自動電壓控制AVC系統(tǒng)發(fā)電側(cè)子站介紹

自動電壓控制（AVC）系統(tǒng)

發(fā)電側(cè)子站介紹

安徽省電力科學(xué)研究院引言有效的電壓與無功控制不僅能保證電壓質(zhì)量，提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性，而且能降低網(wǎng)損，充分發(fā)揮電網(wǎng)的經(jīng)濟效益。發(fā)電機組勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中重要的電壓無功控制系統(tǒng)，響應(yīng)速度快，可控容量大，無論是正常運行時保證電壓水平和緊急控制時防止電壓崩潰，都起著重要的作用。目前大多數(shù)發(fā)電企業(yè)的電壓無功仍然采用人工手動調(diào)控方式，實時性和準(zhǔn)確性均有所不足，無法適應(yīng)電力系統(tǒng)發(fā)展的要求，因此，有必要采用新的控制方式，實現(xiàn)電廠母線電壓和無功功率的自動協(xié)調(diào)控制。電壓無功自動調(diào)控的基本原理發(fā)電機無功出力與機端電壓受其勵磁電流的影響，當(dāng)勵磁電流發(fā)生改變時，發(fā)電機的無功出力與機端電壓也隨之增減，并通過主變壓器進一步影響到母線電壓。勵磁電流的增減則可通過改變勵磁調(diào)節(jié)器(AVR)電壓給定值實現(xiàn)?；驹硎前l(fā)電側(cè)遠程接收主站端AVC控制指令，通過動態(tài)調(diào)節(jié)勵磁調(diào)節(jié)器的電壓給定值，改變發(fā)電機勵磁電流來實現(xiàn)電壓無功自動調(diào)控。勵磁調(diào)節(jié)器給定值設(shè)定雖然AVR給定值可以影響到發(fā)電機的機端電壓和無功出力，并且三者具有相同的變化趨勢，但由于受勵磁系統(tǒng)、發(fā)電機性能差異及運行方式變化的影響，它們之間并沒有非常明確的量化關(guān)系，各機組差別較大。因此，要建立AVR給定值與機組無功出力的精確計算模型比較困難。采用漸次逼近的方案，動態(tài)改變給定值的調(diào)節(jié)幅度，最終達到并維持目標(biāo)值。使用自學(xué)習(xí)過程，根據(jù)以前的調(diào)控結(jié)果，動態(tài)修正輸出信號的觸點閉合時間。AVC實現(xiàn)方案電廠子站與省調(diào)主站共同組成AVC系統(tǒng)，以主站－子站星型網(wǎng)絡(luò)方式運行，主站和子站系統(tǒng)之間通過現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及數(shù)據(jù)通信網(wǎng)互連并完成信息交換。子站：中控單元（上位機）+執(zhí)行終端（下位機）術(shù)語解釋主站：用于協(xié)調(diào)全網(wǎng)AVC系統(tǒng)。子站：用于接收主站指令，協(xié)調(diào)控制發(fā)電廠內(nèi)各發(fā)電機組，以達到主站下達的指令目標(biāo)。中控單元：用于數(shù)據(jù)采集分析和計算，每套AVC子站中包含一臺中控單元。執(zhí)行終端：發(fā)電側(cè)AVC子站執(zhí)行終端，用于接收中控單元指令，信號采集和輸出。

AVC控制方式電廠側(cè)子站中控單元接收AVC主站系統(tǒng)下達的母線電壓指標(biāo)，在充分考慮各種約束條件后，經(jīng)過分析計算后，估測出全廠總無功出力需求，再合理分配給各機組，最后發(fā)送指令給各子站執(zhí)行終端，由執(zhí)行終端發(fā)出增減磁信號至勵磁系統(tǒng)，以改變勵磁調(diào)節(jié)器電壓給定值。勵磁系統(tǒng)根據(jù)新的電壓給定值調(diào)節(jié)機組，從而達到并維持母線電壓指令。估測全廠總無功功率X=(Unow-Ulast)/(ΣQnow/Unow–ΣQlast/Ulast)ΣQtarget=(Utarget-Unow)*Utarget/X+ΣQnow*Utarget/UnowΣQtarget、ΣQlast、ΣQnow：總無功目標(biāo)、上次總無功、當(dāng)前總無功Utarget、Ulast、Unow：母線電壓目標(biāo)、上次母線電壓、當(dāng)前母線電壓估測全廠總無功功率因估測時做了簡化與假設(shè)，計算結(jié)果受運行方式及母線變化情況影響，且具有一定時效性。若母線電壓發(fā)生小幅波動，無法準(zhǔn)確估測出總無功功率時，因無功的變化趨勢與母線電壓總是相同，可采用小幅調(diào)節(jié)，逐次逼近的方式來實現(xiàn)跟蹤。各機組無功分配無功分配時，應(yīng)保證各機組機端電壓在安全極限內(nèi)，同時盡可能同步變化，保持相似的調(diào)控裕度。等功率因數(shù)法：各臺機組在無功功率上下極限范圍內(nèi)按照功率因數(shù)相同原則進行分配，分配量與有功出力相關(guān)大。達到極限后不再參與調(diào)節(jié)。等偏移量法：各臺機組在無功功率的上下極限范圍內(nèi)按照偏移量相同的原則進行分配，在各自的可調(diào)范圍內(nèi)總是具有相同額度（百分比）的調(diào)控容量，分配量與有功出力相關(guān)性小，基本上可同時達到上下極限。典型拓?fù)洌妷号c無功）AVC主站控制到電廠，指令為電廠的高壓母線電壓或全廠總無功目標(biāo)發(fā)電側(cè)接收AVC主站指令，由上位機根據(jù)母線電壓目標(biāo)估測出全廠總無功目標(biāo)，再自行分配到廠內(nèi)各受控機組主站指令下發(fā)主站每隔一段時間以通訊方式下發(fā)電廠母線電壓指令/單臺機組的無功目標(biāo)值。通訊方案：調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)數(shù)據(jù)交換機/RTU通訊協(xié)議：104規(guī)約/部頒CDT通訊方式：以太網(wǎng)/串口通信傳輸媒質(zhì)：網(wǎng)線、光纜、電纜實時數(shù)據(jù)采集采集量：母線電壓，機組有功、無功出力，定子電壓，定子電流采集方式：（1）通過電廠現(xiàn)有RTU/監(jiān)控系統(tǒng)，以截取通訊報文的方式采集，串口通信，部頒CDT規(guī)約。（2）通過變送器將需采集量由接線方式引入執(zhí)行終端，由AVC自帶輸入模塊自行采集。上下位機之間通訊中控單元與執(zhí)行終端接口采用通訊方式。傳輸媒質(zhì)：視距離遠近采用光纜或電纜。通訊方式：串口通信通訊鏈路：Profibus通訊規(guī)約：企業(yè)內(nèi)部規(guī)約子站上傳信號子站可將各機組的AVC運行狀態(tài)信號以遙信方式上傳至主站。中控單元：自檢正常、閉環(huán)運行執(zhí)行終端：可根據(jù)用戶需要選擇，一般上傳投入返回、閉環(huán)運行、增磁閉鎖、減磁閉鎖。傳輸媒質(zhì)：控制電纜與公用信號系統(tǒng)接口輸出：控制信號——增磁、減磁狀態(tài)信號——2組正常信號，1組異常信號輸入：AVC投入AVC退出AVR自動——AVC運行判據(jù)之一狀態(tài)信號狀態(tài)量：（1）正常量：自檢正常、投入返回、閉環(huán)運行、通信正常、增磁閉鎖、減磁閉鎖、電源正常（2）異常量：與正常量相對應(yīng)，可合并為一總異常信號傳輸媒質(zhì)：控制電纜控制信號增磁、減磁：可直接接入勵磁調(diào)節(jié)器手操控制回路；對于使用DCS畫面軟操的機組，也可通過DCS轉(zhuǎn)接。脈沖寬度：0~2500ms（可調(diào)）時間誤差：≤10ms傳輸媒質(zhì)：控制電纜投退方式軟操：可在中控單元，通過畫面操作，對AVC子站進行投退。硬操：控制臺安裝投入/退出切換開關(guān)，可在前臺對AVC子站進行投退一般設(shè)計基本配置：一般為一臺上位機、若干臺執(zhí)行終端（與機組一一對應(yīng)）。組屏方案：根據(jù)電廠具體情況。技術(shù)參數(shù)單機組無功調(diào)控精度：≤3MVar單機組無功調(diào)控速率：≥10MVar/min整體響應(yīng)速度：≤1min母線電壓調(diào)控精度：≤400V兼容性電廠使用的勵磁調(diào)節(jié)器種類繁多，型號各異，為保證兼容性，盡可能使各電廠現(xiàn)有設(shè)備無需作大的改動便可以實現(xiàn)無功電壓自動調(diào)控：軟件：控制模型和參數(shù)設(shè)置靈活硬件：采用可拼裝的模塊化設(shè)計，以適應(yīng)不同發(fā)電廠、不同發(fā)電機和不同勵磁調(diào)節(jié)器的實際運行需要。同時與現(xiàn)有系統(tǒng)相對獨立，不產(chǎn)生相互干擾或影響，不影響發(fā)電機組的穩(wěn)定運行。系統(tǒng)控制模式退出：只能工作在研究方式下。開環(huán)：周期運行方式下，系統(tǒng)的控制模式為開環(huán)，遙控命令需要人工干預(yù)。閉環(huán)：周期運行方式下，系統(tǒng)的控制模式為閉環(huán)，遙控命令不需要人工干預(yù)。安全機制約束條件成立時，計算模塊退出，閉鎖增減磁出口，停止調(diào)控。當(dāng)AVC信號偏差大（與當(dāng)前運行工況比較）或持續(xù)時間長（長期控制無效果）。AVR自動信號消失通信中斷機組有功越上、下限機組無功越上、下限機組機端電壓越上、下限機組機端電流越上、下限實時數(shù)據(jù)波動過于劇烈，超過設(shè)定值。無功上下限選取兩種方式可選按機組的P-Q曲線進行調(diào)節(jié)，實時計算當(dāng)前無功上下限；設(shè)置固定上下限值。通訊故障時的應(yīng)對措施通訊故障通常表現(xiàn)在主站與電廠間、RTU與數(shù)據(jù)處理平臺（或上位機）以及平臺與調(diào)控裝置（或上位機與下位機）間。因電壓無功自動調(diào)控屬于二、三次調(diào)節(jié)，為相對較慢變化過程，因此，與AVC主站的短時間通訊中斷是可以接受的，可以控制在幾分鐘甚至十幾分鐘后才閉鎖出口，也可以選擇中斷后維持預(yù)先設(shè)定的母線電壓曲線的方式。與RTU通訊中斷會造成實時數(shù)據(jù)采樣錯誤，并導(dǎo)致誤調(diào)節(jié)，因此應(yīng)在盡可能短時間內(nèi)（數(shù)秒鐘，不超過1分鐘）閉鎖出口并給出告警信號，提醒運行人員切換到人工就地控制。上位機與下位機通訊中斷后，導(dǎo)致控制信號不能輸出，但不會造成誤調(diào)節(jié)，因此只要能及時做出反應(yīng)即可（上位機、下位機分別發(fā)告警信號）容錯機制對主站無功指令應(yīng)具備容錯機制。指令錯誤通常包括調(diào)節(jié)過于頻繁、過于劇烈及超出安全穩(wěn)定極限，對錯誤的指令應(yīng)能識別并拒絕執(zhí)行。為防止控制出口繼電器觸點粘死，導(dǎo)致信號輸出后不能及時返回，設(shè)計了保護回路，有效降低故障概率。為防止程序走飛，使用實時看門狗，可在1秒內(nèi)監(jiān)測到軟件故障并斷開所有出口，同時重啟裝置。為防止過于頻繁的調(diào)節(jié)，設(shè)置調(diào)節(jié)死區(qū)，在死區(qū)內(nèi)裝置不做調(diào)控，運行經(jīng)驗表明，各機組無功死區(qū)設(shè)置為3Mvar時，比較死區(qū)為1Mvar時，調(diào)控次數(shù)可降低到的10%以下。裝置開發(fā)簡介

2001年初，開始可行性研究與資料收集、新產(chǎn)品設(shè)計、基礎(chǔ)試驗等階段工作。2001年11月，完成第一臺原型樣機“YC-01型母線電壓調(diào)控裝置”。2002年4月，裝置在合肥電廠#4機上安裝試運行。試運行期間的記錄數(shù)據(jù)表明，在發(fā)電機能力允許的情況下，220KV母線電壓能夠控制在合格的曲線范圍內(nèi)。2002年9月，配合省調(diào)實施全省聯(lián)網(wǎng)，這樣不但可以實現(xiàn)電壓自動調(diào)控，合理協(xié)調(diào)電廠內(nèi)的各機組的無功出力，而且可進一步優(yōu)化電廠之間的無功分配問題。裝置開發(fā)簡介

2002年至今，開始研制定型產(chǎn)品YC-02型、YC-03型、YC-04型。裝置在調(diào)控策略、可靠性、易用性、安裝維護性以及外觀方面做了大量的優(yōu)化工作。從2003年10月至今，基本完成了安徽全省受控機組的裝置安裝調(diào)試工作。YC-04型主要針對省外電壓控制模式，同時兼容無功控制模式。裝置運行曲線

YC-01運行截圖YC-02運行截圖（2002年7月5日-2002年7月6日）裝置運行曲線YC-03試驗截圖（