AVC自動電壓無功控制

AVC自動電壓無功控制

一、AVC自動電壓控制定義

AVC是自動電壓控制（AutomaticVoltageControl）的簡稱。它是利用計(jì)算機(jī)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(jìn)行自動控制，以達(dá)到保證電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。二、AVC功能AVC裝置的功能是：(AVC)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(shí)現(xiàn)手段,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(jī)勵磁實(shí)現(xiàn)電廠側(cè)的電壓控制,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(shí)接受來自省調(diào)度通訊中心的上級電壓控制命令和電壓整定值,通過電壓無功優(yōu)化算法計(jì)算并輸出以控制發(fā)電機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器的整定點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方調(diào)度控制。AVC原理接線圖三、AVC控制原則

1、首先保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行

2、保證電壓合格3、降低網(wǎng)損

PVC為本地控制，主要是無功電壓控制設(shè)備，如發(fā)電機(jī)自動電壓調(diào)節(jié)器、靜止無功補(bǔ)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(jìn)行無功電壓的瞬時(shí)快速調(diào)控，時(shí)間以秒計(jì)SVC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)各一級電壓控制設(shè)備的工作。控制目標(biāo)是當(dāng)系統(tǒng)中變化相對緩慢的負(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(diǎn)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(diǎn)參考值電壓，按照預(yù)定的控制策略，以某種協(xié)調(diào)方式重新設(shè)置區(qū)域內(nèi)控制無功電源的電壓參考值，以達(dá)到系統(tǒng)范圍內(nèi)良好的運(yùn)行性能，控制時(shí)間一般為幾分鐘；TVC是電壓分級控制中的最高層，屬于全局控制。它以調(diào)度中心的EMS為決策支持系統(tǒng)，以全系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性的關(guān)系。通過OPF，TVC給各個(gè)二級電壓控制區(qū)域主導(dǎo)節(jié)點(diǎn)的電壓參考值，供SVC使用?？刂茣r(shí)間一般為十幾分鐘到幾個(gè)小時(shí)。四、電網(wǎng)AVC系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

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(jī)組成部分，應(yīng)用先進(jìn)的電子、網(wǎng)絡(luò)通訊與自動控制技術(shù)，通過AVC對發(fā)電機(jī)無功出力進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤調(diào)控，對變電站無功補(bǔ)償設(shè)備及主變分接頭進(jìn)行適時(shí)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(yùn)行人員的勞動強(qiáng)度的重要手段。五、電網(wǎng)AVC系統(tǒng)的缺點(diǎn)運(yùn)行中的AVC的限制條件為：(1)受發(fā)電機(jī)電壓最高、最低限制；(2)受6KV廠用電壓的限制；(3)受系統(tǒng)電壓的限制；(4)受發(fā)電機(jī)功率因數(shù)的限制等。對發(fā)電廠無功進(jìn)行調(diào)節(jié)，AVC子站采用如下兩大類控制思想，一種是由折算的總無功，經(jīng)計(jì)算直接確定出各機(jī)組的無功目標(biāo)進(jìn)行快速直接調(diào)節(jié)，另一種是采用對總無功目標(biāo)在機(jī)組間按一定的原則分配；同時(shí)又充分考慮母線電壓和母線電壓目標(biāo)的差值，對機(jī)組進(jìn)行變步長的智能調(diào)節(jié)控制，對機(jī)組進(jìn)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(jì)算并發(fā)出控制指令的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及軟件。AVC子站AVC

slave

station指運(yùn)行在電廠或者變電站的就地控制裝置或軟件，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?、電抗器的投退命令（遙控）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(jì)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(shí)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(shí)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(xiàn)[2]介紹了德國RWE進(jìn)行在線實(shí)時(shí)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(jìn)行調(diào)整,在狀態(tài)估計(jì)的基礎(chǔ)上,優(yōu)化每小時(shí)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(jī)的AVR等本地控制設(shè)備完成的,因此嚴(yán)格的說這也屬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(diǎn)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(gè)方面的不足1)OPF運(yùn)行在EMS的最高層次上,對EMS各軟硬件環(huán)節(jié)的運(yùn)行質(zhì)量和可靠性有很高的要求,每個(gè)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(jì)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(jì)算結(jié)果.因此如果完全依賴OPF,AVC的運(yùn)行可靠性難以保證.2)OPF作為靜態(tài)優(yōu)化計(jì)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,則AVC難以對電壓穩(wěn)定性進(jìn)行協(xié)調(diào).當(dāng)負(fù)荷重載時(shí),優(yōu)化后的發(fā)電機(jī)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(jì)算量大,計(jì)算時(shí)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(shí),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(shí)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(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)性電壓控制的必要性.文獻(xiàn)[4]詳細(xì)介紹法國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(diǎn)三層電壓控制模式在法國[3]、意大利[4]、比利時(shí)[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(shí)現(xiàn)分級分區(qū)電壓控制,整個(gè)控制系統(tǒng)由一級電壓控制(PVC,PrmiaryVoltageControl)、二級電壓控制(SVC,SecondaryVoltageControl)、三級電壓控制(TVC,TertiaryVoltageControl)組成.這種方式的不足在后續(xù)的應(yīng)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(yùn)行工況的實(shí)時(shí)變化,設(shè)計(jì)時(shí)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(yùn)行工況而實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)運(yùn)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(gè)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(shí)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提出[6,7],并在國內(nèi)江蘇省級電網(wǎng)得到了實(shí)際應(yīng)用[8],取得了較好的控制效果.整個(gè)控制系統(tǒng)由運(yùn)行在控制中心的主站部分和運(yùn)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(diǎn)1)三級電壓控制和二級電壓控制都在控制中心實(shí)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)和運(yùn)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(shí)反映電網(wǎng)最新的無功電壓解耦特性.3)每個(gè)控制區(qū)域利用軟件實(shí)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(shí),保證控制發(fā)電機(jī)運(yùn)行在裕度更大、無功出力更均勻的狀態(tài)下.4)在二級控制模塊中,在線計(jì)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(yàn)和近期的試運(yùn)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(jī)無功目標(biāo)值對參與AVC調(diào)節(jié)的調(diào)相機(jī)無功功率進(jìn)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(yùn)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(jī)的目標(biāo)無功，當(dāng)前運(yùn)行點(diǎn)的無功上下限，得到可調(diào)總無功上下限，判斷當(dāng)前無功是否越限，若越限則拉回限值，并參考機(jī)組的可調(diào)能力，舍棄停運(yùn)、檢修機(jī)組以及無可調(diào)能力的機(jī)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(jī)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(yùn)前，母線電壓、調(diào)相機(jī)無功由運(yùn)行人員控制。兩廠運(yùn)行人員需時(shí)刻監(jiān)視表計(jì)，工作強(qiáng)度很大。AVC系統(tǒng)投運(yùn)后，母線電壓和調(diào)相機(jī)無功均由AVC控制，運(yùn)行人員不用干涉，電壓合格率達(dá)到100%，并大大減輕了運(yùn)行人員的勞動強(qiáng)度。500kV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(yùn)后，母線電壓由AVC系統(tǒng)直接調(diào)節(jié)熱備調(diào)相機(jī)，反應(yīng)速度加快，實(shí)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(diǎn)控制目標(biāo)方面.電壓控制的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)運(yùn)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(jì)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(gè)節(jié)點(diǎn)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(gè)完全可控問題,無法保證將所有點(diǎn)的電壓控制到位.控制手段方面.包括了發(fā)電機(jī)、調(diào)相機(jī)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(shí)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(jìn)行劃分的,但是它們的控制對象)))電網(wǎng)實(shí)際上是一個(gè)密不可分的整體,在某級AV