AVC系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中淺析及應(yīng)用

劉志輝 張建山

[摘要]自動電壓調(diào)節(jié)器系統(tǒng)，以下簡稱“AVC”系統(tǒng)，在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用及組網(wǎng)形式.

[關(guān)鍵詞]AVC;勵磁調(diào)節(jié)器;無功功率;自動控制;潮流

1、引言

近年來，隨著經(jīng)濟和科技的發(fā)展、計算機自動化設(shè)備的普遍應(yīng)用以及高電壓等級、大容量和跨區(qū)電網(wǎng)的迅速發(fā)展，用戶對電壓質(zhì)量的要求越來越高，在現(xiàn)代超高壓電網(wǎng)中，對系統(tǒng)電壓和無功的要求越來越高，這就必須需要一種裝置對這個系統(tǒng)內(nèi)的機組進行統(tǒng)一、合理的調(diào)整，來滿足用戶對電壓的需求，系統(tǒng)無功的儲備，潮流的合理分配等。

2、電網(wǎng)運行中對無功功率的具體要求：

1）系統(tǒng)電壓必須大于某一最低數(shù)值，以保證電力系統(tǒng)靜態(tài)和暫態(tài)的運行穩(wěn)定性，以及變壓器帶負(fù)荷調(diào)壓分接頭的運行范圍和廠用電的運行;2）正常情況下，電網(wǎng)必須具有規(guī)定的無功功率儲備，以保證事故后的系統(tǒng)電壓不低于規(guī)定的數(shù)值，防止出現(xiàn)電壓崩潰事故和同步穩(wěn)定破壞;3）保證系統(tǒng)電壓低于規(guī)定的最大數(shù)值，以適應(yīng)電力設(shè)備的絕緣水平和避免變壓器過飽和，并向用戶提供合理的最高水平電壓;4）大機組無功出力分配必須滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，單機無功必須滿足P-Q曲線，保證機組安全運行;5）滿足上述電壓條件下，盡可能降低電網(wǎng)的有功功率損耗，以取得經(jīng)濟效益。發(fā)電機組勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)是電力系統(tǒng)中最重要的無功電壓控制系統(tǒng)，響應(yīng)速度快，可控制量大，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。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，并通過機端變壓器進一步影響到母線電壓的高低，勵磁電流的增減可通過改變勵磁調(diào)節(jié)器（AVR）給定值實現(xiàn)。

3、AVC功能簡介

AVC系統(tǒng)通過監(jiān)視本地區(qū)關(guān)口的無功和變電站的母線電壓，在保證關(guān)口無功和母線電壓合格的條件下進行無功電壓的優(yōu)化計算。通過改變電網(wǎng)中可控?zé)o功電源的出力、無功補償設(shè)備的投切、變壓器分接頭的調(diào)整來滿足安全經(jīng)濟運行條件，提高電壓質(zhì)量，降低網(wǎng)損。系統(tǒng)優(yōu)化的目標(biāo)為：關(guān)口無功合格、母線電壓合格、優(yōu)化網(wǎng)損，可計算出在當(dāng)前電網(wǎng)運行狀態(tài)和負(fù)荷水平下，滿足安全經(jīng)濟運行時全網(wǎng)各有載調(diào)壓變壓器分接頭的位置、各并聯(lián)補償電容器的投切狀態(tài)。

3.1AVC系統(tǒng)的控制模式

AVC系統(tǒng)具有2種控制模式：優(yōu)化控制模式和分區(qū)控制模式。3.1.1優(yōu)化控制模式。在估計運行狀態(tài)正常且量測合格率大于95%時，AVC系統(tǒng)使用優(yōu)化控制模式。利用潮流計算的靈敏度分析功能，得到控制設(shè)備對母線電壓、關(guān)口功率因數(shù)、網(wǎng)損的影響，同時考慮設(shè)備的操作費用，得到控制設(shè)備的調(diào)整綜合指標(biāo)，將調(diào)整綜合指標(biāo)進行排序來選擇控制設(shè)備。通過對控制費用和控制綜合指標(biāo)模型的修改來決定無功電壓優(yōu)化控制設(shè)備的優(yōu)先級和控制頻度，實現(xiàn)無功電壓的優(yōu)化控制。（1）母線電壓的校正控制。對監(jiān)視點的電壓進行監(jiān)視，當(dāng)出現(xiàn)電壓越限時，根據(jù)優(yōu)化計算的結(jié)果產(chǎn)生校正控制方案，通過并聯(lián)補償設(shè)備的投切和變壓器分接頭的調(diào)整來保證監(jiān)控點的電壓在規(guī)定的運行區(qū)間內(nèi)。（2）功率因數(shù)的校正控制。對地區(qū)總加功率因數(shù)進行監(jiān)視，當(dāng)超過規(guī)定的運行范圍時，根據(jù)優(yōu)化計算的結(jié)果選擇投切某些并聯(lián)補償設(shè)備來控制功率因數(shù)，保證電壓變化不大，網(wǎng)損增加最少或減少最多。通過執(zhí)行上級調(diào)度下發(fā)的功率因數(shù)指標(biāo)來配合主網(wǎng)進行電壓和無功的分層控制，提高主網(wǎng)發(fā)電機等設(shè)備的快速無功備用和主網(wǎng)的電壓穩(wěn)定性。（3）網(wǎng)損的優(yōu)化控制。在電壓和功率因數(shù)都合格的情況下，通過對設(shè)備的電壓、網(wǎng)損、關(guān)口功率因數(shù)的靈敏度分析和綜合調(diào)整指標(biāo)來選擇控制設(shè)備。3.1.2分區(qū)控制模式。當(dāng)狀態(tài)估計合格率不高或系統(tǒng)量測不能滿足計算要求時，切換到基于規(guī)則的分區(qū)控制模式。在分區(qū)控制模式下，用電壓、功率因數(shù)（無功）的上下限值將控制區(qū)域分為16區(qū)。

3.2AVC系統(tǒng)的運行環(huán)境

AVC系統(tǒng)的運行要求調(diào)度自動化應(yīng)用軟件PAS基本模塊已經(jīng)安裝并運行良好，狀態(tài)估計合格率保持在較高水平，具有合理的外部網(wǎng)絡(luò)等值，變電站具有四遙功能。

3.3AVC系統(tǒng)的軟硬件要求

AVC系統(tǒng)的硬件配置為一臺AVC服務(wù)器，一臺AVC工作站，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，以達到保證電網(wǎng)安全、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟運行的目的。軟件所需的圖形畫面和電網(wǎng)參數(shù)通過SCADA數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口和圖形轉(zhuǎn)換接口直接轉(zhuǎn)換，控制環(huán)節(jié)的最終控制命令依靠SCADA下行通道命令執(zhí)行。

4、電廠中AVC系統(tǒng)的構(gòu)成

1）中控單元：考慮220kV及500kV兩套AVC控制系統(tǒng)，主機即中控單元，分為220kVAVC子站、500kVAVC子站，分別通過光纜或網(wǎng)線至省調(diào)專用數(shù)據(jù)網(wǎng)交換機連接，接受省調(diào)下達的調(diào)控指令和子站狀態(tài)的反饋信息。中控單元根據(jù)主站的增減磁命令，分析當(dāng)時各臺機組的運行工況，合理進行無功功率分配。2）RTU：負(fù)責(zé)的任務(wù)是采集主控母線電壓，通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)傳送至省調(diào)AVC主站，此數(shù)據(jù)是主站調(diào)控我廠機組增減磁的依據(jù)，使得此電壓在當(dāng)時系統(tǒng)運行工況下最優(yōu)化。3）執(zhí)行終端：各單元保護室的執(zhí)行終端，通過光纜連接至中控單元，接受中控單元的調(diào)節(jié)指令再執(zhí)行至AVR（勵磁調(diào)節(jié)器）進行增減磁，同時執(zhí)行終端也反饋AVR的運行狀態(tài)至中控單元。

5、結(jié)束語

隨著電網(wǎng)規(guī)模不斷擴大，電廠AVC系統(tǒng)的投入及普及，必將發(fā)揮出越來越大的作用。該系統(tǒng)拓展了SCADA系統(tǒng)的功能，實現(xiàn)了在調(diào)度自動化系統(tǒng)的主站端對母線電壓和關(guān)口無功的自動控制，相比單個變電所的電壓自動調(diào)節(jié)裝置，具有投資小、效益高的優(yōu)點，適應(yīng)電網(wǎng)自動化發(fā)展的趨勢。