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(dòng)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(lì)磁調(diào)節(jié)器;無功功率;自動(dòng)控制;潮流

1、引言

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展、計(jì)算機(jī)自動(dòng)化設(shè)備的普遍應(yīng)用以及高電壓等級(jí)、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(gè)系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)組進(jìn)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(chǔ)備，潮流的合理分配等。

2、電網(wǎng)運(yùn)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(yùn)行穩(wěn)定性，以及變壓器帶負(fù)荷調(diào)壓分接頭的運(yùn)行范圍和廠用電的運(yùn)行;2）正常情況下，電網(wǎng)必須具有規(guī)定的無功功率儲(chǔ)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(jī)組無功出力分配必須滿足系統(tǒng)穩(wěn)定的要求，單機(jī)無功必須滿足P-Q曲線，保證機(jī)組安全運(yùn)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(jì)效益。發(fā)電機(jī)組勵(lì)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(yùn)行時(shí)保證電壓水平和緊急控制時(shí)防止電壓崩潰，都起著重要的作用。發(fā)電機(jī)無功出力與機(jī)端電壓受其勵(lì)磁電流的影響，當(dāng)勵(lì)磁電流發(fā)生改變時(shí)，發(fā)電機(jī)的無功出力與機(jī)端電壓也隨之增減，并通過機(jī)端變壓器進(jìn)一步影響到母線電壓的高低，勵(lì)磁電流的增減可通過改變勵(lì)磁調(diào)節(jié)器（AVR）給定值實(shí)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(jìn)行無功電壓的優(yōu)化計(jì)算。通過改變電網(wǎng)中可控?zé)o功電源的出力、無功補(bǔ)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(jì)運(yùn)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(jì)算出在當(dāng)前電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)和負(fù)荷水平下，滿足安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行時(shí)全網(wǎng)各有載調(diào)壓變壓器分接頭的位置、各并聯(lián)補(bǔ)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(jì)運(yùn)行狀態(tài)正常且量測合格率大于95%時(shí)，AVC系統(tǒng)使用優(yōu)化控制模式。利用潮流計(jì)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(shí)考慮設(shè)備的操作費(fèi)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(jìn)行排序來選擇控制設(shè)備。通過對控制費(fèi)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(jí)和控制頻度，實(shí)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(diǎn)的電壓進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)出現(xiàn)電壓越限時(shí)，根據(jù)優(yōu)化計(jì)算的結(jié)果產(chǎn)生校正控制方案，通過并聯(lián)補(bǔ)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(diǎn)的電壓在規(guī)定的運(yùn)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(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)超過規(guī)定的運(yùn)行范圍時(shí)，根據(jù)優(yōu)化計(jì)算的結(jié)果選擇投切某些并聯(lián)補(bǔ)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(jí)調(diào)度下發(fā)的功率因數(shù)指標(biāo)來配合主網(wǎng)進(jìn)行電壓和無功的分層控制，提高主網(wǎng)發(fā)電機(jī)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(jì)合格率不高或系統(tǒng)量測不能滿足計(jì)算要求時(shí)，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(yùn)行環(huán)境

AVC系統(tǒng)的運(yùn)行要求調(diào)度自動(dòng)化應(yīng)用軟件PAS基本模塊已經(jīng)安裝并運(yùn)行良好，狀態(tài)估計(jì)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(tái)AVC服務(wù)器，一臺(tái)AVC工作站，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(dòng)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。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(jī)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(jī)連接，接受省調(diào)下達(dá)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(shí)各臺(tái)機(jī)組的運(yùn)行工況，合理進(jìn)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(jī)組增減磁的依據(jù)，使得此電壓在當(dāng)時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行工況下最優(yōu)化。3）執(zhí)行終端：各單元保護(hù)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(lì)磁調(diào)節(jié)器）進(jìn)行增減磁，同時(shí)執(zhí)行終端也反饋AVR的運(yùn)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(kuò)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(shí)現(xiàn)了在調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)的主站端對母線電壓和關(guān)口無功的自動(dòng)控制，相比單個(gè)變電所的電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，具有投資小、效益高的優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)電網(wǎng)自動(dòng)化發(fā)展的趨勢。