)和運行情況將電網(wǎng)劃分成若干控制區(qū)域9, 可以在線跟蹤網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的變化,及時反映電網(wǎng)最新 的無功電壓解耦特性. 3)每個控制區(qū)域利用軟件實現(xiàn)協(xié)調(diào)二級電壓 控制10, 11,其控制目標(biāo)是在把中樞母線電壓控制在 設(shè)定值的同時,保證控制發(fā)電機運行在裕度更大、無 功出力更均勻

15、的狀態(tài)下. 4)在二級控制模塊中,在線計算得到準(zhǔn)穩(wěn)態(tài) 控制靈敏度12,體現(xiàn)了控制設(shè)備的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)無功電壓 外特性,保證控制決策的精度.應(yīng)用分析 多次的現(xiàn)場試驗和近期的試運行結(jié)果表明，安 定變電站 AVC 系統(tǒng)與電網(wǎng)調(diào) AVC 主站配合協(xié) 調(diào)，能夠根據(jù)華北網(wǎng)調(diào) AVC 主站下發(fā)的調(diào)相機無 功目標(biāo)值對參與 AVC 調(diào)節(jié)的調(diào)相機無功功率進行 合理的分配，各等級母線電壓調(diào)節(jié)未超出華北網(wǎng)調(diào) 規(guī)定的電壓考核曲線范圍，無功死區(qū)控制正常，跟 蹤性能良好，反應(yīng)靈敏。具體分析如下 變電站 AVC 系統(tǒng)投運后，中控單元 根據(jù)電網(wǎng)調(diào)下發(fā)無功指令獲得調(diào)相機的目標(biāo)無 功，當(dāng)前運行點的無功上下限，得到可調(diào)總無功上 下限，判斷當(dāng)

16、前無功是否越限，若越限則拉回限 值，并參考機組的可調(diào)能力，舍棄停運、檢修機組 以及無可調(diào)能力的機組，然后按照等功率因數(shù)或等 比率法兩種分配策略在可調(diào)機組中分配無功，從根 本上杜絕了上述現(xiàn)象的發(fā)生。 變電站 AVC 系統(tǒng)投運前，母線電壓、 調(diào)相機無功由運行人員控制。兩廠運行人員需時刻 監(jiān)視表計，工作強度很大。 AVC 系統(tǒng)投運后，母 線電壓和調(diào)相機無功均由 AVC 控制，運行人員不 用干涉，電壓合格率達到 100%，并大大減輕了運 行人員的勞動強度。 500 kV 變電站是電力電網(wǎng) 的樞紐站之一，其電壓水平直接影響電能質(zhì)量，站 內(nèi)在主變壓器低壓側(cè)安裝了電容電抗器。為保證母線電壓，以前都是首先考慮

17、電容電抗器的投切，但 電容電抗器的頻繁投切不但損耗大，還會損壞操作 開關(guān)，檢修困難。AVC 系統(tǒng)投運后，母線電壓由 AVC 系統(tǒng)直接調(diào)節(jié)熱備調(diào)相機，反應(yīng)速度加快，實 現(xiàn)無限調(diào)壓，并大大減少了損耗，并使母線電壓維 持在一定的水平。技術(shù)難點 控制目標(biāo)方面.電壓控制的目標(biāo)是實現(xiàn)電 網(wǎng)的安全、經(jīng)濟、優(yōu)質(zhì)運行,因此電壓控制問題本身 涵蓋了電壓穩(wěn)定分析、無功優(yōu)化計算和閉環(huán)控制等 諸多領(lǐng)域,求解難度大. 控制對象方面.全網(wǎng)的頻率是唯一的,但是 全網(wǎng)每一個節(jié)點的電壓卻各不相同.而電網(wǎng)內(nèi)的無 功調(diào)節(jié)設(shè)備有限,因此電壓控制問題不是一個完全 可控問題,無法保證將所有點的電壓控制到位. 控制手段方面.包括了發(fā)電機、調(diào)相機等連 續(xù)調(diào)節(jié)設(shè)備,還包括電容器、電抗器和有載調(diào)壓分接 頭等離散調(diào)節(jié)設(shè)備,一些地方還配備了ASVG, SVC 等FACTS快速控制裝置.不同控制手段的差異很 大,尤其離散調(diào)節(jié)設(shè)備又涉及到控制動作次數(shù)和控 制時間間隔等相關(guān)約束,這都為控制策略的求解帶 來了難題. 調(diào)度體制方面的問題.無功電壓調(diào)節(jié)設(shè)備 廣泛分布在網(wǎng)、省、地各級電網(wǎng)中,隨著自動電壓控 制技術(shù)的逐步推廣,由于調(diào)度體制的限制,未來網(wǎng)、 省、地各級電網(wǎng)都將建立各自的AVC系統(tǒng),這些不 同層面上的AVC系統(tǒng)控制的范圍是按照相對應(yīng)的 調(diào)度范圍來進行劃分的,但是它們的控制對象